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紅外分光光度法測定水體中石油類及萃取劑的選擇
1 引言
石油是多種烴的混合物,主要由烴類和非烴類組成。水中石油類是環(huán)境水體的主要污染源之一。石油中的烴類主要包括鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴四類。石油中不同的餾分會對人類和動植物產(chǎn)生不同影響。低沸點的烴通常會伸入動植物體內(nèi),干擾動植物正常的生理機能;而高沸點的烴則易于在植物表面形成一層薄膜,影響植物的蒸騰、呼吸和光合作用。與含量較多的烷烴類相比 ,石油中的芳香烴含量很少,但毒性要大得多,特別是多環(huán)芳烴中有些組分具有致癌性[1] 由于油是多種復(fù)雜組分的混合體 ,所以長期以來油類物質(zhì)的測定方法并不是很統(tǒng)一,而且各種方法之間沒有可比性。目前常用的測定方法有重量法、紫外分光光度法、熒光分光光度法、紅外分光光度法和非分散紅外法。其中,重量法不受油品限制,但操作繁雜,檢測流程長,靈敏度低,方法的精密度受操作條件和熟練程度的影響很大;紫外分光光度法和熒光分光光度法只能測定以芳烴形成存在的油 ,不能測定以甲基、亞甲基方式存在的油;非分散紅外法只能測定石油中的CH 3和C2H 5, 無法測定石油中的芳烴 ,沒有考慮礦物油中不同的組成在紅外光譜分析中不同C—H鍵伸縮振動吸收系數(shù)造成的差異,存在“以偏概全”的不足;而紅分光光度法是以測定 CH、CH 2、CH 3為基礎(chǔ) ,其中包括芳烴的測定。所以紅外分光光度法準(zhǔn)確、可比,不受油品成分結(jié)構(gòu)的限制,是與標(biāo)準(zhǔn)接軌的shouxuan方法。
2 紅外分光光度法及其優(yōu)點
紅外分光光度法是采用四氯化碳萃取水中油類物質(zhì),測定總萃取物 ,然后將萃取液用硅酸鎂吸附,經(jīng)脫除動植物油等極性物質(zhì)后 ,測定石油類。其含量由波數(shù)分別為 2930、2960cm -1和 3030cm -1譜帶處的吸光度 A 2930、A 2960和A 3030進行計算[2]。與其他幾種方法相比,紅外分光光度的優(yōu)點在于 :
(1) 紅外分光光度法測定石油組分物代表性強。石油中的烷烴、環(huán)烴占總體的70% —80% ,這兩種烴類中的CH、CH 2和CH 3是紅外分光光度法測定的基礎(chǔ);芳烴苯環(huán)上仍有一定量的CH、CH 2 和CH 3在2970、2930cm -1和2900cm -1有吸收。所以紅外分光光度法可測定石油中80% —90%的組成物 ;在紅外吸收光譜中CH 2、CH 3和芳香環(huán)中C—H鍵的伸縮振動進行了綜合考慮。
(2) 紅外分光光度法的標(biāo)準(zhǔn)油容易選擇。除重量法外,紫外分光光度法、熒光分光光度法均存在標(biāo)準(zhǔn)油的問題 ,同一種方法、同一種樣品和同一個操作下,由于標(biāo)準(zhǔn)油的不同,結(jié)果往往差異很大,而許多待測水樣中標(biāo)準(zhǔn)油的萃取十分困難。而紅外分光光度法充分考慮了不同組成礦物油在紅外光譜中光譜信息的特點 ,標(biāo)準(zhǔn)油可采用三種典型結(jié)構(gòu)化合物(37. 5%異辛烷、37. 5%正十六烷和25%苯) 配制 ,采用三波長法獲取光譜數(shù)據(jù),標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,可比性強;
(3 )紅外分光光度法測定的油包括部分揮發(fā)性烴,操作簡便,容易排除干擾。
3 紅外分光光度法中不同萃取劑的選擇在紅外分光光度法測定石油類時,國標(biāo)中推薦的萃取劑是四氯化碳,目前市場上常用的萃取劑有四氯化碳、六氯四氟丁烷(S2316)、四氯乙烯、三氟三氯乙烷等。
3. 1 四氯化碳四氯化碳,又名四氯甲烷,為無色易揮發(fā)液體,微溶于水,不易燃燒,易揮發(fā)。四氯化碳是國標(biāo)中規(guī)定的紅外分光光度法萃取劑,也是目*分常用的萃取劑。杜坤泉等[3]以四氯化碳為萃取劑 ,采用多波長紅外分光測油儀測定水中石油類,檢出限為0. L,水樣加標(biāo)回收率為94% —105% , 02m g.相對標(biāo)準(zhǔn)偏差< 2%。從光學(xué)角度分析,四氯化碳具有紅外透光度較好,萃取率較高,價格便宜等優(yōu)點。但石油測定中對四氯化碳的含油量和質(zhì)量均有較高要求 ,通常需要精制。另外四氯化碳易受熱分解,產(chǎn)生氯化氫、lvqi、光氣和二氧化碳等有害氣體,可經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚被人吸收,進入人體引起急性中毒和慢性中毒。此外,四氯化碳是一種消耗臭氧層物質(zhì)(ODS) ,是公約《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》限制生產(chǎn)和使用的試劑之一 ,要求發(fā)達國家到1996年*淘汰 ,發(fā)展中國家至2010年全部停用 [4]。因此,目前國內(nèi)關(guān)于四氯化碳替代品的研究還不多,積極開發(fā)和尋找其替代產(chǎn)品是解決油類污染物測定問題的當(dāng)務(wù)之急。
3. 2 六氯四氟丁烷 (S-316)日本Horiba公司研制的S2316作為四氯化碳的替代品,現(xiàn)已在石油類測定中得到了應(yīng)用。 S2316具有如下優(yōu)點 :
(1)本底值低,碳氫基團在光譜3000cm -1波長處沒有吸收,可不作處理直接使用;
(2)毒性小、萃取率高、準(zhǔn)確度和精密度好;
(3)熔點高(134℃),凝固點低(-143℃),此溶劑適用于寬范圍溫度測量 ;
(4)在酸、堿、油和水的環(huán)境中非常穩(wěn)定; (5)蒸汽壓低,不易揮發(fā),不可燃。由于以上特點,S2316*可用作測定水與廢水中石油類的萃取劑。謝爭等[5]采用S2316作為紅外分光光度法測定水中石油類的提取劑,比較了S2316和四氯化碳的本底值和萃取率,結(jié)果表明S2316可作為紅外法測定水中石油類的提取劑,并具有毒性小,萃取率高等特點。