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荧光法和紫外法测定海水中石油类的对比研究

2024-10-30 48 上传者：管理员

摘要：本文采用标准GB 17378.4-2007中荧光分光光度法和紫外分光光度法测定海水中石油类，分别对两种方法的标准曲线绘制、方法检出限、精密度及准确度等关键指标进行对比研究。结果显示：荧光法的标准曲线相关系数r为0.9996、0.9998、0.9999，紫外法的标准曲线相关系数r为0.9996、0.9999、0.9997，均大于0.999；荧光法的方法检出限为0.0004 mg/L，明显低于紫外法的检出限0.0030 mg/L；荧光法的空白水样加标、海水及其海水加标的精密度为0.20%～2.74%，优于紫外法的精密度0.13%～4.09%；荧光法的样品加标回收率为95.1%～102.1%，优于紫外法(87.0%～96.1%)。综上所述：两种方法的标准曲线、方法检出限、精密度和准确度均满足标准检验要求，可用于测定海水中石油类，但荧光法的灵敏度更高，实验数据更稳定，更适合测定石油类浓度较低的海水样品。

关键词：
方法对比
有机混合物
石油类
紫外分光光度法
荧光分光光度法
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石油类是一种组分复杂的有机混合物，主要含有各种烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃及少量烃类衍生物，主要来源于石油开采、工业排放、生活污水以及各种漏油事故[1]，是近岸海域的主要污染物之一，可作为判断海域水质污染[2]的关键指标。通常，石油类在水环境中存在溶解、扩散、乳化、沉降、吸附等形式，当水中石油类物质超过0.1 mg/L～0.4 mg/L时，便会在水面上形成一层油膜，阻碍氧气进入水体，造成水体含氧量低，危害水中动植物的生长；当含量超过3 mg/L时，便会影响水体的自净能力，对水环境造成不可修复的危害[3-5]。此外，石油类中环烃物质具有潜在的生物毒性，当海水中石油含量达到1 mg/L时，会对敏感生物产生危害，如造成鱼类在早期发育阶段出现颅面变形、心脏发育异常等畸变，加剧鱼类幼体的死亡[5-8]。因此，加强对近岸海域中石油类的检测和监测显得尤为重要。

目前，我国已经有多种石油类测定方法，包括红外分光光度法[1,9]、气相色谱法[10-11]、重量法[9]、紫外分光光度法[4,12-13]、荧光分光光度法[14]等。长期以来相关国标分析方法的选择一直存在争议，针对不同的水源，如海水、地表水、地下水、工业废水、生活污水及其他污染源等，应当选择合适的测定方法，才能保证检验经验的准确性、可靠性。据2007年，国家质量技术监督局和标准化管理委员会发布的《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB 17378.4-2007)，将荧光分光光度法(以下简称“荧光法”)、紫外分光光度法(以下简称“紫外法”)和重量法作为近海、入海河口等水体中油类的测定方法。其中，采用荧光法和紫外法测定近岸海水中的石油类，其原理、方法、步骤存在较多差异，导致方法间测定结果存在明显差异，常常引起油监测数据超标问题的争端。本文依据标准GB17378.4-2007，采用紫外法和荧光法对海水中石油类进行测定，并对检出限、精密度、准确度等进行了对比研究，研究结果有利于检测行业从业人员进行方法选择。

1、实验设计

1.1 实验原理

荧光法：海水中油类的芳烃组分，采用石油醚萃取后，在荧光分光光度计上，以310 nm为激发波长，测定360 nm发射波长的荧光强度，其相对荧光强度与石油醚中芳烃的浓度成正比。

紫外法：海水中油类的芳烃组分，采用正己烷萃取后，在分光光度计上，在波长225 nm紫外光区有特征吸收，其吸收强度与芳烃含量成正比。

1.2 实验设备及试剂配制

1.2.1 仪器设备

荧光分光光度计(RF-6000，日本岛津)；紫外双光束可见分光光度计(TU-1901型，北京普析通用仪器有限责任公司)；分液漏斗振荡仪(MMV-1000W，上海爱朗仪器有限公司)；1 L分液漏斗。

1.2.2 试剂及配制

石油醚(色谱纯，霍尼韦尔)；正己烷(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；硫酸(优级纯，西陇科学股份有限公司)；氢氧化钠(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；氯化钠(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；油标准溶液1000 g/mL(GBW 080913，中国海洋监测中心)。

硫酸溶液(1+3)：在搅拌下将1体积硫酸缓慢加入3体积水中，混匀。

3.0%人工海水：向1 L纯水中加入30 g氯化钠，混匀。

油标准使用溶液(100 mg/L)：移取5.0 m L油标准溶液(1000 g/mL)于50 mL容量瓶中，用石油醚定容至标线，混匀。

油标准使用溶液(200 mg/L)：移取10.0 mL油标准溶液(1000 g/mL)于50 mL容量瓶中，用正己烷定容至标线，混匀。

1.3 样品的制备

荧光法：将经5 m L硫酸溶液(1+3)酸化的水样约500 mL全量转入1 L分液漏斗中，准确加入10.0 m L石油醚，放置于MMV-1000W分液漏斗振荡仪上振荡2 min(注意放气)，静置分层，将水相放入原水样瓶中，石油醚萃取液收集于20 mL带刻度比色管中。重复上述萃取步骤，合并两次石油醚萃取液，用石油醚定容至标线V0。测量水样体积，减去硫酸溶液用量得水样实际体积V。同时取500 m L 3.0%人工海水代替水样，用与实际样品相同的样品前处理方法制备分析空白样品。如果不能及时测定，应将石油醚萃取液密封避光贮存于5℃左右的冰箱中，有效期20 d。

紫外法：将石油醚萃取剂换为正己烷，其他步骤与荧光法一致。

1.4 样品的测定

荧光法：将1.3小节中制备的石油醚萃取液移入1 cm石英测定池中，放置于荧光分光光度计上，设置310 nm为激发波长，测定360 nm处的荧光强度Iw，并测定空白样品的荧光强度Ib，由Iw-Ib计算得浓度C。

紫外法：将1.3小节中制备正己烷萃取液移入1 cm石英测定池中，放置于紫外分光光度计上，以正己烷作参比，于波长225 nm处，测定样品吸光值Aw，并测定空白样品的吸光值Ab，由Aw-Ab计算得浓度C。

1.5 标准曲线的绘制

荧光法：分别移取0 m L、0.1 m L、0.2 m L、0.3 m L、0.4 mL、0.5 mL油标准使用溶液(100 mg/L)于6个盛有少量石油醚的10 mL容量瓶中，用石油醚定容，混匀得到标准曲线系列浓度。将系列各点从低浓度到高浓度依次移入1 cm石英测定池中，以溶剂作参比测定360 nm处的相对荧光强度Ii和I0，以Ii-I0为纵坐标，相应的浓度为横坐标，绘制标准曲线。

紫外法：分别移取0 m L、0.25 m L、0.50 m L、0.75 m L、1.00 m L、1.25 m L油标准使用溶液(200 mg/L)于6个盛有少量正己烷的10 m L容量瓶中，加正己烷稀释至标线，混匀。将系列各点从低浓度向高浓度依次移入1 cm石英测定池中，以正己烷作参比，于225 nm处测定吸光度Ai和Ao，以Ai-A0为纵坐标，相应的浓度为横坐标，绘制标准曲线。

1.6 结果计算

样品中油类的质量浓度，按照下面公式进行计算：

式中：

ρ——样品中油类的质量浓度，mg/L;

C——测得量，mg/L;

V0——测定时定容的体积，m L;

V——量取水样的体积，m L。

2、结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

按照配制的系列浓度从低到高依次测定，重复测定3次，荧光法的各标准浓度点及曲线信息如表1所示，紫外法的各标准浓度点及曲线信息如表2所示。两种分析方法的标准曲线相关系数r均≥0.999，满足标准GB17378.4-2007的检验要求。

表1 荧光分光光度法的标准曲线信息

表2 紫外分光光度法的标准曲线信息

2.2 检出限

分别量取约500 m L的3.0%人工海水，移入10只1 L分液漏斗中，加入5 m L硫酸溶液(1+3)酸化，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定10次，计算测定值的标准偏差，根据HJ 168-2020附录A，将测定结果换算成样品含量，取标准偏差S的2.821倍数值作为方法检出限。结果如表3所示，荧光法的方法检出限为0.000 4 mg/L，优于《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB17378.4-2007/13.1)标准规定值(检出限0.001 mg/L)。紫外法的方法检出限为0.003 0 mg/L，优于《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB17378.4-2007/13.2)标准规定值(检出限0.0035 mg/L)。可以看出，荧光法的检出限明显低于紫外法的检出限，说明荧光法更适合用于测定石油类浓度较低的样品，紫外法更适合用于测定石油类浓度较高的样品。

表3 检出限测定结果

2.3 精密度

表4 精密度测定结果

分别对500 mL空白水样进行加标，荧光法的加标浓度分别为0.020 mg/L、0.040 mg/L、0.200 mg/L，记为标液1、标液2、标液3，紫外法的加标浓度分别为0.020 mg/L、0.500 mg/L、1.000 mg/L，记为标液1、标液2、标液3，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定6次，分别计算荧光法和紫外法每个测定浓度的平均值、标准偏差、相对标准偏差RSD，根据相对标准偏差判断精密度。结果如表4所示，荧光法3个样品的RSD分别是0.49%、0.20%、0.55%，紫外法3个样品的RSD分别是3.99%、0.23%、0.13%，精密度良好，均在标准GB17378.4-2007的要求范围内，故均可用于海水中石油类含量的测定。此外，可以看出，紫外法的低、中、高三个浓度的相对标准偏差RSD为3.99%>0.23%>0.13%，说明紫外法的灵敏度较低。对于低浓度样品(空白加标0.020 mg/L)，荧光法的RSD(0.49)明显小于紫外法的RSD(3.99%)，说明荧光法更适用于测定石油类浓度较低的样品，与上文有关结论一致。

2.4 准确度

在实际海水样品中分别加入质量浓度为0.040 mg/L、0.100 mg/L、0.160 mg/L的标准样品，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定6次，计算测定样品的平均值和加标回收率，进行判断分析方法的准确度。结果如表5所示，荧光法的实际样品不同浓度的加标回收率为95.1%～102.1%,RSD为1.27%～2.04%，紫外法的实际样品不同浓度的加标回收率为87.0%～95.4%,RSD为1.97%～3.21%，结果稳定，且均在标准要求范围内，故两种测定方法的准确度均符合分析要求。可以看出，对于同一个海水样品，荧光法的RSD为1.61%，明显低于紫外法的RSD(5.18%)，说明荧光法的测定更为灵敏，更适合测定低石油类含量较低的样品，进一步验证了上文结论。同时，荧光法的加标回收率明显高于紫外法的加标回收率，说明荧光法测定标样方法好于紫外法。

表5 海水加标回收率

2.5 实际样品的测定

采用标准GB17378.4-2007中的荧光法和紫外法，分别对汕头某近岸海域的海水样品(四个不同点位)进行对比实验，按照1.3和1.4的方法步骤平行测定4次，分别计算回收率、标准偏差和相对标准偏差等参数。结果如表6所示，紫外法的样品回收率为87.5%～96.1%,RSD为1.01%～4.09%，荧光法的样品回收率为94.3%～97.9%,RSD为0.20%～2.74%，符合海水石油类的分析要求。同时，相对于紫外法，荧光法的低浓度样品回收率更小，相对标准偏差更小，说明测定结果更为准确、稳定，更适合于测定石油类浓度较低的海水样品。

表6 实际海水样品测定结果(n=4)

3、结论

依据《海洋监测规范第4部分：海水分析》GB17378.4-2007标准中所规定的荧光分光光度法和紫外分光光度法来测定海水中石油类，本文通过对两种分析方法的标准曲线绘制、方法检出限、精密度、准确度等方面进行对比研究，结果表明：

(1)荧光法和紫外法的标准曲线相关系数r均大于0.999，符合标准线性要求。

(2)荧光法的检出限为0.0004 mg/L，紫外法的检出限为0.0030 mg/L，均满足检出限检验要求，且荧光法的检出限明显低于紫外法的检出限。

(3)荧光法的空白水样加标、海水及海水加标的精密度分别为0.20%～0.55%、0.20%～2.74%和1.27%～2.04%，而紫外法的精密度分别为0.13%～3.99%、1.01%～4.09%和1.97%～3.21%，均符合方法精密度检验要求，且荧光法的精密度优于紫外法。

(4)荧光法的空白水样加标和实际海水加标的回收率为95.1%～102.1%和94.3%～97.9%，而紫外法的回收率分别为87.0%～95.4%和87.5%～96.1%，均符合标准要求，且荧光法的样品回收率优于紫外法。

综上所述，荧光法和紫外法都可用于日常海水样品的测定，其优点是：两种分析方法的操作简单，且所用的萃取剂分别为石油醚和正己烷，其毒性低于红外分光光度法使用的四氯化碳或四氯乙烯，减轻对试验人员及环境的危害。此外，相比于紫外法，荧光法的精密度更高，方法检出限更低，更适合测定石油类含量较低的海水样品。

参考文献:

[1]李东霖.红外法和紫外法测定水中石油类的新旧标准比较研究[J].广西水利水电,2023(1):146-152.

[2]朱艳吉,王宝辉,盖翠萍.石油类污染物的环境行为及其对环境的影响[J].化工时刊,2006,20(9):66-69.

[3]李萍.水体中石油类物质含量的测定[J].化工设计通讯,2018,44(7):226-227.