現(xiàn)代化萃取技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究

高殿文

（呂梁市生態(tài)環(huán)境局柳林分局，山西 呂梁 033300）

0 引言

水環(huán)境中的大量有機(jī)污染物都以沉積物形式，存在于水和底泥間進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化，科學(xué)全面對沉積物中有機(jī)污染物進(jìn)行檢測，對改善水體污染環(huán)境、進(jìn)行水體環(huán)境保護(hù)有著重要意義。國內(nèi)針對水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)劃出68 種有機(jī)污染物的標(biāo)準(zhǔn)閾值，通過對比監(jiān)測各地水環(huán)境限值，對水體有機(jī)污染物進(jìn)行有效監(jiān)測。快速溶劑萃取ASE 技術(shù)，就是一種樣品前處理技術(shù)，可實現(xiàn)對固相、半固相有機(jī)污染物質(zhì)的精確萃取監(jiān)測。

1 水環(huán)境監(jiān)測中有機(jī)物前處理技術(shù)分析

結(jié)合有機(jī)物的特性，包括揮發(fā)性、溶解性等，進(jìn)行水環(huán)境中沉淀樣品有機(jī)物的前處理主要采用液固萃取方法，常規(guī)液固萃取技術(shù)方法依據(jù)作用原理及技術(shù)特點(diǎn)，可分為索氏提取、超聲萃取、微波萃取以及自動索氏提取四類。本文主要分析一種持久性有機(jī)物POPs 的萃取過程，該類有機(jī)污染物具備持久性、生物積蓄性、半揮發(fā)性以及長距離遷移性等特點(diǎn)，毒性高且親脂憎水，應(yīng)用上述常規(guī)固液萃取方法效果較差，需要進(jìn)行頻繁監(jiān)測取樣，很難滿足高效高質(zhì)量萃取監(jiān)測要求。

為進(jìn)一步提高水環(huán)境監(jiān)測效果，改善水體環(huán)境質(zhì)量，提出應(yīng)用一種新型快速溶劑萃取技術(shù)ASE，該技術(shù)是基于溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解度存在顯著差異的特點(diǎn)，通過快速溶劑萃取儀設(shè)備，在高溫高壓環(huán)境下，選取恰當(dāng)溶劑將有機(jī)污染物進(jìn)行高效快速萃取的方法。這項萃取技術(shù)在當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測有機(jī)物前處理應(yīng)用中十分普遍，基于其顯著應(yīng)用優(yōu)勢，已基本取代了上述常規(guī)萃取方法。

2 快速溶劑萃取技術(shù)作用機(jī)理及工藝流程

2.1 技術(shù)作用機(jī)理分析

該萃取技術(shù)的主要作用機(jī)理，是在高溫高壓環(huán)境下，按照一定化學(xué)規(guī)律，在升溫、升壓過程中溶質(zhì)會加快向化學(xué)反應(yīng)的正向進(jìn)行，從而提高解吸和溶解速率，提高溶劑沸點(diǎn)，將被分析物快速從基質(zhì)中解析出來進(jìn)入溶劑當(dāng)中，從而有效加快萃取速率。

1）升溫效果分析。快速溶劑萃取儀設(shè)備共包含12 個萃取位和2 個清洗位，同時有34、66、100 mL 三種不同體積的萃取池，儀器設(shè)備的溫度設(shè)定范圍為50～200 ℃。通常水環(huán)境污染物萃取溫度在5～125 ℃，隨著萃取溫度的提高，溶劑黏度顯著降低、溶解速率加快，顯著提高了溶質(zhì)在基體中的基體效應(yīng)，快速溶劑萃取技術(shù)的升溫加熱時間應(yīng)確保大于10 min。

2）加壓效果分析。快速溶劑萃取技術(shù)屬于一種固液萃取技術(shù)，因此通過增大壓力可以提高萃取溶劑沸點(diǎn)，從而使溶劑在高溫狀態(tài)下仍保持液態(tài)，將溶劑快速擴(kuò)散在萃取儀器中，加快萃取速率，該儀器設(shè)備的最佳壓力值應(yīng)控制在1 500 psi。

3）循環(huán)萃取機(jī)理。通過多次少量進(jìn)行有機(jī)污染物萃取，增加靜態(tài)萃取次數(shù)，進(jìn)行多次循環(huán)操作，可以達(dá)到一種動態(tài)萃取效果，從而使得監(jiān)測結(jié)果更加精確。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)及工藝流程

快速溶劑萃取技術(shù)工藝流程如圖1 所示，其中需要注意的是：在第一步有機(jī)污染物樣品準(zhǔn)備時，要保持樣本萃取前處于干燥狀態(tài)，并提前進(jìn)行研磨處理，要求研磨粒徑不超過0.5 mm，加快顆粒的溶解速率；同時在兩次向萃取池加入溶劑的過程中，需要注意對萃取溶劑的選取，應(yīng)結(jié)合所調(diào)查有機(jī)污染物自身屬性，合理進(jìn)行鹽酸、硝酸等強(qiáng)酸溶劑及水、緩沖溶劑的選取，利用有機(jī)物相似相容原理等，科學(xué)高效完成萃取過程。

圖1 快速溶劑萃取技術(shù)工藝流程示意圖

3 快速溶劑萃取技術(shù)工藝對照及應(yīng)用趨勢

3.1 與常規(guī)萃取工藝參數(shù)對照比較

快速溶劑萃取技術(shù)與傳統(tǒng)萃取工藝相比，在所需損耗溶劑以及萃取時間上都有顯著應(yīng)用優(yōu)勢，具體參數(shù)對照見表1[1]。可以看出，應(yīng)用快速萃取技術(shù)在樣品容量大小相同情況下，使用溶劑可節(jié)省350～400 mL，與其它傳統(tǒng)萃取工藝相比，具備顯著應(yīng)用優(yōu)勢；同時對比萃取時間可以發(fā)現(xiàn)，快速萃取技術(shù)所需時間最短，顯著提高了有機(jī)污染物的萃取效率[2]。

表1 快速萃取技術(shù)與傳統(tǒng)萃取工藝參數(shù)對照表

3.2 與其它現(xiàn)代萃取技術(shù)對照比較

1）與超臨界萃取技術(shù)相比，超臨界萃取技術(shù)由于應(yīng)用氣體萃取技術(shù)，在實際工藝操作過程中，氣體萃取效率相對較低，工藝也更為繁瑣。同時氣體萃取溶劑的選取相對困難，以二氧化碳萃取溶劑為例，需要通過添加極性改性劑等提高萃取效率，而快速溶劑萃取技術(shù)ASE 的極性溶劑選擇面較廣，對儀器設(shè)備配置更低，萃取工藝流程更為成熟。

2）與固相微萃取技術(shù)相比，固相微萃取技術(shù)具備萃取時間短、操作簡單等優(yōu)勢，在萃取操作過程中可通過選用與待測樣品性質(zhì)相近的萃取頭來減少取樣時間，便于進(jìn)行組分分離，萃取工藝流程如圖2 所示[3]。但在實際操作過程中，對固相微萃取投的制造和使用過程要求苛刻，萃取頭不僅容易發(fā)生破損，而且成本較高，萃取頭上的固定液也會因高溫發(fā)生流失，同時在萃取工藝中吸附上其它雜質(zhì)，使最終測定結(jié)果出現(xiàn)誤差，因此總體來說，該項萃取工藝在技術(shù)研發(fā)上存在著不穩(wěn)定性，很容易在分離制備過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，影響到產(chǎn)物回收率，技術(shù)工藝相對不夠成熟，而快速溶劑萃取技術(shù)則擁有一套成熟快速的萃取工藝，操作工序也更加簡便，適用性更強(qiáng)。

圖2 固相微萃取技術(shù)工藝流程示意圖

3.3 快速溶劑萃取技術(shù)應(yīng)用范疇

快速溶劑萃取技術(shù)主要用于對水環(huán)境底泥、土壤中的酸性、堿性或中性固體物質(zhì)進(jìn)行萃取操作，包括對水環(huán)境中的有機(jī)氯、磷農(nóng)藥、氯代除草劑或柴油、汽油等的萃取過程，尤其是對一些半揮發(fā)性物質(zhì)、有機(jī)物金屬化合物等物質(zhì)的萃取過程效率較高。同時該萃取技術(shù)可以與傳統(tǒng)索氏萃取技術(shù)、超聲萃取技術(shù)相兼容應(yīng)用，在進(jìn)行萃取操作時需要做到封閉處理，避免對監(jiān)測人員的生命安全造成威脅，并減少對周邊環(huán)境的污染危害。總體來說，快速溶劑萃取工藝屬于一種儀器設(shè)備配置簡單，總體操作工藝成熟、檢測精確度高的現(xiàn)代化萃取技術(shù)。

3.4 技術(shù)發(fā)展趨勢

1）快速溶劑萃取技術(shù)主要是進(jìn)行水環(huán)境中底泥、土壤等固體物質(zhì)的萃取操作，也即對固相物質(zhì)的萃取效率較高，但對水環(huán)境中游離態(tài)有機(jī)污染物的檢測確存在很大局限性，因此在后續(xù)技術(shù)改進(jìn)發(fā)展過程中，可加大有機(jī)污染物的監(jiān)測面，對水環(huán)境有機(jī)污染物進(jìn)行全方位萃取監(jiān)測，提高快速溶劑萃取技術(shù)監(jiān)測的全面性。

2）對于水環(huán)境中賦存的易揮發(fā)性物質(zhì)，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)是利用頂空氣相色譜分析。通過發(fā)展吹掃捕氣相色譜法，并結(jié)合快速溶劑萃取技術(shù)的使用，可以大幅提升對水環(huán)境中半揮發(fā)、難揮發(fā)以及難降解有機(jī)物的監(jiān)測過程，實現(xiàn)水環(huán)境有機(jī)污染物的全面精確檢測。通過綜合應(yīng)用各種檢測手段，全面提高水環(huán)境質(zhì)量檢測能力。

4 結(jié)語

為進(jìn)一步提高水環(huán)境監(jiān)測效果，改善水體環(huán)境質(zhì)量，提出應(yīng)用一種新型快速溶劑萃取技術(shù)ASE，該技術(shù)是基于溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解度存在顯著差異的特點(diǎn)，通過快速溶劑萃取儀設(shè)備，在高溫高壓環(huán)境下，選取恰當(dāng)溶劑將有機(jī)污染物進(jìn)行高效快速萃取的方法。該萃取技術(shù)在當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測有機(jī)物前處理應(yīng)用中十分普遍，與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比具備溶劑損耗少、萃取時間短、效率高等顯著應(yīng)用優(yōu)勢。