離子色譜法測定神東礦區(qū)飲用水中F—、Cl—和SO42—三種陰離子的含量

郭瑤

摘 要：分析了神東礦區(qū)的飲用水現(xiàn)狀，探討了離子色譜法測定飲用水中氟化物、氯化物和硫酸鹽的方法，以及測定結(jié)果對神東礦區(qū)水質(zhì)改善的意義。

關(guān)鍵詞：神東礦區(qū)；飲用水；離子色譜法

氟化物、氯化物和硫酸鹽在自然中普遍存在。天然水中氟化物的含量一般為0.3-0.5mg/L，人每天從食物和水中攝入一定量的氟，有利于牙齒及骨骼的生長，但是長期過量攝入，則可能導(dǎo)致慢性中毒。飲用水中含有少量的硫酸鹽對人體的健康影響不大，但是含量超過250mg/L時，有輕度腹瀉作用；含量超過400mg/L時，有澀苦味。飲用水中氯化物的含量低于100mg/L時，對人類的健康沒有影響；當水中氯化物的含量超過500mg/L時，可使水產(chǎn)生的令人厭惡的苦咸味。精準地檢測水中氟化物、氯化物和硫酸鹽的含量，并有效控制其在生活用水中的含量具有重要的意義。

1 神東礦區(qū)飲用水現(xiàn)狀

神東煤炭集團公司位于陜西和內(nèi)蒙的交界處，礦區(qū)地處烏毛素沙漠的邊緣，屬于半干旱地區(qū)，全年平均降水量只有310～490mm，礦區(qū)的生活和生產(chǎn)用水的供應(yīng)十分緊張。近年來，神東礦區(qū)致力于生態(tài)建設(shè)和地下蓄水庫的建設(shè)，增加礦區(qū)地表和地下的蓄水量，用以緩解礦區(qū)水資源缺乏的困境。地下水通過采空區(qū)沉淀過濾后，強排至凈水廠，處理后成為生活飲用水。目前，神東礦區(qū)生活用水的主要來源為考考賴凈水廠和哈拉溝凈水廠?？伎假噧羲畯S的水源為烏蘭木倫井下強排水、石圪臺井下強排水和地表水，水質(zhì)中硫酸鹽和氟化物的含量相對較高。哈拉溝凈水廠的水源為哈拉溝井下強排水，水質(zhì)中硫酸鹽的含量相對較高。受煤礦開采和地質(zhì)情況的影響，強排水的水質(zhì)必須得到精準有效地檢測，才能在凈水處理廠有針對性的進行深度處理，保證出廠水符合飲用水標準。

2 礦區(qū)飲用水中氟化物、氯化物和硫酸鹽的主要檢測方法

目前，神東礦區(qū)針對氟化物的檢測方法有離子色譜法和鋯鹽茜素比色法；氯化物檢測方法為離子色譜法和硝酸銀容量法；硫酸鹽的檢測方法為離子色譜法和硫酸鋇比濁法。

鋯鹽茜素比色法、硝酸鹽容量法和硫酸鋇比濁法這三個方法需要檢測人員多，耗時費力，但是檢測成本低，設(shè)備要求簡單，耗材費用低，對檢測人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求也相對低，因此只在各個水廠的化驗室使用，便于水樣抽檢。

離子色譜法是神東檢測公司水質(zhì)檢測室集中檢測水樣使用的檢測方法。離子色譜儀只需要一個專業(yè)素養(yǎng)較高的檢測人員即可完成三個項目的檢測，而且檢測耗時短，檢測結(jié)果精準，檢測效率高，適合批量檢測，缺點為設(shè)備貴，檢測耗材費用較高。未來幾年，降低飲用水中氟化物、氯化物和硫酸鹽的含量是神東礦區(qū)各個水廠需要改進的重要的水處理環(huán)節(jié)。

3 離子色譜法測定水中氟化物、氯化物和硫酸鹽

3.1 實驗原理

離子色譜的檢測原理為水中待測的陰離子隨淋洗液進入離子交換柱系統(tǒng)，根據(jù)分離柱對各陰離子的不同的親和度進行分離，已分離的陰離子流經(jīng)陽離子交換柱或抑制器系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為具電導(dǎo)度的強酸，淋洗液則轉(zhuǎn)變?yōu)槿綦妼?dǎo)度的碳酸。由顛倒檢測器測量各陰離子組分的電導(dǎo)率，以相對的保留時間和峰高或面積定性和定量。

3.2 實驗設(shè)備

瑞士Metrohm 930離子色譜儀，919自動進樣器，MagIC Net?色譜工作站，電導(dǎo)檢測器，Metro Sep A Supp 5分離柱（250mm×4mm）、Metro Sep C 4保護?。?00mm×4mm），再生化學(xué)抑制器，濾器及濾膜（0.2μm）。

3.3 實驗試劑

去離子水：含各種待測陰離子低于儀器的最低檢測限，并經(jīng)過0.2μm的濾膜過濾，新制備，電阻率為18.0 MΩ·cm；

氟化物標準溶液：c（F-）=500mg/L，購自國家環(huán)境保護部標準樣品研究所；

氯化物標準溶液：c（Cl-）=500mg/L，購自國家環(huán)境保護部標準樣品研究所；

硫酸鹽標準溶液：c（SO42-）=500mg/L，購自國家環(huán)境保護部標準樣品研究所；

碳酸氫鈉和碳酸鈉：優(yōu)級純，稱取碳酸鈉0.7632g和碳酸氫鈉0.5712g，溶于純水，并稀釋至4000ml；濃硫酸：優(yōu)級純。

3.4 實驗條件

淋洗液（碳酸氫鈉[c（NaHCO3）=1.7mmol/L]—碳酸鈉[c（Na2CO3）=1.8mmol/L]，流速0.7ml/min；再生液[c（H2SO4）=25mmol/L]，流速1.0ml/min；室溫20℃；進樣量20μL；采用峰面積或峰高定量。

3.5 標準工作曲線

配5個F-、Cl-和SO42-混合標準樣品溶液，標準樣品中F-的濃度為0.500、1.000、2.000、3.000、4.000mg/L；Cl-和SO42-的濃度為10.000、20.000、40.000、60.000、80.000mg/L；進樣測定后，結(jié)果以峰面積—離子濃度計算，利用agIC Net?軟件處理數(shù)據(jù)的到標準工作曲線。

3.6 樣品的采集

在神東礦區(qū)選取3個飲用水采集點，分別為烏蘭木倫強排口、石圪臺強排口和哈拉溝強排口；排水管道內(nèi)的水充分流放數(shù)分鐘，排凈雜質(zhì)后，用聚乙烯桶采集2-3L，立即帶回實驗室，4℃避光保存，2d內(nèi)完成檢測分析。

3.7 樣品的測定

樣品的預(yù)處理，用0.2μm濾膜過濾水樣，去除樣品中的顆粒物質(zhì)，然后直接進樣測定，根據(jù)設(shè)備輸出的數(shù)值，直讀檢測結(jié)果。濃度較大的水樣，用去離子水稀釋一定的倍數(shù)后，然后進樣測定，直讀的檢測結(jié)果乘以相應(yīng)的倍數(shù)，得出水樣檢測結(jié)果。

3.8 檢測過程中遇到的問題

水樣檢測時使用的淋洗液需要現(xiàn)配現(xiàn)用，4℃冷藏保存不得超過5d。淋洗液的存放時間過長，使設(shè)備基線漂移，造成檢測圖譜中曲線拖峰或無法正常出峰，影響檢測結(jié)果的準確性。

4 檢測結(jié)果與討論

4.1 線性關(guān)系

對F-、Cl-和SO42-混合標準樣品溶液的濃度與峰面積/峰高的線性關(guān)系進行了測定，結(jié)果表明線性相關(guān)系數(shù)在0.9995-0.9999之間。相應(yīng)的結(jié)果見表1，由此可見，F(xiàn)-、Cl-和SO42-的離子濃度與峰面積響應(yīng)值在實驗范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

4.2 精密度

在上述的實驗條件下，對三種離子的標準溶液重復(fù)測定7次，測定結(jié)果的相對標準偏差見表2。由此表可見，離子色譜法測定樣品的平行性和重現(xiàn)性很好，檢測結(jié)果的精密度較高。

4.3 水樣的測定和加標回收率

采集神東中心礦區(qū)具有代表性的三個飲用水水源樣品，并在樣品中加入三種離子的標準溶液，配制成平行樣品后，用離子色譜法進行測定，并計算加標回收率。測定的結(jié)果見表3。

表3的檢測結(jié)果表明，離子色譜法測定樣品中F-、Cl-和SO42-的加標回收率為94.4-104%。由此可見，離子色譜法測定的檢測結(jié)果是可靠的，準確的。

4.4 神東礦區(qū)歷年水樣的測定結(jié)果

選擇神東礦區(qū)兩大凈水廠的三個水源點（烏蘭木倫、石圪臺、哈拉溝）的樣品，用離子色譜法，在上述的測定條件下，對水中氟化物、氯化物和硫酸鹽進行了為期五年的跟蹤檢測，檢測的結(jié)果如圖1-圖3所示。

樣品的采集。每個取樣點每月1號和15號分別采集兩個水樣，全年12個月，共采集樣品24批次。為了確保采集的樣品具有代表性，遇到特殊情況時，加大采樣頻率，多次測定取平均值進行結(jié)果登記。

由上圖可以看出哈拉溝和石圪臺水源水中氟化物含量符合國家飲用水標準，烏蘭木倫水源水中氟化物含量較高，逐年呈現(xiàn)下降趨勢，下降的速率緩慢，截至2016年為止，氟化物的含量依然高出國家飲用水標準限值3倍左右。

由上圖可以看出，三個水源點的氯化物含量均符合國家飲用水標準限值，且含量相對比較穩(wěn)定。

由上圖可以看出，三個水源點的硫酸鹽含量基本符合國家飲用水標準要求，硫酸鹽的含量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，上升的速率相對緩慢。

5 結(jié)語

①離子色譜法在滿足檢測條件的前提下，對于飲用水中氟化物、氯化物和硫酸鹽的檢測速率快，提高檢測的時效性；②離子色譜法檢測樣品時，直接通過濾膜過濾后即可自動進樣，完成檢測分析，輸出檢測結(jié)果，避免了人為操作帶來的誤差，檢測結(jié)果精密度、準確度和靈敏度都較高，符合國家標準規(guī)定的檢測技術(shù)規(guī)范要求；③通過離子色譜法對歷年來礦區(qū)主要水源中氟化物、氯化物和硫酸鹽進行分析檢測，提供可靠的數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，有利于神東礦區(qū)各水廠有針對性的優(yōu)化水處理工藝，對癥下藥，完成水處理廠的改造。由此為神東礦區(qū)提高飲用水的質(zhì)量提供了可靠的理論依據(jù)，保證礦區(qū)人民的用水安全。

參考文獻：

[1]金銀龍，鄂學(xué)禮，陳希妍等.GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標準[C].北京：中國標準出版社，2006.

[2]牟世芬，劉克納，丁曉靜.離子色譜方法及應(yīng)用（第2版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：66-69.