荧光法和紫外法测定海水中石油类的对比研究
引言
石油类是一种组分复杂的有机混合物，主要含有各种烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃及少量烃类衍生物，主要来源于石油开采、工业排放、生活污水以及各种漏油事故，是近岸海域的主要污染物之一，可作为判断海域水质污染的关键指标。通常，石油类在水环境中存在溶解、扩散、乳化、沉降、吸附等形式，当水中石油类物质超过0.1mg/L~0.4mg/L时，便会在水面上形成一层油膜，阻碍氧气进入水体，造成水体含氧量低，危害水中动植物的生长；当含量超过3mg/L时，便会影响水体的自净能力，对水环境造成不可修复的危害。此外，石油类中环烃物质具有潜在的生物毒性，当海水中石油含量达到1mg/L时，会对敏感生物产生危害，如造成鱼类在早期发育阶段出现颅面变形、心脏发育异常等畸变，加剧鱼类幼体的死亡。因此，加强对近岸海域中石油类的检测和监测显得尤为重要。
目前，我国已经有多种石油类测定方法，包括红外分光光度法、气相色谱法、重量法、紫外分光光度法、荧光分光光度法等。长期以来相关国标分析方法的选择一直存在争议，针对不同的水源，如海水、地表水、地下水、工业废水、生活污水及其他污染源等，应当选择合适的测定方法，才能保证检验经验的准确性、可靠性。据2007年，国家质量技术监督局和标准化管理委员会发布的《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB17378.4-2007)，将荧光分光光度法(以下简称“荧光法”)、紫外分光光度法(以下简称“紫外法”)和重量法作为近海、入海河口等水体中油类的测定方法。其中，采用荧光法和紫外法测定近岸海水中的石油类，其原理、方法、步骤存在较多差异，导致方法间测定结果存在明显差异，常常引起油监测数据超标问题的争端。本文依据标准GB17378.4-2007，采用紫外法和荧光法对海水中石油类进行测定，并对检出限、精密度、准确度等进行了对比研究，研究结果有利于检测行业从业人员进行方法选择。
1实验设计
1.1实验原理
荧光法：海水中油类的芳烃组分，采用石油醚萃取后，在荧光分光光度计上，以310nm为激发波长，测定360nm发射波长的荧光强度，其相对荧光强度与石油醚中芳烃的浓度成正比。
紫外法：海水中油类的芳烃组分，采用正己烷萃取后，在分光光度计上，在波长225nm紫外光区有特征吸收，其吸收强度与芳烃含量成正比。
1.2实验设备及试剂配制
1.2.1仪器设备
荧光分光光度计；紫外双光束可见分光光度计(UV-1800上海美析仪器有限公司)；分液漏斗振荡仪；1L分液漏斗。
1.2.2试剂及配制
石油醚(色谱纯，霍尼韦尔)；正己烷(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；硫酸(优级纯，西陇科学股份有限公司)；氢氧化钠(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；氯化钠(优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)；油标准溶液1000g/mL(GBW080913，中国海洋监测中心)。
硫酸溶液(1+3)：在搅拌下将1体积硫酸缓慢加入3体积水中，混匀。
3.0%人工海水：向1L纯水中加入30g氯化钠，混匀。
油标准使用溶液(100mg/L)：移取5.0mL油标准溶液(1000g/mL)于50mL容量瓶中，用石油醚定容至标线，混匀。
油标准使用溶液(200mg/L)：移取10.0mL油标准溶液(1000g/mL)于50mL容量瓶中，用正己烷定容至标线，混匀。
1.3样品的制备
荧光法：将经5mL硫酸溶液(1+3)酸化的水样约500mL全量转入1L分液漏斗中，准确加入10.0mL石油醚，放置于MMV-1000W分液漏斗振荡仪上振荡2min(注意放气)，静置分层，将水相放入原水样瓶中，石油醚萃取液收集于20mL带刻度比色管中。重复上述萃取步骤，合并两次石油醚萃取液，用石油醚定容至标线V0。测量水样体积，减去硫酸溶液用量得水样实际体积V。同时取500mL3.0%人工海水代替水样，用与实际样品相同的样品前处理方法制备分析空白样品。如果不能及时测定，应将石油醚萃取液密封避光贮存于5℃左右的冰箱中，有效期20d。
紫外法：将石油醚萃取剂换为正己烷，其他步骤与荧光法一致。
1.4样品的测定
荧光法：将1.3小节中制备的石油醚萃取液移入1cm石英测定池中，放置于荧光分光光度计上，设置310nm为激发波长，测定360nm处的荧光强度Iw，并测定空白样品的荧光强度Ib，由Iw-Ib计算得浓度C。
紫外法：将1.3小节中制备正己烷萃取液移入1cm石英测定池中，放置于紫外分光光度计上，以正己烷作参比，于波长225nm处，测定样品吸光值Aw，并测定空白样品的吸光值Ab，由Aw-Ab计算得浓度C。
1.5标准曲线的绘制
荧光法：分别移取0mL、0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL油标准使用溶液(100mg/L)于6个盛有少量石油醚的10mL容量瓶中，用石油醚定容，混匀得到标准曲线系列浓度。将系列各点从低浓度到高浓度依次移入1cm石英测定池中，以溶剂作参比测定360nm处的相对荧光强度Ii和I0，以Ii-I0为纵坐标，相应的浓度为横坐标，绘制标准曲线。
紫外法：分别移取0mL、0.25mL、0.50mL、0.75mL、1.00mL、1.25mL油标准使用溶液(200mg/L)于6个盛有少量正己烷的10mL容量瓶中，加正己烷稀释至标线，混匀。将系列各点从低浓度向高浓度依次移入1cm石英测定池中，以正己烷作参比，于225nm处测定吸光度Ai和Ao，以Ai-A0为纵坐标，相应的浓度为横坐标，绘制标准曲线。
1.6结果计算
样品中油类的质量浓度，按照下面公式进行计算：
2.结果与分析
2.1标准曲线的绘制
按照配制的系列浓度从低到高依次测定，重复测定3次，荧光法的各标准浓度点及曲线信息如表1所示，紫外法的各标准浓度点及曲线信息如表2所示。两种分析方法的标准曲线相关系数r均≥0.999，满足标准GB17378.4-2007的检验要求。
2.2检出限
分别量取约500mL的3.0%人工海水，移入10只1L分液漏斗中，加入5mL硫酸溶液(1+3)酸化，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定10次，计算测定值的标准偏差，根据HJ168-2020附录A，将测定结果换算成样品含量，取标准偏差S的2.821倍数值作为方法检出限。结果如表3所示，荧光法的方法检出限为0.0004mg/L，优于《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB17378.4-2007/13.1)标准规定值(检出限0.001mg/L)。紫外法的方法检出限为0.0030mg/L，优于《海洋监测规范第4部分：海水分析》(GB17378.4-2007/13.2)标准规定值(检出限0.0035mg/L)。可以看出，荧光法的检出限明显低于紫外法的检出限，说明荧光法更适合用于测定石油类浓度较低的样品，紫外法更适合用于测定石油类浓度较高的样品。
2.3精密度
分别对500mL空白水样进行加标，荧光法的加标浓度分别为0.020mg/L、0.040mg/L、0.200mg/L，记为标液1、标液2、标液3，紫外法的加标浓度分别为0.020mg/L、0.500mg/L、1.000mg/L，记为标液1、标液2、标液3，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定6次，分别计算荧光法和紫外法每个测定浓度的平均值、标准偏差、相对标准偏差RSD，根据相对标准偏差判断精密度。结果如表4所示，荧光法3个样品的RSD分别是0.49%、0.20%、0.55%，紫外法3个样品的RSD分别是3.99%、0.23%、0.13%，精密度良好，均在标准GB17378.4-2007的要求范围内，故均可用于海水中石油类含量的测定。此外，可以看出，紫外法的低、中、高三个浓度的相对标准偏差RSD为3.99%＞0.23%＞0.13%，说明紫外法的灵敏度较低。对于低浓度样品(空白加标0.020mg/L)，荧光法的RSD(0.49)明显小于紫外法的RSD(3.99%)，说明荧光法更适用于测定石油类浓度较低的样品，与上文有关结论一致。
2.4准确度
在实际海水样品中分别加入质量浓度为0.040mg/L、0.100mg/L、0.160mg/L的标准样品，按照1.3和1.4的方法步骤进行测定，平行测定6次，计算测定样品的平均值和加标回收率，进行判断分析方法的准确度。结果如表5所示，荧光法的实际样品不同浓度的加标回收率为95.1%~102.1%，RSD为1.27%~2.04%，紫外法的实际样品不同浓度的加标回收率为87.0%~95.4%，RSD为1.97%~3.21%，结果稳定，且均在标准要求范围内，故两种测定方法的准确度均符合分析要求。可以看出，对于同一个海水样品，荧光法的RSD为1.61%，明显低于紫外法的RSD(5.18%)，说明荧光法的测定更为灵敏，更适合测定低石油类含量较低的样品，进一步验证了上文结论。同时，荧光法的加标回收率明显高于紫外法的加标回收率，说明荧光法测定标样方法好于紫外法。
2.5实际样品的测定
䟷用标准GB17378.4-2007中的荧光法和紫外法，按照1.3和1.4的方法步骤平行测定4次，分别计算回收率、标准偏差和相对标准偏差数。结果如表6所示，紫外法的样品回收率为87.5%~96.1%，RSD为1.01%~4.09%，荧光法的样品回收率为94.3%~97.9%，RSD为0.20%~2.74%，符合海水石油类的分析要求。同时，相对于紫外法，荧光法的低浓度样品回收率更小，相对标准偏差更小，说明测定结果更为准确、稳定，更适合于测定石油类浓度较低的海水样品。
文章来源：梁树生，朱志雄．荧光法和紫外法测定海水中石油类的对比研究[J]．广东化工，2024，51(20)：16-19．
