環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域固相微萃取技術(shù)的實(shí)踐探索

1 固相微萃取技術(shù)的基本原理

固相微萃取法的本質(zhì)是“非溶劑型”萃取工藝，將高分子有機(jī)涂層、吸附劑涂敷在纖維組織上后，萃取目標(biāo)物會(huì)在二者吸附功能作用下濃縮。隨后通過(guò)氣象色譜技術(shù)進(jìn)行熱解吸，使目標(biāo)物順利進(jìn)入檢測(cè)、分析環(huán)節(jié)。環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，固相微萃取可用于領(lǐng)域內(nèi)各類(lèi)揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)物的萃取與檢測(cè)，其在與紫外線(xiàn)光譜、液相色譜聯(lián)用后，整體應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，可詳細(xì)分析目標(biāo)物基質(zhì)、成分結(jié)構(gòu)，獲取其各成分的具體系數(shù)。例如，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，固相微萃取技術(shù)可用于固態(tài)、液態(tài)、氣體等有機(jī)物的檢測(cè)，常見(jiàn)萃取目標(biāo)物有苯系物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、無(wú)機(jī)金屬離子等。但在環(huán)境檢測(cè)物萃取期間，為發(fā)揮固相微萃取技術(shù)實(shí)踐優(yōu)勢(shì)，還應(yīng)在涂層選擇、萃取方法、溫度控制、酸堿度調(diào)整等環(huán)節(jié)中，優(yōu)化萃取流程。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中固相微萃取技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，固相微萃取技術(shù)屬于新型環(huán)境容物監(jiān)測(cè)工藝，具體可包括萃取目標(biāo)物、熱解吸、濃縮環(huán)境容物、取樣分析等實(shí)踐步驟。筆者對(duì)比分析現(xiàn)有萃取技術(shù)與固相微萃取技術(shù)的實(shí)踐效果后發(fā)現(xiàn)，固相微萃可打破常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)中對(duì)有機(jī)溶劑、注入性填充物的依賴(lài)，檢測(cè)人員可在目標(biāo)物固定相中，靈活運(yùn)用吸附劑、高分子涂層吸附效能，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的有效萃取，且萃取過(guò)程中的靈敏度高，能夠?qū)崿F(xiàn)萃取目標(biāo)物的超痕量分析，甚至達(dá)到納克級(jí)別檢測(cè)，使得環(huán)境監(jiān)測(cè)中污染物、無(wú)機(jī)物萃取更加精準(zhǔn)。另外，固相微萃取技術(shù)在采集、分析樣品時(shí)，無(wú)需提前制備大量樣品，實(shí)驗(yàn)所用儀器簡(jiǎn)單，通常無(wú)較多附屬性設(shè)備，使檢測(cè)人員可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)中在線(xiàn)、實(shí)時(shí)收集環(huán)境萃取目標(biāo)物，確保環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中目標(biāo)物萃取的便捷性。

3 固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的具體實(shí)踐

3.1 大氣環(huán)境內(nèi)的污染物質(zhì)萃取

以固相微萃取技術(shù)對(duì)VOCs 和硫化物的萃取實(shí)驗(yàn)為例。首先，帶有吸附劑的涂層對(duì)大氣環(huán)境中采集的VOCs 樣品完成吸附工作后，萃取涂層、VOCs 樣品會(huì)維持平衡，產(chǎn)生可萃取的檢驗(yàn)樣品。隨后實(shí)驗(yàn)人員可針對(duì)性分析目標(biāo)物、有機(jī)污染物的線(xiàn)性關(guān)系，并在公式n=(KVCV2)/(KV+V2)的作用下計(jì)算涂層上有機(jī)物含量。該公式中，V表示涂層體積、V2為VOCs 樣品體積、K為樣品及萃取涂層的分配系數(shù)C表示所測(cè)目標(biāo)物的原有濃度系數(shù)。

其次，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，針對(duì)VOCs 的監(jiān)測(cè)核心在于測(cè)定目標(biāo)物中的苯系物。所以在萃取完畢后，需借助PDMS 涂層的非線(xiàn)性特點(diǎn)，評(píng)估厚度處于30～100μm 的PDMS 涂層，其在萃取樣品時(shí)的分子量，完成VOCs 樣品成分、苯系物的濃度、硫化物的測(cè)定。

最后，由于固相微萃取技術(shù)在氣態(tài)污染物進(jìn)樣時(shí)，對(duì)環(huán)境濕度、溫度等指標(biāo)要求較高，因此在實(shí)驗(yàn)期間，還應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境溫濕度，防止VOCs 擴(kuò)散系數(shù)在低溫條件下影響萃取涂層吸附功能。另外，測(cè)定大氣環(huán)境中VOCs 硫化物、苯系物時(shí)，不同環(huán)境中其實(shí)驗(yàn)方法會(huì)有著較大差異性，相關(guān)人員應(yīng)按照具體監(jiān)測(cè)環(huán)境，確定對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，如表1 所示。

表1 大氣內(nèi)VOCs廢氣固相微萃取實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)表明，基于固相微萃取技術(shù)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，濕度、溫度等影響因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響明顯減弱，且在監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中，可將各類(lèi)硫化物測(cè)定偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如表2 所示。由此可見(jiàn)，固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，其對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)靈敏度、準(zhǔn)確度較高，可滿(mǎn)足新時(shí)期環(huán)境保護(hù)中的環(huán)境容物監(jiān)控需求。

表2 固相微萃取-PFPD重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

3.2 固相微萃取技術(shù)與氣相色譜的聯(lián)合應(yīng)用

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中，空氣中常見(jiàn)的揮發(fā)性有機(jī)物，分別為乙苯、二甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二氯苯、乙基己醇、苯乙烯、苯酚等，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。其中含量較高的揮發(fā)性有機(jī)物為醇類(lèi)、芳香烴，其中苯乙烯是芳香烴類(lèi)有機(jī)物的主要成分。

表3 空氣內(nèi)常見(jiàn)揮發(fā)性有機(jī)物

除此之外，固相微萃取技術(shù)與氣相色譜的聯(lián)合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中，筆者在萃取實(shí)驗(yàn)后已經(jīng)獲得較為完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，且各類(lèi)化合物萃取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確較高，如表4 所示。

表4 固相微萃取與氣相色譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)

從表4 中揮發(fā)性有機(jī)物相對(duì)含量可知，固相微萃取技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中，通過(guò)各類(lèi)污染物相對(duì)濃度的測(cè)定，分析不同區(qū)域萃取物的實(shí)際濃度。結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)環(huán)境，上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可表示由于大氣環(huán)境中，樣品濃度波動(dòng)大，所以可利用固相微萃取技術(shù)，準(zhǔn)確獲取空氣內(nèi)各萃取物的實(shí)際濃度，幫助環(huán)境監(jiān)測(cè)人員獲取完整的各空氣組分的濃度數(shù)據(jù)。另外，在具體的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，液膜厚度、萃取時(shí)間等因素，均會(huì)對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)效果造成影響，要求技術(shù)人員嚴(yán)格控制各實(shí)驗(yàn)參數(shù)，發(fā)揮固相微萃取在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、分析中的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)。

具體來(lái)說(shuō)，固相微萃取時(shí)，其液膜的本質(zhì)為涂層，石英纖維長(zhǎng)度、涂層厚度會(huì)都直接影響大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中，SO2、NO、NO2、NO3、VOCs、O3等污染物質(zhì)固相吸附量。因此，環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需按照監(jiān)測(cè)區(qū)域，選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的石英纖維，并通過(guò)液膜厚度的調(diào)整，增加污染物萃取中的吸附量，提升大氣環(huán)境萃取操作的靈敏度。另外，由于大氣環(huán)境中被分離物質(zhì)進(jìn)入石英纖維涂層后，所需平衡時(shí)間較長(zhǎng)，所以應(yīng)在固相微萃取技術(shù)實(shí)踐中，應(yīng)將石英纖維厚度保持在1～1.5cm，液膜厚度調(diào)整為10～100pm，使被分離氣體污染物、氣體成分可在液膜吸附后，其萃取效率得以提升。

4 結(jié)語(yǔ)

固相萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的滲透，是在大氣環(huán)境中，應(yīng)用固相微萃取技術(shù)與氣相色譜的聯(lián)合試壓，監(jiān)測(cè)VOCs、硫化物等環(huán)境容物。繼而根據(jù)實(shí)驗(yàn)中VOCs 內(nèi)甲苯、苯乙烯等萃取物樣品的相對(duì)含量，因此相關(guān)人員只有正確評(píng)估固相微萃取的實(shí)踐價(jià)值，靈活將其應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，才能推動(dòng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)革新，為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。