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摘要：离子色谱法是七十年代后期发展起来的一种独特有效的分析微量离子的技术。该方法能同时测定多种离子，解决了许多化学分析长期存在的多组分同时测定等疑难问题。文章简要介绍离子色谱法的分离机理、抑制技术以及在测定地质水中常见阴、阳离子的方法。
关键词：离子色谱法；地质水检测；
一、离子色谱的分离机理
高效离子交换色谱是离子色谱的主要分离方式，它是基于发生在流动相和键合在基质上的离子交换基团之间的离子交换过程，适用于亲水性阴、阳离子的分析测定，也可用于有机和无机阴离子和阳离子的分离。色谱柱作为离子色谱的核心之一，样品中的各种离子的分离是在色谱柱中完成的。以阴离子为例，阴离子分离柱中装填的离子交换树脂一般为带季铵盐离子交换功能基的PS-DVB共聚物。含碳酸根和碳酸氢根阴离子的流动相溶液通过阴离子交换柱时，树脂上带正电荷的季铵基全部被碳酸根占领，当将含阴离子A和B的样品加入色谱柱，则在树脂功能基位置发生淋洗液阴离子与样品阴离子的离子交换平衡，这种平衡是可逆的，如下所示：
NR3+HCO3-+A- ⇋ NR3+A-+HCO3-
NR3+HCO3-+B- ⇋ NR3+B-+HCO3-
在活度系数约为1的情况下，可用下式表示阴离子交换平衡常数
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式中K为选择性系数，[A-]s和[A-]m为样品中阴离子分别在固定相s和流动相m中的浓度。选择性系数决定了样品中被分离离子的不同保留时间。离子价位越高，离子半径越大，与树脂间的亲和力越大，保留时间就越长。常见的阴阳离子的保留时间顺序为Cl-、NO3-、SO42-、和Na+、K+、Mg2+、Ca2+。不同的离子与带电荷的季铵盐功能基之间的作用力不同，即在固定相中的保留值不同，于是，不同的离子能被有效分离。
二、离子色谱的抑制技术
离子色谱的电导检测器对淋洗液有很高的信号。为了让没有选择性的电导检测器变成选择性检测器，有人将抑制器连接于分离柱与检测器之间，选用弱酸的碱金属盐为分离阴离子的淋洗液，无机酸为分离阳离子的淋洗液。当被测离子经分离柱分离后，经过第二根柱子时，该柱为H+强酸性阳离子交换树脂填充柱；分析阳离子时，该柱为OH-型强碱性阴离子交换树脂柱。阴离子淋洗液中的弱酸盐变成了弱酸，阳离子淋洗液中的强酸被中和生成水，是淋洗液本身电导大大降低，而被测离子则生成强酸、强碱，提高了电导值，信噪比大大提高。
离子色谱抑制器的发展经历了四个阶段，即：树脂填充抑制器、管状纤维膜抑制器和平板微膜抑制器。目前市场上最先进的电化学自身再生膜抑制器不用化学试剂提供H+和OH-，而是通过电解水产生的来满足所需离子。其工作原理以阴离子为例：将水电解生成H+和OH-，在电场的作用下，H+能通过阳离子交换膜进入抑制室（Na2CO3、NaHCO3水溶液）中，发生酸碱中和反应，将Na2CO3转化为H2CO3，达到降低背景电导，Na+穿过阳离子交换膜进入到阴极室，在抑制器里面实现了H+和待测阴离子的结合，从而突出待测离子的电导，达到提高检测灵敏度的目的。
反应式如下：
阳极：3H2O→2H3O++1/2O2↑+2e
阴极：2H2O+2e→2OH-+H2↑
三、测定地质水中常见阴、阳离子的方法
1、实验部分
1.1仪器和试剂
PIC-10A型全自动双通道离子色谱仪；
试剂：碳酸钠、碳酸氢钠、甲烷磺酸均为分析纯；
标准样品：Cl-、NO3-、SO42-、Na+、K+、Mg2+、Ca2+。
实验用水为电导不超过18.2兆欧厘米的超纯水。
1.2淋洗液的配制
（1）阴离子淋洗液储备液：取12.75g Na2CO3溶解于水中，移入500ml容量瓶中，用水稀释到刻度线，摇匀；取12.62g NaHCO3溶解于水中，移入500ml容量瓶中，同样用水稀释到刻度线，摇匀。其浓度分别为0.25摩尔每升、0.3摩尔每升，需在冰箱的冷藏室中约4℃环境中放置。
（2）阴离子淋洗液使用液的配制：实验前取8毫升碳酸钠储备液和6毫升碳酸氢钠储备液，移入1000毫升容量瓶中用纯水定容。纯水在使用前脱气。
（3）阳离子淋洗液储备液：取10毫升甲烷磺酸原液移入500毫升容量瓶中，用脱气后的超纯水稀释到刻度线，并静置24小时。
（4）阳离子淋洗液使用液的配置：取15毫升甲烷磺酸储备液移入1000毫升容量瓶中，用脱气后的超纯水稀释到刻度线，摇匀。
1.3标样的配制
（1）阴离子标样的配制
用购买的阴离子标准样品配成四种不同浓度的混合标准溶液，以F-离子为例，F-离子的浓度分别为1mg/l、2.5 mg/l、10 mg/l、25 mg/l，其他阴离子浓度依照比例依此类推。
（2）阳离子标样的配制
用购买的阳离子标准样品配成不同浓度的混合标准溶液，以Na+离子为例，Na+离子的浓度分别为2mg/l、5mg/l、20mg/l、50mg/l，其他阳离子浓度依照比例依此类推。
1.4色谱条件
阴离子淋洗液浓度：碳酸钠的浓度为2mmol/l，碳酸氢钠的浓度为1.8mmol/l，淋洗液流速为1.3ml/min，抑制电流50mA，进样量为25ul，室温：19℃。总计分析时间18min，以保留时间定性，峰面积外标法定量。
阳离子淋洗液浓度：甲烷磺酸的浓度29mmol/l，淋洗液流速为1.3ml/min，进样量25ul，室温：19℃。总计分析时间20min，以保留时间定性，峰面积外标法定量。
1.5标准曲线的绘制
移取已配制的阴离子混合标样，按不同浓度分别进样，以峰面积—浓度分别绘制各组分的标准曲线。（仪器可根据输入的数值自动绘制标准曲线）
1.6样品处理
地质水的成份复杂，除了阴阳离子外，还含有有机物、固体悬浮物及大分子藻类和微生物等，会污染分离柱中的离子交换树脂，导致柱效降低或者直接损坏分离柱，因此测定地质水时必须对其进行预处理，先经中压滤失仪去除钻井液等杂质，再利用O．45μm的微孔膜可以方便地区分开溶解物和颗粒物，除掉固体悬浮物及大分子藻类和微生物，从而去除对柱有污染的物质（阴离子样品在经过微孔膜之前要先通过经活化的阳离子交换树脂，去除样品中的金属离子）。
1.7检测结果，同一水样分5次检测，得出结果取平均值如下表所示：
表1
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表2
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1.8结果分析：根据苏林的油田水分类标准，（Na+-Cl-）/ SO42-＜1，可初步判断所检测水样为Na2SO4型水。
四、结论与展望
在原油和天然气的勘探和生产中，水样的分析非常重要，油和气的储存常伴有结构水的存在，这些深层地下水中一般含有高浓度的盐，其组成与地址结构有关，主要成分为氯化钠，一般还含有维持生命所必须的元素。目前，测定水中阴离子主要用滴定法和比色法，这两种方法操作复杂，受干扰因素较多，容易导致测定结果不准确。而离子色谱法操作简单、快速、方便，测定结果准确可靠。大大降低了干扰因素的影响，提高了结果的准确度，缩短了分析时间，提高了工作效率。
五、参考文献：
[1]何小清，离子色谱法的原理及其在水质分析中的应用，生命科学仪器 2010 第8卷/6月刊。
[2]张学慧，离子色谱法测定水样中常见阴、阳离子的方法，赤峰学院学报（自然科学版）第29卷 第6期（下）。
[3]钻井液滤液离子色谱录井规范—2015.07—盘锦中录油气技术服务有限公司。