纳米级固相萃取结合分光光度法实现四类两亲性表面活性剂的高灵敏度环境检测

推荐：研究人员针对环境介质中表面活性剂（Surfactants）检测灵敏度不足、分类困难等问题，开发了基于石墨化炭黑（Envi-carb）固相萃取（SPE）和优化分光光度法的新方法，实现了阳离子（CTAC）、非离子（Triton X-100）、弱阴离子（Surfactin）和强阴离子（LAS）四类表面活性剂的纳摩尔级检测（LOD 0.076–0.91 nmol），并首次通过酸性差异区分生物与合成表面活性剂。该方法在海水、气溶胶等环境样本中验证成功，为研究表面活性剂跨介质迁移及云凝结核形成机制提供了关键技术支撑。

　　

表面活性剂如同环境中的"隐形调节者"，从洗涤剂到生物膜，无处不在却又难以捉摸。它们既能降低水体表面张力，又可能通过气溶胶影响云层形成，甚至威胁水生生物健康。然而，现有检测技术面临三大难题：传统分光光度法灵敏度不足（仅达微摩尔级）、无法区分天然与合成表面活性剂、气溶胶样本中损失严重。这些瓶颈严重阻碍了科学家理解表面活性剂在环境迁移和气候变化中的作用。

法国艾克斯-马赛大学的研究团队在《Talanta》发表突破性成果，开发出四类两亲性表面活性剂的同步检测方案。研究通过优化石墨化炭黑（GCB）固相萃取柱的梯度洗脱程序，结合四种专属显色反应，首次实现单柱分离阳离子（甲醇洗脱）、非离子（二氯甲烷/甲醇洗脱）、弱阴离子（甲酸修饰洗脱）和强阴离子（丙酮/三乙胺洗脱）表面活性剂。其中强阴离子检测采用新型甲苯胺蓝O（TBO）法，灵敏度较传统方法提升10倍（LOD 0.20 nmol），而铁硫氰酸盐改良法使非离子检测限降至0.076 nmol。针对气溶胶样本，创新性采用聚乙烯滤芯替代传统滤膜，将回收率从不足50%提升至80%以上。

关键技术包括：1）环境样本采集（涵盖海水、气溶胶PM₁及云水）；2）四步梯度SPE分离；3）分光光度检测体系优化（如MB法pH 11.4缓冲液净化）；4）聚乙烯滤芯辅助气溶胶提取。

3.1 分光光度检测体系

阳离子检测通过二磺胺蓝-硫酸钠协同作用，将LOD优化至11 nM；非离子检测摒弃传统钴硫氰酸盐法，改用铁硫氰酸盐-二氯甲烷体系，响应值提升8倍。弱阴离子检测中，甲基蓝法对脂肪酸（C>12）的特异性响应，弥补了乙基紫法对邻苯二甲酸的假阳性缺陷。

3.2 固相萃取突破

单柱GCB实现四类分离的关键在于洗脱剂设计：强阴离子洗脱采用丙酮/三乙胺（4:1）混合挥发性碱，避免残留盐分干扰后续表面张力测定。实际样本测试显示，海水基质中阳离子回收率略降（74%），但淡水与气溶胶样本回收率稳定在80-100%。

3.4 过滤技术革新

对比6种滤膜发现，聚乙烯滤芯对阳离子表面活性剂的回收率达100%，而聚醚砜（PES）膜导致50%损失。这解释了既往研究中阳离子表面活性剂检出率偏低的现象。

3.7 环境应用验证

在法国福斯湾海水中检测到最高495 nM总表面活性剂，其中弱阴离子占比63%，暗示生物来源优势；工业废水下游检出强阴离子LAS，证实方法的人源污染溯源能力。气溶胶样本中，森林站点（Lanas）以阳离子为主（48.4 pmol m^-3），而工业港口（Port-de-Bouc）富含弱阴离子（443 pmol m^-3），揭示不同排放源的"化学指纹"差异。

该研究建立了目前最全面的环境表面活性剂分析框架，其创新性体现在：1）通过pK_a差异实现生物/合成表面活性剂区分；2）单柱SPE兼顾高回收率（>80%）与低成本；3）为后续表面张力-浓度关联研究奠定基础。特别值得注意的是，云水中检出233 nM表面活性剂，为"表面活性剂促进云凝结核形成"假说提供了直接证据。研究者建议未来结合表面张力仪，进一步揭示环境浓度下气溶胶-云相互作用的分子机制。