近年来，由于水体的富营养化，蓝藻时常爆发，产生的蓝藻毒素和异味等代谢产物严重影响了饮用水、景观等生态环境的安全，成为全球关注和研究的焦点。研究结果表明，水体中氮、磷等营养物质的浓度过高是蓝藻水华的成因之一，钙等阳离子在群体微囊藻和蓝藻浮渣形成过程中起重要作用。蓝藻水华沉降期间会引起沉积物和上覆水中阴、阳离子的变化，因此研究蓝藻水华不同生长阶段水体中阴、阳离子的浓度对蓝藻水华的成因分析和生长控制至关重要。

蓝藻生长过程中需要的阴离子包括磷酸盐（PO₄^3-）、硝酸盐(NO₃^-)、亚硝酸盐(NO₂^-)、硫酸盐(SO₄^2-)、氯离子(C_l^-)和氟离子(F^-)等，检测这些阴离子经常使用连续流动分析法、分光光度法和离子色谱法等；蓝藻生长需要的阳离子包括钠(Na⁺)、钾(K⁺)、镁(Mg²⁺)、钙(Ca²⁺)和铵根(NH⁴⁺)离子等，Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺通常采用电感耦合等离子体发射光谱法检测，NH₄+一般采用连续流动分析法和分光光度法检测。连续流动分析法和分光光度法每次只能检测一种离子；电感耦合等离子体发射光谱法不能检测氮的各种形态。阴、阳离子采用不同的方法检测，具有过程复杂、检测周期长、分析误差大等缺点，因此建立一种能够同时检测蓝藻生长过程中阴、阳离子的简单快速方法非常重要。

有报道使用配置光散射检测器的超临界流体色谱法同时检测几种阴、阳离子，但该法无法分离硝酸盐和亚硝酸盐。离子色谱法使用离子交换柱和电导检测器，具有分离度好、选择性强、灵敏度高及抗干扰能力强等优点，能够快速、高效、准确定量分析多种阴、阳离子，近年来广泛用于饮用水、污水、自然水体、酸雨、啤酒中多种阴、阳离子的同时检测。
笔者基于双系统离子色谱仪，采用等度淋洗的方式，建立了蓝藻培养液中7种阴离子和6种阳离子同时定量检测的分析方法，方法简便、快速，降低了实验成本。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

多功能离子色谱系统：ICS-5000+型，配置双泵DP模块、双电导检测器模块、KOHEGC500淋洗液罐、自动进样器AS模块和Chromeleon6.8色谱软件，美国赛默飞世尔科技公司。超纯水制备仪：Milli-Q型，电导率为18.2MΩ·cm，美国密理博公司。甲基磺酸：纯度不小于99.0%，美国Sigma公司。甲醇：色谱纯，美国赛默飞世尔科技公司。

阴离子混合标准储备液：F^–质量浓度为20mg/L，Cl^–、Br^–、NO₂^–、NO₃^–、SO₄^2–质量浓度均为100mg/L，PO₄^3-质量浓度为200mg/L，美国赛默飞世尔科技公司。

阳离子混合标准储备液：Ca²⁺质量浓度为500mg/L，NH₄⁺质量浓度为250mg/L，Mg²⁺、K⁺、Na⁺质量浓度均为200mg/L，Li⁺质量浓度为50mg/L，美国赛默飞世尔科技公司。

蓝藻藻种样品：铜绿微囊藻905和鱼害微囊藻1410，中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。BG11培养基：具体配方见参考文献。蓝藻培养液：中国科学院水生生物研究所淡水藻种库（FACHB）。水相滤膜：SCAA–02型，13mm×0.22μm，上海安谱实验科技股份有限公司。IC–RP小柱：DionexOnGuardⅡRP型柱，容量为1mL，美国赛默飞世尔科技公司。

1.2 色谱条件

蓝藻培养液中阴、阳离子的离子色谱分析条件见表1。

1.3 样品处理

取蓝藻藻种样品，加入适量的BG11培养基，培养条件为pH7.1～7.2，温度25℃，光照强度25µmol/(m²·s)，光暗周期比12h∶12h，所有蓝藻培养至对数生长期后用于实验。

取蓝藻培养液10mL于离心管中，以15000r/min转速离心5min。取上清液过0.22μm水相滤膜，初步除去悬浮颗粒物。采用IC–RP小柱进行进一步净化，除去蓝藻培养液中的有机物等杂质，净化后的样品溶液稀释到合适浓度后取样5mL，上机检测。

IC–RP小柱净化方法：依次加入10mL甲醇、20mL水对小柱进行充分活化，再加过滤后的蓝藻培养液到活化后的小柱内，弃去前3mL初滤液，收集续滤液备用。

2 结果与讨论

2.1 阴离子分离条件的优化

常用的阴离子淋洗液体系主要有碳酸盐和氢氧化物两种。与碳酸盐体系相比，氢氧化物体系对强保留的阴离子具有更强的洗脱能力，氢氧化物体系中以KOH溶液作为淋洗液，具有背景电导率低、噪声小、灵敏度高和无水负峰等特点，因此选择使用KOH溶液作为7种阴离子分离的淋洗液。分别选择淋洗液流量为0.8、1.0、1.2、1.4mL/min进行试验，结果表明，淋洗液流量过大会使系统压力显著增大，各离子的保留时间明显提前，也会降低色谱柱的使用寿命；若淋洗液流量过小，如当流量为0.8mL/min时，多个阴离子峰出现严重的展宽现象，导致灵敏度下降。综合考虑各离子的分离度和响应灵敏度，最终选择阴离子淋洗液流量为1.2mL/min。在进行色谱柱型号选择时，试验比较了美国赛默飞世尔科技公司的DionexIonPacAS11–HC型和DionexIonPacAS15型两种色谱柱的分离效果（两种色谱柱规格均为250mm×4mm）。这两种色谱柱均可以实现7种阴离子的完全分离，但使用AS15型色谱柱时，各离子的保留时间较长，分析时间过长；且检测同等浓度的标准溶液，使用AS15型色谱柱的响应值明显低于AS11–HC型色谱柱；另外，AS15型色谱柱的柱容量（225μmol）明显低于AS11–HC型色谱柱的柱容量（290μmol）。AS11–HC型色谱柱用于分离7种阴离子有明显优势，故本实验选择使用AS11–HC型色谱柱。

通过对阴离子分离的淋洗液、流量及色谱柱型号的优化，最终选择的分离条件：以23mmol/LKOH溶液为淋洗液，淋洗液流量为1.2mL/min，色谱柱为DionexIonPacAS11–HC型柱（250mm×4mm，美国赛默飞世尔科技公司）。在优化的色谱条件下，7种阴离子（0.2mg/LF^–，1.0mg/LCl^–，1.0mg/LNO₂^–，1.0mg/LSO₄^2–，1.0mg/LBr^–，1.0mg/LNO₃^–，2.0mg/LPO₄^3–）的混合标准溶液色谱图如图1所示。由图1可知，各阴离子分离良好。

2.2 阳离子分离条件的优化

常用的阳离子淋洗液主要有硫酸溶液和甲基磺酸溶液。由于硫酸具有较强的腐蚀毒性，故选择较为安全的甲基磺酸溶液作为阳离子分离的淋洗液。分别选择淋洗液流量为0.6、0.8、1.0、1.2mL/min进行试验，结果表明，若淋洗液流量过大则分析时间会缩短，但Na⁺与NH₄⁺的分离度大幅降低；若淋洗液流量过小，如当流量为0.6mL/min时，Mg²⁺、Ca²⁺峰出现展宽现象，导致分析灵敏度下降。最终选择阳离子淋洗液流量为0.8mL/min。试验比较了美国赛默飞世尔科技公司的DionexIonPacCS12A型和CS15型（规格均为250mm×4mm）两种色谱柱，结果表明前者比后者分离度好，响应值高。因此选择CS12A型色谱柱作为阳离子分离柱。

通过对阳离子分离的淋洗液、流量及色谱柱型号的优化，最终选择的分离条件：以20mmol/L甲基磺酸溶液为淋洗液，淋洗液流量为0.8mL/min，色谱柱为DionexIonPacCS12A型柱。在优化后的色谱条件下，6种阳离子（0.5mg/LLi⁺、2.0mg/LNa⁺、2.5mg/LNH₄⁺、5.0mg/LK⁺、2.5mg/LMg²⁺、5.0mg/LC^a2+）的混合标准溶液色谱图如图2所示。由图2可知，各阳离子分离良好。

相关链接：甲基磺酸，硫酸，微囊藻，甲醇

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