紫外分光光度法測定水中石油類的探討

劉佳玥，邢 蕊，徐洪慶

(天津水務(wù)集團有限公司，天津 300240)

石油類是水體環(huán)境污染控制的重要指標(biāo)之一，質(zhì)量濃度超過0.1 mg/L時，可在水面形成油膜，影響空氣與水體界面氧的交換，危害水中動植物生長；質(zhì)量濃度超過3 mg/L時，會嚴(yán)重抑制水體自凈過程[1]。水體石油污染產(chǎn)生的致癌、致畸物質(zhì)在水生生物體中富集，或被土壤吸附，最終危害人類健康，還會造成相當(dāng)大的社會和經(jīng)濟損失。

目前，石油類的測定方法主要有重量法[2-3]、氣相色譜法[2,4]、紅外分光光度法[2,5]等。重量法檢出限高，不能滿足地表水常規(guī)監(jiān)測要求；氣相色譜法雖靈敏度高，但造價昂貴、操作繁瑣、不易于普及；紅外分光光度法使用的萃取劑為四氯化碳或四氯乙烯，四氯化碳毒性強，危害人體健康，易對環(huán)境造成二次污染，在《關(guān)于消耗臭氧物質(zhì)的蒙特利爾議定書》中已被列為限制使用的消耗臭氧層物質(zhì)，而四氯乙烯作為萃取劑化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，見光易分解，與四氯化碳相比，其檢測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度略差[5]。

利用紫外分光光度法測定水中石油類，萃取劑為毒性較低的正己烷，減輕了對試驗人員及環(huán)境的危害。設(shè)備成本低廉、靈敏度高，具有一定的推廣及應(yīng)用價值。已有相關(guān)文章對方法的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度等進行了測定[6-8]，但缺乏對試驗過程的影響因素分析和試驗環(huán)節(jié)的優(yōu)化。本文結(jié)合實際工作中遇到的問題，從水中極性物質(zhì)、破乳過程、試劑和器具等方面，簡要分析了干擾石油類測定的因素及去除方法。同時對破乳過程進行優(yōu)化，對比離心與渦輪振蕩兩種機械破乳方式對回收率的影響，結(jié)果表明，在不加入破乳試劑的情況下，兩種破乳方式均能滿足要求。

1 試驗部分

1.1 主要儀器和試劑

儀器：Agilent Cary 100紫外可見分光光度計，配有2 cm石英比色皿；DT5-2型低速臺式離心機；Thermo Scientific渦旋振蕩器；CZ-6分液漏斗振蕩器；1 000 mL分液漏斗；玻璃層析柱。試劑：正己烷(fisher chemical,色譜純級)；無水硫酸鈉(科密歐，優(yōu)級)；硅酸鎂吸附劑(Sigma, 60～100目)；HJ油標(biāo)準(zhǔn)[國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，GBW(E) 080913，1 000 mg/L]等。

1.2 樣品的采集

鑒于有機物易見光分解的特性，使用500 mL棕色硬質(zhì)玻璃瓶進行樣品采集。根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)[9]等相關(guān)規(guī)定，采樣前先破壞可能存在的油膜，用直立式采水器把玻璃材質(zhì)容器安裝在采水器的支架中，將其放到300 mm深度采集柱狀水樣。測定油類的水樣需單獨采集，全部用于測定，并且采樣瓶不能用采集的水樣沖洗。

許多微生物能夠以石油等烴類物質(zhì)為碳源進行生長繁殖，將石油類物質(zhì)分解，故在采集樣品后需加入一定量的酸，調(diào)節(jié)pH值≤2，以此抑制微生物作用。

1.3 樣品前處理

將樣品全部轉(zhuǎn)移至1 000 mL分液漏斗，量取25 mL正己烷洗滌采樣瓶，并轉(zhuǎn)移至分液漏斗，使用分液漏斗振蕩器，以180～220 r/min轉(zhuǎn)速振蕩2 min，期間開啟旋塞排氣3次。靜置分層后，將下層水相全部轉(zhuǎn)移至1 000 mL量筒，記錄樣品體積。若乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，將上層有機相轉(zhuǎn)移至離心管，以2 000 r/min轉(zhuǎn)速離心3 min，向破乳后的澄清有機相中加入無水硫酸鈉至不再凝結(jié)成塊。在內(nèi)徑為10 mm、長約為200 mm的玻璃層析柱出口處填塞少量玻璃棉，再將硅酸鎂緩緩倒入玻璃層析柱中，填充高度約為80 mm，將脫水后的有機相倒入硅酸鎂層析柱中，下接2 cm石英比色皿。樣品于225 nm波長處測定吸光度。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確移取5.00 mL HJ油標(biāo)準(zhǔn)于50 mL容量瓶中，用正己烷定容搖勻，配制成100 mg/L的石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液。準(zhǔn)確移取 0.00、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00 mL使用液于6個25 mL容量瓶中，用正己烷定容搖勻。標(biāo)準(zhǔn)系列質(zhì)量濃度分別為0.00、1.00、2.00、4.00、8.00、16.00 mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

按照標(biāo)樣從低到高的順序依次測定，各標(biāo)準(zhǔn)濃度點及曲線信息如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線信息Tab.1 Standard Curve Information

2.2 計算

水中石油類的質(zhì)量濃度按照式(1)計算。

(1)

其中：ρ——水中石油類的質(zhì)量濃度，mg/L；

A——試樣的吸光度；

A0——空白試樣的吸光度；

a——標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距；

V1——萃取液體積，mL；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；

V——水樣體積，mL。

2.3 檢出限

按照樣品分析的全部步驟，對濃度為估計方法檢出限2～5倍的樣品進行n次平行測定(n≥7)，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差和方法檢出限，以4倍檢出限作為最低檢測質(zhì)量濃度。結(jié)果如表2所示，方法檢出限為0.007 mg/L，最低檢測質(zhì)量濃度為0.028 mg/L。

表2 石油類檢出限Tab.2 Petroleum Detection Limit

2.4 空白試驗

每批樣品進行一個空白試驗，以試驗用水代替實際水樣，加入鹽酸酸化至pH值≤2，進行全程序空白試驗，共6批。結(jié)果如表3所示,空白樣品質(zhì)量濃度在0.002～0.006 mg/L，均低于檢出限。

表3 空白試驗結(jié)果Tab.3 Results of Blank Test

2.5 精密度

取500 mL空白水樣，分別加入0.25、0.50、1.00、5.00 mL石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液(100 mg/L)，配制成質(zhì)量濃度為0.05、0.10、0.20、1.00 mg/L的4個樣品，按樣品分析步驟全程序，每個濃度測定6組。

結(jié)果如表4所示，RSD分別為3.39%、3.84%、3.41%、2.19%，精密度良好。

表4 石油類精密度Tab.4 Petroleum Precision

2.6 準(zhǔn)確度

取500 mL地表水、地下水，分別加入0.25、0.50、1.00、5.00 mL石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液(100 mg/L)，配制成加標(biāo)質(zhì)量濃度為0.05、0.10、0.20、1.00 mg/L的4個樣品，按樣品分析步驟全程序，每個加標(biāo)濃度測定6組。結(jié)果如表5～表6所示，實際水體加標(biāo)回收率為81.0%～109.0%(本底濃度均低于檢出限)。

表5 地表水加標(biāo)回收率Tab.5 Standard Recovery Rate of Surface Water

表6 地下水加標(biāo)回收率Tab.6 Standard Recovery Rate of Ground Water

2.7 影響因素分析

2.7.1 水中極性物質(zhì)干擾

研究表明，動植物油類在 225 nm附近的吸光度會對石油類的測定產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測定結(jié)果偏高[10]，為驗證硅酸鎂的吸附效果，進行以下模擬試驗。

試驗1：取2個500 mL地表水樣品于1 000 mL分液漏斗中，經(jīng)前處理后，進行檢測。

試驗2：取2個500 mL地表水樣品于1 000 mL分液漏斗中，各加入1粒魚油，前處理時不過硅酸鎂吸附柱，進行檢測。

試驗3：取試驗2萃取液過硅酸鎂吸附柱，進行檢測。

結(jié)果如表7所示。

表7 干擾試驗Tab.7 Interference Test

由表7可知，萃取液經(jīng)硅酸鎂吸附后，可去除水體中本身含有的極性物質(zhì)，去除效果良好。

2.7.2 破乳過程中引入的干擾

在石油類檢測過程中，常常出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。乳泡包裹的水分難以通過無水硫酸鈉去除干凈，導(dǎo)致吸光度值偏高。加入無水乙醇或氯化鈉不能產(chǎn)生明顯破乳效果，仍需進行機械破乳，并且高濃度的乙醇在 225 nm處有微量吸收，對石油類的測定產(chǎn)生影響。本文分別采集清潔水樣和渾濁水樣，僅采用物理方式對其進行破乳，結(jié)論如下。

對于清潔水體，萃取后乳化現(xiàn)象較輕，乳泡較大，可稍微延長靜置時間，或?qū)⒎忠郝┒吩谒椒较蛏暇徛龘u動，促進分層；對于渾濁水體，乳泡較小，乳化現(xiàn)象較嚴(yán)重的，分別采用DT5-2型低速臺式離心機和Thermo Scientific渦旋振蕩器對其進行破乳處理，經(jīng)試驗，離心破乳回收率為81.0%～109.0%，渦旋振蕩破乳回收率為86.4%～92.5%。兩種方式均為物理破乳，操作簡便，效果較好，不再引入新的干擾物質(zhì)，回收率無顯著差別，均可在實際應(yīng)用中選擇。

2.7.3 試劑干擾

試驗所用的正己烷、無水硫酸鈉、硅酸鎂等主要試劑，其純度會影響測定結(jié)果。使用前需進行試劑驗證及純化處理。

在225 nm波長處，以水做參比，使用1 cm石英比色皿測定正己烷透光率，本試驗中測得透光率為94%。參考《水質(zhì) 石油類的測定 紫外分光光度法(試行)》(HJ 970—2018)[11]中對正己烷的要求，大于90%即可使用，故無需進行純化處理。

對于無水硫酸鈉和硅酸鎂，使用前應(yīng)置于550 ℃馬弗爐內(nèi)烘烤4 h，去除有機物污染。此時硅酸鎂的活度最大，測定石油類時吸光度波動較大，有時會出現(xiàn)負(fù)值的情況。故在硅酸鎂冷卻后，應(yīng)根據(jù)干燥的質(zhì)量，按6%(100 g硅酸鎂加入6 g水)的比例加入蒸餾水降低活度，密塞并振搖充分，放置12 h使活度維持在固定水平。

2.7.4 器具干擾

用于石油類萃取的分液漏斗盡量帶聚四氟乙烯旋塞，若使用帶玻璃旋塞的分液漏斗，旋塞處不能涂抹油類潤滑劑等物質(zhì)，否則會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。所用器具必須保證潔凈無污染，使用前應(yīng)用重鉻酸鉀洗液浸泡、純水沖洗、正己烷漂洗，并通過測定漂洗液的吸光度來判斷是否殘留干擾物質(zhì)。比色皿是否潔凈無劃痕對試驗結(jié)果是否準(zhǔn)確有關(guān)鍵作用。

3 結(jié)論

(1)紫外分光光度法測定水中石油類，使用2 cm石英比色皿，在225 nm波長下進行測定。以正己烷為萃取劑，樣品量為500 mL、萃取體積為25 mL時，檢出限為0.007 mg/L，測定下限為0.028 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.047 29x+0.002 52，相關(guān)系數(shù)為0.999 9?？瞻自囼灲Y(jié)果在0.002～0.006 mg/L，均低于檢出限；空白樣品質(zhì)量濃度為0.05、0.10、0.20、1.00 mg/L時，精密度分別為3.39%、3.84%、3.41%、2.19%；實際水樣加標(biāo)質(zhì)量濃度為0.05、0.10、0.20、1.00 mg/L時，回收率為81.0%～109.0%。該方法精密度高、準(zhǔn)確度良好、設(shè)備簡單、易于推廣，所用萃取劑為毒性相對較低的正己烷，減輕了對人員及環(huán)境的危害。

(2)在采樣過程中，水樣應(yīng)單獨采集并進行酸化處理；正己烷在使用前應(yīng)驗證透光率，無水硫酸鈉和硅酸鎂應(yīng)在馬弗爐中高溫烘烤純化；在前處理過程中，可省去加入破乳試劑的環(huán)節(jié)直接進行物理破乳，離心與渦輪振蕩兩種破乳方式均滿足要求。若測定結(jié)果出現(xiàn)異常，應(yīng)從試劑、前處理過程及器具污染等方面進行排查分析。比色皿是否潔凈無劃痕對結(jié)果是否準(zhǔn)確有關(guān)鍵作用。