分子熒光光度法測定水中石油類物質(zhì)

蔣宏圖，劉適搏，孫媛媛

（1.吉林省水文水資源局，長春 130022；2.空軍航空大學(xué) 航空軍械工程系，長春 130022）

石油類物質(zhì)，是各種烴類（主要是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）的混合物。石油類物質(zhì)可以溶解態(tài)、乳化態(tài)和分散態(tài)等形式存在于水環(huán)境中。石油類物質(zhì)進(jìn)入水環(huán)境后，其含量超過0.1～0.4mg/L，即可在水面形成油膜，影響水體的復(fù)氧過程，造成水體缺氧，危害水生物的生存和有機(jī)污染物的好氧降解。當(dāng)含量超過3mg/L時，會嚴(yán)重抑制水體自凈過程。此外，分散態(tài)和乳化態(tài)的石油類物質(zhì)還會影響魚類的正常生長，使魚苗畸變，魚鰓發(fā)炎壞死；石油類物質(zhì)中的環(huán)烴化學(xué)物質(zhì)具有明顯的生物毒性。由此可見，加強(qiáng)水中石油類物質(zhì)的監(jiān)測對水資源保護(hù)具有十分重要的意義。

目前，水中石油類物質(zhì)的檢測方法主要有重量法、紅外分光光度法、非分散紅外光度法、紫外分光光度法等。這些方法在實(shí)際操作中均存在著操作繁瑣、費(fèi)時費(fèi)力等不足。而且重量法和紫外分光光度法所用溶劑石油醚是一種易燃、易爆、易揮發(fā)、具有強(qiáng)烈刺激性氣味的物質(zhì)，不僅污染嚴(yán)重，對人體傷害大，而且很不安全；紅外分光光度法和非分散紅外光度法所用溶劑是四氯化碳，污染嚴(yán)重，在歐洲和美洲國家現(xiàn)已不再采用，并且紅外方法重現(xiàn)性和檢出限也都很不理想［1，2］。

分子熒光光度法是一種微痕量分析技術(shù)，它具有分析靈敏度高、線性范圍寬、設(shè)備簡單、分析速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此，近年來得到了迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物科學(xué)、食品科學(xué)、藥物檢驗(yàn)、農(nóng)林科研、微生物學(xué)和臨床免疫分析等領(lǐng)域，可用于檢測數(shù)十種元素、大量無機(jī)物質(zhì)和有機(jī)化合物。

用分子熒光光度法測定水中石油類物質(zhì)的原理是：水中石油類物質(zhì)用正己烷萃取、無水硫酸鈉脫水后，經(jīng)激發(fā)光源照射，分子產(chǎn)生躍遷。當(dāng)分子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)的振動能級時，以熒光形式釋放吸收的能量發(fā)出分子熒光。熒光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與水中石油類物質(zhì)的含量成正比［3，4］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備及試劑

熒光分光光度計(jì)或熒光測油儀；10mm石英熒光比色皿；500mL玻璃分液漏斗(配聚四氟乙烯旋塞)；中速定性濾紙；其它常用玻璃量器；色譜純正己烷(若正己烷本底熒光強(qiáng)度大于5.5，則臨用前需進(jìn)行蒸餾提純)；優(yōu)級純、粒狀無水硫酸鈉(Na2SO4)，臨用前在200～250℃下干燥4h；油標(biāo)準(zhǔn)儲備液：國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1000mg/L)，4℃下密封保存；油標(biāo)準(zhǔn)使用液：量取油標(biāo)準(zhǔn)儲備液10mL于100mL容量瓶中，用正己烷稀釋至標(biāo)線，搖勻(此溶液濃度為100mg/L，臨用前配制)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 樣品萃取

將樣品全部傾入分液漏斗中（如樣品中油含量高于50mg/L，則應(yīng)取相應(yīng)體積萃取液用正己烷稀釋后進(jìn)行測定）。將10 mL正己烷放入該樣品瓶中，蓋上瓶蓋后緩慢轉(zhuǎn)動樣品瓶，并注意打開瓶蓋放氣，使正己烷溶液充分接觸到瓶內(nèi)所有表面，包括瓶蓋的內(nèi)表面，然后將所有溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中。劇烈振搖分液漏斗2～3 min，并及時從排氣口放氣。讓有機(jī)相和水相分離靜置約15min。然后放出下層水相（為防止將上層有機(jī)相放出，可適當(dāng)殘留少部分水相）。再將10 mL正己烷放入該樣品瓶中，重復(fù)上述操作 2次。然后將濾紙放入漏斗中，加入約10g無水硫酸鈉，并用少量的正己烷進(jìn)行淋洗。拋棄淋洗液。使分液漏斗中的有機(jī)相（可能殘留少量水相）緩慢通過過濾裝置，并盛裝于50mL容量瓶中。最后分2～3次用少量(3～5mL)正己烷淋洗分液漏斗的塞子、濾紙和分液漏斗，把收集到的淋洗液移入該容量瓶并定容。蓋緊瓶蓋，以防有機(jī)相揮發(fā)。搖勻，待測。

1.2.2 空白試樣

量取10 mL正己烷傾入分液漏斗，按“劇烈振搖”及其以后的步驟制備空白試樣。

1.2.3 校準(zhǔn)曲線的繪制

于一組6個50mL容量瓶中分別加入0mL、0.1mL、0.5mL、1mL、5mL、10mL油標(biāo)準(zhǔn)使用液（見2.5），用正己烷（見2.1）定容至標(biāo)線，搖勻待測。此標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度分別為：0.0mg/L、0.2 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、10.0 mg/L、20.0 mg/L。以正己烷為參比，測定熒光強(qiáng)度，經(jīng)空白校正后，以熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以石油類物質(zhì)質(zhì)量為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

1.2.4 樣品的測定

先測定樣品空白液的熒光強(qiáng)度，再依次測定各樣品溶液的熒光強(qiáng)度。

1.2.5 計(jì)算

樣品中石油類物質(zhì)的濃度按下式計(jì)算：

式中：c—所測樣品中石油類物質(zhì)的含量，mg/L；m—根據(jù)扣除樣品空白后的熒光強(qiáng)度，從校準(zhǔn)曲線中查出樣品中相應(yīng)石油類物質(zhì)的質(zhì)量，mg；v—水樣體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法適用范圍和檢出限

2.1.1 方法適用范圍

本方法采用正己烷萃取、分子熒光光度法測定，能夠檢測石油類中飽和烴以外的物質(zhì)。本方法適用于地表水、地下水及飲用水中石油類物質(zhì)的測定。

2.1.2 方法檢出限

檢出限是通過測量空白試樣的批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差，再經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到的。

式中，L—方法最低檢出限；tf—顯著水平為 0.05（單側(cè)），自由度為f時的t值；f—批內(nèi)自由度，等于；Swb—空白平行測定（批內(nèi)）標(biāo)準(zhǔn)差；m—批數(shù)；n—每批測定個數(shù)；x—單個測定值；X—每批測定值之和［5］。

實(shí)驗(yàn)中通過測定6批空白試樣，然后按95%的置信水平對每批實(shí)驗(yàn)所得到的檢出限值進(jìn)行平均值統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得出本方法的檢出限。

（1）檢出限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 檢出限的測定Tab.1 The results of the detection limit

（2）數(shù)據(jù)分析：

多次測量方法檢出限，按照95%的置信度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得出本方法的檢出限為0.005mg/L。

2.2 精密度和準(zhǔn)確度［6］

2.2.1 精密度

2.2.1.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)

（1）單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，單個實(shí)驗(yàn)室對濃度為1 mg/L、5mg/L和16.5mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品分別連續(xù)測定10次，進(jìn)行精密度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The accuracy results of standard samples lower concentration of 50mg/L within-laboratory

結(jié)果表明，單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.92%～1.81%。

（2）單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定

單個實(shí)驗(yàn)室選取石油類含量<1 mg/L、1～ 3 mg/L、>3 mg/L的天然水樣分別連續(xù)測定10次，進(jìn)行精密度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 The accuracy results of practical samples lower concentration of 50mg/L within-laboratory

結(jié)果表明，單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 20.98%～29.75%。

2.2.1.2 實(shí)驗(yàn)室間

（1）6個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定

6個實(shí)驗(yàn)室對濃度為1 mg/L、5mg/L和16.50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品分別進(jìn)行測定，經(jīng)過精密度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)室間濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 The accuracy results of standard samples lower concentration of 50mg/L in different laboratories

結(jié)果表明，6個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.95%～4.88%。

（2）3個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定

3個實(shí)驗(yàn)室選取石油類含量<1 mg/L、1～3 mg/L、>3 mg/L的天然水樣連續(xù)測定10次，進(jìn)行精密度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表5。

表5 實(shí)驗(yàn)室間濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 The accuracy results of practical samples lower concentration of 50mg/L in different laboratories

結(jié)果表明，3個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 20.52%～29.41%。

2.2.2 準(zhǔn)確度

2.2.2.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)

（1）單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定

單個實(shí)驗(yàn)室對濃度為11.5（±1.65）mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收率和相對誤差測定，結(jié)果見表6和表7。

表6 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品加標(biāo)回收率測定結(jié)果Tab.6 The results of the recovery of standard addition for standard samples lower concentration of 50mg/L within-laboratory

結(jié)果表明，單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率和相對誤差測定，其加標(biāo)回收率為 93.0%～ 105.3%，相對誤差為-0.87%～3.22%。

（2）單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定。

表7 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品相對誤差測定結(jié)果Tab.7 The results of the relative error for standard samples lower concentration of 50mg/L withinlaboratory

單個實(shí)驗(yàn)室選取石油類含量<1 mg/L、1～ 3 mg/L、>3 mg/L的天然水樣分別進(jìn)行加標(biāo)回收率測定，結(jié)果見表8。

表8 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品加標(biāo)回收率測定結(jié)果Tab.8 The results of the recovery of standard addition for practical samples lower concentration of 50mg/L within-laboratory

結(jié)果表明，單個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定，其加標(biāo)回收率為 65.0%～135.0%。

2.2.2.2 實(shí)驗(yàn)室間

（1）6個實(shí)驗(yàn)室對濃度為11.5（±1.65）mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收率和相對誤差測定，結(jié)果見表9和表10。

表9 實(shí)驗(yàn)室間濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品加標(biāo)回收率測定結(jié)果Tab.9 The results of the recovery of standard addition for standard samples lower concentration of 50mg/L in different laboratories

表10 實(shí)驗(yàn)室間濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品相對誤差測定結(jié)果Tab.10 The results of the relative error for standard samples lower concentration of 50mg/L in different laboratories

表10結(jié)果表明，6個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率和相對誤差測定，其加標(biāo)回收率為93.3%～106.0%，相對誤差為-2.14%～2.51%。

（2）3個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定3個實(shí)驗(yàn)室選取石油類含量<1 mg/L、1～3 mg/L、>3 mg/L的天然水樣分別進(jìn)行加標(biāo)回收率測定，結(jié)果見表11。

表11 實(shí)驗(yàn)室間濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品加標(biāo)回收率測定結(jié)果Tab.11 The results of the recovery of standard addition for practical samples lower concentration of 50mg/L in different laboratories

表11結(jié)果表明，3個實(shí)驗(yàn)室對濃度小于50mg/L的實(shí)際樣品進(jìn)行測定，其加標(biāo)回收率為63.2%～138.8%。

2.3 與GB/T 16488-1996紅外光度法比對結(jié)果

表12 按GB/T 16488-1996紅外光度法進(jìn)行測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.12 The experimental data accordance with GB/T 16488-1996 by Infrared spectrophotometry

表13 按分子熒光光度法進(jìn)行測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.13 The experimental data by molecule fluorescence photometry

表14 分子熒光光度法與GB/T 16488-1996紅外光度法t檢驗(yàn)結(jié)果Tab.14 The t test results between the molecule fluorescence photometry and GB/T 16488-1996 Infrared spectrophotometry

分別用紅外光度法和分子熒光光度法對同一實(shí)際樣品(<1 mg/L和1～3 mg/L)進(jìn)行測定，并對其結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果見表12、表13和表14。

上述結(jié)果表明，兩組平均值之間無顯著性差異，說明分子熒光光度法與GB/T 16488-1996紅外光度法可比。

3 結(jié)束語

使用分子熒光光度法測定水中石油類物質(zhì)，不僅具有較高的選擇性，檢出限較低，而且所用的溶劑正己烷屬于環(huán)保型有機(jī)試劑，這是測定石油類物質(zhì)的一種重要的環(huán)保型檢測方法。方法的標(biāo)準(zhǔn)樣品加標(biāo)回收率在 93.0%～ 106.0%之間，相對誤差在-2.14%～3.22%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.92%～4.88%之間；方法的實(shí)際樣品加標(biāo)回收率在63.2%～138.8%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在20.52%～29.75%之間。方法的檢測范圍寬，在0.015～50mg/L范圍內(nèi)線性良好，測定結(jié)果令人滿意，且操作簡便、靈敏度高、測量重現(xiàn)性好、干擾少，完全能滿足目前水環(huán)境監(jiān)測的需要，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

［1］曹煒.石油類測定方法的改進(jìn)［J］.污染防治技術(shù)，2009，22（2）4：104-106.

［2］余振榮，談曉東.紫外光度法測定水中石油類物質(zhì)的方法改進(jìn)［J］.蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版，2010，23（1）：13-15，29.

［3］SL366-2006，水質(zhì)石油類的測定-分子熒光光度法.

［4］金洪株，張曉霞，張敏.濁點(diǎn)萃取—分光光度法測定水樣中痕量銅的研究［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，32（1）：154-156.

［5］SL219-98，水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范.

［6］環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊［M］.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.