摘要：利用超聲提取和離心分離方法替代手工振蕩提取和分液漏斗洗滌分離方法提取海洋沉積物中的油類，研究最佳試驗條件，并與標(biāo)準(zhǔn)方法開展比對。試驗結(jié)果表明，超聲提取法總體較手工振蕩法回收率高10個百分點，且工作流程簡單、操作方便快速，減少了提取液多次轉(zhuǎn)移的誤差，在提高工作效率的同時提升了分析方法的精密度和正確度。

關(guān)鍵詞：超聲提取-紫外分光光度法；海洋沉積物；油類

中圖分類號：X834 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

本研究測定的“油類”，是指海洋沉積物中能被正己烷提取的，以標(biāo)準(zhǔn)油做參比并在紫外光225 nm波長處被定量測定物質(zhì)，既包含了在225 nm波長處有吸收的傳統(tǒng)意義的石油類及其產(chǎn)品，又包含了在225 nm

波長處有吸收動植物油等極性有機物質(zhì)[1]，與《水質(zhì) 石油類的測定 分子熒光光度法》（SL 366—2006）[2]定義的“石油類”較為接近，明顯不同于生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對“石油類”或“石油烴”的定義。其中，《水質(zhì) 石油類的測定 紫外分光光度法（試行）》（HJ 970—2018）[3]利用紫外分光光度法測定水中石油類；《水質(zhì) 石油類和動植物油類的測定 紅外分光光度法》（HJ 637—2018）[4]和《土壤 石油類的測定 紅外分光光度法》（HJ 1051—2019）[5]，分別利用紅外分光光度法水中和土壤中的石油類；《土壤和沉積物 石油烴（C6-C9）的測定 吹掃捕集/氣相色譜法》（HJ 1020—2019）[6]使用吹掃捕集/氣相色譜法測定土壤和沉積物中石油烴（C6-C9），《土壤和沉積物 石油烴（C10-C40）的測定 氣相色譜》（HJ 1021—2019）[7]使用氣相色譜法測定土壤和沉積物中石油烴（C10-C40）；《城鎮(zhèn)污泥標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》（CJ/T 221—2023）[8]使用紫外分光光度法和紅外分光光度法測定城市污泥中的“礦物油”。它們都有一個共同特點就是測定能被正己烷、四氯乙烯或四氯化碳等有機溶劑提取，但不被硅酸鎂吸附的物質(zhì)。國際上，美國利用紫外區(qū)有特征吸收來測定石油烴的濃度[9]；利用紅外分光光度法測定總可回收石油烴[10]；利用紅外分光光度法測定總可萃取石油烴[11]；國際標(biāo)準(zhǔn)化組織利用氣相色譜法測定C10-C40的可萃取性烴類等[12]。

《海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007）[13]中包括3種油類的測定方法，分別是熒光分光光度法、紫外分光光度法及重量法。目前，國內(nèi)海洋沉積物油類調(diào)查監(jiān)測多數(shù)采用紫外分光光度法，使用手工振蕩法提取海洋沉積物中的油類，實際操作中主要存在3個問題：一是手工振蕩，提取效率低、回收率較低，且不同屬性的沉積物提取效率相差較大，普適性較差；二是樣品提取過程存在提取液多次轉(zhuǎn)移、洗滌，樣品損失和隨機誤差較大，結(jié)果平行性和重復(fù)性較差；三是試驗流程煩瑣、操作步驟多、耗時長，工作效率低。因此，本研究利用超聲提取和離心分離方法替代手工振蕩提取和分液漏斗洗滌分離方法，采用紫外分光光度法測定海洋沉積物中油類含量，并討論其可行性。

本研究利用超聲波的空化作用、機械效應(yīng)以及熱效應(yīng)等加速沉積物顆粒內(nèi)石油類物質(zhì)的釋放、溶解及擴散至正己烷，定容后于225 nm波長測定紫外吸光度，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量計算沉積物樣品中石油類濃度。是對《海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007）中油類紫外分光光度法的改進(jìn)和補充。

1 試驗部分

1.1 儀器設(shè)備、藥品試劑與受試樣品

儀器設(shè)備如下：HACH DR6000紫外分光光度計，配有1 cm石英比色皿；SIM FD5冷凍干燥機，冷阱空載溫度不大于-50 ℃，配不銹鋼凍干盤，每48 h批處理樣品不少于6個，樣品容量濕重為300 g/個；elma P180H超聲清洗儀，配超聲架與50 ml離心管配套使用，底部鏤空，保證樣品充分接受超聲提??；SIGMA 3-18k大容量離心機，離心轉(zhuǎn)速在3 000～5 000 r/min，配50 ml氟乙烯丙烯共聚物（Fluorinated Ethylene Propylene，F(xiàn)EP）材質(zhì)離心管；1 000 mL四氟乙烯旋塞玻璃分液漏斗、渦旋混合儀等試驗常用器皿。

藥品試劑如下：石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液（濃度為200 mg/L），為使用國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心生產(chǎn)的1 000 mg/L標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配置；試驗溶劑為市售默克色譜純正己烷（225 nm波長處以純水做參比，1 cm比色皿的透光率大于90%）；試驗用水均為新制備且經(jīng)過空白檢驗，確認(rèn)不含目標(biāo)物質(zhì)的純水。

受試樣品為江蘇近岸海域典型的海洋沉積物，采用冷凍干燥法進(jìn)行樣品干燥，然后陶瓷研缽研磨至全部通過80目（180 μm）金屬篩，最后用四分法取50 g樣品裝入棕色廣口玻璃瓶待測。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

依據(jù)江蘇近岸海域海洋沉積物石油類歷史含量范圍和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍，確定本方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍在0～20 mg/L。分別移取0.00 mL、0.20 mL、0.40 mL、0.60 mL、0.80 mL、1.00 mL石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液至10 mL容量瓶，加正己烷至標(biāo)線，混勻，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的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

1.3 結(jié)果計算

海洋沉積物干樣中石油類含量ω（mg/kg），采用式（1）計算。

（1）

式中：ρ為提取液中石油類的濃度，mg/L；V為正己烷提取液定容體積，mL；m為稱取沉積物干樣的質(zhì)量，g；W為沉積物干樣的含水率，%。

2 結(jié)果與討論

影響本方法的主要試驗條件包括取樣量、提取溶劑體積、提取次數(shù)、提取時間共4個試驗條件。因此，設(shè)計4組條件試驗，以確定最佳試驗條件；然后在最佳試驗條件下開展方法學(xué)評價，既精密度、正確度、檢出限、測定下限和方法比對測試，以評價本方法的準(zhǔn)確性和與國標(biāo)方法的可比性。

2.1 最佳試驗條件研究

2.1.1 取樣量

在提取溶劑為10 mL，每次提取時間為5 min，提取次數(shù)為2次，定容體積為25 mL的條件下，取樣量分別選取0.1 g、0.5 g、1.0 g、2.0 g、5.0 g，同時開展樣品渦旋混合與不渦旋混合比對試驗。取樣量條件試驗結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，隨著取樣量的增大，樣品的提取率和加標(biāo)回收率均逐漸降低，提取過程中增加一次渦旋樣品回收率明顯高于不渦旋。在使用萬分之一天平稱量樣品時，1.0 g樣品的稱量誤差已經(jīng)小于千分之一，滿足樣品分析使用，因此最佳取樣量為1.0 g。

2.1.2 提取次數(shù)

固定取樣量為1.0 g，提取溶劑為10 mL，每次提取時間為5 min，定容體積為50 mL條件下，提取過程中樣品渦旋混合一次，分別選取提取1次、2次、3次、4次以及5次。試驗結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，提取超過2次后回收率已經(jīng)達(dá)到90%以上，且隨著提取次數(shù)增多，樣品的提取率和加標(biāo)回收率逐漸趨于穩(wěn)定，因此最佳提取次數(shù)為2次。

2.1.3 提取時間

固定取樣量為1.0 g，提取溶劑為10 mL，提取次數(shù)為2 min，定容體積為25 mL條件下，分別選取提取時間為2 min、5 min、10 min、20 min、25 min。試驗結(jié)果如圖3所示。可以看出，提取時間為5 min時加標(biāo)回收率已經(jīng)達(dá)到90%以上，且隨著提取時間的增加樣品的提取率和加標(biāo)回收率趨于穩(wěn)定，因此最佳提取時間為5 min。

2.1.4 提取溶劑體積

固定取樣量為1.0 g，提取次數(shù)為2次，每次提取時間為5 min，定容體積為25 mL的條件下，分別選取提取溶劑為5.0 mL、7.5 mL、10.0 mL、12.5 mL、25.0 mL。試驗結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，提取溶劑體積大于10 mL時，樣品加標(biāo)率達(dá)到90%以上，且隨著提取溶劑體積逐漸增大，樣品提取率和加標(biāo)回收率基本穩(wěn)定，因此最佳提取溶液體積為10 mL。

2.2 方法學(xué)評價

2.2.1 精密度

分別對高濃度、中濃度、低濃度的試樣開展了6次平行測定，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，高、中、低3個濃度樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.51%、1.05%、3.59%，滿足《海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007）對海洋沉積物平行樣相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的控制要求。

2.2.2 正確度

分別對高濃度、中濃度、低濃度3個濃度的樣品加入200 mg/L石油類標(biāo)準(zhǔn)為0.5 mL、1.0 mL和0.5 mL，分別平行測定6次，計算加標(biāo)回收率，結(jié)果如表2所示。可以看出，高濃度、中濃度、低濃度3個濃度樣品的加標(biāo)回收率分別為96.7%、98.2%、97.5%。滿足《海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.2—2007）中，當(dāng)樣品含量大于1 000 μg/L時，加標(biāo)回收率應(yīng)在90%～110%的控制要求。

2.2.3 檢出限和測定下限

采用式（2）計算方法檢出限，重復(fù)開展11次空白試驗計算方法檢出限和測定下限，結(jié)果如表3所示。可以看出，方法檢出限為1.24 mg/kg，修約為2.00 mg/kg，以方法檢出限的4倍為測定下限，即8.00 mg/kg。

MDL=t（n-1，0.99）×S（2）

式中：MDL為方法檢出限；n為樣品的平行測定次數(shù)；t為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布值（單側(cè)）；S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.2.4 方法比對

選取6個江蘇海域典型樣品分別按照手工振蕩法和設(shè)計的超聲提取-紫外分光光度法開展樣品測試，結(jié)果如表4所示?？梢钥闯?，手工振蕩法的回收率在83.4%～93.7%，超聲提取-紫外分光光度法的回收率范圍在89.9%～102%。超聲提取-紫外分光光度法回收率高于手工振蕩法，也明顯高于段旭等[14]超聲提取法的回收率（60%～88%）和機械振蕩法的回收率（83%～89%），也高于陳帥等[15]索氏提取法的回收率（65%～80%）。

3 結(jié)論

本研究建立了測定海洋沉積物中油類的超聲提取-紫外分光光度法。經(jīng)實際樣品驗證，該方法精密度、正確度、檢出限和測定下限均優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法的指標(biāo)。同時，以每批次20個樣品為例，經(jīng)國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心、中國海洋大學(xué)等6家實驗室驗證，該方法操作簡單快速、工作效率較手工振蕩法提高了1～2倍。

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