萃取技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

張曉霞

摘要：快速溶劑萃取作為一種樣品前處理技術(shù)，可以監(jiān)測(cè)固體物質(zhì)中的污染物，這種監(jiān)測(cè)方法能夠?qū)腆w或半固體樣品中的待測(cè)物進(jìn)行高效、快速地萃取。本文通過闡述有機(jī)污染物前處理現(xiàn)狀，分析快速溶劑萃取技術(shù)，同時(shí)對(duì)ASE與其它前處理技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而在一定程度上為研究探討水環(huán)境中有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：前處理 水環(huán)境監(jiān)測(cè) 萃取技術(shù)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水環(huán)境中有機(jī)污染問題逐漸突出。為了解決有機(jī)污染，需要監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物。為了確保本國國民的身體健康，許多國家提出新的衛(wèi)生要求：如果食品受到農(nóng)藥、有毒物質(zhì)的污染，那么出口將會(huì)被禁止。在農(nóng)藥殘留量、有毒物質(zhì)含量等方面，各國都制定了嚴(yán)格的出口食品檢疫標(biāo)準(zhǔn)。作為世界貿(mào)易組織成員國，我國對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行高效、快速地監(jiān)測(cè)成為當(dāng)務(wù)之急。

對(duì)于有機(jī)污染物來說，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：①具有生物的積累性。②具有“三致”作用，對(duì)于有些痕量有機(jī)物來說，甚至具有一定的危害性。在這種情況下，需要對(duì)痕量、超痕量污染物的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行研究和探索，對(duì)有機(jī)污染物在一定程度上進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求。因此，在有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，研究探索高效、快速的監(jiān)測(cè)技術(shù)是一個(gè)重點(diǎn)問題。

通常情況下，對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括樣品前處理和儀器檢測(cè)。在有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)中，樣品前處理技術(shù)發(fā)揮著重要作用，快速溶劑萃取技術(shù)作為一項(xiàng)前處理方法，通常情況下主要是對(duì)同相、半固相物質(zhì)中的痕量有機(jī)物進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)。

1 有機(jī)污染物前處理的現(xiàn)狀

通常情況下，主要采用液固萃取方法對(duì)樣品有機(jī)物進(jìn)行前處理，其處理的原理主要是利用有機(jī)物在不同的溶劑中溶解度的不同，進(jìn)而在一定程度提取待測(cè)的有機(jī)物。在對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，傳統(tǒng)的有機(jī)污染物的提取模式主要包括索氏提取法等，隨著科技的不斷進(jìn)步，后來逐步出現(xiàn)自動(dòng)索氏提取、超臨界萃取等，這些提取方法的不足是：使用有機(jī)溶劑的量比較多，并且萃取時(shí)間長，萃取效率低。

采樣點(diǎn)多、樣品數(shù)量大、時(shí)效性強(qiáng)等這是水環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要特點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)水環(huán)境的過程中，通常情況下，需要采取應(yīng)急監(jiān)測(cè)措施，由于上述前處理方法不能滿足高效、經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)代化的需要，所以迫切需要一種全新的前處理方法。這時(shí)，快速溶劑萃取法應(yīng)運(yùn)而生，這種監(jiān)測(cè)方法是在升高溫度、增大壓力的條件下，能夠?qū)腆w物質(zhì)中的有機(jī)物進(jìn)行自動(dòng)萃取，該監(jiān)測(cè)方法與傳統(tǒng)方法相比，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：使用較少的有機(jī)溶劑、萃取時(shí)間比較短、回收效率高。該監(jiān)測(cè)方法憑借自身世界領(lǐng)先的水平，被美國EPA選定為推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 快速溶劑萃取技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

①升高溫度。在對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)過程中，基體效應(yīng)通過提高溫度可以進(jìn)一步解決，同時(shí)能夠降低溶劑的粘度，在一定程度上加速了溶劑分子的擴(kuò)散，進(jìn)一步提高了萃取效率等。對(duì)于監(jiān)測(cè)設(shè)備方面，其溫度范圍通常為50℃-200℃。對(duì)于常規(guī)溫度來說，一般在75℃-125℃。②增加壓力。隨著不但增加液體的壓力，其沸點(diǎn)不斷提高。在這種情況下，通過提高溫度，增加壓力使溶劑在一定程度上保持液態(tài)，同時(shí)快速充滿萃取池。在溶解能力方面，液體要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氣體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力，進(jìn)而提高了萃取的效率，在一定程度上保證了易揮發(fā)物質(zhì)的不揮發(fā)性，同時(shí)系統(tǒng)的安全性大大增加。③多次循環(huán)。在萃取過程中，通過研究分析化學(xué)中多次、少量萃取的原則，通過對(duì)新鮮溶劑進(jìn)行多次靜態(tài)循環(huán)，進(jìn)而在一定程度上使其接近動(dòng)態(tài)循環(huán)，其萃取效率進(jìn)一步提高。

2.2 工作過程

①準(zhǔn)備樣品。如果樣品中含水，其萃取效率就會(huì)降低，因此，在萃取前，需要對(duì)樣品進(jìn)行自然風(fēng)干或加入硅藻土等干燥劑進(jìn)行干燥處理，在對(duì)樣品進(jìn)行干燥時(shí)，不能使用硫酸鈉，否則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的凝結(jié)現(xiàn)象。對(duì)于樣品顆粒來說，通常情況下，表面積越大，對(duì)應(yīng)的萃取效率相應(yīng)的提高。因此，對(duì)樣品顆粒在進(jìn)行萃取前，需要進(jìn)行相應(yīng)的研磨處理，進(jìn)而在一定程度上將顆粒粒徑控制在0.5mm，聚合體樣品最好控制在低溫狀態(tài)。②選擇萃取劑。在對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行萃取的過程中，需要對(duì)萃取劑進(jìn)行科學(xué)、合理地選擇。在萃取過程中，除使用鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸外，通常情況下，用于ASE的也可以是有機(jī)試劑、水等。③技術(shù)特點(diǎn)。通過對(duì)泵入樣品萃取池中的溶劑進(jìn)行數(shù)分鐘的加溫、加壓處理，從加熱的萃取池中將萃取物輸送到收集瓶中，然后進(jìn)行凈化、脫水、濃縮等處理，留作色潛分析。

2.3 適用范圍

對(duì)于ASE來說，通常情況下，主要對(duì)底泥等固體物質(zhì)中的物質(zhì)進(jìn)行萃取，在萃取過程中，能夠?qū)λh(huán)境中的有機(jī)氯和有機(jī)膦農(nóng)藥、氯代除草劑等進(jìn)行有效的處理。

3 ASE與其它前處理技術(shù)比較

3.1傳統(tǒng)萃取技術(shù)

在進(jìn)行前處理時(shí)，完全可以用ASE方法對(duì)傳統(tǒng)的索氏提取、自動(dòng)索氏提取、超聲萃取等方法進(jìn)行取代。傳統(tǒng)的萃取方法與ASE方法相對(duì)比，結(jié)果如表1所示：

表1

[技術(shù)名稱

索氏提取

自動(dòng)鎖是提取

超聲萃取

微波萃取

ASE快速溶劑萃取

平均溶液使用量（萃取10克樣品）

200至500毫升

50至100毫升

150至200毫升

25至50毫升

15至45毫升

平均萃取時(shí)間

4至48小時(shí)

1至4小時(shí)

30分鐘至1小時(shí)

30分鐘至1小時(shí)

12至20分鐘]

通過對(duì)表1進(jìn)行分析可知，對(duì)于所用的溶劑，萃取同樣的樣品，ASE用量最少，溶劑樣品比為1.5:1；在萃取時(shí)間方面，其它方法用小時(shí)計(jì)算，ASE僅用12-20分鐘。

3.2超臨界萃取技術(shù)

與超臨界萃取技術(shù)相比，對(duì)比情況如表2所示，ASE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為：

表2

[技術(shù)名稱

ASE技術(shù)

超臨界萃取技術(shù)

設(shè)備要求

溫度低，壓力小

溫度低，但壓力要求高

萃取池容量

34.66和100ml

50ml

自動(dòng)化程度

高，可自由編程，全過程萃取<20min

一般，設(shè)備固定編程，全過程萃取>120min

分析級(jí)別

可達(dá)ppt級(jí)

可達(dá)ppb級(jí)

應(yīng)用范圍

環(huán)境保護(hù)、煙草、造紙、化妝品等

藥品、職務(wù)等]

通過對(duì)表2進(jìn)行分析可知，ASE萃取技術(shù)應(yīng)用范圍更廣泛，而且操作更簡單。

對(duì)于ASE萃取池來說，由于容積比較大，通常為100mL，所以一次可以對(duì)大量的樣品進(jìn)行處理，對(duì)于痕量、超痕量污染物的萃取更為合適。

3.3索氏提取技術(shù)

索氏提取作為一種傳統(tǒng)的萃取方法，普遍使用于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室中。索氏提取完全可以被ASE取代，并且優(yōu)勢(shì)非常明顯，二者的比較如表3所示：

表3

[技術(shù)名稱

索氏提取

ASE提取

平均溶液使用量（萃取10克樣品）

100至300毫升

15至45毫升

平均萃取時(shí)間

4至6小時(shí)

12至20分鐘]

采用ASE技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)可以獲得理想的萃取效率，同時(shí)萃取溶劑的使用量明顯減少，進(jìn)一步降低了單個(gè)樣品的提取費(fèi)用。萃取過程中，由于采用了密閉系統(tǒng)，進(jìn)而降低了有機(jī)組分的損失，回收率大大提高。

4 問題與展望

對(duì)于現(xiàn)代萃取技術(shù)來說，由于自身的優(yōu)點(diǎn)比較突出，環(huán)境污染監(jiān)測(cè)者在一定程度上給予了高度關(guān)注。在對(duì)底泥等固相物質(zhì)進(jìn)行處理的過程中，ASE技術(shù)憑借自身的優(yōu)勢(shì)得以推廣，但是這種技術(shù)同樣具有局限性，例如對(duì)水中的有機(jī)污染物難以進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。因此，在對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程中，需要不斷提高監(jiān)測(cè)水平，進(jìn)而適應(yīng)監(jiān)測(cè)水環(huán)境中有機(jī)污染物的需要。

在監(jiān)測(cè)水環(huán)境的過程中，應(yīng)對(duì)吹掃捕集、固相萃取、快速溶劑萃取(ASE)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地發(fā)展，對(duì)于水環(huán)境中的有機(jī)污染物，通過結(jié)合這三種前處理技術(shù)進(jìn)而在一定程度上進(jìn)行完整處理，再與色譜技術(shù)的聯(lián)合使用，從而進(jìn)一步促進(jìn)了水利現(xiàn)代化的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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