紅外法測定水中油類影響因素的分析

高 奇， 金 鑫， 潘春海

紅外法測定水中油類影響因素的分析

高 奇， 金 鑫， 潘春海

（安慶供水集團(tuán)公司 檢測中心，安徽 安慶 246001）

影響紅外分光光度法測定工業(yè)廢水和生活污水中石油類和動植物油類因素很多。從實(shí)驗(yàn)試劑的純度、器皿和玻璃棉潔凈性、空白水樣、儀器的穩(wěn)定性、樣品萃取時間以及樣品采集操作規(guī)范等方面進(jìn)行探究。分析純和優(yōu)級純四氯乙烯在2930 cm-1處吸光度達(dá)到45.279 2和10.529 3；加標(biāo)樣（2.00 mg/L）加入未經(jīng)處理的無水硫酸鈉后測定的濃度為2.48 mg/L；經(jīng)處理的硅酸鎂（550℃，4 h/ 6% H2O）振蕩吸附后測定樣品石油類比未經(jīng)處理的濃度低0.87 mg/L；自來水空白濃度為0.38 mg/L，高于檢測下限值0.24 mg/L；振蕩萃取4分鐘萃取效果最佳；結(jié)果表明：正確的處理試劑、器皿、玻璃棉、萃取時間和空白用水會提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

紅外分光光度法；測定；水；石油類；動植物油類

石油類主要是由烷烴、環(huán)烷烴及芳香烴組成 ，而動植物油類的主要成分是脂肪酸的甘油酯，油類（石油類和動植物油）物質(zhì)指標(biāo)可以反映地表水，廢水和污水有機(jī)污染的重要綜合性指標(biāo)[1]。油類物質(zhì)流入環(huán)境會破壞自然界生態(tài)平衡，嚴(yán)重威脅人類以及動植物的生存[2]。石油類物質(zhì)可以通過水體和魚類被人體攝入，會對人體的消化系統(tǒng)產(chǎn)生危害，導(dǎo)致嚴(yán)重腹瀉，同時還能引起手腳麻痹，頭暈，神經(jīng)紊亂等癥狀，對人的免疫系統(tǒng)、肺、皮膚和眼睛等也有一定的毒害作用[3]。

對水中油類進(jìn)行監(jiān)測，可以了解水污染的狀態(tài)；對企業(yè)排放廢水中油類進(jìn)行檢測，可以了解企業(yè)的污染狀態(tài)；對污水廠排水中油類進(jìn)行檢測，可以了解污水處理系統(tǒng)是否正常。根據(jù)相關(guān)檢測結(jié)果，可以制定處理油類指標(biāo)方案和提出合理的環(huán)境整治措施。目前水中油類測定常用方法有五種，主要有重量法[4]、紫外分光光度法[5]、熒光分光光度法[6]、紅外分光光度法[7]和非分散紅外光度法[8]。重量法操作復(fù)雜、靈敏度低、分析時間長且要消耗大量萃取溶劑；紫外和熒光測定法適合水中油類物質(zhì)復(fù)雜程度低的水樣；非分散紅外光度法沒有考慮芳烴類化合物，檢測時可能會產(chǎn)生結(jié)果差異。

目前污水和廢水中油類最常用紅外分光光度法進(jìn)行測定，有生態(tài)環(huán)境部發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)石油類和動植物油類的測定紅外分光光度法》（HJ637-2018）。HJ637-2018標(biāo)準(zhǔn)方法測定水中石油類和動植物油類的操作程序較復(fù)雜，需要經(jīng)過萃取、過濾、去水，吸附等過程，實(shí)驗(yàn)操作中的器皿、儀器和實(shí)驗(yàn)試劑都會對測定結(jié)果有影響，本文通過探究實(shí)驗(yàn)試劑的純度、器皿和玻璃棉潔凈性、空白水樣、樣品萃取時間和儀器的穩(wěn)定性，并進(jìn)行針對性的實(shí)驗(yàn)，表明這些因素是可以被解決，進(jìn)而改善實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)藥品試劑如表1所示，實(shí)驗(yàn)儀器如表2所示。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品試劑

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 無水硫酸鈉處理后加標(biāo)樣品濃度的測定

無水硫酸鈉經(jīng)過550℃處理4個小時，再分別用四氯乙烯洗滌三次后干燥。分別取不同處理后的無水硫酸鈉3.0 g加到25.00 mL加標(biāo)樣品（2.00 mg/L）中，振蕩4 min后過濾。然后測定不同無水硫酸鈉處理后的加標(biāo)樣品油類的含量。

1.3 硅酸鎂吸附后樣品濃度的測定

取1 000 mL某污水廠出水，鹽酸酸化pH＜2，加入100.00 mL四氯乙烯振蕩萃取，無水硫酸鈉過濾。取3份25.00 mL四氯乙烯萃取液，分別加入5.0 g不同處理后的硅酸鎂，振蕩吸附20 min，過濾測得石油類濃度。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

工作標(biāo)準(zhǔn)曲線如表3所示；石油類工作標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

表3 工作標(biāo)準(zhǔn)曲線

回歸方程：＝1.026 5＋0.001 8，0＝1.026 5，1＝＋0.001 8，＝0.999 9

圖1 石油類工作標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 四氯乙烯的選擇

表4是不同規(guī)格的四氯乙烯以空石英比色皿（4 cm）為參比，在2930 cm-1處吸光度值。由表4可知，色譜純和專用測油試劑在2930 cm-1處的吸光度分別為0.028 2和0.021 4，兩者都符合HJ 637-2018標(biāo)準(zhǔn)要求，而分析純和優(yōu)級純的吸光度為45.279 2和10.529 3，這兩種規(guī)格四氯乙烯在2930 cm-1處吸光度偏高。選擇四氯乙烯時，使用高級純試劑或測油專用四氯乙烯。

表4 不同規(guī)格四氯乙烯在2930 cm-1下的吸光度

2.2 無水硫酸鈉對加標(biāo)樣品的影響

表5是取3.0 g無水硫酸鈉分別加入25.00 mL的加標(biāo)樣品（2.00 mg/L）中，振蕩4 min，過濾測定樣品油類濃度。測定加標(biāo)樣品濃度為2.04 mg/L。加入未經(jīng)過處理后的無水硫酸鈉后，測定加標(biāo)樣品1中油類的濃度為2.48 mg/L。顯然，未經(jīng)過處理的無水硫酸鈉與四氯乙烯充分振蕩后，四氯乙烯會吸收無水硫酸鈉的雜質(zhì)和水分，從而對吸光度值產(chǎn)生影響[9]，使測定結(jié)果偏高。無水硫酸鈉經(jīng)過550℃、4 h處理后，測得加標(biāo)樣品2中油類的濃度為2.35 mg/L，這是因?yàn)楦邷靥幚砗螅瑹o水硫酸鈉中的雜質(zhì)被加熱分解，但依舊有部分雜質(zhì)未被處理。無水硫酸鈉經(jīng)過四氯乙烯三次洗滌后，每經(jīng)過一次洗滌，加標(biāo)樣品中的油類含量逐漸接近加標(biāo)量。因此無水硫酸鈉必須要經(jīng)過四氯乙烯洗滌烘干處理后再使用，一般經(jīng)過三次清洗即可。

表5 加標(biāo)樣品的濃度

2.3 硅酸鎂對樣品石油類含量測定的影響

表6是硅酸鎂振蕩吸附后測定樣品石油類含量。由表6可知，加入不經(jīng)過任何處理的硅酸鎂，振蕩吸附后測定的石油類濃度為8.52 mg/L。硅酸鎂（550℃，4 h/ 6% H2O）加入后，振蕩吸附后測得石油類濃度是7.65 mg/L。樣品6的石油類含量測定值偏高0.87 mg/L。由根據(jù)公式（動植物油類）＝（油類）－（石油類），樣品6的動植物油類濃度低于樣品7。由于硅酸鎂具有較強(qiáng)的極性，可以吸收動植物油類而不吸收石油類[10]。然而樣品6的動植物油類沒有被硅酸鎂試劑完全吸附，主要是沒有經(jīng)過處理的硅酸鎂極性可能受到影響，對動植物油類的吸附效果差。樣品8石油類測定值高于樣品7，可能是放置在實(shí)驗(yàn)室中，吸收了空氣中的水分導(dǎo)致硅酸鎂極性變差。程家運(yùn)[9]探究了不同含水量的硅酸鎂在對動植物油的吸附能力，硅酸鎂含水量小于10%時均對動植物油類有很好的吸附效果。因此在使用硅酸鎂之前，一定要處理后密封保存。

表6 不同硅酸鎂振蕩吸附后石油類濃度的測定值

2.4 實(shí)驗(yàn)室用水對空白的影響

潘潔等[11]研究了實(shí)驗(yàn)用水對空白值的影響，不合格的空白水樣會使空白值偏高。探究實(shí)驗(yàn)室自制去離子水、屈臣氏蒸餾水、娃哈哈純凈水和自來水對空白值的影響，如表7所示。自來水的空白值濃度為0.38 mg/L，高于空白濃度最低檢測下限值0.24 mg/L。其他空白用水都符合實(shí)驗(yàn)所使用的空白用水基本要求。

表7 不同實(shí)驗(yàn)用水的空白值

2.5 振蕩萃取的時間對加標(biāo)樣品測定值的影響

圖2是不同振蕩萃取時間空白加標(biāo)回收水樣的測定值，加標(biāo)量為2.00 mg/L，靜置分層30 min。振蕩萃取1 min，測定的油類濃度為1.34 mg/L；振蕩萃取2 min，測定油類濃度為1.72 mg/L；振蕩萃取3 min，測定油類濃度為1.91 mg/L；當(dāng)振蕩萃取時間達(dá)到4 min，測得油類濃度為2.04 mg/L。隨著萃取時間的延長，測定的加標(biāo)回收量逐漸接近2.00 mg/L，萃取時間在4 min左右達(dá)到穩(wěn)定。萃取時間短，四氯乙烯沒有把水中油類完全萃取吸收，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)樣品測定值偏低。因此實(shí)驗(yàn)過程中，不僅要考慮振蕩萃取和靜止分層時間還要考慮無水硫酸鈉的加入量、硅酸鎂振蕩速率和時間都需要把控，這些因素都會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[12]。

圖2 萃取測定濃度隨時間變化

2.6 玻璃器皿和玻璃棉對四氯乙烯的影響

表8是清洗玻璃儀器和玻璃棉后四氯乙烯的吸光度值。清洗玻璃儀器和玻璃棉后的四氯乙烯吸光度都大于純試劑。未經(jīng)過處理的玻璃器皿和玻璃棉對實(shí)驗(yàn)結(jié)空白和結(jié)果的準(zhǔn)確度有影響。在使用玻璃棉和玻璃器皿時，要用四氯乙烯先進(jìn)行清洗若干遍。特別注意的是，在使用分液漏斗時，盡量采用聚四氟乙烯活塞的分液漏斗，采用玻璃活塞分液漏斗時避免涂凡士林，凡士林屬于石油類制品，導(dǎo)致油類測定結(jié)果偏高。

表8 清洗玻璃棉和玻璃儀器后的四氯乙烯吸光光度值

2.7 其它影響因素

華夏科創(chuàng)OIL480紅外測油儀指導(dǎo)用書，明確要求儀器需要預(yù)熱30 min，方可使用。實(shí)驗(yàn)儀器由于環(huán)境的變化，或者儀器受到震動，儀器的穩(wěn)定性就會受到影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此要避免實(shí)驗(yàn)室環(huán)境發(fā)生較大的變動，且儀器要保持良好的狀態(tài)，每次使用前要檢查儀器的穩(wěn)定性。

油類的密度小于水的密度，油類主要漂浮于水面，所以樣品采集時不規(guī)范也會影響真實(shí)結(jié)果。污水中的微生物含量比較多，微生物會消耗水的動植物油類。保存時間過長和環(huán)境溫度過高，都會容易消耗水中的動植物油類，影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。要嚴(yán)格根據(jù)GB17378.3和HJ493規(guī)范采集和保存樣品。

同時測定多個樣品時，不同水樣的油類和動植物油類的含量不同，用同一個比色皿測定，比色皿會殘留上一個樣品的油污。兩個水樣油類濃度相差較大時，測定結(jié)果就會受到干擾。所以測定不同樣品時，盡量要清洗比色皿。

3 結(jié)論

采用紅外分光光度法測定污水和廢水中的石油類和動植物油類。實(shí)驗(yàn)試劑的純度，玻璃器皿和玻璃棉的潔凈程度，空白水樣，樣品萃取時間，樣品采集操作規(guī)范以及儀器的穩(wěn)定性都會對實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果產(chǎn)生干擾。實(shí)驗(yàn)時要選用高品質(zhì)的四氯乙烯；無水硫酸鈉和硅酸鎂需要經(jīng)過處理后使用；玻璃器皿和玻璃棉要用四氯乙烯潤洗后再使用；嚴(yán)格控制振蕩萃取時間，盡量保證儀器穩(wěn)定性，規(guī)范采集和保存水樣。

[1] 張學(xué)佳, 紀(jì)巍, 康志軍, 等. 水環(huán)境中石油類污染物的危害及其處理技術(shù)[J]. 石化技術(shù)與應(yīng)用, 2009, 27(2): 181-186.

[2] 楊春艷, 田小萌. 紅外分光光度法測定石油類和動植物油[J]. 云南環(huán)境科學(xué), 2003, 22(2): 59-61.

[3] 紀(jì)巍. 石油類污染物對水體生態(tài)環(huán)境的危害[J]. 化工中間體, 2014, 10(11): 6-12.

[4] 韓少強(qiáng), 楊璟愛, 關(guān)玉春,等. 重量法測定水中石油類和動植物油類方法研究[J]. 工業(yè)水處理, 2021, 41(1): 126-130.

[5] 魏國芬, 韓韻. 紫外法測定石油類的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比對分析[J].四川環(huán)境, 2021, 40(1): 17-20.

[6] 鄧哲.環(huán)境水體中石油類檢測方法的探討[J]. 河南科技. 2015, 11(22): 82-83.

[7] 焦振寰, 宋久林, 楊艷彬, 等. 全自動紅外法測定水中油[J]. 分析儀器, 2018, 13(5): 65-69.

[8] 劉延良, 劉京, 齊文啟, 等. 水中石油類分析方法現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2000, 10(5): 38-39.

[9] 程家運(yùn). 水中石油類測定方法及吸附劑活性的探討[J]. 油氣田環(huán)境保護(hù), 2016, 26(4): 44-45.

[10] 金紅紅, 朱日龍, 田耘,等. 紅外法測定水質(zhì)中油的影響因素分析及方法改進(jìn)[J]. 黑龍江環(huán)境通報(bào), 2015, 39(2): 11-14.

[11] 潘潔, 謝尉法. 測定地表水中石油類的空白用水制備[J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù), 2003, 15(3): 32-33.

[12] 張飛. 水中石油類和動植物油類萃取方式的比對研究[J]. 環(huán)境與發(fā)展, 2015, 27(2): 95-97.

Analysis of Factors Affecting the Determination of Oil in Water by Infrared Method

GAO Qi, JIN Xin, PAN Chun-hai

（Anqing Water Supply Group Company, Testing Center, Anhui 246001, China）

There are many factors that affect the determination of petroleum and animal and vegetable oils in industrial wastewater and domestic sewage by infrared spectrophotometry method. The purity of the reagent, cleanliness of utensils and glass wool, blank water sample, sample extraction time, the stability of the instrument and sample collection operation specifications were investigated. The absorbance of analytical grade and premium grade tetrachloroethylene at 2930 cm-1reached 45.279 2 and 10.529 3;standard sample (2.00 mg/L) was added to untreated anhydrous sodium sulfate and the measured concentration reached 2.48 mg/L; The sample concentration of petroleum determined by magnesium silicate (550℃, 4h/ 6% H2O) after shaking and adsorption is 0.87 mg/L lower than that untreated magnesium silicate; The blank concentration of tap water is 0.38 mg/L, which is higher than the lower detection limit of 0.24 mg/L; Extracting for 4 minutes has the best extraction effect. Test results show thatcorrect handling of reagents, utensils, glass wool, extraction time and blank water will improve the accuracy of the experimental results.

infrared spectrophotometry method; determination; water; petroleum oil; animal and vegetable oil

2021-12-08

高奇（1992～），男，安徽樅陽人，碩士，助理工程師；主要從事水質(zhì)分析檢測。

O657.3

A

1009-220X(2022)03-0071-06

10.16560/j.cnki.gzhx.20220306