优化超声萃取滩涂底质中石油烃总量的研究

樊鑫，赵新达，杨大佐，赵欢，周一兵

(大连海洋大学辽宁省海洋生物资源恢复与生境修复重点实验室，辽宁大连 116023)

石油是现代社会不可或缺的能源，但在石油的开采、运输、加工和使用过程中会给生态环境和社会环境造成一定的危害［1-2］。据联合国有关组织统计，每年海上油井井喷事故和运输事故造成的溢油高达2.2 ×107t，大量石油进入海洋环境，对海洋生态环境以及人类社会造成严重破坏［3-4］。吸附在悬浮物上石油烃会随潮汐、海流迁移到潮间带的沉积物上［5］。在潮水作用下，滩涂表层石油烃会向深部迁移，在迁移过程中被沉积物固体颗粒吸附，残留于沉积物中［6］。沉积在滩涂底质的石油烃一方面会影响底质的通透性［7］，破坏滩涂底质质量;另一方面，石油烃中巨毒性、致癌性的多环芳烃会严重影响海洋底栖生物的正常生长。所以对海洋滩涂底质中石油烃的测定尤为重要。

目前，测定石油烃含量的方法包括重量法、紫外分光光度法、红外光度法、荧光分光光度法等。1979年，美国EPA 将重量法定为检测水中石油污染物的标准方法［8］，其优点是不受油品限制，不需要特殊仪器，且精密度和准确度均比较理想，适合测定高浓度土壤，但损失了沸点低于提取剂的石油组分，所以测量值比真实值偏低［9］。紫外分光法适合于测定高浓度含油样品中的石油污染物，无法测定石油污染物中的饱和烃和环烃类，灵敏度较低;该方法在测定地表水、土壤、沉积物中石油污染物的应用较为广泛，而在测定水产品中的石油污染物则不多见［10］。荧光分光光度法是一种超微量分析方法，相比紫外和红外分光光度法具有更高的灵敏度;由于各种荧光物质均有各自的紫外激发波长和荧光发射波长，荧光物质的这种双重特异性，使该方法具有良好的选择性，能够有效地排除其它物质的干扰［11］。

无论上述何种方法，萃取是测定底质中石油烃总量的重要步骤。石油能够与土壤胶体以及一些有机物紧密结合成结构复杂的复合体，必须使用具有较强极性的有机溶剂萃取［12］。除了萃取剂的选择，萃取方法也很重要，现在主流的萃取方法包括超声萃取法、振荡萃取法和索氏提取法［10］。目前对底质中石油烃的萃取没有统一完善的标准，不同研究所设定的萃取条件各有不同，所得出结论也不尽相同。本实验采用超声萃取法萃取石油污染底质的石油烃［13-14］。对萃取温度、萃取剂、萃取时间以及液固比进行了研究，为海洋滩涂底质环境监测提供依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

正己烷、二氯甲烷、石油醚均为分析纯;盘锦油田稀油［15］，密度(20 ℃)＜0.92 g/cm3，粘度＜100 mPa·s;底质，采自金州开发区滩涂，浸取液pH值7.82［16］，含盐量13 060 mg/kg［17］。

日立F-2700 型荧光分光光度计;KQ3200B 型超声波清洗器;DRP-1011 型烘箱;HERMAL Z383K 离心机;AL204 电子天平;HI99163N 便携式pH 测定仪;玻璃层析柱;CU420 型电热恒温水箱。

1.2 标准溶液配制

有机溶剂经活性炭脱芳处理。

1.2.1 油标准储备液(1.00 mg/mL) 称取0.100 g原油于100 mL 容量瓶中，用有机溶剂溶解、定容。

1.2.2 油标准使用液(100 μg/mL) 移取5.00 mL油标准储备液于50 mL 容量瓶中，用有机溶剂定容。

1.3 实验方法

1.3.1 污染底质的制备 底质干燥后去除碎石和垃圾，40 目筛备用。分别称取0.01，0.05，0.1，0.2 g 稀油，用适量石油醚溶解。分别与9.99，9.95，9.90，9.80 g 无石油污染的干燥底质均匀混合，于背阴通风的环境中自然风干，得到石油含量分别为0.1%(1 000 mg/kg，海洋二类沉积质标准)，0.5%(5 000 mg/kg，超二类沉积质标准4 倍)，1.0%(10 000 mg/kg，超二类沉积质标准9 倍)和2.0%(20 000 mg/kg，超二类沉积质标准19 倍)的污染底质。

1.3.2 样品的超声萃取及测定 准确称取1.00 g风干污染底质于50 mL 离心管中，添加萃取剂，混合均匀后在超声波清洗器中进行萃取。萃取后置于离心机内以4 000 r/min 离心10 min［5］。收集上清液并定容，稀释并测定吸光度I，以I－I0(I0为空白荧光强度)的值从标准曲线上得出石油的浓度ρ(μg/mL)，计算土壤石油含量。

式中 Woil——每克污染底质的石油含量，μg/g;

V——提取液体积，mL;

M——样品的质量，g。

底质中总石油烃的萃取率:C=Woil/Ws×100%其中，C 为样品底质总石油烃的萃取率;Woil为样品底质总石油烃的实测值;Ws为样品底质总石油烃的设定值。

1.4 标准曲线的绘制

分别移取0，0.20，0.60，1.00，1.40，1.80，2.20 mL 油标准使用液于7 支20 mL 具塞比色管中，用有机溶剂溶解、混匀，稀释定容。用荧光分光光度计测定吸光度。3 种有机溶剂的标准曲线见图1。

图1 3 种有机溶剂的标准曲线Fig.1 The standard curve of three kinds of organic solvent

1.5 底质含水率的测定

采用烘干法测定石油污染土壤的含水率。105 ℃烘干16 h［18］。其含水率为:

式中 WH2O——底质含水率，%;

MC——初始底质的质量，g;

MH——烘干后底质的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 超声萃取正交实验

选取污染土壤的石油浓度、萃取温度、萃取剂、萃取时间和液固比进行研究，其中污染底质的石油浓度、萃取温度、萃取时间和液固比各设置4 个水平，萃取剂设置3 个水平，因素水平见表1，结果见表2。

表1 因素和水平表Table 1 Factors and levels

表2 正交实验结果Table 2 The orthogonal experiment result

由表2 可知:①5 个因素对超生萃取效率影响从大到小分别为萃取剂＞土壤石油浓度＞液固比＞萃取温度＞萃取时间;②浓度2%的石油污染底质的萃取效率最高，1%次之，而0.5%和0.1%的萃取效率相近;③30 ℃下超生萃取效率要高于其他温度;④二氯甲烷的超生萃取效率最高，达75.03%。该结果与李美玉［19］和陈建安等［10］的结果相似，其原因是二氯甲烷的提取物最接近污染土壤中石油烃的实际含量，而石油醚不能溶解沥青质，故萃取效率最差。但王如刚等［9］采用超生萃取法，液固比为3 ∶1 mL/g，结果最佳萃取剂为三氯甲烷;而温传忠［20］则认为石油醚的提取效率高于二氯甲烷，其原因还待进一步研究;⑤萃取时间效率依次为:15 ＞20＞10 ＞5 min;⑥液固比为6 ∶1 mL/g 的萃取效率最高。

综上可知，最适用于滩涂石油污染底质的超生萃取法的条件为:萃取剂为二氯甲烷，萃取温度30 ℃，萃取时间15 min，液固比为6 ∶1 mL/g。且该条件下，超生萃取法更适用于浓度较高的石油污染滩涂底质。

2.2 萃取次数对萃取率的影响

温度30 ℃，萃取剂为二氯甲烷，每次的萃取时间为15 min，液固比为6 ∶1 mL/g，同时做2 个平行样，萃取次数对萃取率的影响见表3。

表3 不同萃取次数的萃取率Table 3 The extraction rate of different number of times extraction

由表3 可知，通过两次萃取，2%，1%，0.5%和0.1% 的石油污染滩涂底质的萃取率分别达到90.09%，88.86%，82.65%和85.71%，第3 次萃取的萃取率提高不明显，且需要更多操作，消耗更多试剂。所以，选取两次萃取为最佳。

3 结论

石油污染滩涂底质的超声萃取最优条件为:萃取剂二氯甲烷，萃取温度30 ℃，液固比为6 mL/g，萃取时间每次15 min，萃取次数2 次。在此条件下，2%，1%，0.5%和0.1%的石油污染滩涂底质的萃取 率 分 别 达 到90.09%，88.86%，82.65% 和85.71%。

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