CN106680062A - 利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分析化学领域，提供了一种利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法。本发明提供的测定方法中，以柠檬酸‑柠檬酸钠缓冲液、十二烷基苯磺酸钠标准溶液、藏红T溶液、聚乙烯醇溶液、氯化钠溶液和纯化水组成标准溶液检测体系，以柠檬酸‑柠檬酸钠缓冲液、样品测试液、藏红T溶液、聚乙烯醇溶液和纯化水组成样品测试液检测体系，通过测定共振瑞利散射强度，绘制标准曲线，最终获得样品的阴离子表面活性剂含量。本发明提供的测定阴离子表面活性剂含量的方法样品前处理简单，测定方法稳定性强、灵敏度高、准确性好，应用于环境水样中阴离子表面活性剂的检测，检测结果与国家标准方法的检测结果相比无显著性差异。

Description

利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法
技术领域
本发明属于分析化学领域，尤其涉及一种利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法。
背景技术
阴离子表面活性剂具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能，在日常生活和工农业生产中使用较为广泛，但含有十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等阴离子表面活性剂的工业废水和生活废水大量排入水体，会因其分子聚集而产生乳化、泡沫以及悬浮等现象，严重影响水质，造成水生生物死亡，并可引发大面积水华和赤潮现象，因此，阴离子表面活性剂的检测现已成为水质监测的一项必测指标。
目前，测定环境中阴离子表面活性剂较为普遍的方法是色谱法和分光光度法。色谱法能分离阴离子表面活性剂的同系物和异系物，干扰较少，能准确进行测定，但是要对样品进行复杂的预处理，而且设备昂贵，难以普及推广。分光光度法操作简便，但灵敏度较低，通常需要经过多次萃取才能达到痕量分析的要求。亚甲蓝分光光度法(GB/T7494-1987)为检测水体中的阴离子表面活性剂的国家标准方法，但其灵敏度低，前处理操作繁琐，需用氯仿多次萃取，且氯仿为有毒溶剂。
共振瑞利散射法(RRS)是近年来发展起来的分析技术，作为一种新的分析技术得到越来越多的研究和应用，它除了可用于痕量金属、药物和蛋白质的测定外，也可用于阴离子表面活性剂的研究和测定。
陈兴会等发表的论文“罗丹明6G-阴离子表面活性剂体系的共振瑞利散射光谱及分析应用”公开了在pH2.00～3.42的B-R缓冲液中，罗丹明6G与十二烷基苯磺酸钠阴离子表面活性剂可反应形成离子缔合物，导致RRS增强，并产生新的RRS光谱，最大RRS峰位于375nm，可用于测定阴离子表面活性剂含量的测定，该方法对SDBS的检出限为6ng/mL，线性范围为0.02～5.6μg/mL，灵敏度较高，但该法样品前处理步骤繁琐，且易受样品中离子强度的影响，样品离子强度增加，测得的共振瑞利散射强度逐渐降低，误差增大，而通常实际样品中的离子强度均较大。
现有技术中仍然缺少一种样品前处理简单、测量稳定性强、灵敏度、准确度高的用于测定阴离子表面活性剂含量的方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种以藏红T(ST)为探针，通过与阴离子表面活性剂、聚乙烯醇(PVA)形成三元复合物，使共振瑞利散射强度显著增强的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法。
本发明提供的测定阴离子表面活性剂含量的方法样品前处理简单，测定方法稳定性强、灵敏度高、准确性好，应用于环境水样中阴离子表面活性剂的检测，检测结果与国家标准方法的检测结果相比无显著性差异。
本发明的技术方案将通过下面的详细描述来进一步体现和说明。
一种利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，包括如下步骤：
S1、标准曲线的绘制：1)取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为3.5～4.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、十二烷基苯磺酸钠标准溶液、藏红T溶液、聚乙烯醇溶液和氯化钠溶液，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置，得系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系；2)利用荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，分别记录各检测体系于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0；3)根据十二烷基苯磺酸钠标准溶液的浓度c和ΔI绘制标准曲线；
S2、样品的预处理：取待测样品，过滤除去不溶物，准确吸取50.0mL过滤后的待测样品，用柠檬酸调节pH至3.5～4.5，加入1.0mL浓度为1000μg/mL的草酸溶液，混合均匀后静置25～35min，过滤，以纯水定容至100mL，得样品测试液；
S3、样品阴离子表面活性剂含量的检测：取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为3.5～4.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、样品测试液、藏红T溶液和聚乙烯醇溶液，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置，得样品测试液检测体系；利用荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，测定样品测试液与试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0，最后根据标准曲线计算待测样品中阴离子表面活性剂含量。
优选地，步骤S1中，系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中十二烷基苯磺酸钠的浓度范围为0.15～5.0μg/mL；更进一步地，系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中十二烷基苯磺酸钠的浓度分别为0.15μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL。
优选地，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的pH值为4.0，用量为1.0mL。
优选地，藏红T在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系和样品测试液检测体系中的浓度范围为0.3×10-4～1.0×10-4mol/L。
发明人在试验过程中发现，ST用量对RRS强度的影响较大，ST用量过多或过少均会导致测得的ΔI值降低，造成很大的测量误差。ST用量过少时，检测体系反应不完全，RRS强度降低；ST用量过多时，过量的染料分子易在溶液中发生聚集现象，不利于ST与阴离子表面活性剂的缔合作用，导致RRS强度降低；当ST在检测体系中的浓度为0.3×10-4～1.0×10- 4mol/L时，ΔI达到最大，更进一步地，ST的浓度优选为0.5×10-4mol/L。
优选地，PVA在在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系和样品测试液检测体系中的浓度范围为0.018～0.025％，更进一步地，当检测体系中PVA浓度为0.02％时，检测体系的RRS强度最大。
优选地，步骤S1中，氯化钠在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中的浓度范围为0.05～0.20mol/L。
发明人在试验的过程中，意外地发现，ST、阴离子表面活性剂和PVA组成的检测体系稳定性很强，检测体系在一定范围的离子强度条件下，其RRS值可以保持相对稳定，不因离子强度的增大而降低，降低了实际应用中因实际样品离子强度大而带来的误差。由于实际样品中离子强度均较大，为消除因样品检测体系与标准溶液检测体系中离子强度的差异给检测结果带来的误差，在制备标准溶液检测体系过程中，需加入氯化钠溶液增强标准溶液检测体系的离子强度，氯化钠在标准溶液检测体系中的浓度范围优选为0.05～0.20mol/L，更进一步地，优选为0.10mol/L。
优选地，步骤S1和步骤S3中静置的时间为5～90min。
在ST、阴离子表面活性剂和PVA组成的检测体系中，PVA的羟基结构既能以氢键的形式与ST-阴离子表面活性剂缔合物微粒表面结合，在ST-阴离子表面活性剂缔合物表面形成一层稳定的吸附层，又能与水介质有良好的亲和性，阻止微粒间的聚集倾向，提高体系的稳定性，稳定时间较长。试验表明，ST、阴离子表面活性剂和PVA组成的检测体系在5min内反应完全，在90min内RRS值可保持相对稳定，90min后ΔI有所下降。
优选地，步骤S3中，可向样品测试液检测体系中加入掩蔽剂来降低待测样品中金属离子对阴离子表面活性剂含量检测的影响。进一步优选地，所述掩蔽剂选自EDTA二钠盐、草酸、葡萄糖和酒石酸中的一种或多种。
在对检测方法进行完善和优化的过程中，发明人意外地发现，检测体系中试剂的加入顺序对体系的共振瑞利散射强度存在较大的影响，按先后顺序依次加入缓冲液、标准溶液或样品测试液、ST、PVA制备得到的检测体系，ΔI最大，与其他不同试剂加入先后顺序测得的ΔI相比，P<0.05，差异显著。先加入缓冲溶液，可以为体系提供一个利于反应的弱酸性条件，使阴离子表面活性剂与ST结合形成离子缔合物，最后加入PVA与ST-阴离子表面活性剂缔合物结合，形成三元复合物，PVA大分子在ST-阴离子表面活性剂缔合物表面形成吸附层，分子团体积增大，且大分子的部分链节留在介质中形成空间位垒，阻止颗粒的聚集，使体系的稳定性提高。
本发明提供的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，样品前处理简单，测定方法稳定性强，ST-SDBS-PVA检测体系在0.15～5.00μg/mL范围内，共振瑞利散射强度ΔI与SDBS浓度c呈良好线性关系，线性方程为：ΔI＝1824.2c-192.18(c：μg/mL)，R2＝0.9969，检出限为8.6ng/mL。本发明测定方法灵敏度高，操作简便快速，成本低，适于痕量阴离子表面活性剂的测定。
附图说明
图1图A为共振瑞利散射光谱，其中，曲线1：ST(0.5×10-4mol/L)，PVA(0.02％)；曲线2：SDBS(2.5μg/mL)；曲线3-7：ST(0.5×10-4mol/L)，PVA(0.02％)，SDBS(1.0，2.0，3.0，4.0，5.0μg/mL)。
图B为共振瑞利散射光谱，其中，曲线1：ST(0.5×10-4mol/L)；曲线2：ST(0.5×10- 4mol/L)，SDBS(1.0μg/mL)。
图C为标准曲线。
图2离子强度对检测体系RRS值的影响。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明实施例中所使用的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂，如无特殊说明，均为可从商业途径得到的试剂和材料。
SDBS标准储备液(0.50g/L，SDBS购于Aladdin公司)：准确称取SDBS 0.0500g，溶于适量水中，移入100mL容量瓶中，定容至刻度，摇匀，备用。
SDBS标准应用液(20.00μg/mL)：吸取SDBS标准储备液4.00mL于100mL的容量瓶中，以水定容至刻度，临用前制备。
藏红T应用液(1.0×10-3mol/L，藏红T染料购于Sigma公司)：准确称取0.0880g藏红T染料溶于三次蒸馏水中，于容量瓶定容至250mL，摇匀，备用。
聚乙烯醇应用液(1％，聚乙烯醇购于天津市百世化工有限公司，平均聚合度为1750±50)：准确称取1.0g聚乙烯醇溶于100mL容量瓶中，以水定容至刻度，于超声清洗器中超声一小时，混匀，备用。
柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液：由0.1mol/L柠檬酸与0.2mol/L柠檬酸钠溶液按不同比例配制而成。
实施例1共振瑞利散射光谱
1)取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、SDBS标准应用液适量、藏红T应用液0.50mL和聚乙烯醇应用液0.20mL，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置5min，得SDBS浓度分别为1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL的SDBS标准溶液检测体系；
2)取10mL比色管，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、藏红T应用液0.50mL和聚乙烯醇应用液0.20mL，加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置5min，得试剂空白ST-PVA；另取一个10mL比色管，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL和SDBS标准应用液1.25mL，加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置5min，得浓度为2.5μg/mL的SDBS标准溶液；
3)将试剂空白ST-PVA、2.5μg/mL的SDBS标准溶液、SDBS浓度分别为1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL的SDBS标准溶液检测体系置于F-2500型荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，得到共振瑞利散射光谱，如图1中的图A所示。
4)取10mL比色管，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL和藏红T应用液0.50mL，加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置5min，得ST测试液；另取一个10mL比色管，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、藏红T应用液0.50mL和SDBS标准应用液0.50mL，加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置5min，得ST-SDBS混合液；将比色管置于F-2500型荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，得到共振瑞利散射光谱，如图1中的图B所示。
5)分别记录系列SDBS标准溶液检测体系于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0；根据SDBS标准溶液的浓度cSDBS和ΔI绘制标准曲线，如图1中的图C所示。
由图1可知，试剂空白ST-PVA(图A-曲线1)和2.5μg/mL的SDBS标准溶液(图A-曲线2)的共振瑞利散射强度较弱(由于响应值较弱，两条曲线几乎重合)。在弱酸性条件下，SDBS与ST可通过静电引力和疏水作用力结合形成离子缔合物，引起共振瑞利散射强度增强，且在571nm处也有一新共振瑞利散射峰产生，如图1中的图B所示。
在SDBS与ST的基础上，加入PVA，PVA可在一定时间内稳定吸附于ST-SDBS缔合物表面，形成吸附层，分子团体积增大，使共振瑞利散射强度明显增强，同时还阻止了微粒间的聚集；另一方面，该聚合物分子团与水溶液的亲和性较好，体系在溶液中的稳定性增强(图A-3～7)。检测体系的最大共振瑞利散射峰位于340nm处，在一定浓度范围内，散射强度随着SDBS浓度的增加呈线性增加趋势，线性关系良好(如图1中的图C所示)，在0.15～5.00μg/mL范围内，其线性方程为：ΔI＝1824.2c-192.18(c：μg/mL)，R2＝0.9969，检出限为8.6ng/mL，检测灵敏度提高。
实施例2离子强度的影响
试验过程中，通过在含pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、ST浓度为0.5×10-4mol/L、PVA浓度为0.02％、SDBS浓度为2.0μg/mL的SDBS标准溶液检测体系中引入不同浓度的氯化钠(NaCl)来考察离子强度对本发明检测体系的RRS值的影响，试验结果见图2。
由图2结果可知，当NaCl浓度在0～0.05mol/L时，RRS值逐渐降低；当NaCl浓度为0.05～0.20mol/L时，体系的RRS值保持相对稳定。在本发明检测体系中，带负电荷的SDBS与带正电荷的ST通过静电引力和疏水作用力而结合，当体系中引入NaCl时，由于Na+和Cl-的加入，使得SDBS与ST静电作用减弱，干扰SDBS-ST缔合物的形成，使RRS值降低；但是，随着离子强度的增加，大分子疏水作用力也逐渐增大，有利于SDBS与ST的缔合，因此，体系的RRS值保持相对稳定。
应用例1
1、检测方法
S1、标准曲线的绘制：1)取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、SDBS标准应用液适量、藏红T应用液0.50mL、聚乙烯醇应用液0.20mL和浓度为1mol/L的氯化钠溶液1.00mL，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置10min，得SDBS浓度分别为0.15μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL的SDBS标准溶液检测体系；2)利用F-2500型荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，分别记录各检测体系于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0；3)根据SDBS标准溶液的浓度和ΔI绘制标准曲线；
S2、样品的预处理：用采水装置分别于广州A码头污染点及其下游50m，下游150m取得水样，过滤除去不溶于水的杂质，然后分别准确吸取50.00mL过滤后的水样，用柠檬酸调节pH至4.0，加入浓度为1000μg/mL的草酸溶液1.00mL，混合均匀后静置30min，过滤，以纯水定容至100mL，得样品测试液；
S3、样品阴离子表面活性剂含量的检测：取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为4.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液1.00mL、3mL样品测试液、藏红T应用液0.50mL、聚乙烯醇应用液0.20mL和浓度为0.01mol/L的EDTA二钠0.50mL，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置10min，得样品测试液检测体系；利用F-2500型荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，测定样品测试液与试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0，最后根据标准曲线计算样品测试液中阴离子表面活性剂含量。
2、检测结果
根据样品测试液含量，换算得出广州A码头污染点及其下游50m、下游150m中SDBS平均含量分别为0.790μg/mL、0.500μg/mL、0.120μg/mL，RSD为分别是1.46％、1.22％、1.89％。同时，对检测样品进行加标回收率试验，试验结果见表1，平均回收率为94.1％～95.7％，相对标准偏差为0.95％～1.50％。本发明测定结果与国家标准方法-亚甲蓝分光光度法对照，通过SPSS17.0的T检验法分析表明，测定结果与国家标准方法测定结果无统计学差异(α＝0.05)，可见本发明提供利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法用于环境水样中阴离子表面活性剂的测定，准确度高，重现性好。
表1样品含量测定及回收率实验结果
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、标准曲线的绘制：1)取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为3.5～4.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、十二烷基苯磺酸钠标准溶液、藏红T溶液、聚乙烯醇溶液和氯化钠溶液，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置，得系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系；2)利用荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，分别记录各检测体系于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0；3)根据十二烷基苯磺酸钠标准溶液的浓度c和ΔI绘制标准曲线；
S2、样品的预处理：取待测样品，过滤除去不溶物，准确吸取50.0mL过滤后的待测样品，用柠檬酸调节pH至3.5～4.5，加入1.0mL浓度为1000μg/mL的草酸溶液，混合均匀后静置25～35min，过滤，以纯水定容至100mL，得样品测试液；
S3、样品阴离子表面活性剂含量的检测：取10mL比色管，在室温条件下，按先后顺序依次加入pH为3.5～4.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液、样品测试液、藏红T溶液和聚乙烯醇溶液，最后加纯水稀释至10mL，混合均匀，静置，得样品测试液检测体系；利用荧光分光光度计，以λex＝λem进行同步扫描，测定样品测试液与试剂空白于λ＝340nm处的共振瑞利散射强度IRRS和I0，平行测定三次，取平均值，计算ΔI＝IRRS-I0，最后根据标准曲线计算待测样品中阴离子表面活性剂含量。
2.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，步骤S1中，系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中十二烷基苯磺酸钠的浓度范围为0.15～5.0μg/mL。
3.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，步骤S1中，系列浓度的十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中十二烷基苯磺酸钠的浓度分别为0.15μg/mL、0.30μg/mL、0.50μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL。
4.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的pH值为4.0，用量为1.0mL。
5.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，藏红T在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系和样品测试液检测体系中的浓度范围为0.3×10-4～1.0×10-4mol/L。
6.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，聚乙烯醇在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系和样品测试液检测体系中的浓度范围为0.018～0.025％。
7.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，步骤S1中，氯化钠在十二烷基苯磺酸钠标准溶液检测体系中的浓度范围为0.05～0.20mol/L。
8.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，步骤S1和步骤S3中静置的时间为5～90min。
9.根据权利要求1所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，步骤S3中，样品测试液检测体系组成还包括掩蔽剂。
10.根据权利要求9所述的利用共振瑞利散射法测定阴离子表面活性剂含量的方法，其特征在于，所述掩蔽剂选自EDTA二钠盐、草酸、葡萄糖和酒石酸中的一种或多种。
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