荧光光度法测定地表水、地下水及废水中石油类样品的方法优化

李 媛，施玉格，段小燕，李 刚

(新疆生态环境监测总站，新疆 乌鲁木齐 830011)

随着经济的发展,人类对能源的需求不断扩大,石油已成为人类最主要的能源之一.在石油的开采、加工和利用过程中，石油及其产品可能会进入地表水、地下水、海洋从而造成水体环境和土壤环境的污染和破坏[1-3]，并对人类的健康产生危害[4-6].鉴于石油类的危害，我国地表水环境质量标准、污水综合排放标准[7-8]，以及石油化工、炼焦等行业排放标准[9-11]均对石油类的排放提出限值要求.由于石油类的测定涉及的水体类型多，排放限值要求低，因此监测方法应具有较宽的适应性、较高的灵敏度及较低的检出限.

目前，我国普遍使用的水质石油类分析标准为《水质 石油类和动植物油类的测定 红外分光光度法》(HJ 637—2018)[12]和《水质 石油类的测定 紫外分光光度法》(试行)(HJ 970—2018)[13].这两个标准在实施过程中主要存在两个问题：一是对萃取试剂质量要求较高.红外分光光度法萃取剂为四氯乙烯.四氯乙烯售价较高，保质期较短(一般为6个月)，增加了检测成本和实验室质量控制难度.紫外分光光度法采用正己烷作为萃取剂，对正己烷的透光率要求较高，如达不到要求则需进行脱芳处理，操作复杂.二是方法的适用范围受到一定限制.HJ 637—2018适用于废水中石油类的测定，HJ 970—2018适用于地表水、地下水和海水等洁净水体石油类的测定.因此，需要建立一种萃取试剂性能稳定，方法灵敏度高，抗干扰能力强，可同时适用于废水和洁净水中石油类检测的分析方法.

荧光光度法具有灵敏度高，针对芳香烃物质响应强的特点.原卫生部[14]和水利部[15]分别建立了水质分析标准，均使用分子荧光光度法.蒋宏图[16]等建立了地表水、地下水及饮用水中石油类的测定分子荧光光度法，检出限为0.005 mg/L，实际样品加标回收率在63.2%～138.8%之间，相对标准偏差在20.52%～29.75%之间.目前，已有的标准和研究均建立的是洁净水体石油类的检测，检出限为0.005～0.015 mg/L[14-16].本文在已有研究的基础上，进一步优化试验条件，以正己烷为萃取剂，建立了适用于地表水、地下水、饮用水及废水中石油类测定的荧光光度法.该方法检出限低，灵敏度高，满足相关环境质量和排放标准限值要求.

1 试验部分

1.1 仪器

Fluorat-02型荧光光度计(俄罗斯LUMEX公司)；激发波长250～700 nm；发射波长250～700 nm；配1 cm石英荧光比色皿.天平：感量为0.01、0.000 1 g.水平振荡器：振荡频率在0～300 次/min.

1.2 试剂及耗材

正己烷(C6H14)：色谱纯(本底荧光强度应不高于0.005 0，否则需要蒸馏预处理)；无水乙醇：分析纯；无水硫酸钠(Na2SO4)和0.25～0.15 μm硅酸镁(MgSiO3)，制备方法参照HJ 637—2018[12]；100 0 mg/L石油类标准贮备液：市售正己烷体系石油类有证标准物质，本文选用国家海洋环境监测中心研制的HJ油标.

玻璃棉：使用正己烷浸洗并晾干，置于干燥玻璃瓶中；硅酸镁吸附柱：将内径10 mm、长约200 mm的玻璃层析柱出口处填塞少量玻璃棉，再将硅酸镁缓缓倒入玻璃层析柱中，填充高度约为80 mm.

1.3 样品

检测样品分别为新疆某焦化厂、某石化厂、某电厂处理设施入口和出口废水，以及6个地表水(包括湖库、河流等水体)和1个地下水.

1.4 标准曲线的绘制

准确移取0.00、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00 mL石油类标准使用液(ρ=100 mg/L)于7个50 mL容量瓶中，使用正己烷稀释至标线，摇匀.标准系列质量浓度分别为0.00、0.20、1.00、2.00、4.00、10.00、20.00 mg/L.

1.5 样品预处理

取500 mL水样(若石油类浓度较高，可适当减少取样量)，加入50.0 mL正己烷，充分振摇2 min，期间注意经常开启旋塞排气，静置分层后，将下层水相转移至100 0 mL量筒内，测量样品体积并记录.将萃取液转移至已加入3 g无水硫酸钠的锥形瓶中，振摇数次.若无水硫酸钠全部结晶成块，则需适当补加无水硫酸钠直至不再结块.盖紧瓶塞，摇匀，静置.继续向上述萃取液中加入3 g硅酸镁，置于振荡器上，振荡20 min，静置沉淀.在玻璃漏斗底部垫上少量玻璃棉，将上清液进行过滤.

1.6 样品的测定

过滤液转移到10 mm比色皿中，以正己烷为参比，在激发波长为275 nm、发射波长为315 nm条件下测定荧光强度，计算石油类浓度.

2 结果与讨论

2.1 测定波长的选择

测定石油类物质浓度主要测定的是石油中的共轭成分，国内采用荧光光度法测定水中石油类的标准分析方法，如GB/T 5750.7—2006[14]中规定在300～400 nm之间扫描，以确定最大吸收峰位置.SL 366—2006[15]采用310、360 nm作为激发和发射波长，俄罗斯标准(PNDF 14.1:2:4.128-98)采用275、315 nm作为激发和发射波长.本文选用的HJ油在310 nm以及275 nm条件下激发，在360、315 nm处均有荧光响应.在不同波长下分别绘制标准曲线.HJ油标在275 nm激发、315 nm发射条件下较310 nm激发、360 nm发射下有更好的荧光响应，灵敏度更高.故本文选用275、315 nm作为激发和发射波长.

2.2 萃取剂用量与水样体积的比例选择

SL 366—2006[15]中给出的萃取剂与水的比例为1∶10，《水和废水监测分析方法(第三版)》中给出的比例为1∶10，《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)[17]中给出的比例为1∶25，GB/T 5750.7—2006[14]中给出的比例为1∶10，俄罗斯标准中采用的萃取剂比例是1∶10.经验证，萃取剂与水的比例为1∶10时，检出限、精密度和准确度均能达到分析要求，且综合考虑废水基体的复杂性，为确保提取率，本文最终确定萃取剂和水的体积为1∶10，即水样体积为500 mL，萃取剂体积为50 mL.

2.3 萃取时间选择

石油类测定的关键环节是萃取过程，萃取振摇时间直接影响萃取效果.本方法通过在空白试剂中加入不同浓度标准溶液进行验证，加标质量浓度分别为0.05、0.10、0.50、1.00 mg/L，振摇时间分别为0.5、1、2、3、5 min，通过空白加标试验检验最佳萃取时间，结果如图1所示.由图1可见，萃取时间小于2 min时，加标回收率较低，回收率在萃取时间为2 min时达到最高，当萃取时间为3～5 min时，回收率变化不明显.同时，伴随着萃取时间的延长，样品的乳化程度会增加，有可能导致回收率降低.因此将萃取时间确定为2 min.

图1 萃取时间对回收率的影响Fig.1 Effect of extraction time on recovery

2.4 萃取次数

为确定萃取次数与回收率之间的关系，对质量浓度分别为0.05、0.10、0.50、1.00 mg/L的样品进行一次萃取和两次萃取试验.一次萃取是将50.0 mL正己烷一次性加入样品进行萃取.两次萃取是将50.0 mL正己烷分两次加入(每次25.0 mL)进行萃取，两次萃取后合并萃取液进行后续除水和吸附.经6次重复试验，一次萃取的回收率为90.0%～96.9%，两次萃取的回收率为90.0%～95.6%，二者没有明显差异，均能满足需要.本文采用一次萃取方式进行样品提取.

2.5 检出限

量取500.0 mL实验室用水7份，分别往每份空白样品中加入HJ标油10 μg，对应石油类质量浓度为0.02 mg/L，重复测定7次，计算出方法检出限为0.007 mg/L，测定下限为0.028 mg/L.该方法检出限能够满足地表水0.050 mg/L限值要求.

2.6 样品检测

按样品分析步骤进行，对6组实际水样(包括地下水、地表水和工业废水)进行检测，每个样品重复测定6次.同时，向实际水样中分别加入石油类标准使用液(加标量为其测定值的 0.5～3.0倍)进行加标回收率试验.由表1和表2结果可见，地表水和地下水样品加标回收率为95.0%～110.0%.2类工业废水样品加标回收率为87.5%～105.0%.

表1 地表水和地下水样品回收率结果Table 1 Recoveries of surface water and groundwater samples /(n=6,mg/L)

表2 废水样品回收率结果Table 2 Recoveries of wastewater samples /(n=6,mg/L)

2.7 实验室间比对

组织6家实验室分别对质量浓度为 0.050、0.100、0.500、1.000 mg/L的样品进行测定，加标回收率最终值分别是：(91.3%±12.6%)、(92.4%±6.6%)、(95.4%±4.0%)和(92.2%±6.2%).分别对质量浓度为1.000、5.000、7.000、10.000 mg/L的有证标准样品进行测定，相对误差范围分别为：-5.0%～2.0%、-4.4%～2.6%、-3.0%～1.8%和-5.1%～-0.1%，相对误差最终值分别为：(-2.2%±6.6%)、(-0.3%±5.0%)、(-0.8%±3.2%)和(-2.6%±4.0%).

2.8 方法比对

使用紫外法、红外法分别对地表水、地下水和工业废水样品进行测定，结果如表3、4所列.由表3、4可见，紫外法和荧光法相对偏差在5.3%～13.3%之间，红外法和荧光法相对偏差在1.7%～19.5%之间，均具有较好的一致性.荧光法检测结果普遍低于红外法，原因是工业废水成分较为复杂，荧光法对具有荧光特性的物质灵敏度较高，而红外法结果包括了非荧光特性物质含量.

表3 紫外法和荧光法比对结果Table 3 Comparison of UV and fluorescence methods

表4 红外法和荧光法比对结果Table 4 Comparison of IR and fluorescence methods

3 结论

本文建立的荧光光度法测定水质石油类样品的方法，具有提取液毒性低、仪器设备操作简单、有利于推广等特点.同时经多种实际水质样品验证，该方法灵敏度高、精密度和准确度良好，完全满足我国现有标准限值要求，且与现行紫外法和红外法测定结果具有可比性，可以作为水质石油类监测标准体系的补充.