紫外分光光度法测定水体中石油类污染物的方法

王丽敏

(山东省威海生态环境监测中心，山东威海 264200)

随着中国工业化的发展，各种含油污染物通过不同途径进入水体，造成水体不同程度的石油类污染。水中的石油类含量过高，会覆盖在水体表面，影响鱼类和水生生物的呼吸，因此，石油类常作为水质监测中的一项常规指标。2018年10月，生态环境部发布了《水质石油类的测定紫外分光光度法》(HJ 970—2018)替代原有方法《水质石油类和动植物油类的测定红外分光光度法》(HJ 637—2012)，避免了四氯化碳的大量使用，降低了毒性[1]。HJ 970—2018方法的原理是石油及其产品在紫外光区有特征吸收，带有苯环的芳香族化合物主要吸收波长为250～260 nm；带有共轭双键的化合物主要吸收波长为215～230 nm。一般原油的两个主要吸收波长为225、254 nm[2]。通过正己烷萃取水样中油类物质，经无水硫酸钠脱水，再经硅酸镁吸附后，于225 nm处测定吸光度，石油类含量与吸光度值符合朗伯-比尔定律[3]。

依据HJ 970—2018，针对威海地区水库中石油类测定结果的误差进行探讨，并比较HJ 970—2018和GB 17378.4—2007方法的适用性。

1 紫外法测定威海水库石油类结果影响

在实际测试过程中，往往测得石油类结果偏高，造成假阳性，含有任何在225 nm有吸收的物质都会造成正误差。因此，需分析试验每一步可能引入误差的原因。

1.1 萃取剂的选用

使用的试剂是百灵威农残级正己烷，透光率大于90%，否则正己烷中会有一些芳烃物质，在225 nm处有吸收，影响测定结果。透光率达不到要求时，需要进行脱芳处理[1,3-4]。相关文献表示，使用2 cm比色皿，透光率达到80%即可[5]。

1.2 萃取技术

萃取过程是石油类物质分析中的关键环节，直接影响分析结果的准确性和精密度，若方法不当将导致萃取失败。因此，在萃取过程中需要注意以下几个问题[6]。

(1)分液漏斗的旋塞处不可用凡士林、丙三醇等润滑剂，使用的分液漏斗要与测试污水所用的分液漏斗分开使用。因为测试废水石油类所使用的的萃取剂是四氯乙烯，含有碳碳双键，在225 nm处有吸收，会对测定结果产生正干扰。因此，所使用的玻璃器皿应分开存放，避免交叉污染。

(2)分液漏斗萃取之前用自来水冲洗干净，并用正己烷反复荡洗，避免塑料、橡皮等材料的干扰[7]。萃取过程要充分振摇，使水中的石油类充分萃取，振荡过程不能过于激烈。若水的浑浊度高时，易产生乳化现象，可以滴加1～4滴无水乙醇，或者增大萃取剂的用量来破乳。

(3)因硅酸镁在冷却、转移和保存期间可能会吸附环境空气中的油，为使得硅酸镁达到良好的吸附效果，根据HJ 970—2018，使用时需加入 6%(m/m)蒸馏水，在此之前先用正己烷冲洗硅酸镁，待其自然干燥后再使用，以降低空白值[8]。实验室空白经处理过的硅酸镁吸附后，扣除试剂空白之后的吸光值，测定结果如表1所示。

表1 实验室空白吸光值Tab.1 Blank Absorption Value of Laboratory

由表1可知，实验室空白使用的硅酸镁经正己烷处理过后，空白吸光值明显降低。

(4)样品经硅酸镁吸附后，倒入G4玻璃砂芯漏斗过滤，玻璃漏斗底部垫上少量玻璃棉，会出现一些玻璃棉进入比色管，悬浮在正己烷中，使吸光值增加。处理样品时，采用G4玻璃砂芯漏斗过滤，下部加脱脂棉能有效地避免上述影响。

(5)采用硅酸镁对萃取样品进行吸附处理时,可采用振荡吸附和过硅酸镁吸附柱两种方式，采用空白加标比对两种吸附方式的精密度。在500 mL的空白水样中取0.5 mL石油类标准品(1 000 mg/L)，分别测定6次，加标回收绝对量如表2所示。

表2 两种吸附方式结果比较Tab.2 Comparison of the Results between Two Adsorption Methods

由于两种吸附方式的数值接近，使用t值双侧检验。

由式(1)可知，|t|=2.168>t0.05(10)=1.812，说明两种吸附方式测得的结果存在显著差异。这是因为使用硅酸镁吸附柱方式极易受到污染，且过硅酸镁柱时间长，溶剂易挥发，对环境造成污染，导致试验结果平行性不好。使用振荡方式吸附，在密闭的三角瓶内，可避免溶剂的挥发，重现性较好[1]。

(1)

n——试验次数；

a——置信区间；

f——自由度，f=6+6-2=10。

综上所述，测试水库中石油类时注意以上几点，能很好地解决测试过程中出现的假阳性结果。

2 紫外法测定威海海水石油类方法探讨

2.1 适用范围

HJ 970—2018紫外法适用于地表水、地下水和海水中石油类的测定，取样体积为500 mL，萃取剂为正己烷，萃取液体积为25 mL，使用2 cm的石英比色皿，核定检出限为0.01 mg/L。《海洋监测规范第四部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)适用于近海、河口水中油类的测定，取样体积为500 mL，萃取剂为正己烷，萃取液体积为20 mL，使用1 cm 的石英比色皿[9]，核定检出限为0.003 5 mg/L。

2.2 方法原理

HJ 970—2018同样也适用于海水石油类的测定，它与《海洋监测规范第四部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)石油类的测定原理一致，都是水样经正己烷萃取，于225 nm处测吸光度，石油类的含量与吸光度值符合郎伯-比尔定律。

2.3 萃取技术

HJ 970—2018方法中使用25 mL的正己烷，萃取1次，萃取液经无水硫酸钠脱水、硅酸镁吸附后，上机测试吸光度；GB 17378.4—2007方法中使用20 mL的正己烷，分2次萃取，每次使用10 mL正己烷，2次萃取液经脱水后合并定容至20 mL比色管中，没有硅酸镁吸附这一步，直接上机测试吸光度。

表3 两种紫外法比较Tab.3 Comparison between Two UV Methods

2.4 两种方法对测试海水石油类结果比较

2.4.1 仪器和试剂

752 N型紫外可见分光光度计、1 000 mL分液漏斗、振荡器、农残级正己烷、优级纯无水Na2SO4、优级纯硅酸镁、50 mL三角瓶、脱脂棉、优级纯盐酸、优级纯硫酸、比色管、25 mL容量瓶、国家海洋监测中心油标准溶液。

2.4.2 曲线建立

根据HJ 970—2018和 GB 17378.4—2007方法配制曲线标准点，以正己烷为参比在225 nm处测定吸光度，以石油类浓度为横坐标，以相应的吸光值为纵坐标，建立标准曲线[3],结果如表4、表5所示，曲线斜率满足方法要求。

表4 HJ 970—2018法测定标准曲线Tab.4 Standard Curve Obtained by HJ 970—2018 Method

表5 GB 17378.4—2007法测定标准曲线Tab.5 Standard Curve Obtained by GB 17378.4—2007 Method

2.4.3 方法检出限

水中石油类的质量浓度计算如式(2)。

(2)

其中：ρ——水中石油类的质量浓度，mg/L；

A——试样的吸光度值；

A0——空白试样的吸光度值；

a——标准曲线的截距；

V1——萃取液体积，mL；

b——标准曲线的斜率；

V——水样体积，mL。

7次空白的试验结果如表6、表7所示。根据HJ 168—2010环境监测分析方法标准，检出限计算方法MDL=t(n-1,0.99)×SD，方法检出限MDL均为0.003 4 mg/L，均比标准方法检出限0.003 5、0.01 mg/L低。

表6 HJ 970—2018方法检出限Tab.6 Detection Limit of HJ 970—2018 Method

表7 GB 17378.4—2007方法检出限Tab.7 Detection Limit of GB 17378.4—2007 Method

2.4.4 精密度比较

配制4.00、12.0 mg/L各6个平行样，分别使用HJ 970—2018和GB 17378.4—2007方法测定，相对标准偏差满足方法要求，精密结果如表8所示。

表8 HJ 970—2018和GB 17378.4—2007法测定精密度Tab.8 Pricision Obtained by HJ 970—2018 and GB 17378.4—2007 Methods

由表8可知:HJ 970—2018方法的相对标准偏差在1.5%～2.3%；GB 17378.4—2007方法的相对标准偏差在1.6%～2.9%，均满足方法的要求。

2.4.5 准确度比较

本次使用标准物质，生产厂家坛墨质检，标样批号B1904151，真值为(12.5±0.7) mg/L，相对误差满足方法要求，如表9所示。

由表9可知，HJ 970—2018方法的相对误差为-0.8%～2.4%，GB 17378.4—2007方法的相对误差为-2.4%～2.4%，都满足方法的要求。

表9 HJ 970—2018和GB 17378.4—2007法测定准确度Tab.9 Detection Accuracy Obtained by HJ 970—2018 and GB 17378.4—2007 Methods

2.4.6 加标回收率比对

向500 mL实际水样中加入一定量的标准使用溶液，配制加标浓度为0.1 mg/L的样品各6份，按照HJ 970—2018和GB 17378.4—2007样品前处理和分析的全部步骤测定，并将各测定结果换算为样品中的质量浓度，相关数据如表10所示。

由表10可知，两种方法的加标回收率均在90%以上，准确度满足方法的要求。

表10 两种方法加标回收率比对Tab.10 Comparison of Standard Recovery Rates between Two Methods

2.4.7 实际样品对比

分别在威海国际海水浴场1号和2号两个点位采样，采样体积为500 mL，分别用这两个方法测试，每个点位采平行样，如表11所示。

表11 两种方法试验结果对比Tab.11 Comparison of Experimental Results between Two Methods

由表11可知，GB 17378.4—2007方法测得的石油类数值高于HJ 970—2018的结果。可能是因为国际海水浴场的两个点位人为活动较多，特别是夏天，很多游客来海边度假旅游，动植物油含量会多些。GB 17378.4—2007方法中没有硅酸镁吸附这个步骤，不能消除动植物油对测定结果的影响。

同时，监测了威海地区8个海水点位，均远离海边，人为活动较少。为了比较两种方法的准确度，HJ 970—2018结果多保留一位小数，测试结果如表12所示。

表12 石油类结果比较Tab.12 Comparison of Petroleum Results

由表12可知，7号点位的测试结果均小于检出限。表12中1～8号点位使用这两种方法测得的结果较一致，说明远离岸边的点位几乎可以忽略动植

物油对测定结果的影响，两种方法均适用。

3 结论

(1)通过对萃取剂的选择和萃取技术的优化，很好地解决了HJ 970—2018紫外法测定威海地区水库中石油类结果偏高的问题。

(2)同时，与GB 17378.4—2007方法比较，HJ 970—2018和GB 17378.4—2007线性相关系数r均大于0.999，样品加标回收率均在90%以上。HJ 970—2018方法的相对标准偏差为1.5%～2.3%，相对误差为-0.8%～2.4%；GB 17378.4—2007方法的相对标准偏差为1.6%～2.9%，相对误差为-2.4%～2.4%，说明HJ 970—2018和GB 17378.4—2 007具有一样的精密度和准确度。通过实际样品比对，对于近海岸海水浴场，GB 17378.4—2007不能排除动植物油类对测定结果的影响，HJ 970—2018能够较准确地测定近海岸海水浴场石油类，因此，HJ 970—2018适合海水石油类的测试。