流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法測定水中陰離子表面活性劑的方法改進(jìn)研究

王筱徑

（福建省地質(zhì)測試研究中心，福州，350001）

近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，陰離子表面活性劑被廣泛地運用于生產(chǎn)生活的各個方面，為人們帶來了許多便利。然而，大量陰離子表面活性劑隨生活污水或工業(yè)廢水流入水體，會導(dǎo)致水質(zhì)惡化，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。研究表明，當(dāng)水體中陰離子表面活性劑濃度達(dá)到0.5 mg/L時，會阻斷水體中的氧氣交換，造成微生物大量缺氧死亡[1]。陰離子表面活性劑還具有難降解性，能與水中的其他污染物結(jié)合在一起形成分散性的膠體顆粒，增大污染的濃度和毒性[2]。因此，陰離子表面活性劑成為反映水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是國家采測分離“9+x”中要求抽測的項目[3]。

目前，可用于測定水中陰離子表面活性劑的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法主要有“亞甲藍(lán)分光光度法”[4]、“二氮雜菲萃取分光光度法”[5]、“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”[6]、“連續(xù)流動分析-分光光度法”[7]等。其中，前二者方法具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點，但操作步驟繁瑣，系統(tǒng)誤差大，且該類方法氯仿使用量大，容易對操作人員身體健康造成危害。而后二者方法為近年發(fā)展起來的儀器分析方法，與傳統(tǒng)方法相比，分析效率高、測量準(zhǔn)確、重復(fù)性好，對操作人員健康的危害較小。但使用標(biāo)準(zhǔn)方法“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”進(jìn)行樣品測定時，仍然存在步驟繁瑣、試劑消耗量大等問題，為了更好地開展樣品檢測工作，研究在標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些改進(jìn)，優(yōu)化試劑的用量，簡化實驗溶液的配制方法。通過對改進(jìn)的方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、精密度、正確度、加標(biāo)回收率等特性指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，評估該方法在技術(shù)上的可行性、合理性。

1 實驗方法

1.1 方法原理

將含有陰離子表面活性劑的試樣注射到一個運行連續(xù)載流的管路中，讓試樣與實驗溶液按照事先設(shè)定的順序混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)被氯仿萃取并進(jìn)入流通池進(jìn)行檢測分析。儀器根據(jù)亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)濃度與吸光度的線性關(guān)系建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，依據(jù)線性回歸方程得出樣品中陰離子表面活性劑的濃度。樣品中存在的干擾物質(zhì)在儀器中經(jīng)過萃取和反萃取可被消除[8]。

1.2 方法改進(jìn)

流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法采用流動注射分析儀作為主要儀器，由于儀器結(jié)構(gòu)精密、管路復(fù)雜，對實驗溶液的使用要求較高，因此溶液配制過程步驟繁瑣，試劑消耗量大。研究通過對標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)了試劑用量的優(yōu)化和溶液配制方法的簡化，使得流動注射分析法快速、準(zhǔn)確、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)點能夠得到充分體現(xiàn)。使用標(biāo)準(zhǔn)方法與使用改進(jìn)的方法配制實驗溶液的對比（表1）。

表1 標(biāo)準(zhǔn)方法與改進(jìn)的方法配制實驗溶液的對比Table1 Comparison of the standard methods and the modified methods for preparing the experimental solution

（1）亞甲基藍(lán)儲備液標(biāo)準(zhǔn)方法是將適量的亞甲基藍(lán)溶解于1 L 去離子水中，用0.45 μm 尼龍過濾網(wǎng)過濾的方式制備亞甲基藍(lán)儲備液（亞甲基藍(lán)濃度為0.50 g/L）。改進(jìn)方法采用將亞甲基藍(lán)溶解于500 mL 無水乙醇，再用去離子水定容，然后使用0.22 μm 微孔濾膜過濾的方法制備亞甲基藍(lán)儲備液（亞甲基藍(lán)濃度為0.35 g/L）。改進(jìn)的方法操作方便，且減少了亞甲基藍(lán)的使用量，而采用孔徑更細(xì)的過濾方式，過濾后得到的溶液澄清透明，在此后配制酸性、堿性亞甲基藍(lán)溶液時使用效果更好。

（2）配制堿性硼酸鈉溶液：標(biāo)準(zhǔn)方法采用分別配制四硼酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液，再將2 種溶液等體積混合的方式。改進(jìn)方法則采用四硼酸鈉固體和氫氧化鈉固體混合溶解進(jìn)行配制。

（3）制備堿性亞甲基藍(lán)溶液：標(biāo)準(zhǔn)方法需要配制2 種堿性亞甲基藍(lán)溶液，并反復(fù)萃取6 次進(jìn)行脫色，操作步驟繁瑣，試劑消耗量大。改進(jìn)方法簡化了操作步驟，僅配制1 種堿性亞甲基藍(lán)溶液，并萃取3 ～4 次進(jìn)行脫色。同時增大了亞甲基藍(lán)儲備液的用量，由60 mL 增加到200 mL，確保樣品中的陰離子表面活性劑能夠全部參與反應(yīng)并被萃取分離。

（4）制備亞甲基藍(lán)儲備液：標(biāo)準(zhǔn)方法酸性亞甲基藍(lán)溶液需萃取3 次進(jìn)行脫色，由于在一次萃取時樣品中的陰離子表面活性劑已全被萃取分離，在二次萃取時，酸性亞甲基藍(lán)溶液參與反應(yīng)的作用只是反洗樣品中的無機(jī)陰離子[9]，消除干擾，所以改進(jìn)方法配制酸性亞甲基藍(lán)溶液時不進(jìn)行脫色處理，節(jié)省了時間和成本。改進(jìn)方法采用磷酸二氫鈉固體代替堿性硼酸鈉溶液作緩沖劑，操作起來更加方便。

2 實驗材料與參數(shù)測定

試驗的主要試劑有亞甲基藍(lán)、四硼酸鈉、三氯甲烷、硫酸、氫氧化鈉、無水乙醇、磷酸二氫鈉、石油醚，陰離子表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度值為1 000 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW（E）081623，批次編號為L5X2；實驗用水為實驗室制備的去離子水。

此次實驗的儀器設(shè)備為BDFIA-8000 型全自動流動注射分析儀，北京寶德儀器有限公司生產(chǎn)。儀器的參數(shù)設(shè)置中的樣品周期為200 s，泵轉(zhuǎn)速為35 r/min，注射時間為78 s，進(jìn)載流時間為78 s，到達(dá)閥時間為82 s。

設(shè)定儀器參數(shù)先用去離子水分別清洗載流，堿性亞甲基藍(lán)、酸性亞甲基藍(lán)的流路約為15 min。待清洗步驟結(jié)束后，將各個進(jìn)試劑的毛細(xì)管插入相應(yīng)的試劑瓶中，繼續(xù)運行15 ～20 min，期間檢查整個流路的密閉性及液體流動的順暢性，待基線穩(wěn)定后，編寫進(jìn)樣列表，之后可以開始樣品的測定。然后量取標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、樣品待測液置于流動注射分析儀進(jìn)樣器內(nèi)，按順序進(jìn)行測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

此試驗配制陰離子表面活性劑濃度分別為0，0.10,0.20,0.50，1.00，2.00 mg/L。經(jīng)自動進(jìn)樣測定，得到所配制標(biāo)準(zhǔn)系列的信號峰面積，標(biāo)準(zhǔn)曲線測試結(jié)果（表2）。以信號峰面積為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為y=0.001 738x+0.002 287，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，線性關(guān)系滿足“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”的質(zhì)量控制要求。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線測試結(jié)果Table 2 Standard curve test results

3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間濃度點校準(zhǔn)核查

選取濃度為0.50 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)曲線中間濃度點，每隔10 個樣品進(jìn)行校準(zhǔn)測定，計算出校準(zhǔn)點與標(biāo)準(zhǔn)曲線該點濃度的相對偏差。標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間濃度點校準(zhǔn)核查結(jié)果（表3）。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間濃度點校準(zhǔn)核查結(jié)果Table 3 Results of the intermediate concentration point calibration verification of the standard curve

3.3 檢出限的計算

對配制濃度約為估計方法檢出限5 倍的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行7 次平行測定，依據(jù)公式（1）計算出方法檢出限MDL。

式中：n為樣品的平行測定次數(shù)，為6；t為自由度，為n-1；置信度為99%的t分布值（單側(cè)），本次取3.143；S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

根據(jù)測試結(jié)果計算出MDL為0.03 mg/L，測定下限為4 倍的MDL，所得結(jié)果為0.09 mg/L，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法對檢出限及測定下限的要求標(biāo)準(zhǔn)曲線。測試結(jié)果（表4）。

表4 方法檢出限、測定下限的測試結(jié)果Table 4 Test results of the method detection limit and lower measurement limit

3.4 精密度實驗

配制低、中、高3 種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，低濃度為0.40 mg/L，中濃度為1.00 mg/L，高濃度為1.80 mg/L。每種溶液連續(xù)測試6 次，精密度測試結(jié)果（表5）。根據(jù)測試結(jié)果計算出3 種樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.90%，0.89%，0.70%，數(shù)據(jù)不大于標(biāo)準(zhǔn)方法中6 家實驗室所測得2.2%～6.9%、1.2%～6.1%、0.6%～6.7%的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍，證明方法精密度良好。

表5 精密度的測試結(jié)果Table 5 Test results of the precision單位：mg/L

3.5 正確度實驗

采用改進(jìn)方法和標(biāo)準(zhǔn)方法分別進(jìn)行有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定以及加標(biāo)回收實驗，通過分析實驗結(jié)果評價方法的正確度。有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度為（0.391±0.029）mg/L，由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所生產(chǎn)，測試分析時取樣品10 mL，實驗室用水稀釋至250 mL 后用于測試。標(biāo)準(zhǔn)方法測試結(jié)果為0.402 mg/L，改進(jìn)方法的測試結(jié)果為0.399 mg/L，2 種方法的測試結(jié)果均在真值的濃度范圍內(nèi)。加標(biāo)回收實驗采用對3 種不同類型的實際樣品加入同一加標(biāo)濃度的方式，依據(jù)“環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)導(dǎo)則”[10]中對加標(biāo)濃度的規(guī)定（樣品有檢出時，加標(biāo)濃度應(yīng)為樣品濃度的0.5 ～3 倍；樣品未檢出時，加標(biāo)濃度應(yīng)盡可能包含適用的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限制的濃度），確定加標(biāo)量為0.40 mg/L。加標(biāo)回收實驗的測試結(jié)果（表6）。經(jīng)改進(jìn)方法測定，地表水和地下水樣品的本底濃度為0，生活污水樣品的本底濃度為0.21 mg/L，經(jīng)樣品加標(biāo)回收實驗可知，樣品的加標(biāo)回收率為87.5%～105.0%，該回收率與采用標(biāo)準(zhǔn)方法測定的回收率偏倚一致。由以上的實驗結(jié)果可見，改進(jìn)方法具有良好的正確度。

表6 實際樣品加標(biāo)測試結(jié)果Table 6 Test results of the actual sample-spiked

4 結(jié)論

（1）研究對“水質(zhì)陰離子表面活性劑的測定”標(biāo)準(zhǔn)檢測方法進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化了試劑的使用量，簡化了實驗溶液的配制方法。為評價改進(jìn)后方法的特性指標(biāo)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求，對其進(jìn)行了確認(rèn)，測定了標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、精密度、正確度、加標(biāo)回收率等特性指標(biāo)。由實驗結(jié)果可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，滿足方法規(guī)定的要求；校核點與標(biāo)準(zhǔn)曲線該濃度點的相對偏差為-2.1%～3.4%、滿足要求的相對偏差應(yīng)≤±10%。方法檢出限為0.03 mg/L，測定下限為0.09 mg/L，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法對檢出限及測定下限的要求，實驗得出的精密度、正確度、加標(biāo)回收率均滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。

（2）采用改進(jìn)方法和標(biāo)準(zhǔn)方法分別進(jìn)行有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定以及加標(biāo)回收實驗，2 種方法的測試結(jié)果無明顯差異。實驗結(jié)果表明，改進(jìn)后方法的特性指標(biāo)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求，技術(shù)上合理可行，且該方法最大限度地發(fā)揮了流動注射分析法快速、準(zhǔn)確、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)點，具有一定的推廣應(yīng)用價值。