香港浸会大学化学系的陈永康（Wing Hong Chan）、李爱文（Albert W.M. Lee）及来自厦门大学的访问学者吕建忠（Jian-Zhong Lu）在 Analytica Chimica Acta 期刊第361卷（1998年）第55至61页上发表了一项关于阴离子表面活性剂（anionic surfactant）特异性检测光极（optode）的研究。
一、 研究背景与目标
表面活性剂（surfactant）是一类分子结构中同时包含亲水基团和疏水基团的物质，广泛应用于农业、塑料工业、电镀以及毛细管色谱等领域。因此，开发可靠且便捷的表面活性剂测量技术一直是分析化学领域的重要课题。传统上，色谱法常用于需要分别定量混合物中各表面活性剂组分的样品，但该方法操作复杂、耗时。光纤化学传感器（即光极，optode）的出现，为简单、安全、快速乃至远程监测重要物质开辟了新途径。然而，当时已有的表面活性剂传感器数量极为有限。例如，Lundgren等人曾报道过一种基于荧光标记牛血清白蛋白的生物传感器，虽然响应迅速且灵敏度较高，但由于阳离子和阴离子表面活性剂均能引起光学信号变化，其响应缺乏特异性。此前，Simon课题组开创性地设计了一类基于离子共萃取（ion-pair coextraction）或离子交换原理的选择性体光极（bulk optode）传感器，但大多数研究仅限于无机物检测。本项研究开创性地将这一原理拓展至有机分析领域，旨在开发一种能够特异性响应阴离子表面活性剂的体光极传感器，并以十二烷基硫酸钠（SDS, sodium dodecyl sulfate）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS, sodium dodecylbenzene sulfonate）为模型分析物，验证其分析性能。
二、 研究流程与方法
为实现上述目标，研究团队设计并实施了一套完整的工作流程，包含传感膜制备、检测机理阐释、实验系统搭建、分析条件优化及性能评估等环节。
首先是光极膜的制备与核心材料选择。研究者采用增塑的聚氯乙烯（PVC, poly(vinyl chloride)）薄膜作为传感膜的固态基质，并选取了一种亲脂性氢离子选择性显色离子载体（chromoionophore）——ETH 5294作为光学识别元件。ETH 5294的化学名称为1,2-苯并-7-(二乙氨基)-3-(十八酰亚胺基)吩噁嗪，其中性形态（碱型）呈现红色，而当其与氢离子结合转变为质子化形态（酸型）时则呈现蓝色。传感膜的典型制备流程为：将80毫克PVC粉末、160毫克增塑剂癸二酸二(2-乙基己基)酯（BOS, bis(2-ethylhexyl)sebacate）以及1.2毫克（2.06微摩尔）的ETH 5294混合，溶解于1.0毫升四氢呋喃（THF, tetrahydrofuran）中，利用旋涂装置将混合液浇铸在两片石英玻璃板上，形成厚度约为4微米的传感膜。最后，将附着有传感膜的石英片装配至自制的流通式测量池中。
其次是检测原理的设计与验证。本光极的操作基于Barker等人描述的离子对共萃取原理。其核心平衡反应式可概括为：膜相内中性的显像离子载体（Ind）(膜)与样品水溶液中的氢离子（H⁺）(水相)及阴离子表面活性剂离子（如SDS⁻）(水相)发生反应，生成离子对产物（IndH⁺·SDS⁻）(膜)。这一过程导致膜相的紫外-可见吸收光谱发生特征性改变：随着阴离子表面活性剂浓度升高，代表中性ETH 5294在535纳米处的吸收峰下降，而代表质子化ETH 5294在604纳米和660纳米处的吸收峰同步上升。研究者由此推导出一个响应函数，即水相中表面活性剂与氢离子浓度的乘积与膜在660纳米与535纳米处吸光度的比值（A660/A535）成正比。对于SDBS这类疏水性更强的阴离子表面活性剂，其质子/阴离子对进入膜相的共萃取效率更高，因而在相同浓度下引起的光谱变化远大于SDS，表明该方法对疏水性更强的目标物具有更高的灵敏度。
再次是实验装置与标准测量程序的建立。将装配有两片相同光极膜的测量池置于常规紫外-可见分光光度计（Hitachi, model 15-20）中，在吸光度模式下进行测量。测量时，用注射器将约3.4毫升样品溶液注入测量池，在静态、非搅拌的批处理条件下记录吸光度信号。为获得稳定且可量化的响应，研究设定了关键操作参数：基于实际样品多在中性条件下分析的需求，选择pH 7.5的三羟甲基氨基甲烷-盐酸（Tris-HCl）缓冲液作为测量介质；将固定接触时间设置为4分钟，此时响应可达到总响应的90%以上，兼顾了分析速度与信噪比。传感膜在测量后可通过依次注入0.01摩/升的氢氧化钾溶液和CTMAB溶液实现完全再生。选择性评估采用分别溶液法（SSM, separate solution method），通过比较传感膜对相同浓度（1.0x10⁻³摩/升）的干扰物与主离子（SDS⁻）所产生的吸光度比值变化，计算选择性系数。
三、 主要研究结果
基于上述实验方案，研究获得了一系列清晰且相互印证的结果。 光谱响应特性实验明确证实了所提出的共萃取机理。在pH 7.5的缓冲液中，随着添加的SDS浓度从0逐渐升高至1.0x10⁻²摩/升，传感膜的吸收光谱呈现出规律性演变：535纳米处的吸收峰逐渐减弱，而604纳米和660纳米处的吸收峰逐渐增强。当将SDS与疏水性更强的SDBS在相同浓度（5.0x10⁻⁴摩/升）下进行对比时，后者在660纳米处的吸光度增幅远大于前者，直观地揭示了分析物疏水性（hydrophobicity）是决定传感灵敏度的关键因素。
分析性能的系统表征结果确立了该方法的定量能力。研究者绘制了A660/A535吸光度比值与阴离子表面活性剂浓度对数的校准曲线。结果表明，对于SDS，该方法的线性响应范围为5.0x10⁻⁵至1.0x10⁻²摩/升（相关系数r²=0.997）；对于SDBS，线性范围为2.0x10⁻⁵至1.0x10⁻³摩/升（r²=0.994）。选择性研究数据极具价值，在pH 7.5条件下，传感膜对阳离子表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵，CTMAB）和一些常见阴离子（如醋酸根、碘离子、硝酸根）均表现出极低的响应，其选择性系数（log Kᵢⱼ）均小于-3，表明本光极对阴离子表面活性剂具有高度特异性。在重现性与寿命方面，对1.0x10⁻⁴及5.0x10⁻⁴摩/升SDS溶液的交替测量显示，传感膜在两个测量周期内响应具有良好的重现性。然而，当SDS浓度超过1.0x10⁻²摩/升时，膜内指示剂会出现严重泄漏。在模拟连续运行的稳定性测试中，传感膜在连续接触流动的缓冲液12小时后，535纳米处的吸光度仅下降2.4%，表明膜的老化问题并不严重。
四、 结论与意义
本项研究成功开发了一种基于离子对共萃取原理的新型体光极传感器，实现了对阴离子表面活性剂的光学特异性检测。其主要科学价值在于，将先前主要限于无机离子领域的体光极传感器设计思想，成功拓展至有机长链离子的检测，并清晰阐明了基于分析物疏水性调控灵敏度的机制。在应用价值层面，该光极制备方法简单、成本低廉、操作便捷且兼容常规光度计，展示了在没有复杂流路系统和搅拌条件下进行快速现场检测的潜力，为环境监测（如水体中残留洗涤剂的检测）和工业品控等领域提供了一种有前景的新手段。
五、 研究亮点
本研究的主要亮点可归纳为三个方面。第一，在传感器设计思想上具有开创性：首次利用亲脂性pH指示剂（ETH 5294）实现了对有机阴离子表面活性剂的特异性“可视化”传感，解决了原有生物传感方法非特异性响应的核心痛点。第二，机理阐释深入且自洽：从分子层次的离子对共萃取平衡出发，推导出吸光度比值与分析物浓度的定量关系，并通过对比SDS和SDBS的光谱行为，逻辑严谨地论证了疏水性对共萃取效率的主导作用。第三，实现了分析性能的平衡：通过固定时间和非搅拌模式的设计，在保持较宽线性范围（两个数量级以上）和高选择性（对阳离子表面活性剂及其他共存阴离子几乎无响应）的同时，兼顾了操作简便性和实时检测的需求，体现了优秀的方法设计智慧。