環(huán)境水體中油類檢測(cè)方法概況

王璐 許巖

摘 要：介紹了目前國(guó)內(nèi)外多種測(cè)定環(huán)境水體中油類檢測(cè)方法，歸納了各方法多方面優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其技術(shù)前景作出展望，建議盡快推廣使用紅外分光光度法。

關(guān)鍵詞：油類;檢測(cè)方法;水體

從上世紀(jì)七十年代起，在環(huán)境水體油類檢測(cè)中，重量法由于不受油品限制，設(shè)備簡(jiǎn)單，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。后隨檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，紫外分光光度法、氣相色譜法以及紅外分光光度法逐漸應(yīng)用其中。但紫外分光光度法選擇性差，氣相色譜法操作繁瑣耗時(shí)，上世紀(jì)九十年代，紅外分光光度法以其靈敏度高、分析物質(zhì)全面的優(yōu)勢(shì)占據(jù)水中油檢測(cè)方法的主要地位。但該法以四氯化碳為萃取劑，在《關(guān)于消耗臭氧層的蒙特利爾議定書》中明確禁用，面臨被淘汰的處境。從1996年開始，主要國(guó)家以及國(guó)際組織陸續(xù)頒布了氣相色譜法、更換了萃取劑的紅外光度法等標(biāo)準(zhǔn)方法。

目前，重量法、紫外分光光度法、熒光光度法、紅外分光光度法和非分散紅外分光光度法為我國(guó)測(cè)定石油類的常用方法，此外還有濁度法、電阻法、熱接法、光反射法等，但環(huán)保行業(yè)的檢測(cè)方法僅有紅外分光光度法以及重量法[1-3]。文章將對(duì)部分測(cè)定環(huán)境水體中油類檢測(cè)方法作簡(jiǎn)要介紹。

1 檢測(cè)方法

1.1 重量法

重量法是測(cè)定水中油類的經(jīng)典方法。方法使用萃取劑提取已酸化樣品中油類，萃取液通過氧化鋁柱除去動(dòng)植物油類后蒸發(fā)稱重，計(jì)算油類含量。一般以石油醚或正己烷為萃取劑，方法結(jié)果比較穩(wěn)定，不受油品影響，但沸點(diǎn)低于萃取劑的揮發(fā)性物質(zhì)在蒸發(fā)中易損失，且檢出限較其他方法高，檢出限最低1.4 mg/L，一般用來測(cè)定含油量較高的污水，不能準(zhǔn)確測(cè)量低濃度（<5 mg/L）的水中油樣品，并且當(dāng)樣品中存在輕質(zhì)油和不能萃取的較重石油成分，測(cè)定結(jié)果偏低，該法也不能區(qū)分石油類和動(dòng)植物油。1999年美國(guó)環(huán)保署頒布了《水質(zhì) 正己烷抽取物與硅膠處理后的正己烷提取物質(zhì)的測(cè)定 重量法》（EPA method 1664A）[4]，此法以正已烷為萃取劑;日本環(huán)境省使用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法是1971年頒布的以正已烷為萃取劑的重量法（JIS K0102）[5]。我國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局出版的《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）中，以石油醚為萃取劑的重量法被列為B類方法，適用于檢測(cè)大于10 mg/L的樣品[6];我國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2007年頒布的《國(guó)家海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.4-2007）中，收錄了以正己烷為萃取劑的重量法，檢出限為0.2 mg/L[7];我國(guó)衛(wèi)生部在2006年頒布的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB 5750.7-2006）中收錄了以石油醚為萃取劑的稱量法[8]。

1.2 紫外分光光度法

紫外分光光度法是利用石油類在215～260 nm紫外區(qū)的特征吸收來測(cè)定其含量。測(cè)定范圍為0.05～50 mg/L。以正己烷為萃取劑，靈敏度雖高，檢出限為0.003 5 mg/L，但對(duì)于組分復(fù)雜的廢水和環(huán)境水體，紫外吸收強(qiáng)度存差異較大，標(biāo)準(zhǔn)油尋求困難，影響數(shù)據(jù)可比性和準(zhǔn)確性，不被國(guó)內(nèi)外推薦[9-10]。在我國(guó)，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2007年頒布的《國(guó)家海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.4-2007）中，收錄了以正己烷為萃取劑的紫外分光光度法[7];衛(wèi)生部在2006年頒布的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB 5750.7-2006）中收錄了紫外分光光度法[8]。

1.3 熒光光度法

熒光光度法是有機(jī)物（油類中的芳烴組分）分子經(jīng)激發(fā)產(chǎn)生躍遷，再返回基態(tài)能級(jí)時(shí)發(fā)出分子熒光，其強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)正比于水中石油類含量，從而進(jìn)行定量。方法靈敏度高，但僅對(duì)芳烴和含有共軛雙鍵的化合物有響應(yīng)，結(jié)果容易受水中油品組成干擾[11]。目前由于難降解芳烴類油類是我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)注重點(diǎn)，該法仍有使用（GB 17378.4-2007）[7]。我國(guó)衛(wèi)生部在2006年頒布的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB 5750.7-2006）中收錄了以二氯甲烷為萃取劑的熒光光度法[8];水利部在2006年頒布了以正己烷為萃取劑的《水質(zhì) 石油類的測(cè)定 分子熒光光度法》（SL 366-2006）[12]。

1.4 氣相色譜法

氣相色譜法是通過將待測(cè)樣品經(jīng)柱分離后，各組分依次進(jìn)入檢測(cè)器，測(cè)定色譜上保留時(shí)間介于正癸烷和正四十烷之間的所有能被FID檢測(cè)器檢測(cè)出峰的物質(zhì)。氣相色譜法要求萃取劑為沸點(diǎn)在36～69 ℃的烴類物質(zhì)，純度要求高，一般選用正戊烷或正己烷，兩者均不屬于破壞臭氧層的物質(zhì)（ODS）。該方法檢出限是0.01 mg/L，其優(yōu)勢(shì)是檢出限低，可同時(shí)對(duì)多個(gè)組分進(jìn)行測(cè)定，但難以檢測(cè)石油類總量。目前氣相色譜法（ISO 9377-2 2000）已被歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）等多個(gè)國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)組織機(jī)構(gòu)引用[13]。我國(guó)在2017年頒布相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 揮發(fā)性石油烴（C6-C9）的測(cè)定 吹掃捕集/氣相色譜法》（HJ 893-2017）[14]、《水質(zhì) 可萃取性石油烴（C10-C40）的測(cè)定 氣相色譜法》（HJ 894-2017）[15]。

1.5 紅外分光光度法

紅外分光光度法是將四氯化碳萃取后的總油經(jīng)硅酸鎂吸附實(shí)現(xiàn)分離，通過在2 930 cm-1、2 960 cm-1和3 030 cm-1三個(gè)波段處的吸光度來計(jì)算其濃度。該法不受其成分結(jié)構(gòu)影響，能全面準(zhǔn)確高效地檢測(cè)水體中油類物質(zhì)含量，靈敏度高，易于操作，檢出限低（0.04 mg/L），適合環(huán)境水質(zhì)測(cè)定。2021年我國(guó)環(huán)境保護(hù)部頒布了《水質(zhì) 石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法》（HJ 637-2012），該方法為環(huán)保行業(yè)唯一標(biāo)準(zhǔn)方法[16]。但標(biāo)準(zhǔn)中使用了破壞臭氧層的物質(zhì)四氯化碳作為溶劑，該試劑被蒙特利爾公約列為禁用，因此標(biāo)準(zhǔn)修訂核心在于尋找四氯化碳的替代品。目前，公認(rèn)的四氯化碳替代品主要有S-316（由六氟四氯丁烷構(gòu)成）、H-997（3，3-二氯-1，1，1，2，2-五氟戊烷和1，3-二氯-1，1，2，2，3-五氟戊烷的混合體）以及四氯乙烯[17]。但S316、H997價(jià)格昂貴，難以推廣，不適合作為四氯化碳的替代品修訂方法，四氯乙烯是四氯化碳理想替代試劑，但四氯乙烯穩(wěn)定性差，提純困難，無法滿足HJ 637-2012對(duì)萃取劑在2 800～3 100 cm-1之間掃描，不應(yīng)有銳鋒，其吸光度值低于0.12的要求。我國(guó)環(huán)境保護(hù)部已致力于研究解決四氯乙烯純度問題穩(wěn)定問題。已于2017年12月21日發(fā)布《水質(zhì) 石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定 紅外分光光度法（征求意見稿）》[18]，擬替代HJ 637-2012。

1.6 非分散紅外光度法

非分散紅外光度法是利用油類物質(zhì)在近紅外區(qū)（2 930 cm-1）的特征吸收進(jìn)行測(cè)定。方法采用單一條件油品作為標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下誤差較小。但當(dāng)樣品中芳烴含量超過一定比例，會(huì)產(chǎn)生較大誤差。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署將該法作為土壤和水中油測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法[19]，美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）2004年頒布了以S-316為四氯化碳替代試劑的非分散紅外光度法（ASTM D 7066-2004）[20]。我國(guó)衛(wèi)生部在2006年頒布的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB 5750.7-2006）中收錄了以四氯化碳為萃取劑的非分散紅外光度法[8]。

1.7 中紅外激光光度法

中紅外激光光度法是用環(huán)己烷萃取已酸化水樣，經(jīng)無水硫酸鈉和硅酸鎂除去水和極性物質(zhì)，后用中紅外激光測(cè)油儀測(cè)定甲基中C-H鍵彎曲振動(dòng)在1 370～1 380 cm-1波段的特征吸收，利用輸出信號(hào)強(qiáng)度和入射激光光強(qiáng)間的正比關(guān)系，計(jì)算結(jié)果。測(cè)定范圍為0.5～1 000 mg/L[21]。該方法不受油品影響，儀器簡(jiǎn)單，光源輸出功率高，靈敏度好，但光源可調(diào)波長(zhǎng)范圍較短，2011年美國(guó)材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM）頒布了此法（ASTM D7678-11）[21]。但在我國(guó)現(xiàn)有的中紅外激光光度法儀器檢出限尚不滿足我國(guó)Ⅰ-Ⅲ類地表水的測(cè)試要求[22]，且儀器尚未國(guó)產(chǎn)化，目前只有培安公司代理的一款測(cè)油儀使用該方法。

1.8 無溶劑膜萃取紅外掃描法

無溶劑膜萃取紅外掃描法是將一定體積的水樣通過萃取膜，萃取膜吸附油和脂，萃取膜烘干后，在2 920 cm-1波數(shù)下建立校準(zhǔn)曲線，用傅立葉紅外（FTIR）或其它紅外光譜儀測(cè)定，監(jiān)測(cè)范圍為5～200 mg/L。該方法優(yōu)點(diǎn)是無需使用試劑萃取，安全無污染，無ODS排放的優(yōu)勢(shì)將是監(jiān)測(cè)領(lǐng)域新趨勢(shì)，但檢出限太高，無法滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。在美國(guó)常使用紅外測(cè)定無溶劑膜萃取動(dòng)植物油（ASTM D 7575-2011）[23]。

2 小結(jié)

從多方面綜合考慮各檢測(cè)方法，紅外分光光度法以其靈敏度高、檢出限低、測(cè)定不受油品的影響、分析物質(zhì)全面的優(yōu)勢(shì)占據(jù)水中油檢測(cè)方法的主要地位，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，建議盡快推廣使用紅外分光光度法作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法。并明確和解決萃取劑四氯化碳的替代品問題。

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Abstract：Several methods for the determination of oil in environmental water at home and abroad were introduced， the advantages and disadvantages of each method were summarized in many aspects， and on the basis of this，technical prospect was forecasted， it is suggested that the application of infrared spectrophotometry should be popularized as soon as possible.

Key words：oil;detection method;water

（收稿日期：2021-05-17）