超声提取-紫外分光光度法测定海洋沉积物中油类的研究

摘要：利用超声提取和离心分离方法替代手工振荡提取和分液漏斗洗涤分离方法提取海洋沉积物中的油类，研究最佳试验条件，并与标准方法开展比对。试验结果表明，超声提取法总体较手工振荡法回收率高10个百分点，且工作流程简单、操作方便快速，减少了提取液多次转移的误差，在提高工作效率的同时提升了分析方法的精密度和正确度。

关键词：超声提取-紫外分光光度法；海洋沉积物；油类

中图分类号：X834 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.007

Study on the Determination of Oils in Marine Sediments by Ultrasonic Extraction Ultraviolet Spectroscopy

YUAN Guangwang， ZHANG Xiaoyu， FU Dan

（Jiangsu Provincial Environmental Monitoring Center， Nanjing 210019， China）

Abstract： Using ultrasonic extraction and centrifugal separation methods instead of manual oscillation extraction and funnel washing separation methods to extract oil from marine sediments， study the optimal experimental conditions， and compare the methods with standard methods. The experimental results show that the ultrasonic extraction method has an overall recovery rate 10 percentage points higher than the manual oscillation method， and the workflow is simple， the operation is convenient and fast， reducing the error of multiple transfers of the extraction solution， and improving the precision and accuracy of the analysis method while improving work efficiency.

Keywords： ultrasonic extraction-ultraviolet spectrophotometry; marine sediment; oils

本研究测定的“油类”，是指海洋沉积物中能被正己烷提取的，以标准油做参比并在紫外光225 nm波长处被定量测定物质，既包含了在225 nm波长处有吸收的传统意义的石油类及其产品，又包含了在225 nm

波长处有吸收动植物油等极性有机物质[1]，与《水质 石油类的测定 分子荧光光度法》（SL 366—2006）[2]定义的“石油类”较为接近，明显不同于生态环境部、住房和城乡建设部对“石油类”或“石油烃”的定义。其中，《水质 石油类的测定 紫外分光光度法（试行）》（HJ 970—2018）[3]利用紫外分光光度法测定水中石油类；《水质 石油类和动植物油类的测定 红外分光光度法》（HJ 637—2018）[4]和《土壤 石油类的测定 红外分光光度法》（HJ 1051—2019）[5]，分别利用红外分光光度法水中和土壤中的石油类；《土壤和沉积物 石油烃（C6-C9）的测定 吹扫捕集/气相色谱法》（HJ 1020—2019）[6]使用吹扫捕集/气相色谱法测定土壤和沉积物中石油烃（C6-C9），《土壤和沉积物 石油烃（C10-C40）的测定 气相色谱》（HJ 1021—2019）[7]使用气相色谱法测定土壤和沉积物中石油烃（C10-C40）；《城镇污泥标准检验方法》（CJ/T 221—2023）[8]使用紫外分光光度法和红外分光光度法测定城市污泥中的“矿物油”。它们都有一个共同特点就是测定能被正己烷、四氯乙烯或四氯化碳等有机溶剂提取，但不被硅酸镁吸附的物质。国际上，美国利用紫外区有特征吸收来测定石油烃的浓度[9]；利用红外分光光度法测定总可回收石油烃[10]；利用红外分光光度法测定总可萃取石油烃[11]；国际标准化组织利用气相色谱法测定C10-C40的可萃取性烃类等[12]。

《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5—2007）[13]中包括3种油类的测定方法，分别是荧光分光光度法、紫外分光光度法及重量法。目前，国内海洋沉积物油类调查监测多数采用紫外分光光度法，使用手工振荡法提取海洋沉积物中的油类，实际操作中主要存在3个问题：一是手工振荡，提取效率低、回收率较低，且不同属性的沉积物提取效率相差较大，普适性较差；二是样品提取过程存在提取液多次转移、洗涤，样品损失和随机误差较大，结果平行性和重复性较差；三是试验流程烦琐、操作步骤多、耗时长，工作效率低。因此，本研究利用超声提取和离心分离方法替代手工振荡提取和分液漏斗洗涤分离方法，采用紫外分光光度法测定海洋沉积物中油类含量，并讨论其可行性。

本研究利用超声波的空化作用、机械效应以及热效应等加速沉积物颗粒内石油类物质的释放、溶解及扩散至正己烷，定容后于225 nm波长测定紫外吸光度，用标准曲线法定量计算沉积物样品中石油类浓度。是对《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5—2007）中油类紫外分光光度法的改进和补充。

1 试验部分

1.1 仪器设备、药品试剂与受试样品

仪器设备如下：HACH DR6000紫外分光光度计，配有1 cm石英比色皿；SIM FD5冷冻干燥机，冷阱空载温度不大于-50 ℃，配不锈钢冻干盘，每48 h批处理样品不少于6个，样品容量湿重为300 g/个；elma P180H超声清洗仪，配超声架与50 ml离心管配套使用，底部镂空，保证样品充分接受超声提取；SIGMA 3-18k大容量离心机，离心转速在3 000～5 000 r/min，配50 ml氟乙烯丙烯共聚物（Fluorinated Ethylene Propylene，FEP）材质离心管；1 000 mL四氟乙烯旋塞玻璃分液漏斗、涡旋混合仪等试验常用器皿。

药品试剂如下：石油类标准使用液（浓度为200 mg/L），为使用国家海洋环境监测中心生产的1 000 mg/L标准物质配置；试验溶剂为市售默克色谱纯正己烷（225 nm波长处以纯水做参比，1 cm比色皿的透光率大于90%）；试验用水均为新制备且经过空白检验，确认不含目标物质的纯水。

受试样品为江苏近岸海域典型的海洋沉积物，采用冷冻干燥法进行样品干燥，然后陶瓷研钵研磨至全部通过80目（180 μm）金属筛，最后用四分法取50 g样品装入棕色广口玻璃瓶待测。

1.2 标准曲线配制

依据江苏近岸海域海洋沉积物石油类历史含量范围和相关国家标准曲线线性范围，确定本方法的标准曲线范围在0～20 mg/L。分别移取0.00 mL、0.20 mL、0.40 mL、0.60 mL、0.80 mL、1.00 mL石油类标准使用液至10 mL容量瓶，加正己烷至标线，混匀，既得到0.00 mg/L、4.00 mg/L、8.00 mg/L、12.00 mg/L、16.00 mg/L、20.00 mg/L的标准系列溶液。

1.3 结果计算

海洋沉积物干样中石油类含量ω（mg/kg），采用式（1）计算。

（1）

式中：ρ为提取液中石油类的浓度，mg/L；V为正己烷提取液定容体积，mL；m为称取沉积物干样的质量，g；W为沉积物干样的含水率，%。

2 结果与讨论

影响本方法的主要试验条件包括取样量、提取溶剂体积、提取次数、提取时间共4个试验条件。因此，设计4组条件试验，以确定最佳试验条件；然后在最佳试验条件下开展方法学评价，既精密度、正确度、检出限、测定下限和方法比对测试，以评价本方法的准确性和与国标方法的可比性。

2.1 最佳试验条件研究

2.1.1 取样量

在提取溶剂为10 mL，每次提取时间为5 min，提取次数为2次，定容体积为25 mL的条件下，取样量分别选取0.1 g、0.5 g、1.0 g、2.0 g、5.0 g，同时开展样品涡旋混合与不涡旋混合比对试验。取样量条件试验结果如图1所示。可以看出，随着取样量的增大，样品的提取率和加标回收率均逐渐降低，提取过程中增加一次涡旋样品回收率明显高于不涡旋。在使用万分之一天平称量样品时，1.0 g样品的称量误差已经小于千分之一，满足样品分析使用，因此最佳取样量为1.0 g。

2.1.2 提取次数

固定取样量为1.0 g，提取溶剂为10 mL，每次提取时间为5 min，定容体积为50 mL条件下，提取过程中样品涡旋混合一次，分别选取提取1次、2次、3次、4次以及5次。试验结果如图2所示。可以看出，提取超过2次后回收率已经达到90%以上，且随着提取次数增多，样品的提取率和加标回收率逐渐趋于稳定，因此最佳提取次数为2次。

2.1.3 提取时间

固定取样量为1.0 g，提取溶剂为10 mL，提取次数为2 min，定容体积为25 mL条件下，分别选取提取时间为2 min、5 min、10 min、20 min、25 min。试验结果如图3所示。可以看出，提取时间为5 min时加标回收率已经达到90%以上，且随着提取时间的增加样品的提取率和加标回收率趋于稳定，因此最佳提取时间为5 min。

2.1.4 提取溶剂体积

固定取样量为1.0 g，提取次数为2次，每次提取时间为5 min，定容体积为25 mL的条件下，分别选取提取溶剂为5.0 mL、7.5 mL、10.0 mL、12.5 mL、25.0 mL。试验结果如图4所示。可以看出，提取溶剂体积大于10 mL时，样品加标率达到90%以上，且随着提取溶剂体积逐渐增大，样品提取率和加标回收率基本稳定，因此最佳提取溶液体积为10 mL。

2.2 方法学评价

2.2.1 精密度

分别对高浓度、中浓度、低浓度的试样开展了6次平行测定，计算相对标准偏差，结果如表1所示。可以看出，高、中、低3个浓度样品的相对标准偏差分别为0.51%、1.05%、3.59%，满足《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5—2007）对海洋沉积物平行样相对标准偏差的控制要求。

2.2.2 正确度

分别对高浓度、中浓度、低浓度3个浓度的样品加入200 mg/L石油类标准为0.5 mL、1.0 mL和0.5 mL，分别平行测定6次，计算加标回收率，结果如表2所示。可以看出，高浓度、中浓度、低浓度3个浓度样品的加标回收率分别为96.7%、98.2%、97.5%。满足《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.2—2007）中，当样品含量大于1 000 μg/L时，加标回收率应在90%～110%的控制要求。

2.2.3 检出限和测定下限

采用式（2）计算方法检出限，重复开展11次空白试验计算方法检出限和测定下限，结果如表3所示。可以看出，方法检出限为1.24 mg/kg，修约为2.00 mg/kg，以方法检出限的4倍为测定下限，即8.00 mg/kg。

MDL=t（n-1，0.99）×S（2）

式中：MDL为方法检出限；n为样品的平行测定次数；t为自由度为n-1，置信度为99%时的t分布值（单侧）；S为n次平行测定的标准偏差。

2.2.4 方法比对

选取6个江苏海域典型样品分别按照手工振荡法和设计的超声提取-紫外分光光度法开展样品测试，结果如表4所示。可以看出，手工振荡法的回收率在83.4%～93.7%，超声提取-紫外分光光度法的回收率范围在89.9%～102%。超声提取-紫外分光光度法回收率高于手工振荡法，也明显高于段旭等[14]超声提取法的回收率（60%～88%）和机械振荡法的回收率（83%～89%），也高于陈帅等[15]索氏提取法的回收率（65%～80%）。

3 结论

本研究建立了测定海洋沉积物中油类的超声提取-紫外分光光度法。经实际样品验证，该方法精密度、正确度、检出限和测定下限均优于相关标准方法的指标。同时，以每批次20个样品为例，经国家海洋环境监测中心、中国海洋大学等6家实验室验证，该方法操作简单快速、工作效率较手工振荡法提高了1～2倍。

参考文献

1 张利飞.环保领域石油烃类标准体系存在的问题及建议[J].化学试剂，2017（12）：1289-1295.

2 水利部.水质 石油类的测定 分子荧光光度法：SL 366—2006[S].北京：气象出版社，2007.

3 生态环境部.水质 石油类的测定 紫外分光光度法（试行）：HJ 970—2018[S].北京：中国环境出版社，2018.

4 生态环境部.水质 石油类和动植物油类的测定 红外分光光度法：HJ 637—2018[S].北京：中国环境出版社，2018.

5 生态环境部.土壤 石油类的测定 红外分光光度法：HJ 1051—2019[S].北京：中国环境出版社，2019.

6 生态环境部.土壤和沉积物 石油烃（C6-C9）的测定 吹扫捕集/气相色谱法：HJ 1020—2019[S].北京：中国环境出版社，2019.

7 生态环境部.土壤和沉积物 石油烃（C10-C40）的测定 气相色谱法：HJ 1021—2019[S].北京：中国环境出版社，2019.

8 住房城乡建设部.城镇污泥标准检验方法：CJ/T 221—2023[S].中国计划出版社：2023.

9 US EPA.Soilscreening for petroleum hydrocarbons by immunoassay：Method4030[S].Washington DC：Government Printing Press，1996.

10 US EPA.Totalrecoverable petroleum hydrocarbons by Infrared spectrophotometry：Method8440[S].Washington DC：Government Printing Press，1996.

11 US EPA.Petroleum hydrocarbons （spectropho-tometric，infrared）：Method418. 1[S].Washington DC：Government Printing Press，1978.

12 ISO.Soil quality-determination of content of hydrocarbon in the range C10 to C40 bygas chromatography，German version EN：ISO 16703：2011[S].Belgium：Comité Européen de Normalisation，2011.

13 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.海洋监测规范 第5部分：沉积物分析：GB 17378.5—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

14 段 旭，李慧慧，杨柳晨，等.土壤中总石油烃测定：3种前处理方法的对比[J].福建分析测试，2019（3）：47-50.

15 陈 帅，赵洋甬，高 飞.土壤中总石油烃预处理方法研究[J].环境科学与管理，2017（7）：85-90.