全自動紅外測油儀測定廢水中石油類與動植物油類的探討

劉沛，蘭盾，肖琴，謝萌陽

（湖北省生態環境廳十堰生態環境監測中心，湖北十堰 442000）

油類物質是由烷烴、環烷烴、芳香烴等多種碳氫化合物及少量雜質組成的液態可燃礦物，相對密度變化較大，常溫下一般介于0.75～1.00，難溶于水，選擇性溶于氯仿、四氯化碳、石油醚、苯、醇等有機溶劑[1]。在環境監測中油類物質主要包括石油類和動植物油類[2]，石油類主要是由不同的烴類化合物組成，動植物油類的主要成分是飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸甘油酯。

四氯化碳作為水中石油類測定的萃取劑，對大氣臭氧層有嚴重的破壞作用。根據1987年簽訂的《關于消耗臭氧物質的蒙特利爾議定書》要求，四氯化碳被確定為全球禁止使用的試劑[3]。前期一些研究發現紅外分光光度法用四氯乙烯代替四氯化碳作為萃取劑有一定的可行性[4-7]。但是四氯乙烯穩定性差且方法檢出限高，不能滿足Ⅰ-Ⅲ類地表水和第一、二類海水石油類測定的需要[8]，因此只能作為工業廢水及生活污水中油類物質的萃取劑。該文采用四氯乙烯作為萃取劑，使用全自動紅外測油儀對《水質 石油類和動植物油類的測定 紅外分光光度法》（HJ 637-2018）進行認證，并對試驗過程中出現的問題進行討論與分析。

1 試驗方法

1.1 儀器和試劑

（1）儀器設備：上海昂林OL1020全自動紅外測油儀、上海昂林OL303全自動進樣器（10位）。

（2）試劑：四氯乙烯（天津傲然環保級）、石油類標準貯備液（1 000 μg/ml；生態環境部標樣所）。

（3）樣品：某地醫院廢水、工廠廢水、污水處理廠污水處理出口水樣。

1.2 試驗步驟

將樣品順次放入OL303自動進樣器，在OL1020全自動測油儀操作軟件中按樣品序列填寫測量信息，包括：樣品位置、樣品體積、萃取劑體積、測量次數，點擊開始進行測定。儀器將四氯乙烯萃取劑注入到樣品中自動攪拌萃取，水中油類物質富集在四氯乙烯中，靜置分層后將分離的萃取劑排入分離管中與雜質分離，再將萃取劑通過濾膜除水，注入比色皿中，在2 930 cm-1、2 960 cm-1、3 030 cm-1三個波長處自動測量，自動計算出樣品濃度。

2 結果與分析

2.1 萃取劑測定

圖1為萃取劑四氯乙烯在2 800～3 100 cm-1間的掃描圖譜，以4 cm空比色皿為參比，四氯乙烯在2 930、2 960和3 030 cm-1處的吸光度分別為0.13、0.00和0.00，符合方法中2 930、2 960、3 030 cm-1吸光度應分別不超過0.34、0.07和0.00的要求。相較于舊方法中以四氯化碳為萃取劑，該方法的萃取劑本底值偏高，這是由四氯乙烯的化學不穩定性造成的。

圖1 四氯乙烯掃描結果

2.2 方法檢出限測定

按照《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》（HJ 168-2010）中附錄所示方法確定石油類測定的檢出限[9]。該次試驗檢出限如表1所示。油類檢出限為0.048 mg/L，測定下限0.192 mg/L；石油類檢出限為0.002 mg/L，測定下限0.008 mg/L；動植物油類檢出限為0.048 mg/L，測定下限0.192 mg/L。與四氯化碳做萃取劑時相比，用四氯乙烯做萃取劑的檢出限稍高于四氯化碳。

表1 檢出限

2.3 方法精密度與準確度討論

向 500 ml空白水樣中分別加入0.3、0.5和1.0 ml石油類標準儲備液（1 000 mg/L），配制成濃度為0.6、1.0和2.0 mg/L的三個樣品，每個濃度樣品平行測定6次，計算平均值、標準偏差、相對標準偏差、相對誤差。該次空白試驗精密度與準確度如表2所示；0.6、1.0、2.0 mg/L的實驗室內相對標準偏差分別為1.3%、11.6%和0.6%；相對誤差分別為0.0%、11.0%和0.0%。

表2 空白試驗精密度與準確度

向500 ml污水水樣中分別加入0.5、1.0和2.0 ml石油類標準儲備液（1 000 mg/L），加標量分別為0.5、1.0和2.0 mg，每個濃度樣品平行測定3次，計算平均值、加標回收率。該次實際樣品試驗準確度如表3所示；當加標量分別為0.5、1.0和2.0 mg時，加標回收率范圍分別為：94%～97%、91.5%～93%、85.5%～86.8%。

表3 實際樣品準確度

2.4 實際水樣測定

利用測油儀對不同類型的廢水進行了測定，測定結果如表4所示。通過結果可以看出，醫院出口主要油類污染物為動植物油類，汽車工業相關工廠石油類、動植物油類均有檢出且占比相近，污水處理廠出口油類物質基本為未檢出。

表4 實際樣品測定

通過比對實際廢水樣品和實驗室配置標樣的結果可以發現，用四氯乙烯代替四氯化碳做萃取劑符合環境監測的質量控制要求，且四氯乙烯的毒性和對環境的破壞性比四氯化碳小。結果表明此方法可運用于廢水、污水中石油類和動植物油類的檢測。

2.5 注意事項

兩種互不混溶的液體，一種以微粒(液滴或液晶)分散于另一種中的現象稱為乳化。紅外法適用范圍為工業廢水和生活污水，不同類型的廢水、污水成分較復雜，在萃取過程中易出現干擾而產生乳化現象。利用全自動紅外測油儀測定時，若萃取劑乳化嚴重無法注入比色皿，應將萃取劑手動取出，利用機械破乳、添加乙醇、離心、超聲、冷凍等方式破乳，脫水過濾后進行手動檢測。該實驗采用硅酸鎂柱，一般水樣離心或者超聲即可消除破乳現象，對乳化情況較嚴重的可增加離心轉數或延長離心時間。

在該實驗過程中發現四氯乙烯一直放在儀器內會對儀器靈敏度產生影響。四氯乙烯的不穩定性主要與分子結構有關，分子中C-C雙鍵的存在使其在一定條件下易被氧化、水解、發生加成反應等。在紫外光照射下，四氯乙烯被緩慢氧化產生三氯乙酰氯及光氣，在充足的光輻照射條件下，同時與空氣中的水分產生作用，水解產生三氯乙酸和氯化氫[10]。四氯乙烯水解產生的鹽酸會腐蝕儀器管路中的金屬[11]。因此在樣品分析完成后，應及時排空儀器中的四氯乙烯，并在陰暗處密封貯藏。四氯乙烯廢液應當集中存放在密閉、避光的容器中，做好相應標識交給有資質的單位進行特殊處理。

從體力勞動中解脫、避免受試劑的毒害、提高工作效率一直是監測分析的追求目標。手動萃取需將樣品轉移至分液漏斗，轉移樣品過程容易灑漏樣品，導致樣品量損失和樣品濃度降低；四氯乙烯洗滌采樣瓶后倒入分液漏斗，萃取后量取水樣體積，過程中揮發的四氯乙烯直接進入分析人員呼吸系統。自動萃取省去了水樣的轉移和量取樣品體積，同時省去了體力勞力，有利于提高工作效率和避免試劑對人體傷害。

3 結論

采用四氯乙烯作為萃取劑，使用紅外分光光度法測定廢水中的石油類與動植物油類，是最新的國家監測標準。該次試驗結合實驗室儀器及設備實際情況，測量的試劑、檢出限、精密度和準確度等方面都能夠達到監測的要求。利用全自動紅外測油儀不但能提高精密度與萃取效率，同時能節省時間、人力。下一步將不斷優化試驗方法并應用到各類廢水監測中。