水質(zhì)檢測實驗室離子色譜儀的自查分析

唐云飛 叢聰 肖雯

（北京交運通達環(huán)境科技有限公司，北京 101316）

1 引言

根據(jù)“十四五”規(guī)劃要求，我國各地方政府及有關部門紛紛加強對地方生態(tài)環(huán)境的治理，加大了環(huán)境檢測力度，尤其是水環(huán)境中的水質(zhì)檢測。根據(jù)實驗室內(nèi)的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，有關部門可以更多地了解到水質(zhì)情況，根據(jù)對水質(zhì)的酸堿度、水體污染程度、水質(zhì)含量與成分等標準參數(shù)進行分析，精準了解水質(zhì)情況，以便生成針對性的水質(zhì)環(huán)境改善方案。在實際工作中，工作人員應當以提升精準度為目標，對離子色譜儀進行自查分析，為后續(xù)應用離子色譜儀奠定良好基礎［1］。

2 水質(zhì)檢測實驗室中的離子色譜儀機理

離子色譜儀是基于離子色譜法的檢驗檢測儀器，其核心原理是利用可離解的離子與流動相內(nèi)具有相同電荷的溶質(zhì)離子之間的可逆交換機理，結(jié)合分析物溶質(zhì)對交換劑親和力的差別進行分離。根據(jù)實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測的實際情況，常見的離子色譜儀機理為：（1）高效液相離子交換色譜機理（HPIC）。HPIC 是一種基于高效離子交換的色譜法。這一色譜法在實際檢測過程中主要發(fā)生在流動相與鍵合相，在基質(zhì)的基礎上實現(xiàn)流動相與鍵合相之間的交換，從而實現(xiàn)離子的交換，實現(xiàn)非離子的互相作用。這一機理常運用于有機無機的陰離子分離、陽離子分離總能。（2）離子排斥色譜機理（HPICE）。HPICE 即高效離子排斥色譜法，主要是固定相與被分析物質(zhì)之間的空間排斥作用、吸附作用、Donnan 排斥作用，能夠?qū)崿F(xiàn)多種被分析物質(zhì)與固定相之間的分離，這一機理可以運用于較弱的無機酸分離、有機酸分離領域。（3）離子對色譜機理（MPIC）。MPIC 即流動相離子色譜法，是基于被分析物質(zhì)在分析柱上的吸附作用。在實驗檢測的過程中，可以根據(jù)水質(zhì)的流動相濃度，結(jié)合檢測目標物質(zhì)分析書，加入合適的有機改進劑與離子對試劑，對水質(zhì)進行檢測檢驗。這一機理常常運用于過渡金屬、表面活性陽離子與陰離子分離領域。

3 基于水質(zhì)檢測的實驗室離子色譜儀的自查分析方法

根據(jù)現(xiàn)代社會實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測情況，離子色譜儀是主要檢測設備，這一儀器設備的核心機理——離子色譜法是高效離子色譜的一種。離子色譜儀的檢測區(qū)別于傳統(tǒng)離子交換色譜柱色譜，使用具有較高交聯(lián)度與較低交換容量的樹脂進行操作，操作體積較小，具有較強便利性。本儀器設備在水質(zhì)檢測中的操作過程為：以高壓輸液泵輸送流動相，以穩(wěn)定流速控制輸送過程，使流動相進入分析體系，讓流動相通過進樣器導入樣品，促使流動相在色譜柱之前通過。同時，利用流動相將樣品帶入色譜柱，樣品在色譜柱中被分離，隨流動相逐漸進入各個檢測器。在實驗室中，離子色譜儀主要用于水質(zhì)樣品的分析與檢測，包括工業(yè)水、雨水、地面水、飲用水、生活污水等，可分析水質(zhì)樣品中的雜質(zhì)分布情況、微生物及金屬物質(zhì)的含量情況?？梢钥闯?，離子色譜儀具有較強應用效用，能夠精準檢測出水質(zhì)樣品中的各類成分與含量，滿足水質(zhì)環(huán)境控制需求。為了更好地落實離子色譜儀的水質(zhì)檢測，工作人員應對離子色譜儀進行自查分析，更深入、全面地了解實驗室內(nèi)離子色譜儀的運行情況，以便在之后的水質(zhì)檢測實驗中能更好地對儀器設備進行操作與使用。

3.1 自查分析準備

工作人員根據(jù)實驗室的水質(zhì)環(huán)境檢測特點，在確定離子色譜儀運行性能需求的基礎上，對離子色譜儀進行自查分析。本次自查分析的儀器包括離子色譜儀、AS22 型號分離柱、電導檢測器；控制實驗室環(huán)境溫度在22～25 ℃，控制空氣濕度在30%～50%，控制流速為1.2 mL/min。在離子色譜儀自查分析中，以《離子色譜儀檢定規(guī)程》作為參考，分別從基線噪聲、基線漂移、最小檢出限、樣品重復監(jiān)測等角度進行自查分析。

3.2 基線噪聲與漂移的自查

離子色譜儀基線噪聲是指離子色譜儀在運行的過程中產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)波動情況。一般情況下，基線噪聲會出現(xiàn)在離子色譜儀穩(wěn)定運行30 min 之后，是這一段時間內(nèi)上下波動的最高峰值。除了儀器設備運行產(chǎn)生的噪聲之外，工作人員采取的不同操作行為也會促使離子色譜儀基線噪聲發(fā)生變化，導致基線噪聲之間出現(xiàn)區(qū)別。面對這些情況，工作人員應當根據(jù)實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測的實際需求以及實驗室內(nèi)實際情況，適當采取噪聲抑制措施。工作人員也可以在離子色譜儀運行之后，利用弱酸離子與弱堿離子的交換作用，對流動相的背景電導進行抑制，以此降低離子色譜儀基線噪聲［2］。

基線漂移是指離子色譜儀在不同的環(huán)境之下，受到不同環(huán)境因素干擾所引起的儀器設備運行過程中信號數(shù)值發(fā)生變動的情況。在離子色譜儀運行過程中，隨著時間的推移，儀器設備的基線信號發(fā)生具有一定傾向的、緩慢的變化。離子色譜儀在運行的過程中發(fā)生基線漂移，會對儀器設備運行精度產(chǎn)生影響。根據(jù)實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測的情況進行分析，常見的影響因素包括但不限于電壓參數(shù)、溫度數(shù)值、環(huán)境參數(shù)等。在這些復雜因素的影響之下，采用離子色譜儀對水質(zhì)樣品進行檢測，會影響樣品的實際檢測結(jié)果，結(jié)果偏差影響水質(zhì)分析質(zhì)量，最終影響工作人員對水質(zhì)的判斷，從而產(chǎn)生一系列影響。

根據(jù)上述分析可以看出，基線噪聲與基線漂移是離子色譜儀運行過程中由于信號波動引起的檢測結(jié)果偏差。為了盡可能保證離子色譜儀運行精準，工作人員應當在水質(zhì)檢測之前對儀器設備的運行狀態(tài)進行判斷，及時判斷是否存在信號波動、信息偏差等問題，若發(fā)現(xiàn)問題則需要及時分析問題根源，加強對實驗室內(nèi)部環(huán)境的控制，盡可能弱化環(huán)境因素的影響，以此消除基線問題［3］。

一般情況下，離子色譜儀的基線采集應當在儀器設備進入穩(wěn)定運行狀態(tài)之后，根據(jù)電導值、信號值的波動情況進行分析，綜合判斷。工作人員開展自查時，可以啟動儀器設備，搜索基線中最大峰高數(shù)值，這一數(shù)值就是儀器設備的最大噪聲的數(shù)值；工作人員可以根據(jù)檢定規(guī)程標準內(nèi)提出的數(shù)據(jù)標準，將其與最大噪聲實際數(shù)值進行比對，判斷離子色譜儀的基線噪聲是否處于規(guī)程標準范圍內(nèi)。

3.3 最小檢出限的自查

工作人員對離子色譜儀的最小檢出限進行自查，應當根據(jù)《離子色譜儀檢定規(guī)程》文件要求，以及根據(jù)實驗室內(nèi)實際情況與常見的水質(zhì)檢測模式，對離子色譜儀的最小檢測濃度進行計算與分析［4］。工作人員應當在實驗室內(nèi)配制出氯離子溶液，控制溶液濃度為0.5 μg/mL；之后使用離子色譜儀檢測配置妥當?shù)穆入x子溶液，全過程記錄溶液檢測數(shù)值的變化，生成檢測色譜圖。之后根據(jù)檢測色譜圖，結(jié)合基線噪聲數(shù)值，采用公式（Cmin＝2HNc×V/25H）進行計算，獲取離子色譜儀的最小檢出限濃度。上述公式中，Cmin表示離子色譜儀的最小檢測濃度（單位為μg/mL）；HN為基線噪聲最大峰值（單位為μS/min）；c 為規(guī)程標準內(nèi)的標準溶液濃度（單位為μg/mL）；H 表示儀器運行獲取的標準溶液的色譜峰的峰值（單位為μS/min）；V 表示進入樣本的體積（單位為μL）。根據(jù)規(guī)程標準內(nèi)容，最小檢測濃度數(shù)值應當≤0.2 μg/mL。通過本次對離子色譜儀的運行自查，可以獲取離子色譜儀對氯離子檢測的最小檢出限數(shù)值，將其與正確數(shù)值結(jié)果進行對比分析，可以判斷是否存在檢出限誤差，完成自查。

3.4 定量重復性的自查

定量重復性自查本質(zhì)上是對實驗室內(nèi)同一臺離子色譜儀在短時間內(nèi)運行的精準度的檢測。在同一實驗室內(nèi)，工作人員使用同一設備在一定時間段內(nèi)進行操作，控制各項實驗參數(shù)相同，利用儀器設備對水質(zhì)樣品進行檢測，通過連續(xù)多次的重復檢測獲取檢測結(jié)果，對所有的檢測結(jié)果進行對比與計算，分析其一致性，從而判斷其相對標準差數(shù)值是否滿足規(guī)程要求。工作人員開展定量重復性的自查，能夠進一步判斷離子色譜儀精準性，分析其是否滿足實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測的精度要求，從而控制水質(zhì)檢測質(zhì)量［5］。在實際自查的過程中，工作人員可以使用實驗室內(nèi)常見的水中氯化物進行檢測，以水中氯化物的標準參數(shù)（15.5 mg/L）作為參照，明確不確定度為0.8 mg/L，標準曲線的判定系數(shù)為0.999 4，斜率數(shù)值為0.088。工作人員對其進行計算與分析，獲得定量重復性檢測結(jié)果，確定實驗室內(nèi)使用的離子色譜儀精度良好。

4 基于自查分析提出水質(zhì)檢測實驗室離子色譜儀的應用方法

根據(jù)上述開展的自查分析可以看出，在實驗室離子色譜儀水質(zhì)檢測中，能夠影響水質(zhì)檢測的因素較多，其中離子色譜儀的基線噪聲、基線漂移、檢出限、重復性等性能均會對水質(zhì)檢測造成直接影響。為了更大程度上發(fā)揮離子色譜儀的檢測效用，確保水質(zhì)檢測結(jié)果的可靠與精準，應當從自查分析中各項離子色譜儀指標參數(shù)的機理角度出發(fā)，采取合適措施，優(yōu)化水質(zhì)檢測操作［6］。

第一，加強對實驗環(huán)境元素的控制。根據(jù)實驗室內(nèi)水質(zhì)檢測的影響因素，工作人員對環(huán)境內(nèi)各種物品的控制會影響水質(zhì)檢測結(jié)果，如水質(zhì)檢測容器、注射器、移液管等。一般來說，離子色譜儀在實驗中使用的水是18 MΩ 超純水，在實驗中使用的容器與移液管、注射器均需要利用超純水進行清潔，保證容器無菌，確保水質(zhì)檢測結(jié)果的精準。根據(jù)離子色譜儀在不同水質(zhì)水體中檢測的峰值對超純水是否存在離子污染進行判定，這種污染引起基線噪聲與漂移。因此，應當立刻更換超純水，更換水質(zhì)檢測中使用的各種容器與注射器，更換水質(zhì)檢測實驗的樣品。

第二，加強對水氟干擾的控制。氟離子在離子色譜中存在的時間相對較短，這就導致氟離子容易受到水負峰干擾，影響水質(zhì)檢測的結(jié)果。工作人員應當加強對水氟干擾的控制，適當增加轉(zhuǎn)換淋洗液流動速度，調(diào)整流動相濃度，以此弱化水負峰引起的干擾。工作人員也可以使用淋洗液配制標準溶液，將這些標準溶液加入樣品中，以氫氧化鈉淋洗液降低電導，從而緩解水負峰影響。另外，在水質(zhì)檢測中，工作人員經(jīng)常使用氫氧化鈉淋洗液配制溶液，而這一溶液在測定環(huán)節(jié)中需要加入二氧化碳，這就會影響到離子色譜測定的電導含量，引起測定過程不穩(wěn)定［7］。針對這種情況，工作人員應當加強對二氧化碳進出的控制，可以將溶液配制為50%的氫氧化鈉溶液，或者對使用的水提前煮沸，以清除水中的二氧化碳。

第三，采取合適方法控制基線噪聲。根據(jù)上述的自查分析可以看出，離子色譜儀的基線噪聲產(chǎn)生原因較為復雜，所受到的影響因素較多，任何細微的變化均會引起基線噪聲，如有可能是離子色譜儀運行中存在噪聲問題，也有可能是在水質(zhì)檢測的過程中由于信號波動出現(xiàn)了噪聲［8］。面對這種復雜的情況，為了盡可能減少波動的產(chǎn)生，工作人員應當先將離子色譜儀的電壓控制在穩(wěn)定狀態(tài)，促使其始終處于規(guī)程要求范圍之內(nèi)。在水質(zhì)檢測環(huán)節(jié)，可以對淋洗液進行脫氣處理，讓其先釋放氣泡，避免在流路中釋放氣泡引起噪聲。

5 結(jié)語

綜上所述，離子色譜儀是實驗室水質(zhì)檢測的重要儀器設備，對離子色譜儀進行自查，能夠了解離子色譜儀的運行情況，以便于利用儀器設備完成水質(zhì)檢測，提升水質(zhì)檢測質(zhì)量與穩(wěn)定性，為后續(xù)的水質(zhì)控制與管理提供精準依據(jù)。根據(jù)上述研究可以看出，對離子色譜儀的自查可以分析離子色譜儀的運行性能，確定離子色譜儀的精密度與精準度。在今后的實驗室水質(zhì)檢測與分析中，應當根據(jù)水質(zhì)檢測需求，靈活使用離子色譜儀設備，以此確保水質(zhì)檢測結(jié)果。