海洋有机物(正构烷烃、甾烷和萜烷类化合物)特征比值参数广泛应用于海洋溢油的来源鉴别。我国舟山海域是溢油事故频发海域，也是海洋渔业敏感区域。海洋溢油污染事故，会使舟山海域经济和环境受到严重的破坏。目前舟山海域海洋有机物的研究主要集中于沉积物中的多环芳烃^[1-4]，李凤^[1]研究了东海表层沉积物正构烷烃的组成、分布及来源；江敏^[2]，王雅玉^[3]研究了舟山海水和沉积物中的多环芳烃的含量、来源和多环芳烃的分布特征，母清林^[4]研究了舟山群岛潮间带表层沉积物中多环芳烃分布特征。但舟山海域海水有机物研究较少。为此，本文以舟山海域表层海水有机物(正构烷烃、甾烷和萜烷类化合物)为对象，对海水样品中的正构烷烃、生物标志物甾烷、萜烷等组分的特征比值信息进行分析比较，为舟山海域溢油源鉴别提供技术依据。

1   材料与方法

1.1   样品采集

2015年12月，在舟山海域的朱家尖、登步岛和桃花岛附近海域布设5个站位，进行表层海水样品采集。采样按照《海洋监测规范》(2007)规定进行样品采集，采样站位如图 1所示。表层海水样品，萃取处理后，按规范保存，待实验室进行样品分析。

图  1  舟山海域采样站位

Fig.  1  The sampling stations of surface seawater of Zhoushan sea

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1.2   试剂与仪器

仪器：气相色谱-质谱联用仪(AgiLent GC6890-MS5975，美国安捷伦公司，配备30 m×0.32 mm×0.25 μm的HP-5毛细管色谱柱)，紫外-可见分光光度计(TU-1810，北京普析通用仪器有限公司)，氮吹仪(HGC-12，上海岛泉科贸公司)，隔膜真空泵(AP-9901s，天津奥特塞恩斯仪器有限公司)，旋转蒸发仪(Buchi R-3HB，德国瑞士步琪有限公司)，数控超声波清洗器(KQ5200DE，昆山市超声波仪器有限公司)，马弗炉(DRA系列，实验马弗炉华丰龙口公司)。

试剂：无水硫酸钠(优级纯，上海化学试剂公司生产)，正己烷(色谱纯，美国TEDIA公司生产)。无水硫酸钠：马弗炉中400℃下灼烧4 h，冷却后放在干燥器中备用；滤纸需在正己烷中浸泡24 h风干，放入干燥器密封保存。

1.3   样品处理

样品处理：将采集的1000 mL海水水样转移至分液漏斗中，分3次分别加入100 mL、50 mL、50 mL正己烷于分液漏斗中，每次振荡2~3 min，静置分层。将正己烷萃取液过滤至含无水硫酸钠的小漏斗，去除水分等杂质，所得滤液置于平底烧瓶中。平底烧瓶中的萃取液进行旋转蒸发和氮吹浓缩后定容至1 mL，转移至气相分析样品瓶中待GC-MS分析检测。

1.4   仪器分析

色谱分析：采用AgiLent气相色谱-质谱联用仪HP6890GC-HP5975MSD，HP-5毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。

① 色谱条件：初温50℃保持2 min，以6℃/min的升温速度升高至300℃，保持16 min；载气为高纯氦气，流速为1.0 mL/min；自动不分流进样，进样量为1 μL；

② 质谱条件：进样口温度250℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，电离能70 eV，溶剂延迟3 min，扫描范围50.00~500.00 u；以SIM方式进行扫描，各类化合物及其选择离子(m/z)：正构烷烃选择离子：85；甾烷选择离子：217；萜烷选择离子：191。

空白实验：采用MiLLi-Q水作为空白对照，结果测得的图谱噪音微弱，没有引入干扰因素，对结果影响较小，可以忽略。

标准偏差：正构烷烃保留时间相对标准偏差为0.006%~0.021%；甾烷的保留时间相对标准偏差0.010%~0.029%，萜烷的保留时间相对标准偏差为0.010%~0.13%，符合保留时间相对标准偏差不大于1%的要求。

回收率实验：样品回收率在79.29%~110.66%范围内，符合EPA标准中要求的70%~120%。

1.5   定性方法

对GC-MS检测得到的谱图，用AgiLent GC/MSD化学工作站对各组分手动积分，得到峰面积再进行下一步计算。正构烷烃通过提取各组分的选择离子，与标准物质的保留时间进行比较定性。甾烷萜烷类化合物参考《海面溢油鉴别系统规范》(GB/T21247-2007)中给出的质量色谱图与化合物分布规律进行定性。

2   结果与讨论

2.1   正构烷烃组分含量分布

5个站位表层海水正构烷烃相对含量分布图(相对于C₂₅)示于图 2。从中可以看出：正构烷烃碳数分布主要范围为C₁₀~C₃₄，从分布类型来看，站位S3、S5为后峰碳优势型分布，其余为双峰碳优势型，且无奇偶优势，可能受到了石油污染^[5]。

图  2  舟山海域正构烷烃分布

Fig.  2  The content distribution of n-Alkane in the surface seawater of Zhoushan sea

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碳数分布中C₁₁相对含量较高，可能是水生藻类的贡献，这与湄洲湾海域情况相似^[6]，具有海洋中浮游植物贡献的特征。高碳数正构烷烃中主峰碳为C₂₇，所有站位正构烷烃分布中都出现了植烷(Ph)、姥鲛烷(Pr)相对含量较高的情况，这指示了该海域可能受到了石油污染的影响。

2.2   正构烷烃特征参数

不同来源的正构烷烃的碳数分布范围不同，且具有特定的分布特征，既可以利用正构烷烃峰型及主峰碳来判断正构烷烃的来源，也可以根据正构烷烃的相关参数来判断石油来源。表 1列举了舟山海域正构烷烃的特征参数。

表  1  舟山海域正构烷烃特征参数

Tab.  1  The characteristic parameters of n-Alkanes in the surface seawater of Zhoushan

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碳优势指数CPI(本文中CPI均指CPI₂)是评价正构烷烃来源的一个常用参数，不同来源的正构烷烃有着不同的CPI范围。来源于原油和人为活动如汽车尾气排放、化石燃料燃烧的正构烷烃CPI值接近于1^[7]。CPI值介于1到4之间，则意味着受到了陆源高等植物和石油的双重影响，CPI值越大意味着陆源高等植物来源贡献越大^[8]。此次调查正构烷烃CPI的范围在1.02~1.17之间，CPI值均分布在1左右。奇偶优势指数OEP也可用于判断正构烷烃的来源，石油及其衍生产品输入的正构烷烃奇偶优势不明显，OEP值较低，一般为1.0~1.2^[9]。本文中舟山海域海水OEP值均在1.0左右。由此可见，舟山海域可能受到了石油污染的影响。

TAR，表示陆生与水生类脂物比值，反映了陆源与水源的相对贡献。TAR大于1，表示陆源贡献为主，TAR小于1表示水源贡献为主^[10]。C₃₁/C₁₉反映了外来源和内生源烃的相对比例，其比值大于0.4，就被认为是非海洋源烃；大于2代表典型的陆源高等植物输入^[11]。此次舟山海域调查，TAR在1.99~4.88，所有站位TAR大于1，其中TAR值在S3站点高达4.88，与其他站点相差较大，由于S3处于桃花岛，该岛屿植被面积大，陆源影响较大故TAR值偏大。C₃₁/C₁₉为1.28~3.22，站位均接近于或大于2，指示舟山海域正构烷烃的陆源贡献。

海洋环境的正构烷烃中C₁₆的天然来源很少，而C₁₆正构烷烃在石油中其含量相对较丰富，是石油烃类代表性化合物之一，因此C₁₆常作为判断海洋环境是否受到石油污染的特征正构烷烃，Σn-Alk/C₁₆的比值可作为指示石油污染的参数^[12]。舟山海域Σn-Alk/C₁₆比值范围为27.73~48.45，该比值各站位虽然差异较大，但均小于50可推断海水受到了污染^[12]。

姥鲛烷(Pr)与植烷(Ph)是石油烃的基本成分之一，也是广泛应用的生物标志物之一。虽然姥鲛烷与植烷在自然环境中浓度较低，但在石油中通常具有很高的丰度，并且紧挨着C₁₇和C₁₈出峰，易于辨认，因此常作为判断海域是否受到石油污染的指标。石油中姥鲛烷和植烷含量较为接近，比值接近于1，当海水中Pr/Ph较为接近1时，表示海域受到了石油的污染。姥鲛烷和植烷很难被微生物降解，特别是植烷只出现在被石油烃污染的水体^[13]。受石油烃污染的水体，Pr/Ph小于1；未受污染的水体，Pr/Ph一般在3~5之间。当烃类化合物浓度高且Pr、Ph两种物质浓度也很高时，可推断新鲜石油的输入^[12]。本次调查中Pr/Ph范围为0.52~0.67均小于1，这表明了舟山海域较为明显的受到了石油污染。

结合、Pr/Ph等参数分析可知，舟山海域可能受到石油污染的影响。

2.3   甾烷萜烷分布

通常认为生物标志物的立体化学结构越复杂，稳定性越好，则其地球化学意义也越大。甾烷和萜烷广泛存在于石油及其产品中，海洋坏境中的甾、萜类化合物是指示石油污染的良好指标。由于甾烷、萜烷比烷烃和大多数多环芳烃具有更强的抗降解性，可以展现出特有的生物标志物指纹，已被广泛的应用于溢油鉴别工作中。此次舟山海域甾烷萜烷色谱图示于图 3，图 4。

图  3  舟山海域站位萜烷色谱图

(1：C₂₃三环萜烷； 2：C₂₄三环萜烷； 3：C₂₅三环萜烷；4：C₂₆三环萜烷； 5：18α(H),21β(H)-22,29,30-三降藿烷(Ts)； 6：17α(H),21β(H)-22,29,30-三降藿烷(Tm)； 7：17α(H),21β(H)-25-降藿烷；8：17α(H),21β(H)-25-降藿烷(C₂₉藿)； 9：18α(H)-奥利烷； 10：17α(H),21β(H)-藿烷(C₃₀藿烷)； 11：莫烷；12：22S-17α(H),21β(H)-30-升藿烷； 13：22R-17α(H),21β(H)-30-升藿烷；14：伽玛蜡烷； 15：22S-17α(H),21β(H)-二升藿烷；16：22R-17α(H),21β(H)-二升藿烷)

Fig.  3  The chromatogram of terpanes

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图  4  舟山海域站位甾烷色谱图

(1：20S-5α(H),14α(H),17α(H)胆甾烷； 2：20R-5α(H),14β(H),17β(H)胆甾烷； 3：20S-5α(H),14β(H),17β(H)胆甾烷； 4：20R-5α(H),14α(H),17α(H)胆甾烷； 5：20S-5α(H),14α(H),17α(H)-24-甲基胆甾烷； 6：20R-5α(H),14β(H),17β(H)-24-甲基胆甾烷； 7：20S-5α(H),14β(H),17β(H)-24-甲基胆甾烷； 8：20R-5α(H),14α(H),17α(H)-24-甲基胆甾烷； 9：20S-5α(H),14α(H),17α(H)-24-乙基胆甾烷； 10：20R-5α(H),14β(H),17β(H)-24-乙基胆甾烷； 11：20S-5α(H),14β(H),17β(H)-24-乙基胆甾烷； 12：20R-5α(H),14α(H),17α(H)-24-乙基胆甾烷)

Fig.  4  The chromatogram of terpanes

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由图 3可看出舟山海域各站位萜烷分布虽然不一致，其中S5站位萜烷含量较低，未检出18α(H)-奥利烷、17α(H), 21β(H)-25-降藿烷，但分布趋势是相似的，均检出了C₂₀~C₂₆三环萜烷的同系物，原油中有三环萜烷同系物的存在，且大多站位C₂₃三环萜烷相对含量最高。碳数在27~35之间的17α(H), 21β(H)-藿烷是石油的特征^[14]，各个站位均含有17α (H), 21β(H)-藿烷，指示了舟山海域可能受到了石油污染。此外，大部分站位都检出了18α(H)-奥利烷，虽然含量不高，但奥利烷的检出进一步表明了石油污染的存在^[15]。

此次调查，各站位萜烷类化合物均检出了三环萜烷、藿烷等，大部分站位C₃₁升藿烷、C₃₂二升藿烷有较为明显的检出。甾烷类化合物检出了C₂₇、C₂₈、C₂₉及其相应的异构体，一般在规则甾烷中，C₂₇甾烷主要来自低等水生生物和藻类有机输入，C₂₈甾烷在水生生物和高等植物中均有分布，C₂₉甾烷为主的沉积物可以表征陆生高等植物^[16]。C₂₇、C₂₈、C₂₉规则甾烷相对含量除站位S4均为C₂₉>C₂₇>C₂₈说明研究区海水样品中甾类化合物主要来自陆源。

2.4   甾烷萜烷特征参数

调查海域站位甾烷萜烷特征参数示于表 2。Ts/Tm通常用来鉴定不同油源和成熟度，用于鉴定溢油来源和区分不同油品的特征比之一，且该比值受风化降解影响小，可以保持来源油的特征^[17]。由表 2可知，舟山海域Ts/Tm在1.00~1.78之间，最大值出现在S2站位，比值为1.78，表现了较高的Ts/Tm值，表明了较高的成熟度。C₂₉αβ藿/C₃₀αβ藿比值常被作为可靠的油源指标。此次舟山海域C₂₉αβ藿/C₃₀αβ藿的比值范围在0.52~0.63，C₂₉αβ藿/C₃₀αβ藿的存在表明海域可能受到了石油的污染^[18]。C₃₁αβ(S/(S+R))、C₃₂αβ (S/(S+R))可作为判断石油成熟度的标志，完全成熟的平衡值为0.6^[19]。舟山海域的C₃₁αβ(S/(S+R))值为0.57~0.62，除S2站位为0.57，其余均大于或等于0.60，C₃₂αβ(S/(S+R))分别为0.61~0.69，站位比值均接近于0.6，均表现出了较高的成熟度。

表  2  舟山海域甾烷萜烷特征参数

Tab.  2  The characteristic parameters of steranes and terpanes in the surface seawater of Zhoushan

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由于C₂₉甾ααα(S/(S+R))在石油中含量丰富，也是指示石油的成熟度的一个指标，不同的学者采用的C₂₉甾ααα(S/(S+R))的比值范围不同，本文采用的比值范围为C₂₉甾ααα(S/(S+R))小于0.25为未成熟，0.25~0.42为低成熟^[20]。舟山海域C₂₉甾ααα(S/(S+R))在0.46~0.63，反映了较高的成熟度。此外，C₂₉甾αββ比C₂₉甾ααα有较高的稳定性，在生油带前半段，C₂₉甾αββ/(αββ+ααα)值骤然上升，可从0上升为0.5，最高可达0.8^[20]。调查区C₂₉甾αββ/(αββ+ααα)范围为0.31~0.40，表明该区域成熟度较高。Ts/Tm、C₃₁αβ(S/(S+R))、C₃₂αβ(S/(S+R))、C₂₉甾ααα(S/(S+R))、C₂₉甾ααα(S/(S+R))表现了结果的一致性，舟山海域的海水有较高的成熟度，可能与石油污染有关。

3   结论

(1) 调查海域正构烷烃分布类型主要是双峰碳优势型，后峰群碳丰度高。采样站位植烷、姥鲛烷相对含量较高，指示石油污染的存在。CPI值均分布在1左右，结合TAR、∑n-Alk/C₁₆、Pr/Ph等参数，表明了调查海域可能受到了石油污染的影响。

(2) 舟山海域各站位甾烷萜烷分布并不一致，但一些特征比值相似。各站位萜烷类化合物均检出了三环萜烷、藿烷等，大部分站位18α(H)-奥利烷有较为明显的检出，18α(H)-奥利烷的检出进一步表明了石油污染的存在。甾烷类化合物检出C₂₇、C₂₈、C₂₉及其相应的异构体甾烷，且C₂₉含量较高，说明研究区海水样品中甾类化合物主要来自陆源。相关参数Ts/Tm、C₃₁αβ(S/(S+R))、C₃₂αβ(S/(S+R))、C₂₉甾ααα(S/(S+R))等均指示了舟山海域可能受到了石油污染的影响且成熟度较高。这与正构烷烃指示舟山海域受到石油污染一致。