红外分光测油仪在水质监测中的应用

论文关键词：红外分光测油仪应用石油类和动植物油

论文摘要：红外测油分析是一种现代化光谱化学分析方法，该方法以其操作简便、快速、灵敏度高、测定范围广、干扰少等优点，在各领域得到广泛应用。本文从红外测油的原理出发，介绍JDS—106A红外分光测油仪在我省水环境监测中的应用，并对影响测定因素作了分析、讨论。

1前言

水污染物有两种不同的油，第一种为动物和植物的脂肪，它是由不同链长的脂肪酸和甘油之间形成的甘油三酸酸脂所组成的；第二种是原油或矿物油的液体部分。油的密度小于水，不会与水混合，往往成为薄膜漂于水面之上，影响与水体界面中氧的交换；分散在水中的油易被微生物分解，从而消耗水中溶解氧，使水质恶化，因此水中油含量是环境评价的重要指标。

测定水体中油类物质含量，通常采用的方法：①重量法：不受油品种类限制，但操作复杂，灵敏度低，测定结果难于比较，难以区分油类物质与非油类的有机物质；②紫外分光光度法：操作简单，精密度好，灵敏度高，但标准油的取得比较困难，数据可比性差；③非分散红外油：测定结果的可比性较好，但测定矿物油时，需要消除其它非烃类有机物的干扰；④荧光法是最为灵敏的测油方法，测定对象是矿物油类，但当油品组分中芳烃数目不同时，所产生的荧光强度差别很大。1996年国家质量技术监督局和国家环境保护总局联合发布了中华人民共和国国家标准GB/T16488-1996水质石油类和动植物油的测定红外光度法“，统一了油类测试标准问题。将红外光度法确定为油污染测定的标准方法，并在全国推广应用。

2红外测油仪的原理、特点、性能

2.1分析方法及原理

JDS-106A红外分光测油仪，采用300条线/mm的光栅，使用波长包括测油波长3.2~3.6µm，单色器采用自准分光原理，将光源与比色皿的距离拉开，避免了比色皿受到光源的高温照射。

2.2油的定义

水体在酸性介质中能被四氯化碳萃取的碳氢化合物，称为总油。

总油=矿物油+动、植物油

波数2930cm-1特征吸收是CH2的吸收，波数2960cm-1特征吸收是CH3的吸收，波数3030cm-1特征吸收是CH的吸收，它们的和是总含油量。计算公式：

Q=X·A2930+Y·A2960+Z（A3030–A2930/F），

式中，A2930、A2960、A3030是各自波数的吸光度；X、Y、Z、F分别是上述波数的校正系数。

红外光度法包括红外分光光度法和非分散红外光度法二个部分。本文主要讨论红外分光光度法的应用。它是利用烷烃中亚甲基，甲基及芳烃的碳氢伸缩振动确定2930cm-1，2960cm-1，3030cm-1，三个波数为油的特征吸收。在一定范围内，吸收峰高度与测定的油含量成正比。此方法将十六烷，姥鲛烷（或异辛烷），甲苯（或）配制成混合烃作为标准油品，从而使油分析的数据具有可比性。

2.3 红外测油仪分析的特点

红外分光测油仪，在编制软件时充分考虑到测油工作需要定性分析的重要性，加强了谱图分析、打印、查询等功能，同时具有强大的帮助功能。该软件的特点是定性分析刻度非常细腻，谱图清晰，能够分辩出各种干扰现象，使用非常方便；具有红外谱图分析、谱图存储、数据查询、统计计算、打印等功能；具有非色散测量结果的直读功能，不必换算；可直接计算水体、气体和固体中的含油量；由计算机控制波长扫描精度，使机械误差影响趋近零；软件通过鼠标的滑动便可显示出特征吸收峰的波度、波数、透光度和吸光度的值，打印和查询谱图也非常方便，也可将需要打印的数据联接到Word或其它办公文件中，该软件使仪器的自动化、多功能化大大提高。该仪器的特点是定性可靠，定量灵敏、准确。

2.3.1 灵敏度、准确度高。

对于大多数元素来说红外分光测油仪是很灵敏的，重复测定六次国家环境保护总局标准样品研究所的矿物油标准（73280110）其保证值为149+15mg/L，结果如下(单位: mg/L)

139 139145 143 148

测定均值C=143标准偏差S=3.6 变异系数Cv=2.5%

其测定均值在标准样品置信范围内，准确度误差小于10%，符合仪器说明书中的规定值.

2.3.2 重现性

配制浓度为38 mg/L的油标准溶液，重复测定13次，结果如下(mg/L)38.900 38.074 37.515 36.960 38.214 37.953 38.159 37.844 37.534 37.717 37.288 37.854 37.716

测定均值C=37.825 标准偏差S=0.4778 变异系数CV%=1.2

变异系数小于仪器说明书中规定的5%

2.3.3 检测限

仪器说明中检测限为:检出限<0.4 mg/L(油/四氯化碳)，相当于水样中的0.02 mg/L.

从分析过程式来看，当样品浓度<1.0 mg/L(油/四氯化碳)时，如果单纯测定石油类的标准样品，不经过前处理阶段，则测定结果相对较为稳定.

以企业标准油为储备液，配制浓度为0.5 mg/L的油标准溶液，重复测定结果为(单位: mg/L)

0.56 0.58 0.59 0.49 0.56 0.54

测定均值C=0.55 标准偏差S=0.045 变异系数CV%=8.0

由此可见.稳定性较好.从理论上讲，应该能够达到0.02mg/L（油／水）检出限．

从实际样品测定结果来看，最低测定浓度能达到0.002mg/L，也能满足说明书中的规定范围要求．

3分析方法的精密度和准确度

3.１线性范围

用混和烃油标准系列溶液，选取用４cm石英比色皿测量后绘制的标准曲线，其浓度范围在０～70mg/L，经多次测定，其相关系数Ｒ值均在0.9993～0.9997之内．斜率的范围在0.991～1.01之间．

3. 2精密度

用三种不同浓度的样品，进行连续五天的测试，每次测定二个平行样，结果见表２。

表2精密度测定结果（mg/L）

测定次数 Ａ（mg/L） Ｂ（mg/L） Ｃ（mg/L） 第一次 6.542 6.778 20.704 20.899 82.466 82.309 第二次 6.479 6.558 20.711 20.295 82.365 82.698 第三次 6.579 6546 20.600 21.165 82.426 81.729 第四次 6.742 6.561 20.380 20.721 81.198 81.386 第五次 6.492 6.701 20.721 20.756 82.218 82.346 平均值Ｘ 6.598 20.695 82.111 标准偏差Ｓ 0.10 0.24 0.50 相对标准偏差 ＲＳＤ（％） 1.5 1.2 0.61 3.3准确度

测定次数

Ａ（mg/L）

Ｂ（mg/L）

Ｃ（mg/L）

第一次

6.542 6.778

20.704 20.899

82.466 82.309

第二次

6.479 6.558

20.711 20.295

82.365 82.698

第三次

6.579 6546

20.600 21.165

82.426 81.729

第四次

6.742 6.561

20.380 20.721

81.198 81.386

第五次

6.492 6.701

20.721 20.756

82.218 82.346

平均值Ｘ

6.598

20.695

82.111

标准偏差Ｓ

0.10

0.24

0.50

相对标准偏差

ＲＳＤ（％）

1.5

1.2

0.61

3.3.1对比试验

我们采用国家总站标准样品研究所研制的矿物油质控样品进行对比实验。其测定结果在保正值范围内，见表３

3.3.2萃取率试验

我们在蒸馏水中分别加入矿物标准油、自制猪油和小磨香油经过四氯化碳萃取后测得浓度，求出四氯化碳对各种油的萃取率。测定结果见表4

油类名称 加入量(mg/L) 测定值(mg/L) 回收率（%） 标准矿物油 20.0 21.07 105 自制猪油 46.02 43.0 93.0

油类名称

加入量(mg/L)

测定值(mg/L)

回收率（%）

标准矿物油

20.0

21.07

105

自制猪油

46.02

43.0

93.0

在化学分析中所产生的系统误差和随机误差，用准确度表示，常用加标回收率来表示。准确度是在做好精密度测定的基础上进行的。我们在测定过程中向天然水样中加入一定浓度的被测物，使其浓度大于测试样品，但不超过其测试样品的2倍。每天分析一批，共重复测定至十次，计算回收率。

精密度测定结果表1

表1 精密度测定结果(mg/L)

A B C (1) (2) (1) (2) (1) (2) 6.54 6.78 20.7 20.9 34.2 34.6 6.48 6.56 20.7 20.3 35.6 33.0 6.58 6.55 20.6 21.2 33.0 33.8 6.74 6.56 20.4 20.7 33.3 33.2 6.49 6.70 20.7 20.8 34.2 34.6 平均值X 6.60 20.7 34.0 标准偏差S 0.10 0.25 0.85 相对标准偏差RSD(%) 1.5 1.2 2.5

A

B

C

(1)

(2)

(1)

(2)

(1)

(2)

6.54

6.78

20.7

20.9

34.2

34.6

6.48

6.56

20.7

20.3

35.6

33.0

6.58

6.55

20.6

21.2

33.0

33.8

6.74

6.56

20.4

20.7

33.3

33.2

6.49

6.70

20.7

20.8

34.2

34.6

平均值X

6.60

20.7

34.0

标准偏差S

0.10

0.25

0.85

相对标准偏差RSD(%)

1.5

1.2

2.5

以上两项结果表明，该仪器精密度好，准确度高，确保了分析成果的质量，提高了工作效率。

4测定因素分析

4.1 仪器使用环境的影响

该仪器对环境的要求较高。如果仪器所处环境的温度、湿度变异太大，仪器的稳定性会有明显的降低。其测试结果会出现明显的变异。

4.2四氯化碳纯度的影响

由于该仪器灵敏度高，检测限低，现市售GR级的四氯化碳试剂很难达到该仪器对试剂纯度的要求。需要用活性碳、硅藻土、硅胶、三氧化二铝、硅酸镁等再次吸附，或用水浴蒸馏法、酸化法以及蒸馏后再用吸附法交叉法对四氯化碳进行提纯。提纯后的四氯化碳很容易受到污染，必须装入棕色磨口瓶，存放在没有阳光直射的实验室。

4.3玻璃器皿的影响

由于油的吸附性强。玻璃器皿需彻底清洗干净，再用提纯过的四氯化碳冲刷后，方可使用。

5结论

红外分光测油仪虽然对工作环境要求比较苛刻，但在实际工作中只要对仪器进行充分有效的调整，将能得到可靠的测定结果。本方法以它简便、快速、测定精度高等诸多优点在水质监测中，是测定石油类的首选方法之一。

中华人民共和国国家标准 . 水质 石油类和动植物油的测定红外光度法. GB/T16488-1996.