亞甲藍分光光度法測定水質(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

(中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京100012)

亞甲藍分光光度法測定水質(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

(中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京100012)

采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版增補版)推薦的亞甲藍分光光度法測定水中陰離子表面活性劑，優(yōu)化了試驗條件，標準樣品測定的相對誤差為0.5%，優(yōu)于方法推薦的2.0%;標準溶液測定的相對標準偏差為2.1%～2.2%，優(yōu)于方法推薦的2.3%;加標回收率在100%～101%。

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

陰離子表面活性劑是一類重要的精細化工產(chǎn)品，具有潤濕、分散、乳化、增溶、起泡、消泡、洗滌、勻染、潤滑、滲透、抗靜電、防腐和殺菌等功能［1］，廣泛應用于日化、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，當水體中的陰離子表面活性劑濃度(以LAS計)＞5.0×10－4g/L時，它們就會在水體表面形成泡沫覆蓋層，改變水質(zhì)感官性狀，阻礙大氣中的氧進入水體，從而造成水域局部缺氧，導致水質(zhì)惡化［3］;陰離子表面活性劑濃度(以LAS計)＞1.0×10－3g/L時，就會對水生生物過氧化酶的活性產(chǎn)生急劇影響，破壞細胞生理功能，嚴重時會導致大量水生生物死亡［4］。陰離子表面活性劑的測定有萃取光度法［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］、流動注射法［11］等，各方法的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 陰離子測定方法對比

監(jiān)測分析實際工作中運用最為廣泛的是亞甲藍分光光度法，1987年該法被列入國標方法《水質(zhì)陰離子表面活性劑的測定亞甲藍分光光度法》(GB7494－1987)并沿用至今，學者們圍繞該方法進行了大量的優(yōu)化研究［12～15］，總的來說國標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題［16］?！端蛷U水監(jiān)測分析方法》［17］(第四版增補版)基于國標法的原理對測定方法進行了改進:將萃取次數(shù)減少為1次且無需反洗，三氯甲烷的用量從50ml減少為15ml，大大減少了二次污染及簡化了操作程序。但增補版方法對于部分重要試驗環(huán)節(jié)描述模糊或者未提及，導致實際運用中存在工作曲線不容易達到要求［18～19］等問題，而解決相關問題的研究目前少有報道。本研究圍繞方法的關鍵控制環(huán)節(jié)，進行優(yōu)化條件試驗:①針對第四版增補版“劇烈振蕩30s”開展振蕩次數(shù)試驗確定最優(yōu)化振蕩次數(shù);②針對第四版增補版未就萃取后多久測定吸光度進行說明，開展萃取后有機相的穩(wěn)定性研究，確定萃取后的有效測定時間;③第四版增補版僅提出脫脂棉需要進行三氯甲烷萃取的要求，但未就脫脂棉用量對測定結果影響這一重要因素進行說明，本研究對此進行驗證;④針對溶劑對分析結果的影響對不同廠家批次的三氯甲烷進行條件試驗。通過條件試驗確定優(yōu)化的操作條件，通過對實際水樣的測定，驗證該方法的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制效果。

1 試驗

1.1 主要儀器與試劑

UV2550型紫外可見分光光度計，日本島津公司;250 ml分液漏斗。

10.0mg/L LAS標準使用液:準確量取10.0 ml濃度為100 mg/L的LAS標準儲備液，定容至100ml，中國計量院;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，指示劑級;脫脂棉，經(jīng)三氯甲烷索式提取。

1.2 方法原理

陽離子染料亞甲藍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，生成藍色的離子對化合物，這類能與亞甲藍作用的物質(zhì)統(tǒng)稱亞甲藍活性物質(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，并可用分光光度計在波長652nm處測量三氯甲烷相的吸光度。

1.3 試驗步驟

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準溶液，以酚酞為指示劑，逐滴加入4%氫氧化鈉溶液至標準溶液呈紫紅色，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，測量吸光度。

2 結果與討論

2.1 萃取次數(shù)

對同一標準樣品，進行同一振蕩強度下不同振蕩次數(shù)的萃取，檢驗吸光度差異，并將測定值與標準樣品濃度對比，確定較優(yōu)化的萃取次數(shù)。標準樣品濃度為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)下進行3次平行測定，其余操作步驟按照1.3進行，測定的吸光度值(A)與回收率結果見表2。

表2 振蕩次數(shù)試驗結果

由振蕩次數(shù)的條件試驗可知，隨著振蕩次數(shù)增加，吸光度增加，測定的濃度與標準溶液的濃度值越接近。但是，50～250次振蕩范圍內(nèi)，測定值與標準溶液濃度的比值在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 顯色時間

對濃度為0.45μg/ml的標準溶液樣品，操作步驟按照1.3進行，對萃取分離出的有機相，按照前40min內(nèi)每隔5min測定1次，40min到70min內(nèi)每隔10min測定1次，70min到130min每隔30min測定1次，之后2h最后測定1次。測定吸光度，并計算出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，隨著時間的推移，有機相的吸光度逐漸降低(見圖1)，但是總的來說，該有機相較穩(wěn)定，萃取后4h內(nèi)測定，回收率仍然可以達96%。但是由于長時間的放置，三氯甲烷容易揮發(fā)，將達不到比色皿要求的體積，因此，在萃取后0.5h內(nèi)測定較好。

2.3 脫脂棉用量

將不同濃度梯度上的7個點萃取后的有機相，操作步驟按照1.3進行，分別經(jīng)過0.05g、0.03g脫脂棉過濾后，測得的吸光度值見表4。

表4 脫脂棉用量影響結果

可見不同體積的脫脂棉過濾后吸光度產(chǎn)生了較大的差異，低濃度差異更大，相對偏差可到57%，其他濃度相對偏差為21%～25%。說明在測定過程中，同一批次測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，適當選擇，以有機相勻速滴落為佳。

2.4 不同廠家批次的三氯甲烷

選擇市售兩個不同品牌的三氯甲烷對工作曲線中相同點進行平行萃取，測定結果見表5。

表5 不同廠家三氯甲烷對比

由對比可見，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定中，相同濃度的點吸光度沒有顯著差異，相對偏差均＜1%。在實際分析工作中需要對新進批次的三氯甲烷進行檢驗，確認是否存在空白差異。

2.5 精密度與準確度

2.5.1 工作曲線精密度檢驗結果

對第四版增補版法進行工作曲線的精密度檢驗，對標曲中的10μg、30μg、50μg 3點分別進行10次測量。

對第i個濃度水平的樣品進行n次平行測定，試驗室內(nèi)相對標準偏差按照公式(1)～(3)計算。

式中:xk為第i個濃度水平樣品進行的第k次測試結果;為第i個濃度水平樣品進行的第k次測試的平均值;Si為第i個濃度水平樣品進行的第k次測試的標準偏差;RSDi為第i個濃度水平樣品進行的第k次測試的相對標準偏差。

表6 工作曲線精密度驗證

由表6可知，工作曲線中的3個點各自10次測定的精密度分別為2.2%、2.2%、2.1%，小于方法推薦的精密度2.3%的值。

2.5.2 實際樣品準確度及精密度檢驗結果

采用國標方法與第四版增補版對同一標準進行測定，測定值與回收率結果見表7。

表7 兩種方法測定同一標準樣品的測定結果對比

由表7可見，對于同一樣品的測定，第四版增補版和國標法的結果相對誤差僅為0.5%，小于方法所列的＜2%的標準，因此優(yōu)化試驗條件后的方法準確度較好。對環(huán)科院池塘水樣、立水橋公園湖水樣、清河水樣進行加標回收試驗，結果見表8。

表8 實際樣品加標回收率結果(mg/L)

環(huán)科院池塘水樣及立水橋公園水樣加標回收率均為100%，清河水樣加標回收率為101%，均滿足加標回收率在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)。

對清河水樣進行6次平行測定，檢驗實際樣品測定的精密度。每次取水樣100ml不經(jīng)稀釋，直接測定，精密度為2.1%(見表9)。

表9 樣品測定的精密度(mg/L)

3 結論

(1)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版增補版)推薦的亞甲藍法測定陰離子表面活性劑的優(yōu)化的試驗條件是: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)，測定有機相的吸光度;脫脂棉需經(jīng)過萃取凈化，保證批內(nèi)所用脫脂棉體積和松緊程度一致;對不同批次的三氯甲烷在使用前需要檢驗其對結果的影響偏差。

(2)控制好萃取、比色、脫脂棉用量等關鍵環(huán)節(jié)，方法的準確度和精密度均優(yōu)于方法推薦值。工作曲線中的3個濃度點分別測定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%;通過對同一標準樣品進行國標法和優(yōu)化后方法對比試驗，測定結果相對誤差僅為0.5%，優(yōu)于方法推薦的2.0%;對實際樣品的加標回收試驗以及精密度試驗，結果為加標回收率在100%～101%，精密度為2.1%。

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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)測技術及分析方法研究。