紫外法测定地表水中石油类污染的有关问题探讨

王宁

（三明市将乐环境监测站，福建 三明 365000）

1 概述

地表水中的油类物质主要来自于工业和生活废水的排放，石油类污染物是各种烃类的混合物，以溶解态、乳化态和不溶态存在于废水中。油类物质排放到地表水体后，会在表面形成油膜，造成水体缺氧，危害水生生物的生活，影响水体自净能力，特别是油中的多环芳烃类物质，会污染水源并有致癌作用。因此，油类污染对人体有较大危害，在生态环境监测中被列为地表水和相关行业排放废水必测项目之一。

紫外法测定范围较宽，对地表水、地下水中油类含量不高时有较强的适用性。以前地表水常规监测中多采用红外光度法，我国为推进蒙特利尔议定书国际履约进程，实现四氯化碳不用作实验分析的承诺，对原来的HJ637-2012红外光度法做了重大修订，要求地表水、地下水和海水中石油类的测定全面采用HJ970-2018中规定的紫外分光光度法，废水中石油类的测定则继续沿用红外法，但萃取剂改为危害性更小的四氯乙烯。

2 紫外法的优缺点

目前，地表水中石油类的测定常用检测方法有重量法、荧光法、气相色谱法、红外光度法、紫外光度法等，殷惠民等对各类石油类的测定方法做了较为详尽的比较和总结[2]。在生态环境监测中，以红外光度法和紫外光度法为主：其中红外法全面考虑了油类物质中的多种烃类组分，灵敏度高代表性强，定性定量准确且不受油品影响，但其在地表水、地下水等低浓度水样测定时稳定性较差，并且原来选用四氯化碳为萃取剂毒性较大。修改后的HJ637-2018红外分光光度法，虽然以四氯乙烯作为萃取剂替代了四氯化碳，但四氯乙烯稳定性比四氯化碳差，导致新方法规定的检出限0.06 mg/L比原标准0.01 mg/L的检出限提高幅度巨大，超出了地表水Ⅲ类水中石油类浓度限值0.05 mg/L的要求，因此只适用于污水中石油类和动植物油类的测定；HJ970-2018中采用的紫外法测定范围较宽，灵敏度较高，检出限为0.01 mg/L，并且在环境监测实验室中紫外可见分光光度计设备普及率高，可与总氮、硝酸盐氮等其它监测项目共用仪器，更易于推广，因而能够适用于地表水、地下水等水体中低浓度石油类的测定，且标准提出了明确的质量保障和质量控制要求，能确保监测数据的科学性和准确性。但是紫外法检测波长为225 nm，而烷烃和环烷烃等饱和烃在200～400 nm波长处无吸收，因此紫外法分析的主要组分是芳香烃，代表性不足[3]，且紫外法在实际地表水样品测定中，易受到其它225 nm波长的非极性物质干扰，导致误差偏大[4]。

3 仪器和试剂

3.1 仪器

北京谱析TU-1901紫外可见分光光度计；FYC-Q型全自动液液萃取仪；振荡器和分液漏斗、玻璃砂芯漏斗、比色管、锥形瓶等实验室常用器具。

3.2 试剂

正己烷（色谱纯，美国天地）；石油类标准储备液（1 000±22 mg/L，国家海洋环境监测中心）；石油类（紫外法）溶液标准样品（7.48±7% mg/L，国家海洋环境监测中心）；浓盐酸（优级纯）、无水硫酸钠、硅酸镁、无水乙醇、玻璃棉等；实验室用水为一级水。

4 结果与讨论

4.1 样品的采集和保存

HJ970-2018中，关于样品采集的表述是参照GB17378.3和HJ/T91、HJ/T164的相关规定进行样品采集[4]，GB17378.3海洋监测技术规范中，对油类样品的采集规定较简单，HJ/T164是地下水的监测技术规范，本文主要是探讨地表水中石油类的采样方法，因此，仅引用新发布的《地表水环境质量监测技术规范》（HJ91.2-2022）中有关石油类采样的规定进行探讨。HJ91.2-2022中规定了采集石油类样品，采样前应先破坏可能存在的油膜，要在水面下至30 cm水深采集柱状水样，保证水样采集在水面下进行，不得有油膜或水底的沉积物[5]；而被替代的HJ/T91-2002规定则是，油类采样在采样前先破坏可能存在的油膜，应在水面至300 mm采集柱状水样[6]。据有关研究，地表水中不溶态的油类可以占到水体中含油量的70%～80%，乳化状和溶解状油在水体石油类中所占比例较小，而水体中石油类浓度要达到0.2～0.4 mg/L时，才能在水面形成油膜，地表水Ⅰ类至Ⅲ类水中石油类标准限值为0.05 mg/L，此浓度值远低于不溶性油刚在水面形成油膜时的浓度，当被测水体表面还未形成肉眼可见的油膜时，可能已被不溶性油污染[7]。可见，在新修订的地表水监测技术规范中，石油类样品只能在水面下进行，不得采集水面水样，相比旧规范可避免采集到肉眼不可见的油膜，监测结果更不容易超标，但在水体中占到更大比例的不溶态油类没有采集，是否对生态环境部门在评价地表水中油类物质的污染程度产生不利影响，值得商榷。特别当油类污染事故发生时，若完全避开表层水体采样，对判定水体受污染程度和采取应急措施后的效果评价都会产生较大的偏差。因此，解鑫、袁懋等提出通过在线油膜监测仪在重点区域进行实时监控，可实现石油类污染预警，当突发油类污染事件时，有针对性地选择采样点位进行油膜监测，能够及时了解污染带迁移信息及污染趋势，并可进行预警[8]。此外，在实际地表水采样中，由于普通油类采样器设计较简易，采集的往往不是柱状水样；而采样人员时常要从桥面往下用吊绳采样，鉴于许多河流水量小、水流快，要准确采集水面以下30 cm处柱状水样，又要避开油膜且不能碰到水底，还不能采满瓶，非常困难。因此，建议在方法修订时，可以给出在水深不能满足采集深度时的采样方法，以及发生油污染事故时的采样和评价方法，同时建议对地表水体表层油膜的采样与监测，以及油类采样器的设计等做更广泛的研究。

在新方法中，样品的保存参照GB17378.3和HJ493的相关规定进行，如样品不能在24 h内测定，应在0 ℃～4 ℃冷藏保存，3 d内测定[4]。GB17378.3参照GB17378.4，而GB17378.4中则规定，海水样品要在采样后4 h内萃取，萃取液避光贮存于5℃冰箱内，有效期20 d[9]；HJ493中则规定水样在用HCL酸化至pH≤2后可以保存7 d[10]。考虑到新方法采集的都是均匀溶解在水中的油类，采样瓶又是磨口瓶，密封效果较好，在冷藏状态下，水样中的油类并不容易挥发或分解，因此，在规范采样和保存样品的前提下，建议适当放宽样品保存天数到7 d，并参照GB17378.4增加萃取液保存时效。

4.2 萃取剂的选择

HJ 970-2018 要求测定用的正己烷透光率试验结果达到90%以上，达不到要求的试剂需要脱芳处理。由于标准中只规定了样品分析要用2 cm的石英比色皿，但根据日常实验结果，使用2 cm比色皿，透光率检查结果通常在80%～85%之间，使用1 cm比色皿透光率检查结果一般在90%～93%之间。许多文献提到使用2 cm石英比色皿测定透光率很难达到超过90%的要求，应该使用1 cm比色皿测定透光率。考虑到基层实验室脱芳较难处理，使用大量的浓硫酸也存在一定的危险性，因此建议尽量使用色谱纯级别的正己烷。色谱纯级别的正己烷虽然价格更高，但起初采购国产某分析纯环保试剂级别的正己烷，只有极少瓶次能在不做脱芳处理下达到90%透光率，试剂稳定性太差；之后改用进口色谱纯试剂，到目前为止，每瓶正己烷的透光率均达到90%上，试剂稳定性良好，并且使用的进口试剂都是采用4 L规格试剂瓶，选用这类大容量规格的试剂在保证透光率合格的前提下，可以避免频繁混合不同瓶次的萃取剂，有利于减少试剂选取方面的系统误差和试剂用量。罗维、郗晓丹等人做的正己烷透光率试验很好的证明了这一点，两种国产分析纯和优级纯的正己烷透光率均不合格，四种色谱纯级别的正己烷中也只有两个厂家的合格，因此，建议购买质量稳定的色谱级正己烷，避免繁琐且效果欠佳的脱芳处理[8]；同样，在宋晓娟等人的试验中，9种正己烷也仅有两种进口的色谱纯合格，国产正己烷在透光率高于70%以上时，经蒸馏提纯或活性炭层析柱进行脱芳处理，即可满足要求，无须进行硫酸清洗[2]。而在GB17378.4中，由于油类紫外法规定全过程只采用1 cm的比色皿，不考虑比色皿的选择问题，因此建议：HJ 970-2018 在以后修订中，应规定透光率检验所用的比色皿规格，并对试剂的脱芳处理工序进行优化。

4.3 标准物质的选择

刚采用紫外法检测时，用的石油类标准储备液主要来自国家海洋环境监测中心，也采购过某进口品牌的标准储备液，但标准样品较难采购，先后采购过国家海洋环境监测中心、生态环境部标准研究所、坛墨质检、海岸鸿蒙和某进口品牌的标准样品，如果混用不同厂家的标准样品和标准储备液，准确度比选用同一厂家的标准样品和标准储备液时有所降低，甚至发生较大的偏差。环境监测站作为生态环境部门下属机构，主要承担着辖区内生态环境的常规监测、应急监测、数据分析，以及为环境执法部门提供执法监测服务的职责，因此在购买时，应优先选择生态环境部标准研究所、国家海洋环境监测中心等国家权威机构的产品，稳定性和准确性相对更有保证，更好地避免各种监测纠纷发生，同时也建议国家相关部门统一紫外法相关标准物质的制作标准。

4.4 萃取液和标准物质的保存

HJ 970-2018未对萃取液和标准样品保存时间做规定，对石油类标准使用液（100 mg/L）则规定配置后可保存24 h[4]，参照试验所使用的标准样品证书，规定为“安瓿瓶打开后应一次性使用完毕”，这意味着基本默认了样品从萃取开始应在24 h内完成检测。油类分析产生的废液基本都是危废，并且油类标准物质的价格在地表水常规监测的项目中属于较高的一种，萃取剂正己烷价格也不便宜，使用量又大，如果按HJ 970-2018的要求，标准物质使用时间就24 h，这对于采购经费不足的基层实验室来说，当油类紫外法和红外法的标准物质采购可能占到所有标准物质采购总费用的30%以上，因此研究延长油类标准物质保存时间是非常有必要的。

根据GB17378.4-2007，紫外法油标准使用溶液（200 μg/mL）置于冰箱可保存1个月，采样后萃取液避光贮存于5 ℃冰箱内，有效期20 d[9]，而在宋晓娟等人的试验中，萃取液保存18 d时，浓度增高了10%[2]。为了研究萃取液和标准物质的保存时间，将配置好的石油类标准曲线、标准使用液（100 mg/L）、标准样品（7.48±7% mg/L）和实际地表水水样的萃取液（由于日常分析时，地表水样品浓度都较低并且浓度值相差不大，因此本文只选取1个样品空白和1个实际水样代表）按规定0～4℃避光冷藏保存，定期拿出恢复至室温后进行检测，结果见表1、表2和表3。由表1可见，在30 d的试验中，标准系列中1.00 mg/L浓度在保存到5 d时，吸光度相比第0天接近10%，2.00 mg/L和4.00 mg/L两个浓度则到第20 d时吸光度变化才超过10%，8.00 mg/L和16.00 mg/L两个浓度到30 d时，相比第0天吸光度变化还未超过10%，由表3也可以看出，7.48 mg/L浓度的标准样品与标准曲线中8.00 mg/L浓度点吸光度变化情况接近，在30 d时相比，第0天吸光度变化都未超过10%；而由表2可见，用标准使用液（100 mg/L）在冷藏放置30 d后，重新配置标准曲线与第0天配置的标准曲线吸光度比较，标准曲线各浓度点变化率均未超过5%；由于实际地表水样品的质量浓度计算时，要减样品空白，最终结果低于方法检出限，并且其浓度随保存时间的变化和标准曲线接近，其样品测定值变化在10%以内。因此，本文主要对空白水样和实际水样的萃取液吸光度的变化情况进行分析。由表3可见，空白水样和实际水样的萃取液在保存到第5 d时，吸光度变化就接近15%，其中空白水样在第30 d时相比第0天吸光度变化已超过50%，实际水样吸光度变化也超过40%。从以上分析可以看出，随着保存时间的延长，标准物质和样品萃取液吸光度虽然呈不断上升趋势，但高浓度样品上升趋势缓慢，低浓度样品则保存时效短，说明保存期间还是以正己烷的挥发为主，而且最大的挥发发生在每次试样在冷藏柜外恢复室温和做检测期间，样品的实际浓度变化应该比试验结果更小。因此，建议标准修订时增加萃取液保存时效相关规定，对于低浓度样品可参照水样保存时间设为7 d，高浓度样品则参考GB17378.4-2007，将保存时间定在20 d；而无论是标准使用液还是标准样品，24 h的保存时间规定明显太短，建议配置好的标准样品保存时间与高浓度样品萃取液保存时间一致，可定在20 d，而标准使用液（100 mg/L）保存时间则可延长到1个月。

表1 标准曲线吸光度30 d变化情况

表2 标准储备液吸光度30 d变化情况

表3 标准样品和实际水样萃取液吸光度和浓度30 d变化情况

此外，正己烷密度比水小，萃取时是浮在水样上方，样品萃取后的静置分层时间比红外法要长，如果静置时间太短会导致过多水分混入萃取液中，对实验结果影响很大。建议新标准修订时，针对静置时间也能做出规定；由于萃取后的液体是不能再次定容到25 mL的，因此，在上机分析前最好再次摇匀萃取液，这样可以有效消除液体中的微型气泡对吸光度的影响，在实操中，是否有效消除萃取液中的微型气泡，对吸光度的影响可能超过50%。

5 结语

地表水中石油类的测定，由原来的红外法改为紫外法，提高了检测的精密性、稳定性和灵敏度，更适合地表水、地下水等含石油类浓度较低的水体的日常检测。但是，为保证检测结果的有效性和准确性，建议今后紫外法修订时，考虑采集水面下至30 cm水深柱状水样，有效避开表面油膜采样的困难，在发生水体油污染事故等特殊情况时，明确应该采集表面水体和如何采集监测等问题；作为紫外法最关键的试剂正己烷，建议国家要求厂家制定更严格的产品标准，目前实验检测建议优先选择色谱纯级别的正己烷；不同厂家生产的标准油测定产品无法共用，建议国家相关部门研究制定一个统一的标准；对于样品和标准使用液的有效保存期问题，新标准规定的保存时间太短，建议参照海洋监测规范适当延长保存时间、减少试剂浪费，并增加对萃取液和标准物质保存时间的规定。