王寧

（三明市將樂環(huán)境監(jiān)測站，福建 三明 365000）

1 概述

地表水中的油類物質主要來自于工業(yè)和生活廢水的排放，石油類污染物是各種烴類的混合物，以溶解態(tài)、乳化態(tài)和不溶態(tài)存在于廢水中。油類物質排放到地表水體后，會在表面形成油膜，造成水體缺氧，危害水生生物的生活，影響水體自凈能力，特別是油中的多環(huán)芳烴類物質，會污染水源并有致癌作用。因此，油類污染對人體有較大危害，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中被列為地表水和相關行業(yè)排放廢水必測項目之一。

紫外法測定范圍較寬，對地表水、地下水中油類含量不高時有較強的適用性。以前地表水常規(guī)監(jiān)測中多采用紅外光度法，我國為推進蒙特利爾議定書國際履約進程，實現四氯化碳不用作實驗分析的承諾，對原來的HJ637-2012紅外光度法做了重大修訂，要求地表水、地下水和海水中石油類的測定全面采用HJ970-2018中規(guī)定的紫外分光光度法，廢水中石油類的測定則繼續(xù)沿用紅外法，但萃取劑改為危害性更小的四氯乙烯。

2 紫外法的優(yōu)缺點

目前，地表水中石油類的測定常用檢測方法有重量法、熒光法、氣相色譜法、紅外光度法、紫外光度法等，殷惠民等對各類石油類的測定方法做了較為詳盡的比較和總結[2]。在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，以紅外光度法和紫外光度法為主：其中紅外法全面考慮了油類物質中的多種烴類組分，靈敏度高代表性強，定性定量準確且不受油品影響，但其在地表水、地下水等低濃度水樣測定時穩(wěn)定性較差，并且原來選用四氯化碳為萃取劑毒性較大。修改后的HJ637-2018紅外分光光度法，雖然以四氯乙烯作為萃取劑替代了四氯化碳，但四氯乙烯穩(wěn)定性比四氯化碳差，導致新方法規(guī)定的檢出限0.06 mg/L比原標準0.01 mg/L的檢出限提高幅度巨大，超出了地表水Ⅲ類水中石油類濃度限值0.05 mg/L的要求，因此只適用于污水中石油類和動植物油類的測定；HJ970-2018中采用的紫外法測定范圍較寬，靈敏度較高，檢出限為0.01 mg/L，并且在環(huán)境監(jiān)測實驗室中紫外可見分光光度計設備普及率高，可與總氮、硝酸鹽氮等其它監(jiān)測項目共用儀器，更易于推廣，因而能夠適用于地表水、地下水等水體中低濃度石油類的測定，且標準提出了明確的質量保障和質量控制要求，能確保監(jiān)測數據的科學性和準確性。但是紫外法檢測波長為225 nm，而烷烴和環(huán)烷烴等飽和烴在200～400 nm波長處無吸收，因此紫外法分析的主要組分是芳香烴，代表性不足[3]，且紫外法在實際地表水樣品測定中，易受到其它225 nm波長的非極性物質干擾，導致誤差偏大[4]。

3 儀器和試劑

3.1 儀器

北京譜析TU-1901紫外可見分光光度計；FYC-Q型全自動液液萃取儀；振蕩器和分液漏斗、玻璃砂芯漏斗、比色管、錐形瓶等實驗室常用器具。

3.2 試劑

正己烷（色譜純，美國天地）；石油類標準儲備液（1 000±22 mg/L，國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心）；石油類（紫外法）溶液標準樣品（7.48±7% mg/L，國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心）；濃鹽酸（優(yōu)級純）、無水硫酸鈉、硅酸鎂、無水乙醇、玻璃棉等；實驗室用水為一級水。

4 結果與討論

4.1 樣品的采集和保存

HJ970-2018中，關于樣品采集的表述是參照GB17378.3和HJ/T91、HJ/T164的相關規(guī)定進行樣品采集[4]，GB17378.3海洋監(jiān)測技術規(guī)范中，對油類樣品的采集規(guī)定較簡單，HJ/T164是地下水的監(jiān)測技術規(guī)范，本文主要是探討地表水中石油類的采樣方法，因此，僅引用新發(fā)布的《地表水環(huán)境質量監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ91.2-2022）中有關石油類采樣的規(guī)定進行探討。HJ91.2-2022中規(guī)定了采集石油類樣品，采樣前應先破壞可能存在的油膜，要在水面下至30 cm水深采集柱狀水樣，保證水樣采集在水面下進行，不得有油膜或水底的沉積物[5]；而被替代的HJ/T91-2002規(guī)定則是，油類采樣在采樣前先破壞可能存在的油膜，應在水面至300 mm采集柱狀水樣[6]。據有關研究，地表水中不溶態(tài)的油類可以占到水體中含油量的70%～80%，乳化狀和溶解狀油在水體石油類中所占比例較小，而水體中石油類濃度要達到0.2～0.4 mg/L時，才能在水面形成油膜，地表水Ⅰ類至Ⅲ類水中石油類標準限值為0.05 mg/L，此濃度值遠低于不溶性油剛在水面形成油膜時的濃度，當被測水體表面還未形成肉眼可見的油膜時，可能已被不溶性油污染[7]?？梢?，在新修訂的地表水監(jiān)測技術規(guī)范中，石油類樣品只能在水面下進行，不得采集水面水樣，相比舊規(guī)范可避免采集到肉眼不可見的油膜，監(jiān)測結果更不容易超標，但在水體中占到更大比例的不溶態(tài)油類沒有采集，是否對生態(tài)環(huán)境部門在評價地表水中油類物質的污染程度產生不利影響，值得商榷。特別當油類污染事故發(fā)生時，若完全避開表層水體采樣，對判定水體受污染程度和采取應急措施后的效果評價都會產生較大的偏差。因此，解鑫、袁懋等提出通過在線油膜監(jiān)測儀在重點區(qū)域進行實時監(jiān)控，可實現石油類污染預警，當突發(fā)油類污染事件時，有針對性地選擇采樣點位進行油膜監(jiān)測，能夠及時了解污染帶遷移信息及污染趨勢，并可進行預警[8]。此外，在實際地表水采樣中，由于普通油類采樣器設計較簡易，采集的往往不是柱狀水樣；而采樣人員時常要從橋面往下用吊繩采樣，鑒于許多河流水量小、水流快，要準確采集水面以下30 cm處柱狀水樣，又要避開油膜且不能碰到水底，還不能采滿瓶，非常困難。因此，建議在方法修訂時，可以給出在水深不能滿足采集深度時的采樣方法，以及發(fā)生油污染事故時的采樣和評價方法，同時建議對地表水體表層油膜的采樣與監(jiān)測，以及油類采樣器的設計等做更廣泛的研究。

在新方法中，樣品的保存參照GB17378.3和HJ493的相關規(guī)定進行，如樣品不能在24 h內測定，應在0 ℃～4 ℃冷藏保存，3 d內測定[4]。GB17378.3參照GB17378.4，而GB17378.4中則規(guī)定，海水樣品要在采樣后4 h內萃取，萃取液避光貯存于5℃冰箱內，有效期20 d[9]；HJ493中則規(guī)定水樣在用HCL酸化至pH≤2后可以保存7 d[10]?？紤]到新方法采集的都是均勻溶解在水中的油類，采樣瓶又是磨口瓶，密封效果較好，在冷藏狀態(tài)下，水樣中的油類并不容易揮發(fā)或分解，因此，在規(guī)范采樣和保存樣品的前提下，建議適當放寬樣品保存天數到7 d，并參照GB17378.4增加萃取液保存時效。

4.2 萃取劑的選擇

HJ 970-2018 要求測定用的正己烷透光率試驗結果達到90%以上，達不到要求的試劑需要脫芳處理。由于標準中只規(guī)定了樣品分析要用2 cm的石英比色皿，但根據日常實驗結果，使用2 cm比色皿，透光率檢查結果通常在80%～85%之間，使用1 cm比色皿透光率檢查結果一般在90%～93%之間。許多文獻提到使用2 cm石英比色皿測定透光率很難達到超過90%的要求，應該使用1 cm比色皿測定透光率?？紤]到基層實驗室脫芳較難處理，使用大量的濃硫酸也存在一定的危險性，因此建議盡量使用色譜純級別的正己烷。色譜純級別的正己烷雖然價格更高，但起初采購國產某分析純環(huán)保試劑級別的正己烷，只有極少瓶次能在不做脫芳處理下達到90%透光率，試劑穩(wěn)定性太差；之后改用進口色譜純試劑，到目前為止，每瓶正己烷的透光率均達到90%上，試劑穩(wěn)定性良好，并且使用的進口試劑都是采用4 L規(guī)格試劑瓶，選用這類大容量規(guī)格的試劑在保證透光率合格的前提下，可以避免頻繁混合不同瓶次的萃取劑，有利于減少試劑選取方面的系統(tǒng)誤差和試劑用量。羅維、郗曉丹等人做的正己烷透光率試驗很好的證明了這一點，兩種國產分析純和優(yōu)級純的正己烷透光率均不合格，四種色譜純級別的正己烷中也只有兩個廠家的合格，因此，建議購買質量穩(wěn)定的色譜級正己烷，避免繁瑣且效果欠佳的脫芳處理[8]；同樣，在宋曉娟等人的試驗中，9種正己烷也僅有兩種進口的色譜純合格，國產正己烷在透光率高于70%以上時，經蒸餾提純或活性炭層析柱進行脫芳處理，即可滿足要求，無須進行硫酸清洗[2]。而在GB17378.4中，由于油類紫外法規(guī)定全過程只采用1 cm的比色皿，不考慮比色皿的選擇問題，因此建議：HJ 970-2018 在以后修訂中，應規(guī)定透光率檢驗所用的比色皿規(guī)格，并對試劑的脫芳處理工序進行優(yōu)化。

4.3 標準物質的選擇

剛采用紫外法檢測時，用的石油類標準儲備液主要來自國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，也采購過某進口品牌的標準儲備液，但標準樣品較難采購，先后采購過國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心、生態(tài)環(huán)境部標準研究所、壇墨質檢、海岸鴻蒙和某進口品牌的標準樣品，如果混用不同廠家的標準樣品和標準儲備液，準確度比選用同一廠家的標準樣品和標準儲備液時有所降低，甚至發(fā)生較大的偏差。環(huán)境監(jiān)測站作為生態(tài)環(huán)境部門下屬機構，主要承擔著轄區(qū)內生態(tài)環(huán)境的常規(guī)監(jiān)測、應急監(jiān)測、數據分析，以及為環(huán)境執(zhí)法部門提供執(zhí)法監(jiān)測服務的職責，因此在購買時，應優(yōu)先選擇生態(tài)環(huán)境部標準研究所、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心等國家權威機構的產品，穩(wěn)定性和準確性相對更有保證，更好地避免各種監(jiān)測糾紛發(fā)生，同時也建議國家相關部門統(tǒng)一紫外法相關標準物質的制作標準。

4.4 萃取液和標準物質的保存

HJ 970-2018未對萃取液和標準樣品保存時間做規(guī)定，對石油類標準使用液（100 mg/L）則規(guī)定配置后可保存24 h[4]，參照試驗所使用的標準樣品證書，規(guī)定為“安瓿瓶打開后應一次性使用完畢”，這意味著基本默認了樣品從萃取開始應在24 h內完成檢測。油類分析產生的廢液基本都是危廢，并且油類標準物質的價格在地表水常規(guī)監(jiān)測的項目中屬于較高的一種，萃取劑正己烷價格也不便宜，使用量又大，如果按HJ 970-2018的要求，標準物質使用時間就24 h，這對于采購經費不足的基層實驗室來說，當油類紫外法和紅外法的標準物質采購可能占到所有標準物質采購總費用的30%以上，因此研究延長油類標準物質保存時間是非常有必要的。

根據GB17378.4-2007，紫外法油標準使用溶液（200 μg/mL）置于冰箱可保存1個月，采樣后萃取液避光貯存于5 ℃冰箱內，有效期20 d[9]，而在宋曉娟等人的試驗中，萃取液保存18 d時，濃度增高了10%[2]。為了研究萃取液和標準物質的保存時間，將配置好的石油類標準曲線、標準使用液（100 mg/L）、標準樣品（7.48±7% mg/L）和實際地表水水樣的萃取液（由于日常分析時，地表水樣品濃度都較低并且濃度值相差不大，因此本文只選取1個樣品空白和1個實際水樣代表）按規(guī)定0～4℃避光冷藏保存，定期拿出恢復至室溫后進行檢測，結果見表1、表2和表3。由表1可見，在30 d的試驗中，標準系列中1.00 mg/L濃度在保存到5 d時，吸光度相比第0天接近10%，2.00 mg/L和4.00 mg/L兩個濃度則到第20 d時吸光度變化才超過10%，8.00 mg/L和16.00 mg/L兩個濃度到30 d時，相比第0天吸光度變化還未超過10%，由表3也可以看出，7.48 mg/L濃度的標準樣品與標準曲線中8.00 mg/L濃度點吸光度變化情況接近，在30 d時相比，第0天吸光度變化都未超過10%；而由表2可見，用標準使用液（100 mg/L）在冷藏放置30 d后，重新配置標準曲線與第0天配置的標準曲線吸光度比較，標準曲線各濃度點變化率均未超過5%；由于實際地表水樣品的質量濃度計算時，要減樣品空白，最終結果低于方法檢出限，并且其濃度隨保存時間的變化和標準曲線接近，其樣品測定值變化在10%以內。因此，本文主要對空白水樣和實際水樣的萃取液吸光度的變化情況進行分析。由表3可見，空白水樣和實際水樣的萃取液在保存到第5 d時，吸光度變化就接近15%，其中空白水樣在第30 d時相比第0天吸光度變化已超過50%，實際水樣吸光度變化也超過40%。從以上分析可以看出，隨著保存時間的延長，標準物質和樣品萃取液吸光度雖然呈不斷上升趨勢，但高濃度樣品上升趨勢緩慢，低濃度樣品則保存時效短，說明保存期間還是以正己烷的揮發(fā)為主，而且最大的揮發(fā)發(fā)生在每次試樣在冷藏柜外恢復室溫和做檢測期間，樣品的實際濃度變化應該比試驗結果更小。因此，建議標準修訂時增加萃取液保存時效相關規(guī)定，對于低濃度樣品可參照水樣保存時間設為7 d，高濃度樣品則參考GB17378.4-2007，將保存時間定在20 d；而無論是標準使用液還是標準樣品，24 h的保存時間規(guī)定明顯太短，建議配置好的標準樣品保存時間與高濃度樣品萃取液保存時間一致，可定在20 d，而標準使用液（100 mg/L）保存時間則可延長到1個月。

表1 標準曲線吸光度30 d變化情況

表2 標準儲備液吸光度30 d變化情況

表3 標準樣品和實際水樣萃取液吸光度和濃度30 d變化情況

此外，正己烷密度比水小，萃取時是浮在水樣上方，樣品萃取后的靜置分層時間比紅外法要長，如果靜置時間太短會導致過多水分混入萃取液中，對實驗結果影響很大。建議新標準修訂時，針對靜置時間也能做出規(guī)定；由于萃取后的液體是不能再次定容到25 mL的，因此，在上機分析前最好再次搖勻萃取液，這樣可以有效消除液體中的微型氣泡對吸光度的影響，在實操中，是否有效消除萃取液中的微型氣泡，對吸光度的影響可能超過50%。

5 結語

地表水中石油類的測定，由原來的紅外法改為紫外法，提高了檢測的精密性、穩(wěn)定性和靈敏度，更適合地表水、地下水等含石油類濃度較低的水體的日常檢測。但是，為保證檢測結果的有效性和準確性，建議今后紫外法修訂時，考慮采集水面下至30 cm水深柱狀水樣，有效避開表面油膜采樣的困難，在發(fā)生水體油污染事故等特殊情況時，明確應該采集表面水體和如何采集監(jiān)測等問題；作為紫外法最關鍵的試劑正己烷，建議國家要求廠家制定更嚴格的產品標準，目前實驗檢測建議優(yōu)先選擇色譜純級別的正己烷；不同廠家生產的標準油測定產品無法共用，建議國家相關部門研究制定一個統(tǒng)一的標準；對于樣品和標準使用液的有效保存期問題，新標準規(guī)定的保存時間太短，建議參照海洋監(jiān)測規(guī)范適當延長保存時間、減少試劑浪費，并增加對萃取液和標準物質保存時間的規(guī)定。