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化学检验员水中石油类的测定

水中石油类的测定是水质监测的重要项目,也是评价水体有机污染程度的关键指标。目前主流方法有紫外分光光度法、红外分光光度法和荧光分光光度法三种,分别适用于不同类型的水体和监测场景。

常用测定方法概述

紫外分光光度法的原理是在pH≤2的条件下,用正己烷萃取水样中的油类物质,萃取液经无水硫酸钠脱水、硅酸镁吸附除去动植物油类等极性物质后,于225nm波长处测定吸光度。该方法适用于地表水、地下水和海水中石油类的测定。当取样体积为500ml、萃取液体积为25ml、使用2cm石英比色皿时,检出限为0.01mg/L,测定下限为0.04mg/L。该方法操作简便,对芳香烃类物质灵敏度高,但对饱和烃响应较弱,适用于清洁水样中低浓度石油类的测定。

红外分光光度法的原理是用四氯乙烯萃取水样中的油类物质,萃取液经无水硫酸钠脱水、硅酸镁吸附去除动植物油后,在2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹三个波数处测定吸光度,通过特征吸收峰定量。该方法适用于工业废水和生活污水中石油类和动植物油类的测定。该方法不受油品种类限制,能全面反映总油含量,是废水监测的标准方法,但仪器成本较高,操作相对复杂。

荧光分光光度法的原理是在pH≤2的条件下,用正己烷萃取水样中的油类物质,石油类物质经激发光源照射后产生荧光,荧光强度与石油类含量成正比。该方法适用于地表水、地下水和工业废水中石油类的测定。在激发波长275nm、发射波长315nm条件下,使用10mm石英荧光比色皿进行测定。该方法灵敏度高、选择性好,但不同油品的荧光响应差异较大,需要使用匹配的标准物质。

重点方法详解:紫外分光光度法

紫外分光光度法是地表水、地下水和海水中石油类测定的标准方法。

方法原理

在pH≤2的酸性条件下,水样中的油类物质被正己烷萃取。萃取液先经无水硫酸钠脱水除去水分,再经硅酸镁吸附柱吸附除去动植物油类等极性物质。处理后的萃取液在225nm波长处测定吸光度,石油类含量与吸光度值符合朗伯-比尔定律。

仪器与试剂准备

测定需要准备以下仪器:紫外分光光度计(配有2cm石英比色皿,波长范围包含225nm)、1000ml分液漏斗(聚四氟乙烯旋塞)、50ml具塞比色管、500ml棕色硬质广口玻璃采样瓶、玻璃砂芯漏斗、无水硫酸钠脱水柱、硅酸镁吸附柱、水平振荡器、一般实验室常用器皿。

试剂包括:正己烷(色谱纯,作为萃取剂和溶剂)、盐酸(优级纯,用于调节水样pH)、无水硫酸钠(于550℃下灼烧4h,冷却后装入磨口玻璃瓶,置于干燥器内贮存,用于萃取液脱水)、硅酸镁(60目-100目,于550℃下灼烧4h,冷却后按6%比例加入蒸馏水活化,放置12h备用,用于吸附动植物油类)。石油类标准贮备液直接购买市售正己烷体系的有证标准物质(1000mg/L),标准使用液临用现配,用正己烷稀释至100mg/L。

样品采集与保存

样品采集应使用500ml棕色硬质广口玻璃瓶,采样前不得用水样预洗采样瓶,以免瓶壁吸附的油类物质干扰测定。样品采集后立即加入盐酸酸化至pH≤2,以抑制微生物活动并防止油类物质降解。如样品不能在24小时内测定,应在0-4℃下冷藏保存,3天内完成测定。

样品前处理

将全部水样(500ml)转移至1000ml分液漏斗中,加入盐酸调节至pH≤2。准确加入25.0ml正己烷,盖上旋塞,充分振摇萃取2分钟。萃取过程中应注意经常打开旋塞放气,防止内部压力过大。静置分层后,将下层水相转移至原采样瓶中,有机相(上层)收集于锥形瓶中。若水相中仍有油珠悬浮,可重复萃取一次,合并有机相。

将萃取液通过装有约10g无水硫酸钠的玻璃漏斗或脱水柱,去除微量水分。脱水后的萃取液再通过硅酸镁吸附柱(内径10mm、长约200mm,填充高度约80mm),以除去动植物油类等极性物质。弃去前几滴流出液,收集后续流出液待测。

标准曲线绘制

准确移取0.00ml、0.10ml、0.50ml、1.00ml、2.00ml、5.00ml、10.00ml石油类标准使用液(100mg/L)于7个50ml容量瓶中,用正己烷稀释至标线,摇匀。标准系列浓度分别为0.00mg/L、0.20mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、4.00mg/L、10.0mg/L和20.0mg/L。

在225nm波长处,使用2cm石英比色皿,以正己烷为参比,测定各标准溶液的吸光度。以石油类浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线,计算回归方程。

样品测定与结果计算

将经前处理的萃取液转移至2cm石英比色皿中,在225nm波长处,以正己烷为参比,测定吸光度。根据测得的吸光度值,从标准曲线回归方程计算石油类浓度。

样品中石油类的浓度按以下公式计算:

石油类浓度 = (A - A₀) × V₁ × D / V₀

式中:A——样品吸光度值;A₀——空白吸光度值;V₁——萃取液体积,ml;D——稀释倍数(未稀释时为1);V₀——水样体积,ml。

关键注意事项

萃取剂正己烷具有一定毒性,操作应在通风橱中进行,同时按规定佩戴防护器具,避免接触皮肤和衣物。

玻璃器皿的洁净度直接影响测定结果。所有接触样品的器皿使用前须用正己烷或四氯乙烯仔细清洗,避免残留油类物质造成污染。采样瓶不得用水样预洗,以免油类物质吸附在瓶壁上导致结果偏低。

萃取过程中若出现乳化现象(两相界面形成乳浊层),可采用以下方式破乳:轻微乳化时可静置分层或轻轻搅动促进分离;乳化较重时可将萃取液转移至玻璃离心管,以1000r/min离心5分钟。应注意不得使用无水乙醇作为破乳剂,因乙醇在测定波长处有明显吸收,会严重干扰测定结果。

脱水步骤不可省略。若萃取液中残留微量水分,会形成乳浊液折射红外光或紫外光,导致吸光度偏高。应确保无水硫酸钠足量且未吸水饱和。

硅酸镁的活化和填充质量影响吸附效果。硅酸镁灼烧后应按6%比例加水活化,静置12小时以上。吸附柱填充应均匀紧密,避免产生气泡或沟流。

重点方法详解:红外分光光度法

红外分光光度法是工业废水和生活污水中石油类和动植物油类测定的标准方法。

方法原理

用四氯乙烯萃取水样中的油类物质,萃取液经无水硫酸钠脱水、硅酸镁吸附去除动植物油后,在红外光谱区分别测量2930cm⁻¹(CH₂基团特征吸收)、2960cm⁻¹(CH₃基团特征吸收)和3030cm⁻¹(芳香烃CH基团特征吸收)处的吸光度。通过三个波数的吸光度值计算石油类含量。

仪器与试剂准备

测定需要准备以下仪器:红外分光光度计(配有4cm石英比色皿,具备2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹波数测定功能)、1000ml分液漏斗(聚四氟乙烯旋塞)、玻璃砂芯漏斗、无水硫酸钠脱水柱、硅酸镁吸附柱、水平振荡器、一般实验室常用器皿。

试剂包括:四氯乙烯(红外光谱级,作为萃取剂和溶剂,需在2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹处无吸收峰)、盐酸(用于调节水样pH)、无水硫酸钠(550℃灼烧4h,用于脱水)、硅酸镁(550℃灼烧4h后按6%加水活化,用于吸附动植物油类)。石油类标准物质包括正十六烷、异辛烷和苯,用于仪器的校正系数测定。

样品采集与保存

样品采集应使用500ml棕色硬质广口玻璃瓶,不得用水样预洗。采集后加入盐酸酸化至pH≤2。样品若不能在24h内测定,应在0-4℃冷藏保存,3d内测定。

样品前处理

将500ml水样转移至分液漏斗中,加入25.0ml四氯乙烯,充分振摇萃取2分钟。静置分层后,有机相通过无水硫酸钠脱水。脱水后的萃取液分为两份:一份直接用于测定总油类;另一份通过硅酸镁吸附柱吸附,去除动植物油类后用于测定石油类。动植物油类的含量通过总油类减去石油类计算得出。

仪器校准与测定

仪器校准需使用正十六烷、异辛烷和苯三种标准物质。分别测定三种标准溶液在2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹处的吸光度,通过联立方程组求解校正系数X、Y、Z和F。校正系数应定期检查,确保仪器处于正常状态。

将处理后的萃取液转移至4cm石英比色皿中,以四氯乙烯作参比,在2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹处分别测量吸光度。根据吸光度值和校正系数计算石油类浓度。

关键注意事项

四氯乙烯的品质是影响测定结果的关键因素。使用前应检查四氯乙烯在2930cm⁻¹、2960cm⁻¹、3030cm⁻¹处是否有吸收峰,若有吸收则需纯化或更换。

萃取液若表现为在非特征吸收处吸光度明显高于正常值,可能有两种情况:一是萃取液中含有微量固体杂质形成悬浮液,可通过更换玻璃棉或玻璃砂芯漏斗滤除;二是含有微量水形成乳浊液,说明脱水不彻底,需重新用无水硫酸钠处理。

硅酸镁吸附柱的质量影响动植物油类的去除效果。吸附柱填充高度应不小于80mm,流速不宜过快,确保极性物质被充分吸附。硅酸镁使用一段时间后应更换,避免饱和失效。

如何选择测定方法

若测定地表水、地下水或海水中较低浓度的石油类,且主要关注石油烃总量,应选择紫外分光光度法。该方法操作相对简便,检出限低(0.01mg/L),适用于清洁水样的常规监测。

若测定工业废水或生活污水中的石油类和动植物油类,且需要区分石油类和动植物油类,应选择红外分光光度法。该方法能全面反映油类污染状况,不受油品种类限制,适用于污染较重的废水样品。

若需要更高的灵敏度,或水样量较少,可选择荧光分光光度法。该方法灵敏度高于紫外法和红外法,但需要使用匹配的标准物质,且测定结果受油品组成影响较大。

紫外分光光度法不适用于含有较多饱和烃的水样(如某些工业废水),因为饱和烃在紫外区无明显吸收,会导致结果偏低。此时应选用红外分光光度法。红外分光光度法不适用于海水等低浓度清洁水样,因为其灵敏度不足以检出痕量石油类。海水样品应选用紫外分光光度法。


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