快速溶劑萃取技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

        摘要：快速溶劑萃取技術(shù)作為一種樣品前處理技術(shù)，主要用于監(jiān)測固體物質(zhì)中的污染物。它是基于溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解度不同。借助快速溶劑萃取儀，在高溫高壓條件下，選擇*佳溶劑，保證監(jiān)測的效率和快速性。本文分析了水環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀，介紹了溶劑快速萃取技術(shù)的概況，包括原理、工藝、特點(diǎn)等，重點(diǎn)介紹了該技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用。具體內(nèi)容是各種技術(shù)的比較、應(yīng)用現(xiàn)狀和改進(jìn)方向，明確溶劑快速萃取技術(shù)的作用，使其廣泛應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測，保證監(jiān)測的效率和質(zhì)量。
        引言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，水環(huán)境問題日益嚴(yán)重，受到人們的高度關(guān)注。水污染有兩種類型，即無機(jī)污染和有機(jī)污染。后者可提煉為耗氧有機(jī)污染和微量有害有機(jī)污染。日益嚴(yán)重的有機(jī)污染直接影響到環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，甚至威脅著人類的身心健康，因此，水環(huán)境監(jiān)測十分必要。監(jiān)測和分析中*關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是樣品預(yù)處理。提取技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。與其他方法相比，快速溶劑萃取技術(shù)具有快速、高效、方便等顯著優(yōu)勢。因此，本文探討該技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用，旨在為水環(huán)境監(jiān)測提供可靠保障。
         1 水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀
        改革開放以來，我國工業(yè)進(jìn)程快速推進(jìn)，隨之而來的是大量工業(yè)“三廢”，即：廢水、廢渣、廢渣。水環(huán)境中污染物的種類越來越豐富多樣。對于水環(huán)境中的有機(jī)污染，它具有“三因”特征，主要是有機(jī)物的生物蓄積，增加了突變、畸形和癌癥的發(fā)生率。進(jìn)入21世紀(jì)，國際會(huì)議明確規(guī)定了12種有機(jī)物質(zhì)，禁止或限制使用，呼吁世界各國關(guān)注環(huán)境，開展水環(huán)境監(jiān)測[1]。
        水環(huán)境中的污染物主要以沉積物的形式存在，并在水與底泥之間遷移轉(zhuǎn)化。為有效保護(hù)水環(huán)境，應(yīng)在此基礎(chǔ)上對沉積物進(jìn)行全 面、科學(xué)、合理的監(jiān)測，確保水體污染防治效果和有效性。針對有機(jī)污染物的特點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者提出了不同的檢測方法，一是樣品前處理，二是設(shè)計(jì)配備檢測設(shè)備，主要利用設(shè)備對提取物進(jìn)行分離，并對其進(jìn)行定量和定量分析[2]。
        水環(huán)境中的有機(jī)物具有一定的特殊性，如：揮發(fā)性、溶解性和穩(wěn)定性。樣品前處理時(shí)，可選擇液固萃取法。討論了不同方法的原理和特點(diǎn)后，可以分為索氏提取法、自動(dòng)索氏提取法、超聲波提取法和微波提取法。
        本文以持久性有機(jī)污染物（POPs）為研究對象。其特點(diǎn)有：積累性、持久性、高毒、半揮發(fā)性和遠(yuǎn)距離遷移性等，在監(jiān)測水環(huán)境中的POPs時(shí)，如果仍采用傳統(tǒng)方法，難以滿足工作要求。造成這種情況的原因是持久性有機(jī)污染物采樣點(diǎn)復(fù)雜，樣本數(shù)量多。在實(shí)踐中，應(yīng)進(jìn)一步提高提取效率和質(zhì)量。
        為適應(yīng)水環(huán)境監(jiān)測的需要，國內(nèi)外學(xué)者積極探索并不斷研究提出加速溶劑萃取（ASE）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對固體或半固體樣品中有機(jī)物的有效快速提取。它在水環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用。經(jīng)過廣泛廣泛的應(yīng)用，逐漸成為一種標(biāo)準(zhǔn)方法。與其他提取方法相比，具有顯著的優(yōu)勢。
         2 快速溶劑萃取技術(shù)概述
        2.1 原理
        該技術(shù)基于溶質(zhì)在不同溶劑中的溶解度不同，通過快速溶劑萃取儀和合適的溶劑，在高溫高壓環(huán)境下，快速有效地萃取樣品中的有機(jī)物。溶質(zhì)在高溫高壓作用下，正反方向進(jìn)行，大大提高解吸速度和溶解力，提高溶劑的沸點(diǎn)。之后，分析物可以快速從基質(zhì)中分離出來，并可以快速進(jìn)入溶劑，從而保證提取率。
        在高溫方面，快速溶劑萃取儀共有12個(gè)萃取位，共2個(gè)清洗位，共3個(gè)萃取槽，容量不同，分別為34ml、66ml和100ml。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)有機(jī)物溶解的難易程度來選擇合適的溫度。本儀器的溫度范圍為50-200℃。一般情況下，水環(huán)境中污染物的平均溫度為100℃。因此，在常規(guī)方式提取污染物時(shí)，可選擇的溫度范圍為5-125℃。溫度升高后，不僅會(huì)增加基質(zhì)效應(yīng)，反應(yīng)速度和溶解速度也會(huì)降低溶劑粘度[3]。
        在壓力方面，ASE技術(shù)的本質(zhì)是液固萃取。隨著壓力的增加，萃取過程中溶劑的沸點(diǎn)會(huì)顯著升高。與氣態(tài)溶劑相比，液態(tài)溶劑與溶質(zhì)之間更容易發(fā)生反應(yīng)。同時(shí)，在高壓高溫條件下，溶劑可繼續(xù)保持液態(tài)，在溶劑萃取儀中迅速分散，從而保證溶劑萃取率。本儀器的壓力為 1500 psi。
        在循環(huán)方面，水環(huán)境中有機(jī)物的提取應(yīng)堅(jiān)持多次少量原則，增加靜態(tài)提取次數(shù)，如：2～3個(gè)循環(huán)，接近動(dòng)態(tài)提取，保證提取效果和質(zhì)量 [4]。
         2.2 過程
        ASE技術(shù)的萃取過程如下：將有機(jī)污染物和溶劑加入萃取罐中，然后加熱加壓，達(dá)到目標(biāo)溫度和壓力條件后，加入溶劑，經(jīng)過多次萃取循環(huán)，然后開始萃取分析。
        實(shí)踐中注意以下事項(xiàng)： 一方面，準(zhǔn)備樣品。如果在工作中使用含水樣品，會(huì)影響提取效率。因此，萃取前應(yīng)采用自然風(fēng)干法或加入干燥劑的方法對樣品進(jìn)行干燥；如果參與監(jiān)測的樣品顆粒表面積過大，萃取效果也會(huì)降低。在這種情況下，樣品應(yīng)在萃取前研磨，使粒徑小于 0.5mm。以聚合物樣品為例，如：液氮，應(yīng)在低溫環(huán)境下，加入添加劑后研磨；如果樣品是海砂或硅藻土，由于其顆粒較細(xì)，應(yīng)使用分散劑進(jìn)行萃取。這保證了提取的質(zhì)量。另一方面，選擇萃取劑。提取劑的選擇是否合理直接關(guān)系到提取效果，影響目標(biāo)化合物能否成功提取。 ASE技術(shù)部使用有機(jī)試劑、緩沖溶劑、水等，但禁止使用強(qiáng)酸。實(shí)踐中應(yīng)遵循相容相容的原則，即萃取劑與目標(biāo)化合物的極性要一致。如果混合物是具有不同極性的溶劑，則可以使用多種類型的化合物進(jìn)行萃取[5]。
         2.3 特點(diǎn)
        溶劑通過泵送入萃取槽。提取液經(jīng)加熱加壓后，輸送至收集瓶，經(jīng)純化、脫水、濃縮，以滿足色譜分析的需要。
         ASE技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是有機(jī)溶劑用量少，一般情況下10g樣品僅需15mL溶劑；二、快速、高效、經(jīng)濟(jì)提取實(shí)踐表明，常規(guī)提取一次只需15分鐘，選擇性好，保證了提取質(zhì)量。已被美國制定為EPA標(biāo)準(zhǔn)方法；第三，方便**，在實(shí)踐過程中可用于12個(gè)樣品。連續(xù)和自動(dòng)提取[6]。
         3 快速溶劑萃取技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用
        3.1 工藝對比
        3.1.1 傳統(tǒng)工藝
        以10～30g的樣品體積為例，與索氏提取相比，ASE只需15～45mL的溶劑，萃取時(shí)間僅需1～4h，而前者需要300～500mL和4～48h；若樣品量為30g，超聲提取的溶劑體積和提取時(shí)間分別為300～400mL和0.5～1h；如果樣品體積為5g，微波提取的溶劑體積和提取時(shí)間分別為30mL和0.5-1h。這一結(jié)果表明，在相同的樣品量下，ASE 使用的溶劑明顯少于其他方法。在不同的樣品量條件下，計(jì)算表明ASE所需的時(shí)間為12-20分鐘。因此，ASE作為一種全自動(dòng)提取技術(shù)，節(jié)省時(shí)間和溶劑，突出其高效、經(jīng)濟(jì)、快速[7]。
        目前，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室仍然使用索氏提取法，這是一種傳統(tǒng)的方法。溶劑用量基本在500mL以上，萃取時(shí)間4～48h。同時(shí)，該系統(tǒng)的密封性和自動(dòng)化程度較差。它只能在實(shí)踐中使用。一種溶劑，而ASE技術(shù)，溶劑用量僅為10-15mL，萃取時(shí)間范圍為10-15min，系統(tǒng)密閉性好，全自動(dòng)化，溶劑選擇自由度強(qiáng)。通過對比分析可以看出，在提取中使用ASE技術(shù)，縮短了操作時(shí)間，保證了提取效率。由于使用的溶劑量少，降低了單份樣品提取的成本。同時(shí)，它避免了封閉系統(tǒng)環(huán)境中的有機(jī)化合物。分擔(dān)損失，保證回收率[8]。
         3.1.2 超臨界萃取技術(shù)
        超臨界萃取技術(shù)是利用處于超臨界狀態(tài)的氣體來實(shí)現(xiàn)萃取。所涉及的溶劑是中性二氧化碳和極性調(diào)節(jié)劑。同時(shí)需要3～5個(gè)氧氣瓶?？蓾M足小樣品量的萃取要求；而ASE技術(shù)采用溶劑萃取，其極性溶劑的選擇具有很強(qiáng)的選擇性。同時(shí)，儀器配置簡單易操作，也滿足大樣品量的要求。提取要求。對比研究表明，ASE在技術(shù)上具有顯著優(yōu)勢，應(yīng)用范圍廣，提取操作簡單。同時(shí)，在化工過程中，氣體提取效率明顯高于液體，工藝簡單，對溶劑要求簡單。對于ASE萃取池，*大容積為100mL，既滿足了大量樣品處理的需要，也滿足了痕量或超痕量污染物的萃取需求[9]。
        通過以上對比分析，可以看出ASE可以替代其他方法?？傮w而言，該工藝具有高、精、尖的特點(diǎn)。
         3.2 應(yīng)用情況
        根據(jù)相關(guān)規(guī)定，ASE技術(shù)可用于水環(huán)境監(jiān)測，如沉積物和土壤等固體物質(zhì)。這種物質(zhì)可以是酸性的或酸性的，或中性的。實(shí)踐表明，該技術(shù)對有機(jī)氯、有機(jī)磷、除草劑、多氯聯(lián)苯、多氯二苯呋喃、柴油、多環(huán)芳烴、有機(jī)金屬化合物等有顯著的提取效果。在實(shí)踐中，可以結(jié)合使用不同的技術(shù)。 ASE與索氏提取、超聲波提取等兼容后，整個(gè)操作過程處于封閉狀態(tài)，從而提高提取的**性，確保人員**，防止環(huán)境污染。
        國外學(xué)者[10]以水生環(huán)境中的土壤為研究對象，土壤中含有不同濃度的有機(jī)氯農(nóng)藥和多環(huán)芳烴。監(jiān)測中選擇了ASE技術(shù)和索氏提取法，結(jié)果與索氏提取法進(jìn)行了比較。與ASE相比，萃取效果更好；相關(guān)學(xué)者通過實(shí)踐證明，ASE萃取法萃取有機(jī)氯農(nóng)藥的效率和質(zhì)量優(yōu)于索氏萃取法；國內(nèi)學(xué)者對水環(huán)境中含有機(jī)磷農(nóng)藥的樣品進(jìn)行了研究，比較了不同提取方法的效果，結(jié)果表明ASE技術(shù)的回收率高于其他方法
        3.3 技術(shù)改進(jìn)
        ASE技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的使用，只有對固相物質(zhì)的提取效率更高。但就整個(gè)水環(huán)境而言，有機(jī)物較多，用于提取其他有機(jī)物的ASE技術(shù)顯示出一定的不足。因此，今后應(yīng)對該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使其適用于更多的有機(jī)物質(zhì)，從而加強(qiáng)監(jiān)測力度，確保其全 面性和準(zhǔn)確性。
        同時(shí)，水環(huán)境中含有一定的揮發(fā)性物質(zhì)。如果仍然使用傳統(tǒng)的頂空氣相色譜，則難以保證監(jiān)測效果。因此，未來應(yīng)探索和使用吹掃捕集氣相色譜。在ASE技術(shù)的支持下，大大提高了水環(huán)境監(jiān)測水平，實(shí)現(xiàn)了對于半揮發(fā)性、難揮發(fā)性和難降解有機(jī)物的準(zhǔn)確監(jiān)測，在工作時(shí)應(yīng)綜合使用固相萃取、色譜等不同技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，水環(huán)境監(jiān)測的有效性將更加顯著。
        小結(jié)：綜上所述，作為一種現(xiàn)代提取技術(shù)，快速溶劑提取技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有顯著優(yōu)勢，如：溶劑少、時(shí)間短、效率高等。為了充分發(fā)揮其作用，本文采用以水環(huán)境中的有機(jī)污染為研究對象，介紹其監(jiān)測現(xiàn)狀，分析ASE技術(shù)的原理、過程及特點(diǎn)，闡述ASE技術(shù)的應(yīng)用，比較不同方法的應(yīng)用，探討應(yīng)用現(xiàn)狀及改進(jìn)對策ASE 的。相信未來通過多項(xiàng)技術(shù)的綜合作用，將大大提高水環(huán)境監(jiān)測的效率和質(zhì)量，有助于保護(hù)環(huán)境和人類**。