高效液相色谱法直接测定环境水体中直链烷基苯磺酸钠类阴离子表面活性剂

夏鹏超，王 君，杨小红，袁跃甫，泽仁曲珍，张殷俊

1.西藏自治区生态环境监测中心，西藏 拉萨 850000 2.拉萨海关技术中心，西藏 拉萨 850000 3.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

随着化工工业的迅速发展和阴离子洗涤剂的广泛使用，大量含有阴离子洗涤剂的废水进入环境水体，有研究甚至在人类活动较少的南极地区也发现了阴离子洗涤剂的存在[1]。根据文献统计[2]，国内138家合成洗涤剂生产企业中，有101家的产品中含有直链烷基苯磺酸钠(LAS)，占比高达73%，其中检出频率较高的是十二烷基苯磺酸钠(SDBS)[3]。此外,水体阴离子表面活性剂相关分析方法[4-6]中使用的参考标准物质也均为SDBS。阴离子表面活性剂进入环境水体后，会破坏水中溶解氧的动态平衡，造成水质恶化，影响水生生物的生长。受污染物自身结构及水体微生物、pH等诸多环境因素的影响，阴离子表面活性剂的降解过程复杂。因此，阴离子表面活性剂成为环境水体重要的污染指标之一[7]。

目前，阴离子表面活性剂的测定方法主要有直接两相滴定法[8]、亚甲蓝分光光度法[4-5]、流动注射法[6]、液相色谱法及液相色谱质谱法[9-12]。采用直接两相滴定法、亚甲蓝分光光度法和流动注射法3种方法分析阴离子表面活性剂的过程中，均会用到三氯甲烷，而三氯甲烷是我国重要的环境污染控制指标之一[13-14]。分光光度法需经历反复萃取和水洗，过程烦琐，且水样中无机盐的干扰较大。连续流动注射法最大的问题在于其高原适用性。因高原地区气压较低，试剂中大量微小气泡的存在会使仪器无法正常工作。西藏地区海拔高、气压低，三氯甲烷在此环境条件下的挥发性更强[15-16]。而当检测人员长期暴露在含有大量三氯甲烷溶剂蒸气的环境中时，其身体健康会受到极大伤害。采用国家标准方法[4-6]测定阴离子表面活性剂时，若样品中存在磺酸盐和香精等共存物，会对检测结果产生正干扰，造成测定结果的假阳性[17]。总之，现有检测方法存在的次生环境污染、操作过程复杂及共存物干扰等问题，在一定程度上影响了可靠检测数据的获取。

根据文献资料，国内以往也有使用高效液相色谱法检测环境水体中的阴离子表面活性剂的相关研究。例如：莫苹等[18]研究了采用高效液相色谱-紫外检测法测定废水中的SDBS的分析条件、干扰因素和样品前处理方式等，同时比对了不同前处理条件和不同检测方法的检测结果的差异；韩晓嫣等[19]通过对比不同前处理方法和不同前处理溶剂对分析结果的影响，建立了利用高效液相色谱仪测定废水中的阴离子表面活性剂含量的方法，但其方法需对样品浓度进行初步筛选后才能确定下一步的样品处理方式；黄朝颜[20]提出的阴离子表面活性剂测定方法与韩晓嫣等[19]建立的方法相似，均需对样品浓度进行筛选后才能确定下一步的样品处理方式。以上研究的基本思路是对样品进行液液萃取或SPE小柱固相萃取等前处理后，使用高效液相色谱-紫外或荧光检测器法对样品中的阴离子表面活性剂的含量进行测定。此外，韩晓嫣等[19]、黄朝颜[20]在测定水体中的阴离子表面活性剂的过程中使用了甲基异丁基甲酮(MIBK)，该物质同样具有刺激性和毒性[20]，会影响检测人员的健康。

随着近年来液相色谱仪器检测能力的不断提升，现有仪器设备已具备较高的灵敏度和可靠性。针对上述研究[18-20]中的前处理方法存在的问题，借鉴相关文献[21]关于阴离子表面活性剂测定过程的干扰物的研究结论，笔者结合实际检测工作的需要，通过简化前处理过程和优化检测设备的方式，将采集到的环境水体样品直接用0.45 μm滤膜过滤后，使用高效液相色谱法进行分离，并以SDBS作为定性和定量标准物质，采用荧光光谱法进行测定，利用归一化法计算样品中LAS的含量。优化后的检测方法避免了三氯甲烷和MIBK的使用，减少了前处理的操作步骤，并可对超出测定上限的样品采取直接稀释的方式进行测定。在此基础上，根据《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168—2020)[22]的要求，验证了方法的检出限、重复性和准确度，并通过对河流、湖泊和生活污水等不同类型实际样品进行测定及加标回收率计算，验证在高海拔环境条件下采用本文优化后的方法测定水体中的LAS类阴离子表面活性剂的可行性。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

高效液相色谱仪(美国Agilent，1260，带荧光检测器)；色谱柱(美国Agilent，ZORBAX Eclipse XDB-C18，规格4.6 mm×250 mm，粒径5 μm)；针式过滤器及0.45 μm滤膜(上海安谱)；纯水机(法国MilliQ，Integral 3)。甲醇(美国Thermo Fisher，HPLC级)；SDBS(上海安谱)；阴离子表面活性剂有证标准物质(生态环境部环境发展中心环境标准样品研究所)。

1.2 测定条件

流动相的组成为甲醇-水(体积比90∶10)，流速为0.5 mL/min，柱温为(35.0±1.0)℃，进样体积为20.0 μL。荧光检测器条件：激发波长=232 nm，发射波长=290 nm[16-17]。

2 结果与讨论

2.1 样品预处理

取未加保存剂并经自然沉降后的样品，使用0.45 μm滤膜过滤后，转移至棕色色谱瓶内，直接上机测定。

2.2 流动相及流速的选择

分别以体积比为80∶20和90∶10的甲醇-水混合溶液为流动相，流速设定为0.5 mL/min。实验结果显示，使用体积比为80∶20的甲醇-水混合溶液为流动相时，峰形不稳定，不利于积分及结果计算；使用体积比为90∶10的甲醇-水混合溶液为流动相时，峰形较为稳定，有利于积分及结果计算。色谱结果见图1和图2。

图1 以甲醇-水(体积比80∶20)为流动相时的色谱图Fig.1 Chromatogram with methanol-water (80∶20 by volume) as mobile phase

图2 以甲醇-水(体积比90∶10)为流动相时的色谱图Fig.2 Chromatogram with methanol-water (90∶10 by volume) as mobile phase

2.3 定性与定量分析

2.3.1 定性分析

按照本文1.2节设定的测定条件启动仪器设备，待仪器状态及检测器基线稳定后，将完成过滤的待测样品上机分析。通过对比实际样品中的待测物和干扰物在荧光检测器上的出峰时间和响应情况，对样品中的待测物进行定性分析[21]。

2.3.2 定量分析

使用外标法定量，采用归一化法计算实际样品中的待测物的含量。参考标准方法[4-6]和历年实际样品检测情况，建立浓度梯度为0.02、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L的标准曲线，超出曲线范围的样品经稀释后重新测定。校准曲线性能指标见表1。

表1 校准曲线性能指标Table 1 Performance indicators of calibration curves

2.3.3 检测能力对比

由于污水样品中的阴离子表面活性剂的含量较高，不满足检出限的验证要求，不能有效验证方法对实际样品的检出能力，因此，按照HJ 168—2020[22]附录A.1中的规定，重复测定7次浓度为0.05 mg/L的空白加标样品，验证本研究所建立方法的实际检出能力。经验证，该方法的检出限为0.01 mg/L，符合HJ 168—2020的要求；测定下限、测定上限分别为0.04、2.00 mg/L。本研究所建立方法与标准检测方法[5-6]的检测能力对比结果见表2。由表2可知，本研究所建立方法的检出能力优于现有标准检测方法，具备对环境质量标准[13-14]中规定的阴离子表面活性剂限值的检出能力。

表2 检测能力对比Table 2 Comparison of detection ability mg/L

2.4 方法重复性与准确度验证

2.4.1 重复性测定

分别配制浓度为0.15、0.80、1.50 mg/L的标准样品，与有LAS检出的生活污水样品一起进行测定，验证本研究所建方法的重复性，结果见表3。由表3可知，重复性(相对标准偏差)的范围为1.3%～6.2%，表明本研究所建方法的重复性较好。

表3 重复性验证结果Table 3 Verification results of repeatability

2.4.2 准确度和实际样品测定

分别对有证标准物质和浓度为0.15、0.80、1.50 mg/L的配制样品进行测定，验证本研究所建方法的准确度，结果见表4。由表4可知，有证标准物质及配制样品测定结果的相对误差的范围为2.1%～4.0%，表明该方法具有良好的准确性。

表4 准确度验证结果Table 4 Verification results of accuracy

2.4.3 实际样品测定及加标回收率计算

采用本文建立的方法对某河流、湖泊和生活污水等环境水样进行实际样品测定和加标回收测定，验证本方法的实际样品测定能力和加标回收率，结果见表5。其中，未检出待测目标物的样品按照方法检出限(0.01 mg/L)的5倍进行加标测定，生活污水样品按照检出结果的2倍进行加标测定。

表5 实际样品测定和加标回收率计算结果Table 5 Results of actual sample determination and standard addition recovery calculation

由表5可知，采用该方法测定实际环境水体样品LAS类阴离子表面活性剂含量的加标回收率范围为80.0%～116%，其中，生活污水样品的加标回收率整体略低，为80.4%～95.2%。上述结果表明，本研究所建方法具有较好的实际样品加标回收测定能力。

3 结论

通过优化检测流程和改进检测仪器，本研究建立了一种适用于高海拔环境下测定水体中的LAS类阴离子表面活性剂的方法。该方法使用0.45 μm滤膜对环境水体样品直接进行过滤后，采用高效液相色谱法进行分离，使用荧光光谱法进行测定。验证结果显示，该方法具有较好的检出能力、抗干扰能力、重复性、准确度及样品测试回收率。本研究所建方法未使用三氯甲烷及其他有毒有害试剂，避免了分析过程中次生环境问题的产生，减少了对实验人员的伤害，是一种环境友好型的检测方法。