在线微孔膜双萃取流动注射光度法测定水中阴离子表面活性剂的研究

【摘要】 采用在线微孔膜双萃取流动注射光度法测定了水中的阴离子表面活性剂。方法基于亚甲基蓝与阴离子表面活性剂作用生成的盐类(λmax=650 nm)，可被氯仿萃取，采用在线双微孔膜液液萃取相分离器，优化了流路参数、萃取模块的流路尺寸和微孔膜的孔径。方法的线性范围为25～1000 μg/L，线性相关系数r≥0.999； 检出限为4.３ μg/L； 不同浓度的相对标准偏差（n=7）为0.７％～6.0%；实际水样的加标回收率为96%～110%；样品测定频率为18样/h。利用本方法分别测定了2个实际水样和2个国家标准参考物质中的阴离子表面活性剂，结果令人满意。

【关键词】 流动注射，在线萃取，阴离子表面活性剂

　1 引言
　　
　　水中的阴离子表面活性剂已经成为饮用水和环境检测中一个必检项目，其检测方法是亚甲基蓝分光光度法[1]，需要氯仿手工萃取3次，方法烦琐耗时，且危害操作人员的健康。流动注射分析以其简单、便捷、容易实现自动化和在线对样品进行前处理的特点，广泛地应用在化学分析中[2，3]。流动注射（FI）方法测定水中的阴离子表面活性剂有很多报道[4，5]：FI可以和电化学检测方法联用[6，7]、原子吸收方法[8]联用， 多数是与光度法联用[9～15]。所采用的方法多依据阴离子表面活性剂与阳离子染料形成离子对，被氯仿萃取后测定。使用的染料有亚甲基蓝[10，11]、乙基紫[12]、甲基橙[13，14]、孔雀石绿[15]。其中不乏新型的相分离器的使用[7，8，15]。但大多数方法并非依据国家标准，方法的灵敏度无法满足实际测定需要[9，12～15]，所使用的萃取相分离器多因重现性差，稳定性不好而无法应用到实际的工作中[4，5，10，11]。
　　
　　本实验采用在线微孔膜双萃取流动注射光度法检测了水中的阴离子表面活性剂的含量，对新型微孔膜双萃取模块的流路形式、机械尺寸等参数及萃取膜参数进行了优化，并优化了流路参数及反应条件，通过对反应的精密度、检出限、质控样品的测试，证明该反应稳定可靠。

　　2 实验部分

　　2.1 仪器和试剂
　　
　　FIA6000+全自动流动注射分析仪（北京吉天仪器有限公司），ARUS艾科浦超纯水器(重庆颐洋企业发展有限公司)，BS124S分析天平（北京塞多利斯仪器系统有限公司），光纤光谱仪（美国海洋光学公司）。
　　
　　碱性硼酸钠储备液：将17.4g 四硼酸钠（NaB4O7·10h3O）， 12 g NaOH溶于1000 mL水; 酸性亚甲基蓝溶液：将0.2 g亚甲基蓝、100 mL碱性硼酸钠溶液、10 mL浓h3SO4混合后，用氯仿纯化后稀释至1 L， 0.22 μm的滤膜过滤后使用; 碱性亚甲基蓝溶液: 将0.4 g亚甲基蓝与100 mL碱性硼酸钠溶液混合后，用氯仿纯化后稀释至1 L， 0.22 μm的滤膜过滤后使用; 载流：20%(Ｖ/Ｖ)甲醇溶液；清洗液为20%(Ｖ/Ｖ)异丙醇溶液。所用试剂为国产分析纯，实验用水为超纯水。
　　
　　标准溶液系列由1．000 g/L阴离子表面活性剂标准溶液（国家标准物质研究中心）逐步稀释得到。

　　2.２ 实验流路
　　
　　阳离子染料亚甲基蓝与阴离子表面活性剂作用，生成蓝色的盐类，统称亚甲基蓝活性物质。该物质可被氯仿萃取，其色度与浓度成正比。
　　
　　图1 在线萃取阴离子表面活性剂分析流路图（略）

　　Fig.1 Online extraction flow injection manifold for the determination of anionic surfactants

　　R1．酸性亚甲基蓝（Ａcidic methylene blue）；R2，R3． 氯仿（chloroform）；Cs． 清洗液（Cleaner solvent）；R4． 碱性亚甲基蓝（Ａlkaline methylene blue）；C． 载流（Ｃarrier）； S． 样品（Ｓample）； T． 三通（Tconnector）； Ww． 水相废液（Ａqueous waste）； Wo． 有机相废液（Ｏrganic waste）；V1． 六通采样阀（Ｓixport sampler valve）；V2． 四通转换阀（Ｆourport switch valve）； M1，M2． 在线萃取模块（Ｏnline extraction unit）；B1，B2． 背压调节器（Ｂack pressure regulator）；L． 混合环（Ｍixing coil）。实验流路如图1所示。阴离子表面活性剂的测定过程：样品进入六通采样阀连接的采样环，将采样环充满后，六通采样阀转换位置，载流将样品推出，先和碱性亚甲基蓝混合，再和氯仿混合，进入在线萃取模块M1，分离出的有机相与酸性亚甲基蓝混合，进入在线萃取模块M2，分离出的有机相进入检测器，得到吸光度值。
　　
　　微孔膜由完全化学惰性的疏水材料制成，其亲有机相的特性可用来分离有机相和水相，本实验使用的有机相为氯仿，利用其与水重力上的差别可实现良好的分离。双萃取的目的是为了去除干扰，首先用氯仿萃取碱性亚甲基蓝溶液，以避免环境样品中的蛋白质等物质造成的负干扰；氯仿相再被酸性亚甲基蓝溶液反萃取，以避免一些无机离子比如硝酸根、氯离子等造成的正干扰。通四通转化阀的位置变换，可实现流通池的不拆卸在线清洗。背压调节器用来调节流路的压力，使有机相不从废液中排出，提高相分离效率。

　　3 结果与讨论

　　3.1 工作参数与优化实验

　　３．１．１ 波长的选择 使用光纤光谱仪对亚甲基蓝与阴离子表面活性剂的氯仿萃取液进行吸收光谱扫描，萃取物在650 nm处有最大吸收。本反应体系选用λmax为650 nm。使用650 nm的窄带滤光片进行分光，石英流通池光程为10 mm。

　　3.１．2 采样环长度的选择 考察采样环长度分别为50，100，150，200和250 cm对反应的影响。结果表明： 随着采样环长度的增加，吸光度值增加，当采样环的长度在200 cm时，吸光度达到稳定的最大值，故采样环的长度选取为200 cm。

　　3.1.3 反应管路长度的优化 实验发现，反应管路中混合环L1， L2的长度分别为190和290 cm时，萃取膜的使用寿命最长，分离效率最高，当混合环L1， L2的长度小于此值时，试剂和氯仿的混合程度不够，萃取效率低，当混合环L1， L2的长度高于此值时，由于压力过高，易导致萃取膜的破裂，达不到有机相和水相有效地分离。故混合环L1， L2的长度分别选取为190和290 cm。

　　3.１．4 在线微孔膜双萃取模块的优化 在线萃取模块采用膜分离技术，使用的萃取膜的材质为疏水氟膜，亲水膜（如醋酸纤维膜）不适用。而疏水膜的材质是聚四氟乙烯膜或聚偏氟乙烯膜，差别不大。但聚四氟乙烯膜的寿命较之聚偏氟乙烯膜长，长期稳定性好。考察孔径分别为0.22， 0.45和1.0 μm的聚四氟乙烯膜对反应的影响。结果表明：孔径为0.22 μm时，吸光度最大，萃取效率最高。孔径过大，水相容易渗透过膜，导致液液分离失败。考察厚度为100， 200和400 μm的萃取膜对反应的影响。结果表明： 厚度为400 μm的萃取膜强度高，寿命长，不易导致水相渗透。考察国产膜和进口膜的性能发现，使用国产膜和国外膜获得的吸光度值、寿命等性能差别不大，但进口膜的售价远高于国内膜。故选用厚度400 μm、孔径0.22 μm孔径的国产聚四氟乙烯微孔膜作为相分离器的分离膜。
　　
　　在线萃取模块为两块相同的聚四氟乙烯块组成，中间夹有微孔膜，聚四氟乙烯块上有流路通道。考察了流路形式为直线、折线和曲线对反应的影响。结果表明： 流路的形式对反应结果影响不大。考察了不同机械尺寸对反应的影响。结果发现： 其长度、宽度和高度分别为70 mm×1 mm×2 mm时达到稳定的最大吸光度值，且此条件下的长期稳定性最佳。

　　3.1.5 试剂流量的优化 通过采用不同内径的泵管来获得不同的试剂流量。采用Viton泵管输送氯仿，采用Tygon泵管输送其它溶液。实验表明，样品泵管内径为1.85 mm，碱性亚甲基蓝载流泵管内径1.30 mm，酸性亚甲基蓝泵管内径1.14 mm，氯仿泵管内径0.89 mm时，获得的基线稳定，吸光度值最大且稳定。

　　3.１．6 载流的选择 分别以20%的乙醇、异丙醇、甲醇和超纯水做为载流。结果发现： 20%的甲醇可以维持稳定的基线，同时可以起到清洗管路排除干扰及增敏的作用，对峰形不产生任何影响。而采用异丙醇作为载流则会出现鬼峰。

　　3.２ 方法的线性、精密度和检出限
　　
　　在最佳反应条件下，线性方程为C=－6.84+26.03A（μg/L）（r=0.9996）。多次测定表明，在25～1000 μg/L范围内具有较好的线性关系。
　　
　　本研究选取25 μg/L的阴离子表面活性剂标准溶液，经7次测量，以其３倍标准偏差计算，测得其检出限为4.28 μg/L。
　　
　　取不同浓度的阴离子表面活性剂标准溶液，连续进行7次测量，测定其RSD。当水样浓度为25 μg/L时，相对标准偏差为6.0%；当水样浓度为200 μg/L时，相对标准偏差为2.82％； 当水样浓度为500 μg/L时，相对标准偏差为2.４%。
　　
　　方法的测定周期为200 s，即样品测定频率为18样/h。

　　3.3 干扰及其消除
　　
　　实验表明，水中的尿素、氨、甲醛和氯化汞等化合物对反应不产生干扰。有机的硫酸盐、磺酸盐、羧酸盐、酚类以及无机的SCN－， CN－， NO－3， Cl－， F－， Br－等，或多或少与亚甲基蓝作用，生成可溶于氯仿的蓝色络合物，致使测定结果偏高。但是，在浓度低于1000 mg/L时，通过酸性亚甲基蓝溶液反萃取，可消除这些正干扰（优级硫酸盐、磺酸盐除外），其中氯化物和硝酸盐的干扰大部分被去除。硫化物能与亚甲基蓝反应生成无色的还原物而消耗亚甲基蓝试剂，可将试样调至碱性，滴加h3O2（30%），避免其干扰。
　　
　　阴离子表面活性剂与季铵类阳离子表面活性物质或蛋白质作用，生成稳定的络合物，而不与亚甲基蓝反应，使测定结果偏低。采用双萃取的方法或加大亚甲基蓝的用量，在阳离子物质和蛋白质的浓度低于100 mg/L时，对反应基本无干扰。

　　3.4 样品分析及回收率实验
　　
　　采用国家环境保护总局标准样品研究所的阴离子表面活性剂质量控制样品对方法及仪器进行检验，测定结果见表1。由表1的数据可见，对于3种浓度的质控样品，其测得值均在标准值的不确定度范围内，且测定的精密度均小于5%，说明仪器及方法稳定可靠，可以满足实际测定需求。
　　
　　用本方法对北京市的地下水、河水中的阴离子表面活性剂进行了加标回收率的测定，结果见表2。加标回收率为96％～110%。

　　表1 阴离子表面活性剂方法质量控制样品的测定（略）

　　Table 1 Determination of the quality control sample of the anionic surfactants

　　表2 实际样品的测定和加标回收率（略）

　　Table 2 Sample analysis and spike recovery test

　　结果表明，在线微孔膜双萃取流动注射光度法测定阴离子表面活性剂，灵敏度高，在线萃取自动化程度高，检测速度快，测定结果更加准确可靠。

参考文献

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