自动测量水中阴离子表面活性剂研究

黄文钰

上海市金山区水文站 200540

摘要：本文应用亚甲蓝分光光度法，通过自动进样、萃取、分离、测量等全过程的自动化技术分析水中阴离子表面活性剂。讨论了自动测量过程中显色剂用量、萃取时间、萃取次数等参数的确定，用碱性亚甲蓝溶液去除蛋白质和季铵类化合物的负干扰。结果表明，该方法的线性范围为0.1～2.0 mg/L，相关系数为0.9997，检出限(3σ)为0.005 mg/L，应用碱性亚甲蓝方法对实际水样进行测定，可将加标回收率由80.2%提高至93.6%，能满足对地表水和污水水质的各项测量指标要求。

关键字：阴离子表面活性剂；自动测定；亚甲蓝；

前言

测量水质阴离子表面活性剂的方法有亚甲蓝分光光度法、滴定法，水相直接显色光度法、同步荧光分析法、高效液相色谱法、共振光散射法和流动注射光度法等^[1-4]。我国执行的标准方法是《水质 阴离子表面活性剂的测定 亚甲蓝分光光度法》（GB7494-87），该方法利用阴离子表面活性剂与阳离子染料亚甲蓝反应生成蓝色的亚甲蓝活性物质，该物质可被氯仿萃取分离，可在652nm波长处测量含亚甲蓝活性物质^[5]。虽然该方法具有很好的灵敏度和准确度，但也存在手工操作步骤复杂、耗时较长、试剂消耗量大等问题，而且氯仿具有一定的毒性，对人的身体有害^[6]。尤其是该方法测量污水时存在严重的负干扰，回收率常低于70%。近年来也有多数报道^[7-9]用流动注射方法来测量水中阴离子表面活性剂，以碱性亚甲蓝法可去除负干扰。但流动注射法存在流路复杂、容易受到气泡干扰等问题^[10]，而且通常采取在管路里流动混合的方法萃取，萃取的效率不高，因此加标回收率也比较低。市场上自动测量水中的阴离子表面活性剂仪器也有很多，其中大部分基于流动注射法，如美国LACHATQC8500型全自动流动注射分析仪^[11]、荷兰SKALAR San++型连续流动分析仪^[12]、德国型Seal-AA3流动注射分析仪等^[13]。也有应用亚甲蓝分光光度法的，如希思迪SYSTEA 在线水中阴离子表面活性剂分析仪、上海昂林科仪的OL2010全自动水中阴离子表面活性剂测量仪，本文的研究正是基于上海昂林科仪的OL2010全自动水中阴离子表面活性剂测量仪。

本文回归到亚甲蓝的标准方法中，将标准方法实现全过程自动化，克服重现性差，操作繁琐，试剂对试验人员有毒害等问题，用碱性亚甲蓝溶液去除负干扰，并采用机械搅拌萃取，可获得比手工方法和流动注射方法都高的回收率。

1.试验部分

1.1仪器与试剂

1.1.1仪器

OL2010-全自动水中阴离子表面活性剂测量仪（上海昂林科学仪器有限公司）

1.1.2试剂及制备

十二烷基苯磺酸钠标准溶液（10 mg/L）：准确吸取10.00 mL十二烷基苯磺酸钠（中国计量科学研究院GBW（E）081639）标准储备液于1000 mL 容量瓶中，再用去离子水定容至刻度;

碱性四硼酸钠储备液：准确称取并溶解6.0 g NaOH和28.6 g Na₂B₄O₇·10 H₂O于1L容量瓶中；

碱性亚甲蓝溶液：量取120 mL 1.5 g/L亚甲蓝溶液至1000 mL分液漏斗中，加入200 mL碱性四硼酸钠储备液，在通风橱中，分别用50 mL氯仿萃取五次，静置分层，将上层纯化后的亚甲蓝水相移入2000 mL容量瓶中，再次加入400 mL碱性四硼酸钠储备液，用去离子水定容至刻度。

其他各溶液的配制均与国标方法“GB7494-87”相同。

1.2仪器工作条件

阴离子表面活性剂自动测量仪工作参数见表2

表1. 阴离子表面活性剂自动测量仪工作参数

Tab.1 Partial parameterization of anionic surfactants automatic measuring instrument

项目	试剂用量		萃取时间 /（s）	清洗时间 /（s）	排放时间 /（s）
	氯仿 /（ mL）	亚甲蓝 /（ mL）
测量	30	25	45	45	60

1.3试验方法

水样放至自动进样器上，由注射泵吸取碱性亚甲蓝溶液及氯仿注入水样中，搅拌萃取。萃取分层后再将萃取液吸入洗涤瓶中，重复此过程三次至水样萃取完全。集三次萃取的氯仿于洗涤瓶中，并向其注入洗涤液进行搅拌洗涤，去除水相正干扰。洗涤后的氯仿层再注入到比色皿中，在652nm波长处进行自动测量。试验流路见图1。

图1自动测定水中阴离子表面活性剂示意图

Fig. 1 Automatic determination of anionic surfactants in water piping

2.结果与讨论

2.1试验条件的选择

2.1.1显色剂用量

试验以0.5 mg/L 标液为样品，分别加入10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL亚甲蓝显色剂，充分萃取，考察显色剂的使用量对样品吸光度的影响，绘制成显色剂体积与显色吸光度的曲线，见图3。

图2显色剂体积与显色吸光度曲线

Fig. 2 Methylene blue reagent volume and absorbance curve

试验结果显示，吸光度随着亚甲蓝显色剂的体积变化而发生变化，在20 mL至30 mL趋向于稳定，为保证亚甲蓝显色剂足量，所以本试验采取25 mL为宜。

2.1.2萃取次数

试验以0.5 mg/L标液为样品，分别对显色后的样品进行5次萃取，考察每次萃取数的吸光度，绘制成萃取次数与显色吸光度的曲线，见图3。

图3萃取次数与显色吸光度曲线

Fig. 3 Extraction times and the absorbance curve

试验结果显示，吸光度随着萃取次数变化而发生变化，在第三次萃取后吸光度达到最大且趋向于稳定，为保证萃取充分，所以本试验采取3次萃取的方法。

2.1.3萃取时间

本试验采取高效的搅拌萃取方式，试验结果表明，搅拌萃取时间达到45s时，反应后的吸光度达到最大且稳定，所以本试验选择45s萃取时间为宜。

2.2标准工作曲线和检出限

按试验方法测定阴离子表面活性剂标准溶液系列，绘制成标准工作曲线，见图4.

图4标准曲线

Fig. 4 Standard curve

试验结果表明，阴离子表面活性剂的质量浓度在0.1～2.0mg/L范围内，浓度与吸光度呈线性关系，线性回归方程为y=0.4878x-0.0027，相关系数为0.9997。在保证试验流路无污染的情况下，连续22测得试剂空白值，标准偏差（s）为0.00168 mg/L，根据标准偏差（s）可计算得出方法检出限（3σ）为0.005 mg/L，小于标准方法0.05mg/L，满足检测要求。

2.3精密度试验

选用0.050 mg/L、0.500mg/L 、1.00mg/L三种浓度标准样，按试验方法分别连续测定6次，试验结果见表2。

表2 精密度测量结果

Tab.2 Results of tests for precision

测定次数	浓度（ mg/L）
	0.050	0.500	1.000
1	0.051	0.508	1.050
2	0.053	0.523	1.068
3	0.051	0.514	1.079
4	0.047	0.520	1.068
5	0.053	0.516	1.077
6	0.049	0.525	1.054
平均值	0.051	0.518	1.066
标准偏差	0.0024	0.0063	0.0118
相对标准偏差（%）	4.77	1.21	1.12

试验结果表明方法精密度较好，完全满足《环境水质监测质量保证手册》(第二版)中规定(精密度即样品的实验室内相对标准偏差为≤20%)的要求。

2.4加标回收试验

按试验方法对地表水（漕泾-水库村路段）样品和生活污水（上海市新江水质净化厂）样品进行加标回收试验，试验结果见表3。

表3.回收试验结果

Tab.3 Results of tests recovery

平行号		水 样
		地表水			生活污水
		样品	加标样品	加标回收率	样品	加标样品	加标回收率
测定结果 ( mg/L)	1	0.161	0.256	96.6	0.465	0.758	97.8
	2	0.165	0.256	92.7	0.469	0.758	96.3
	3	0.157	0.248	92.6	0.450	0.740	96. 7
	4	0.161	0.254	93.6	0.450	0.748	99.3
	5	0.157	0.254	98.6	0.469	0.746	92.3
	6	0.165	0.258	94.7	0.465	0.740	91.7
加标量（mg/L）		0.10			0.30
平均加标回收率（%）		94.9			95.7

试验结果表明，方法加标回收率在91.7%至99.3%之间。完全满足《环境水质监测质量保证手册》(第二版)中规定(样品含量范围: ≤0.2mg/L时，加标回收率为85% ~120%，0.2 ~ 5.0mg/L 时，加标回收率为85% ~110%)要求，数据准确、可靠。

2.5干扰试验

亚甲蓝分光光度法干扰因素较多，对于实际污水水样中经常出现回收率低的情况，多数原因是存在蛋白质和季铵类化合物等阳离子，与水样中的阴离子表面活性剂结合，从而产生负干扰，使加标回收率偏低。本试验利用碱性亚甲蓝溶液代替酸性的亚甲蓝溶液，以消除此类干扰。以上海市某污水处理厂污水为样品，分别利用酸性亚甲蓝溶液和碱性亚甲蓝溶液按照上述方法进行试验，试验结果见表4。

表4. 酸性亚甲蓝试剂与碱性亚甲蓝对比试验

Tab.4 Methylene blue reagent and alkaline methylene blue comparison test

水样
	酸性亚甲蓝试剂			碱性亚甲蓝试剂
测定结果 （ mg/L）	水样（mg/L）	加标水样 （mg/L）	回收率（%）		水样（mg/L）	加标水样 （mg/L）	回收率 （%）
	0.588	0.983	80.2		0.598	1.051	91.8
	0.602	1.020	84.8		0.616	1.078	93.6
	0.592	0.996	81.9		0.608	1.058	91.2
加标量（ mg/L）	0.5
平均加标回率（%）	82.3			92.2

通过对上海市某污水处理厂污水水样进行加标试验，由试验结果可知，通过洗涤液反洗去除其他有机的硫酸盐、磺酸盐、羧酸盐、酚类以及无机的硫氰酸盐、氰酸盐、硝酸盐和氯化物等正干扰。而碱性亚甲蓝溶液可消除水样中的负干扰，获得比较高的加标回收率。测量结果符合标准方法的要求。

结论

阴离子表面活性剂的测量过程中要使用氯仿，氯仿易挥发且有一定的毒性，采用全自动的方法可使操作人员少接触试剂；自动测量还能够提高测量的精密度，从而降低检出限。试验表明，自动测量方法以国家标准方法为基础，测量的线性范围同样为0.1～2.0 mg/L，线性相关系数0.9997，最低检出限可达0.005 mg/L，相对标准偏差<3.8%，各项指标均优于手工操作方法，能满足对地表水和污水水质的各项测量指标要求。通过使用碱性亚甲蓝溶液解决了测量水样的加标回收率过低的问题，使测量结果更可靠，同时也给实际水样测量提供参考意见。自动方法还能提高工作效率，节约实验室资源。

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