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第 44 卷第 7 期 2015 年 7 月 应 用 化 工 Applied Chemical Industry Vol. 44 No. 7 Jul. 2015 收稿日期 2015-03-05 修改稿日期 2015-04-08 基金项目 国家自然科学基金 （41306138） ； 国家海洋公益性行业科研专项经费 （201305002， 201305043） ； 修复技术研究项 目 （201005018） ； 蓬莱 19-3 油田溢油事故海洋生态修复技术研究项目 （201005018） 作者简介 樊鑫 （1989 - ） ， 男， 江苏兴化人， 大连海洋大学在读硕士研究生， 师从周一兵教授， 从事海洋污染生境修复的研 究。电话 15140493483， E - mail fxpositivity163. com 通讯联系人 周一兵 （1957 - ） ， 男， 教授。E - mail ybzhou dlou. edu. cn 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） 摘 要 根据海洋监测规范中沉积物中油类的检测方法 （GB 17378. 52007） ， 应用超生萃取滩涂石油污染土壤中 的石油烃， 研究萃取剂、 萃取时间、 萃取次数、 萃取温度以及液固比的影响。结果表明， 超生萃取滩涂石油污染土壤 的最佳条件为 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， 萃取次数为 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。 关键词 滩涂石油污染土壤； 总石油烃； 超生萃取； 荧光光度法 中图分类号 TQ 028. 9 6； TQ 047. 8； TQ 420. 66 文献标识码 A 文章编号 1671 -3206 （2015） 07 -1206 -04 Determination of total petroleum hydrocarbons content in beach sediment by optimizing ultrasonic extraction FAN Xin， ZHAO Xin-da， YANG Da-zuo， ZHAO Huan， ZHOU Yi-bing （Key Laboratory of Marine Bio-resources Restoration and Habitat Reparation in Liaoning Province， Dalian Ocean University， Dalian 116023， China） Abstract Based on sediment oil detection in marine monitoring （GB 17378. 52007） . Using ultrasonic extraction of petroleum hydrocarbons in oil pollution beach oil. Extraction agent， extraction time， extraction times， extraction temperature and liquid/ solid ratio were studied. The result showed that the optimum con- dition of the ultrasonic extraction was extracting 2 times with dichloromethane， 30 ℃ extraction tempera- ture， 15 min extraction time， and 6 ∶ 1 mL/ g liquid/ solid ratio. Under this condition， the extraction rate of 2， 1， 0. 5 and 0. 1 oil pollution beach soil reached 90. 09， 88. 86， 82. 65 and 85. 71， respectively. Key words oil pollution beach soil；total petroleum hydrocarbons；ultrasonic extraction；fluorophotometry 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 第 7 期樊鑫等 优化超声萃取滩涂底质中石油烃总量的研究 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 mPas； 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。 Woil ρVM -1 （1 - W H2O） -1 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/ Ws100 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 7021 应用化工第 44 卷 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 WH2O （MC- MH）M -1 C 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 水平 ABCDE 石油浓度/ 萃取温度/ ℃萃取剂萃取时间/ min液固比/ （mLg-1） 10.120正己烷54 ∶ 1 20.525二氯甲烷106 ∶ 1 31.030石油醚158 ∶ 1 42.0352010 ∶ 1 表 2 正交实验结果 Table 2 The orthogonal experiment result 实验号ABCDE萃取率/ 11111164. 43 21222275. 04 31333355. 40 41424471. 84 52123473. 70 62214362. 33 72321274. 57 82432154. 49 93134264. 67 103223178. 53 113312471. 90 123421369. 66 134122376. 08 144231465. 24 154324180. 84 164413275. 34 k1 66. 6869.7268.5068. 4869. 57 k2 66. 2770.2975.0369. 3872. 41 k3 71. 1970.6859.9570. 7465. 87 k4 74. 3867.83-69. 9270. 67 R8. 112.8515.082. 266. 54 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 萃取次数 萃取率/ 210. 50. 1 第 1 次80. 9076. 7371. 7773. 70 第 2 次9. 1912. 1310. 8812. 01 第 3 次1. 251. 890. 900. 83 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 8021 第 7 期樊鑫等 优化超声萃取滩涂底质中石油烃总量的研究 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。 参考文献 ［1］ Kishore Das， Ashis K Mukherjec. 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