高效液相色譜法直接測定環境水體中直鏈烷基苯磺酸鈉類陰離子表面活性劑

夏鵬超，王 君，楊小紅，袁躍甫，澤仁曲珍，張殷俊

1.西藏自治區生態環境監測中心，西藏 拉薩 850000 2.拉薩海關技術中心，西藏 拉薩 850000 3.中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

隨著化工工業的迅速發展和陰離子洗滌劑的廣泛使用，大量含有陰離子洗滌劑的廢水進入環境水體，有研究甚至在人類活動較少的南極地區也發現了陰離子洗滌劑的存在[1]。根據文獻統計[2]，國內138家合成洗滌劑生產企業中，有101家的產品中含有直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)，占比高達73%，其中檢出頻率較高的是十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)[3]。此外,水體陰離子表面活性劑相關分析方法[4-6]中使用的參考標準物質也均為SDBS。陰離子表面活性劑進入環境水體后，會破壞水中溶解氧的動態平衡，造成水質惡化，影響水生生物的生長。受污染物自身結構及水體微生物、pH等諸多環境因素的影響，陰離子表面活性劑的降解過程復雜。因此，陰離子表面活性劑成為環境水體重要的污染指標之一[7]。

目前，陰離子表面活性劑的測定方法主要有直接兩相滴定法[8]、亞甲藍分光光度法[4-5]、流動注射法[6]、液相色譜法及液相色譜質譜法[9-12]。采用直接兩相滴定法、亞甲藍分光光度法和流動注射法3種方法分析陰離子表面活性劑的過程中，均會用到三氯甲烷，而三氯甲烷是我國重要的環境污染控制指標之一[13-14]。分光光度法需經歷反復萃取和水洗，過程煩瑣，且水樣中無機鹽的干擾較大。連續流動注射法最大的問題在于其高原適用性。因高原地區氣壓較低，試劑中大量微小氣泡的存在會使儀器無法正常工作。西藏地區海拔高、氣壓低，三氯甲烷在此環境條件下的揮發性更強[15-16]。而當檢測人員長期暴露在含有大量三氯甲烷溶劑蒸氣的環境中時，其身體健康會受到極大傷害。采用國家標準方法[4-6]測定陰離子表面活性劑時，若樣品中存在磺酸鹽和香精等共存物，會對檢測結果產生正干擾，造成測定結果的假陽性[17]。總之，現有檢測方法存在的次生環境污染、操作過程復雜及共存物干擾等問題，在一定程度上影響了可靠檢測數據的獲取。

根據文獻資料，國內以往也有使用高效液相色譜法檢測環境水體中的陰離子表面活性劑的相關研究。例如：莫蘋等[18]研究了采用高效液相色譜-紫外檢測法測定廢水中的SDBS的分析條件、干擾因素和樣品前處理方式等，同時比對了不同前處理條件和不同檢測方法的檢測結果的差異；韓曉嫣等[19]通過對比不同前處理方法和不同前處理溶劑對分析結果的影響，建立了利用高效液相色譜儀測定廢水中的陰離子表面活性劑含量的方法，但其方法需對樣品濃度進行初步篩選后才能確定下一步的樣品處理方式；黃朝顏[20]提出的陰離子表面活性劑測定方法與韓曉嫣等[19]建立的方法相似，均需對樣品濃度進行篩選后才能確定下一步的樣品處理方式。以上研究的基本思路是對樣品進行液液萃取或SPE小柱固相萃取等前處理后，使用高效液相色譜-紫外或熒光檢測器法對樣品中的陰離子表面活性劑的含量進行測定。此外，韓曉嫣等[19]、黃朝顏[20]在測定水體中的陰離子表面活性劑的過程中使用了甲基異丁基甲酮(MIBK)，該物質同樣具有刺激性和毒性[20]，會影響檢測人員的健康。

隨著近年來液相色譜儀器檢測能力的不斷提升，現有儀器設備已具備較高的靈敏度和可靠性。針對上述研究[18-20]中的前處理方法存在的問題，借鑒相關文獻[21]關于陰離子表面活性劑測定過程的干擾物的研究結論，筆者結合實際檢測工作的需要，通過簡化前處理過程和優化檢測設備的方式，將采集到的環境水體樣品直接用0.45 μm濾膜過濾后，使用高效液相色譜法進行分離，并以SDBS作為定性和定量標準物質，采用熒光光譜法進行測定，利用歸一化法計算樣品中LAS的含量。優化后的檢測方法避免了三氯甲烷和MIBK的使用，減少了前處理的操作步驟，并可對超出測定上限的樣品采取直接稀釋的方式進行測定。在此基礎上，根據《環境監測分析方法標準制訂技術導則》(HJ 168—2020)[22]的要求，驗證了方法的檢出限、重復性和準確度，并通過對河流、湖泊和生活污水等不同類型實際樣品進行測定及加標回收率計算，驗證在高海拔環境條件下采用本文優化后的方法測定水體中的LAS類陰離子表面活性劑的可行性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀(美國Agilent，1260，帶熒光檢測器)；色譜柱(美國Agilent，ZORBAX Eclipse XDB-C18，規格4.6 mm×250 mm，粒徑5 μm)；針式過濾器及0.45 μm濾膜(上海安譜)；純水機(法國MilliQ，Integral 3)。甲醇(美國Thermo Fisher，HPLC級)；SDBS(上海安譜)；陰離子表面活性劑有證標準物質(生態環境部環境發展中心環境標準樣品研究所)。

1.2 測定條件

流動相的組成為甲醇-水(體積比90∶10)，流速為0.5 mL/min，柱溫為(35.0±1.0)℃，進樣體積為20.0 μL。熒光檢測器條件：激發波長=232 nm，發射波長=290 nm[16-17]。

2 結果與討論

2.1 樣品預處理

取未加保存劑并經自然沉降后的樣品，使用0.45 μm濾膜過濾后，轉移至棕色色譜瓶內，直接上機測定。

2.2 流動相及流速的選擇

分別以體積比為80∶20和90∶10的甲醇-水混合溶液為流動相，流速設定為0.5 mL/min。實驗結果顯示，使用體積比為80∶20的甲醇-水混合溶液為流動相時，峰形不穩定，不利于積分及結果計算；使用體積比為90∶10的甲醇-水混合溶液為流動相時，峰形較為穩定，有利于積分及結果計算。色譜結果見圖1和圖2。

圖1 以甲醇-水(體積比80∶20)為流動相時的色譜圖Fig.1 Chromatogram with methanol-water (80∶20 by volume) as mobile phase

圖2 以甲醇-水(體積比90∶10)為流動相時的色譜圖Fig.2 Chromatogram with methanol-water (90∶10 by volume) as mobile phase

2.3 定性與定量分析

2.3.1 定性分析

按照本文1.2節設定的測定條件啟動儀器設備，待儀器狀態及檢測器基線穩定后，將完成過濾的待測樣品上機分析。通過對比實際樣品中的待測物和干擾物在熒光檢測器上的出峰時間和響應情況，對樣品中的待測物進行定性分析[21]。

2.3.2 定量分析

使用外標法定量，采用歸一化法計算實際樣品中的待測物的含量。參考標準方法[4-6]和歷年實際樣品檢測情況，建立濃度梯度為0.02、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L的標準曲線，超出曲線范圍的樣品經稀釋后重新測定。校準曲線性能指標見表1。

表1 校準曲線性能指標Table 1 Performance indicators of calibration curves

2.3.3 檢測能力對比

由于污水樣品中的陰離子表面活性劑的含量較高，不滿足檢出限的驗證要求，不能有效驗證方法對實際樣品的檢出能力，因此，按照HJ 168—2020[22]附錄A.1中的規定，重復測定7次濃度為0.05 mg/L的空白加標樣品，驗證本研究所建立方法的實際檢出能力。經驗證，該方法的檢出限為0.01 mg/L，符合HJ 168—2020的要求；測定下限、測定上限分別為0.04、2.00 mg/L。本研究所建立方法與標準檢測方法[5-6]的檢測能力對比結果見表2。由表2可知，本研究所建立方法的檢出能力優于現有標準檢測方法，具備對環境質量標準[13-14]中規定的陰離子表面活性劑限值的檢出能力。

表2 檢測能力對比Table 2 Comparison of detection ability mg/L

2.4 方法重復性與準確度驗證

2.4.1 重復性測定

分別配制濃度為0.15、0.80、1.50 mg/L的標準樣品，與有LAS檢出的生活污水樣品一起進行測定，驗證本研究所建方法的重復性，結果見表3。由表3可知，重復性(相對標準偏差)的范圍為1.3%～6.2%，表明本研究所建方法的重復性較好。

表3 重復性驗證結果Table 3 Verification results of repeatability

2.4.2 準確度和實際樣品測定

分別對有證標準物質和濃度為0.15、0.80、1.50 mg/L的配制樣品進行測定，驗證本研究所建方法的準確度，結果見表4。由表4可知，有證標準物質及配制樣品測定結果的相對誤差的范圍為2.1%～4.0%，表明該方法具有良好的準確性。

表4 準確度驗證結果Table 4 Verification results of accuracy

2.4.3 實際樣品測定及加標回收率計算

采用本文建立的方法對某河流、湖泊和生活污水等環境水樣進行實際樣品測定和加標回收測定，驗證本方法的實際樣品測定能力和加標回收率，結果見表5。其中，未檢出待測目標物的樣品按照方法檢出限(0.01 mg/L)的5倍進行加標測定，生活污水樣品按照檢出結果的2倍進行加標測定。

表5 實際樣品測定和加標回收率計算結果Table 5 Results of actual sample determination and standard addition recovery calculation

由表5可知，采用該方法測定實際環境水體樣品LAS類陰離子表面活性劑含量的加標回收率范圍為80.0%～116%，其中，生活污水樣品的加標回收率整體略低，為80.4%～95.2%。上述結果表明，本研究所建方法具有較好的實際樣品加標回收測定能力。

3 結論

通過優化檢測流程和改進檢測儀器，本研究建立了一種適用于高海拔環境下測定水體中的LAS類陰離子表面活性劑的方法。該方法使用0.45 μm濾膜對環境水體樣品直接進行過濾后，采用高效液相色譜法進行分離，使用熒光光譜法進行測定。驗證結果顯示，該方法具有較好的檢出能力、抗干擾能力、重復性、準確度及樣品測試回收率。本研究所建方法未使用三氯甲烷及其他有毒有害試劑，避免了分析過程中次生環境問題的產生，減少了對實驗人員的傷害，是一種環境友好型的檢測方法。