磁性固相萃取在環境污染物檢測中的應用分析

袁少偉 戴新榮 賀傳友 江宏玲

前言

直接在環境介質中進行富集和快速分離屬于磁性固相萃取具備的主要優勢，應用傳統方法存在的吸附劑用量大、柱堵塞、高背壓等問題也能夠實現較好避免，而為了保證磁性固相萃取更好服務于環境污染物檢測，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 環境污染物檢測中的磁性固相萃取應用路徑

1.1 分子印跡聚合物

在環境污染物檢測的磁性固相萃取應用中，分子印跡聚合物在其中發揮的作用不應被忽視，作為典型的磁性固相萃取用吸附劑，其本質上屬于具有選擇性分子識別位點的穩定合成聚合物，較強的特異識別性、優秀的穩定性、高度交聯結構等特點也使得分子印跡聚合物可用于環境污染物檢測，應用甲基對硫磷印跡的磁性印跡聚合物開展的土壤中甲基對硫磷快速萃取便屬于其中代表，將目標物質印跡到磁性碳納米管和石墨烯表面同樣屬于分子印跡聚合物的典型應用，這種應用實現的吸附能力提升使得其能夠更好用于環境污染物檢測[1]。

1.2 石墨烯

石墨烯同樣能夠用于環境污染物檢測，疏水性強、化學穩定性高、表面積超大均屬于其具備的優勢，應用磁性石墨烯復合材料G-FE3O4實現的環境水樣氨基甲酸酯類殺蟲劑萃取便屬于石墨烯的典型應用，環境水樣磺胺類抗生素藥物、蔬菜中痕量三唑類殺菌劑的萃取同樣能夠較好證明石墨烯應用價值。值得注意的是，為保證石墨烯更好服務于環境污染物檢測，引入G鍵合包覆的磁性納米粒子屬于前景較為明朗的研究方向。

1.3 金屬-有機骨架材料

金屬-有機骨架材料同樣能夠較好服務于環境污染物檢測，比表面積大、便于后修飾、孔徑可調控屬于這類材料具備的主要優勢，這也使得近年來國內外圍繞金屬-有機骨架材料的環境污染物檢測開展了大量研究，測定水樣中的痕量多環芳烴、選擇性吸附污水中重金屬離子、快速萃取沉積物中痕量的重金屬均屬于金屬-有機骨架材料的典型應用，組成和結構豐富多樣與該種類材料的廣泛應用存在較為緊密聯系。

2 環境污染物檢測中的磁性固相萃取應用實踐

2.1 研究區概況

為提升研究的實踐價值，本文選擇了某省轄市場地作為研究對象，場地地形南西高、北東低，局部坡度、總體坡度分別＜7%與＜5%，場區植被較好，果樹林覆蓋率超過80%。場區所在地省轄市屬華北暖溫帶沿海濕潤季風區大陸性氣候，四級分明。受人口密集、耕地面積廣、農業活動頻繁且研究區大量填埋垃圾，附近河流污染嚴重，地下水中有機氯農藥富集多、輻射廣，因此研究人員開展了圍繞場區地下水有機氯農藥的環境污染物檢測[2]。

2.2 材料制備

2.2.1 儀器、原材料

檢測用儀器主要包括磁力攪拌器、高溫管式爐、VORTEX-5型號漩渦儀、WX881-3型號威信烘干箱、冷凍高速離心機、NDK-36W型號氮吹濃縮儀、OP-4200DTS型號雙頻超聲波清洗機、SWPRATM55型號掃描電鏡儀；檢測用原材料主要包括二氯甲烷、甲醇、2-甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、六水合氯化鈷，檢測用全部原材料均為分析純。

2.2.2 材料合成方法與成分組成

依次在 80ml甲醇中融入 950mg的 CoCl2·6（H20）、600mg的 PVP、2630mg的2-MeIm，融入過程需始終處于攪拌狀態下，隨后使用磁力攪拌器進行室溫狀態下溶液攪拌，攪拌時間控制為12h，由此可得到紫色溶液，使用冷凍高速離心機進行紫色溶液離心，并隨后使用OP-4200DTS型號雙頻超聲波清洗機進行超聲清洗，重復離心、超聲清洗各五次后，將紫色溶液置入WX881-3型號威信烘干箱，設定烘干溫度為70℃，烘干10h后可得到紫色固體粉末，使用高溫管式爐并通入氮氣作為保護氣進行紫色固體粉末加熱，加熱溫度設定為700℃、加熱時間為2h，紫色粉末由此碳化形成多孔碳，最后使用甲醇進行5次清洗，烘干后即可用于場區地下水有機氯農藥的環境污染物檢測。

使用SWPRATM55型號掃描電鏡儀進行多孔碳檢測，可確定該多孔碳材料由C、N、O、Co元素組成，其中四種元素所占重量百分比依次為27.93%、6.85%、2.32%、62.90%，原子百分比則依次為57.74%、12.14%、3.61%、26.51%，Co元素占重量百分比最大，C元素占原子百分比最大，由于Co元素的大量存在，該多孔碳材料屬于典型的“金屬-有機骨架材料”，且BET高達177.43m2/g，這使得其能夠較好實現有機氯農藥的吸附[3]。

2.3 場區地下水分析

2.3.1 地下水樣處理

量取120ml的1號地下水樣置于50ml離心管，加入上一環節制成的多孔碳材料，使用漩渦儀進行10min渦旋處理，多孔碳材料由此即可有效吸附地下水樣中的有機氯農藥，使用磁鐵在離心管外壁吸引多孔碳材料并去除全部水樣后，移除磁鐵并加入2ml二氯甲烷解吸液，使用漩渦儀進5min渦旋處理，由此即可得到有機氯農藥解吸液，使用NDK-36W型號氮吹濃縮儀將解吸液濃縮至100μL，最終即可進行場區地下水有機氯農藥的環境污染物檢測，檢測使用三重四級桿氣質聯用儀，2-14號地下水樣開展相同檢測。

2.3.2 GC-MS分析

使用氣相色譜-質譜聯用儀進行GC-MS分析，具體分析使用35mm×0.25mm×025μm的HP-5毛細色譜柱，升溫程序為：“保持柱溫80℃1min→升溫至130℃，升溫速率為20℃/min→升溫至250℃，升溫速率為5℃/min→升溫至300℃，升溫速率為20℃/min→保持8min”，接觸面面積、載氣流速分別設置為290℃與1.2mL/min，進樣量為1.0μL，不分流進樣。

2.4 檢測結果與討論

表1為各采樣點地下水中有機氯農藥檢出量，由此了確定研究區有機氯農藥總和濃度范圍為1.10～35.21mg/L，其中3號、9號采樣點地下水有機氯農藥污染最為嚴重，這是由于3號采樣點位于垃圾填埋場區中心位置，而9號采樣點則位于農田中間，這能夠在一定程度上證明農業活動與垃圾填埋場滲濾作用屬于有機氯農藥的主要來源。此外，研究區總六六六含量占總農藥含量的90.67%，且β-HCH與α-HCH的檢出量最高，這是由于二者具備穩定性高、難揮發。難降解特性所致。

3 結論

綜上所述，磁性固相萃取能夠較好用于環境污染物檢測，在此基礎上，本文利用利用磁性多孔碳材料開展的實踐檢測、得出的β-HCH與α-HCH的檢出量最高結果，則提供了可行性較高的環境污染物檢測磁性固相萃取應用路徑，而為了實現更高質量的磁性固相萃取應用，新穎、吸附效果更好、綜合性能更優越的吸附劑研制必須得到高度重視。