刀諝，滕恩江，張穎，高愈霄，薛荔棟，許秀艷

(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京100012)

亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定水質(zhì)陰離子表面活性劑的優(yōu)化研究

刀諝，滕恩江，張穎，高愈霄，薛荔棟，許秀艷

(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京100012)

采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版增補(bǔ)版)推薦的亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定水中陰離子表面活性劑，優(yōu)化了試驗(yàn)條件，標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定的相對(duì)誤差為0.5%，優(yōu)于方法推薦的2.0%;標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%～2.2%，優(yōu)于方法推薦的2.3%;加標(biāo)回收率在100%～101%。

陰離子表面活性劑;環(huán)境監(jiān)測(cè);亞甲藍(lán);分光光度法;優(yōu)化

陰離子表面活性劑是一類重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有潤(rùn)濕、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、洗滌、勻染、潤(rùn)滑、滲透、抗靜電、防腐和殺菌等功能［1］，廣泛應(yīng)用于日化、紡織、醫(yī)藥、采礦、采油和建筑等行業(yè)，也是日常生活中不可缺少的消費(fèi)品。目前為止，陰離子表面活性劑是表面活性劑中用量最大、應(yīng)用范圍最廣的產(chǎn)品，占表面活性劑總產(chǎn)量的40%以上［2］。研究表明，當(dāng)水體中的陰離子表面活性劑濃度(以LAS計(jì))＞5.0×10－4g/L時(shí)，它們就會(huì)在水體表面形成泡沫覆蓋層，改變水質(zhì)感官性狀，阻礙大氣中的氧進(jìn)入水體，從而造成水域局部缺氧，導(dǎo)致水質(zhì)惡化［3］;陰離子表面活性劑濃度(以LAS計(jì))＞1.0×10－3g/L時(shí)，就會(huì)對(duì)水生生物過(guò)氧化酶的活性產(chǎn)生急劇影響，破壞細(xì)胞生理功能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量水生生物死亡［4］。陰離子表面活性劑的測(cè)定有萃取光度法［5］(第三版)、電位滴定法、直接顯色法［6～7］、共振光譜法［8］、熒光光譜法［9］、色譜法［10］、流動(dòng)注射法［11］等，各方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 陰離子測(cè)定方法對(duì)比

監(jiān)測(cè)分析實(shí)際工作中運(yùn)用最為廣泛的是亞甲藍(lán)分光光度法，1987年該法被列入國(guó)標(biāo)方法《水質(zhì)陰離子表面活性劑的測(cè)定亞甲藍(lán)分光光度法》(GB7494－1987)并沿用至今，學(xué)者們圍繞該方法進(jìn)行了大量的優(yōu)化研究［12～15］，總的來(lái)說(shuō)國(guó)標(biāo)法仍然存在試劑用量大容易造成二次污染、萃取次數(shù)多從而使誤差環(huán)節(jié)多、操作繁瑣工作量大等問(wèn)題［16］?！端蛷U水監(jiān)測(cè)分析方法》［17］(第四版增補(bǔ)版)基于國(guó)標(biāo)法的原理對(duì)測(cè)定方法進(jìn)行了改進(jìn):將萃取次數(shù)減少為1次且無(wú)需反洗，三氯甲烷的用量從50ml減少為15ml，大大減少了二次污染及簡(jiǎn)化了操作程序。但增補(bǔ)版方法對(duì)于部分重要試驗(yàn)環(huán)節(jié)描述模糊或者未提及，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)用中存在工作曲線不容易達(dá)到要求［18～19］等問(wèn)題，而解決相關(guān)問(wèn)題的研究目前少有報(bào)道。本研究圍繞方法的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，進(jìn)行優(yōu)化條件試驗(yàn):①針對(duì)第四版增補(bǔ)版“劇烈振蕩30s”開展振蕩次數(shù)試驗(yàn)確定最優(yōu)化振蕩次數(shù);②針對(duì)第四版增補(bǔ)版未就萃取后多久測(cè)定吸光度進(jìn)行說(shuō)明，開展萃取后有機(jī)相的穩(wěn)定性研究，確定萃取后的有效測(cè)定時(shí)間;③第四版增補(bǔ)版僅提出脫脂棉需要進(jìn)行三氯甲烷萃取的要求，但未就脫脂棉用量對(duì)測(cè)定結(jié)果影響這一重要因素進(jìn)行說(shuō)明，本研究對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證;④針對(duì)溶劑對(duì)分析結(jié)果的影響對(duì)不同廠家批次的三氯甲烷進(jìn)行條件試驗(yàn)。通過(guò)條件試驗(yàn)確定優(yōu)化的操作條件，通過(guò)對(duì)實(shí)際水樣的測(cè)定，驗(yàn)證該方法的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制效果。

1 試驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

UV2550型紫外可見分光光度計(jì)，日本島津公司;250 ml分液漏斗。

10.0mg/L LAS標(biāo)準(zhǔn)使用液:準(zhǔn)確量取10.0 ml濃度為100 mg/L的LAS標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，定容至100ml，中國(guó)計(jì)量院;氫氧化鈉、硫酸、三氯甲烷、一水合磷酸二氫鈉、酚酞、乙醇，分析純;亞甲藍(lán)，指示劑級(jí);脫脂棉，經(jīng)三氯甲烷索式提取。

1.2 方法原理

陽(yáng)離子染料亞甲藍(lán)與陰離子表面活性劑(包括直鏈烷基苯磺酸鈉、烷基磺酸鈉和脂肪醇硫酸鈉)作用，生成藍(lán)色的離子對(duì)化合物，這類能與亞甲藍(lán)作用的物質(zhì)統(tǒng)稱亞甲藍(lán)活性物質(zhì)(MBAS)。生成的顯色物可被三氯甲烷萃取，其色度與濃度成正比，并可用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)652nm處測(cè)量三氯甲烷相的吸光度。

1.3 試驗(yàn)步驟

取一組分液250 ml漏斗，分別加入100、99、97、95、93、91、89、87、85、80ml水，然后分別移入0、1.00、3.00、5.00、7.00、9.00、11.00、13.00、15.00、20.00ml直鏈烷基苯磺酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，以酚酞為指示劑，逐滴加入4%氫氧化鈉溶液至標(biāo)準(zhǔn)溶液呈紫紅色，再滴加3%硫酸到紫紅色剛好消失。加入15ml亞甲藍(lán)溶液，搖勻后再加入15ml三氯甲烷，激烈振搖30s，注意放氣。靜置分層，將三氯甲烷相經(jīng)脫脂棉吸水后放入比色皿中。在652nm處，以三氯甲烷為參比，測(cè)量吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取次數(shù)

對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)樣品，進(jìn)行同一振蕩強(qiáng)度下不同振蕩次數(shù)的萃取，檢驗(yàn)吸光度差異，并將測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度對(duì)比，確定較優(yōu)化的萃取次數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度為0.45μg/ml，振蕩次數(shù)分別為50次、100次、150次、200次、250次，振蕩頻率為2次/s，同一振蕩次數(shù)下進(jìn)行3次平行測(cè)定，其余操作步驟按照1.3進(jìn)行，測(cè)定的吸光度值(A)與回收率結(jié)果見表2。

表2 振蕩次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

由振蕩次數(shù)的條件試驗(yàn)可知，隨著振蕩次數(shù)增加，吸光度增加，測(cè)定的濃度與標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度值越接近。但是，50～250次振蕩范圍內(nèi)，測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的比值在90%～110%，均在質(zhì)量保證與質(zhì)量控制范圍內(nèi)。但不同振蕩次數(shù)下，吸光度有差異，50次與250次下吸光度相對(duì)偏差為19%。因此，振蕩次數(shù)在50～250次范圍內(nèi)均可，但必須保持批內(nèi)振蕩次數(shù)一致。

2.2 顯色時(shí)間

對(duì)濃度為0.45μg/ml的標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品，操作步驟按照1.3進(jìn)行，對(duì)萃取分離出的有機(jī)相，按照前40min內(nèi)每隔5min測(cè)定1次，40min到70min內(nèi)每隔10min測(cè)定1次，70min到130min每隔30min測(cè)定1次，之后2h最后測(cè)定1次。測(cè)定吸光度，并計(jì)算出100ml樣品中所含LAS的質(zhì)量數(shù)，見表3。

表3 萃取溶液吸光度衰減情況

由表3可知，隨著時(shí)間的推移，有機(jī)相的吸光度逐漸降低(見圖1)，但是總的來(lái)說(shuō)，該有機(jī)相較穩(wěn)定，萃取后4h內(nèi)測(cè)定，回收率仍然可以達(dá)96%。但是由于長(zhǎng)時(shí)間的放置，三氯甲烷容易揮發(fā)，將達(dá)不到比色皿要求的體積，因此，在萃取后0.5h內(nèi)測(cè)定較好。

2.3 脫脂棉用量

將不同濃度梯度上的7個(gè)點(diǎn)萃取后的有機(jī)相，操作步驟按照1.3進(jìn)行，分別經(jīng)過(guò)0.05g、0.03g脫脂棉過(guò)濾后，測(cè)得的吸光度值見表4。

表4 脫脂棉用量影響結(jié)果

可見不同體積的脫脂棉過(guò)濾后吸光度產(chǎn)生了較大的差異，低濃度差異更大，相對(duì)偏差可到57%，其他濃度相對(duì)偏差為21%～25%。說(shuō)明在測(cè)定過(guò)程中，同一批次測(cè)定需要保持一致的脫脂棉用量，而具體的用量則需要根據(jù)分液漏斗規(guī)格，適當(dāng)選擇，以有機(jī)相勻速滴落為佳。

2.4 不同廠家批次的三氯甲烷

選擇市售兩個(gè)不同品牌的三氯甲烷對(duì)工作曲線中相同點(diǎn)進(jìn)行平行萃取，測(cè)定結(jié)果見表5。

表5 不同廠家三氯甲烷對(duì)比

由對(duì)比可見，北京光明綜合化工廠生產(chǎn)的三氯甲烷與北京化工廠生產(chǎn)的三氯甲烷在工作曲線的測(cè)定中，相同濃度的點(diǎn)吸光度沒有顯著差異，相對(duì)偏差均＜1%。在實(shí)際分析工作中需要對(duì)新進(jìn)批次的三氯甲烷進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)是否存在空白差異。

2.5 精密度與準(zhǔn)確度

2.5.1 工作曲線精密度檢驗(yàn)結(jié)果

對(duì)第四版增補(bǔ)版法進(jìn)行工作曲線的精密度檢驗(yàn)，對(duì)標(biāo)曲中的10μg、30μg、50μg 3點(diǎn)分別進(jìn)行10次測(cè)量。

對(duì)第i個(gè)濃度水平的樣品進(jìn)行n次平行測(cè)定，試驗(yàn)室內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差按照公式(1)～(3)計(jì)算。

式中:xk為第i個(gè)濃度水平樣品進(jìn)行的第k次測(cè)試結(jié)果;為第i個(gè)濃度水平樣品進(jìn)行的第k次測(cè)試的平均值;Si為第i個(gè)濃度水平樣品進(jìn)行的第k次測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)偏差;RSDi為第i個(gè)濃度水平樣品進(jìn)行的第k次測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表6 工作曲線精密度驗(yàn)證

由表6可知，工作曲線中的3個(gè)點(diǎn)各自10次測(cè)定的精密度分別為2.2%、2.2%、2.1%，小于方法推薦的精密度2.3%的值。

2.5.2 實(shí)際樣品準(zhǔn)確度及精密度檢驗(yàn)結(jié)果

采用國(guó)標(biāo)方法與第四版增補(bǔ)版對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定值與回收率結(jié)果見表7。

表7 兩種方法測(cè)定同一標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定結(jié)果對(duì)比

由表7可見，對(duì)于同一樣品的測(cè)定，第四版增補(bǔ)版和國(guó)標(biāo)法的結(jié)果相對(duì)誤差僅為0.5%，小于方法所列的＜2%的標(biāo)準(zhǔn)，因此優(yōu)化試驗(yàn)條件后的方法準(zhǔn)確度較好。對(duì)環(huán)科院池塘水樣、立水橋公園湖水樣、清河水樣進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

表8 實(shí)際樣品加標(biāo)回收率結(jié)果(mg/L)

環(huán)科院池塘水樣及立水橋公園水樣加標(biāo)回收率均為100%，清河水樣加標(biāo)回收率為101%，均滿足加標(biāo)回收率在80%～120%的要求。環(huán)科院池塘水樣及立水橋公園水樣中陰離子表面活性劑均未檢出，水質(zhì)屬于Ⅰ類水質(zhì)(Ⅰ類水質(zhì)為≤0.2 mg/L)，清河水樣屬于劣Ⅴ類水質(zhì)。

對(duì)清河水樣進(jìn)行6次平行測(cè)定，檢驗(yàn)實(shí)際樣品測(cè)定的精密度。每次取水樣100ml不經(jīng)稀釋，直接測(cè)定，精密度為2.1%(見表9)。

表9 樣品測(cè)定的精密度(mg/L)

3 結(jié)論

(1)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版增補(bǔ)版)推薦的亞甲藍(lán)法測(cè)定陰離子表面活性劑的優(yōu)化的試驗(yàn)條件是:萃取次數(shù)保持批內(nèi)一致，并保持100次振蕩，振蕩頻率為2次/s;萃取后30min內(nèi)，測(cè)定有機(jī)相的吸光度;脫脂棉需經(jīng)過(guò)萃取凈化，保證批內(nèi)所用脫脂棉體積和松緊程度一致;對(duì)不同批次的三氯甲烷在使用前需要檢驗(yàn)其對(duì)結(jié)果的影響偏差。

(2)控制好萃取、比色、脫脂棉用量等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，方法的準(zhǔn)確度和精密度均優(yōu)于方法推薦值。工作曲線中的3個(gè)濃度點(diǎn)分別測(cè)定10次，所得精密度分別為2.2%、2.2%、2.1%，小于方法推薦的精密度2.3%;通過(guò)對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行國(guó)標(biāo)法和優(yōu)化后方法對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差僅為0.5%，優(yōu)于方法推薦的2.0%;對(duì)實(shí)際樣品的加標(biāo)回收試驗(yàn)以及精密度試驗(yàn)，結(jié)果為加標(biāo)回收率在100%～101%，精密度為2.1%。

［1］肖進(jìn)新，趙振國(guó).表面活性劑應(yīng)用原理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］李光.水中陰離子表面活性劑分析方法研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科技，2010，23(增刊1):96－99.

［3］叢培凱，冷家峰，葉新強(qiáng).合成洗滌劑對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染與防治對(duì)策［J］.山東環(huán)境，2003，(1):45－46.

［4］周曉見.表面活性劑對(duì)海洋微藻的生理生化影響［D］.大連:大連海事大學(xué)，2000.

［5］魏復(fù)盛.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法指南(中冊(cè))［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1994:317－319.

［6］楊勝科，費(fèi)曉華.水體中陰離子表面活性劑的光度法測(cè)定［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(4):444－445.

［7］張海榮，申亞橋.快速測(cè)定地面水中陰離子表面活性劑的方法－孔雀綠試劑法的初探［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2006，31(1):143－144.

［8］肖錫林，王永生.健那綠共振光散射法測(cè)定水中陰離子表面活性劑［J］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2004，14(3):290－201.

［9］謝志海，郎惠云.離子締合物－萃取熒光光度法測(cè)定水中陰離子表面活性劑［J］.分析試驗(yàn)室，2001，20(5):47－48.

［10］肖曉華，劉霞.反相高效液相色譜法分離直鏈烷基苯磺酸鈉同系物和異構(gòu)體［J］.色譜，2004，22(1):61－64.

［11］郭少維，陳星，許麗，等.流動(dòng)注射法測(cè)定水源水中陰離子表面活性劑［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2010，21(3):77－79.

［12］薛慧婷.亞甲藍(lán)比色法測(cè)定水中陰離子表面活性劑方法探討［J］.新疆水利，2010，(2):19－21.

［13］潘臘青，劉傳芳.亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定陰離子表面活性劑的改進(jìn)［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2004，16(6):38.

［14］安小彥，李夏，李瑞霞.陰離子表面活性劑測(cè)定過(guò)程中有關(guān)問(wèn)題的探討［J］.平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，13(3):72－73.

［15］張靜茹，燕永利，王振清.陰離子表面活性劑測(cè)定方法的探討［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010，(7):93.

［16］朱斌波.亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定水中陰離子表面活性劑的質(zhì)量保證［J］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2008，6(18):1206.

［17］本書編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版增補(bǔ)版)［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002:994－697.

［18］韓麗媛.水體中陰離子表面活性劑(LAS)測(cè)定方法的改進(jìn)［J］.青海環(huán)境，2009，19(3):127－131.

［19］尹智娟.亞甲藍(lán)分光光度法測(cè)定水中陰離子表面活性劑的探討［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2007，26(6):89－90.

The Research of Optimization of Using Methylene－Blue Colorimetric Method to Determine Anionic Surfactants in Water

DAO Xu，TENG En－jiang，ZHANG Ying，GAO Yu－xiao，XIE Li－dong，XU Xiu－yang
(China National Environmental Monitoring Center，Benjing 100012 China)

The methylene－blue colorimetric method was adopted for determining the anionic surfactants in water，which has been recommended by the Water and Wastewater Monitoring Analysis Method(supplement of the 4th edition).After the optimization of the experimental conditions，the relative error was 0.5%，superior to the recommended value of 2.0%by the method.The relative standard deviation ranged from 2.1%to 2.2%，superior to the recommended value of 2.3%.The recovery rate was from 100%to 101%.

anionic surfactants;environmental monitoring;methylene－blue;colorimetric method;optimization

X83

A

1673－9655(2012)02－0100－05

2011－09－16

刀諝(1984－)，女，云南普洱人，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)及分析方法研究。