水環境監測中現代化萃取技術的應用

盧守舟

（山東省環境監測中心站，山東濟南250101）

水環境監測中現代化萃取技術的應用

盧守舟

（山東省環境監測中心站，山東濟南250101）

對水環境監測中ASE現代萃取技術的應用展開深入研究，分析了ASE萃取技術的原理、特點、工作流程、應用范圍等，認為ASE快速溶劑萃取技術與傳統索氏萃取、超聲萃取、微波萃取相比，具備所用溶劑少、監測時間短、萃取效率高等優勢。

水環境監測；現代萃取技術；ASE；應用

1 前言

改革開放以來，尤其是20世紀90年代以來，我國貫徹落實了對內改革對外開放的基本方針，工業化進程進一步加快，同時也加劇了工業廢水、廢物排放，水環境中有機物的污染。根據有機物具有生物積累性和致突變，致畸及致癌的 “三致”作用，2000年在斯德哥爾摩會議明確規定禁止或限制使用的 “12種有機物”，并呼吁各國加強環境調查。

水環境中水體污染物的重要存在形式是沉積物，其遷移轉化在水和底泥之間。科學、合理、全面檢測沉積物中的污染物，對于水環境保護，治理水體污染有著重要的作用和意義。通過分析有機污染物的特點，科學家及環境檢測人員提出了兩種水體檢測方法：①樣品前處理；②設備儀器檢測，通過儀器對提取物進行分離、定性、定量［1］。

2 有機物前處理現狀及ASE萃取技術原理、特點、工作流程

2.1 水環境檢測中有機物前處理現狀

根據水環境中有機物的揮發性、穩定性、溶解性，水體沉淀物樣品有機物前處理通常采用液固萃取的方法。傳統的液固萃取方法根據其原理和特點可以分為四類：索氏提取；自動索氏提取；超聲萃取；微波萃取。本文重點研究的有機物為持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，簡稱POPs），POPs的主要特點為：持久性；生物積蓄性；半揮發性和長距離遷移性；高毒性以及親脂憎水性。隨著工業的不斷發展，傳統的液固萃取方法已經難以滿足水環境中POPs持久性有機污染物檢測采樣點繁雜，樣品數量多，萃取高效、高質量的要求。

為進一步提高水環境檢測質量，科學家研究出快速溶劑萃取技術（Accelerated Solvent Extraction，ASE），這種技術是根據溶質在不同溶劑中的溶解度不同的原理，利用快速溶劑萃取儀，在較高溫度和壓力條件下，選擇合適的溶劑，實現高效、快速萃取固體或半固體樣品中有機物的方法［2］。它是目前水環境檢測有機物前處理應用最為廣泛、最普遍的萃取技術，此法已經被美國EPA選定為推薦的標準方法。ASE萃取可以完全取代人們熟知的傳統萃取方法：索氏提取、超聲萃取和微波輔助萃取等［3］。

2.2 ASE快速溶劑萃取技術應用原理、特點、工作流程

2.2.1 ASE快速溶劑萃取技術應用原理

ASE快速溶劑萃取技術基本原理：快速溶劑萃取儀提供的是高溫高壓環境，根據化學原理，在一定程度上溫度升高、壓強增大，溶質向正反應方向進行，有效提高解吸和溶解動力速度，提高溶劑沸點，加快被分析物從基質中解析并快速進入溶劑，進而推進萃取速率。

ASE萃取技術升高溫度技術原理。快速溶劑萃取儀一般具有12個萃取位，2個清洗位，34，66，100m l三種不同體積萃取池。根據有機物溶解的難易程度，可以選擇萃取儀的使用溫度，該儀器允許溫度為50～200℃。通常水環境污染物平均為100℃，常規污染物萃取溫度為5℃～125℃。隨著溫度不斷升高，提高了溶質在基體中的基體效應，反應速度加快，降低溶劑粘度提高溶解速率。通常而言，高溫加熱時間不少于10min。

ASE提高壓強技術原理。ASE快速溶劑萃取技術本質是液固萃取。提高壓強可以有效提高萃取過程中溶劑沸點。通常情況液態溶劑比氣態溶劑更容易與溶質反應，高壓促使溶劑在高溫態下仍保持液態。使溶劑快速分散在整個溶劑萃取儀中，提高溶劑萃取速率。該儀器的常規壓力應保持在1500psi。

ASE多次循環技術原理。通常情況下水環境有機物萃取原則為多次少量萃取。增加靜態萃取次數進而發生質變，兩至三次循環操作，達到動態萃取的效果，提高萃取效果。

2.2.2 ASE快速溶劑萃取技術特點、工作流程

ASE加速溶劑萃取工作主要經過七步：有機污染物裝樣進萃取池—萃取池加入溶劑—對萃取池加熱加壓—有機污染物樣品達到高溫、高壓狀態—外部向萃取池加入溶劑—多次循環萃取—有機污染物萃取分析。

第一步注意事項：有機物污染物樣本的準備，要注意樣本在萃取之前必須為干燥狀態，可以對其進行風干處理。沉淀物的顆粒越小越容易溶解，提前要進行研磨，研磨后顆粒徑＜0.5 mm。

第二步和第五步注意事項：對于萃取劑的選擇，要根據有機污染物樣本自身特性。不同溶劑的化學性質不同，溶解效果、速率是不同的，通常情況下選擇溶劑為鹽酸、硝酸等強酸，水、緩沖溶劑等，秉持的化學原則為有機物相似相容原理，相同屬性、相同結構的有機物、有機溶劑則容易萃取。

3 ASE萃取技術與傳統工藝比較及應用范圍

3.1 水環境ASE快速萃取技術與傳統工藝比較

（1）與傳統索氏提取、自動索氏提取、超生提取、微波萃取、分液漏斗相比，樣品大小在10～30g的樣本容量中，ASE萃取技術所需溶劑為15～45ml，索氏提取需要500ml、超生提取需要400～500 ml，溶劑節約達350～400 ml，ASE技術大大節約萃取成本。ASE溶劑與樣品比例也是最小的，僅有1.5。因此，快速溶劑萃取可以完全取代索氏提取，并有非常明顯的優勢［6］。

（2）等量相同溶質下的萃取時間，索氏提取高達4～48h，微波提取要30～60min，而ASE萃取技術僅需要10～20min。ASE萃取時間最短，大大提高萃取效率。

（3）ASE快速萃取與現代超臨界萃取技術比較。超臨界萃取通常選用氣體萃取，ASE快速溶劑萃取技術為液體萃取。化學工藝中，液體萃取往往比氣體萃取效率更高，工藝更簡。超臨界萃取對于溶劑的選取十分苛刻，如二氧化碳需加極性改進劑等，而ASE萃取溶劑可使用極性溶劑，選擇面多。ASE萃取技術的儀器選擇配置也比超臨界的簡單，總體工藝屬于高、精、尖技術范疇。

3.2 水環境檢測ASE快速溶劑萃取技術應用范圍

《資源保護回收法》顯示，ASE萃取技術通常運用在水環境底泥和土壤的固體物質中酸性、堿性和中性物質的萃取。尤其是對水環境中有機氯和有機磷農藥、氯代除草劑、多氯聯苯類物質、二英、多氯二苯呋喃、柴油和廢油［7］，以及多芳香烴、半揮發性物質、有機物金屬化合物等物質非常有效。其中較為重要的一點是，ASE快速溶劑萃取技術與其他傳統超聲萃取、索氏萃取可兼容使用，應用過程中全封閉，能保證檢測人員安全，減少環境污染。

3.3 水環境檢測ASE快速溶劑萃取技術改進方向

（1）ASE快速溶劑萃取技術處理水環境中的“固相物質”有較高的效率，但對于其他水環境存在的有機物卻存在一定局限性，在今后的改進中，應加強有機物監測力度，提高ASE萃取技術監測的 “全面性”。

（2）對于水中易揮發性的物質，需改變傳統的頂空氣相色譜法，發展吹掃捕集氣相色譜法。ASE快速溶劑萃取技術的應用，可以進一步提高水環境中存有的半揮發和難揮發、難降解有機物的檢測。通常水環境檢測工作的開展，不單單使用ASE溶劑萃取技術，仍要利用相應的固相萃取、吹掃捕集輔助技術，三者結合色譜技術共同對水環境內有機污染物進行檢測，全面提高環境檢測能力。

4 結語

ASE快速溶劑萃取技術是現代萃取技術的重要組成部分，與傳統索氏萃取、超聲萃取、微波萃取相比，ASE具備所用溶劑少、監測時間短、萃取效率高等優勢。

［1］張景明，劉建琳，周雯，等.水樣中痕量有機物分析的前處理方法［J］.中國環境監測，2001，17（3）：31－33.

［2］劉曉茹.水環境監測中的ASE技術的應用［J］.中國水利，2003，（14）：49－50.

［3］雷書鳳，王海燕，張召躍，等.河流樣品有機物監測前處理方法研究進展［J］.安徽農業科學，2011，39（13）：8063－8066.

［4］趙保成，王艷玲，孫明山，等.加速溶劑萃取技術在檢測分析中的應用［J］.農業與技術，2009，29（6）：85－87.

［5］Test Methods for Evaluating Solid Waste，Method 3545.USEPA SW－846.3rd ed.，Update，U.S.GPO Washington DC，July，1995.

［6］王麗媛，周靈輝.快速溶劑萃取技術在環境監測中的應用［J］.黑龍江環境通報，2011，35（4）：59－61.

［7］方強，王楚強.快速溶劑萃取技術在水環境監測中的應用［J］.信陽農業高等專科學校學報，2010，20（2）：137－139.

Application of Modern Extraction Technique in Water Environmental Monitoring

LU Shou-zhou
（Shandong Provincial Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250101）

A further study is conducted on the application of the ASE，the modern extraction technique，in the water environmental monitoring.The theory，characteristics，working process and range of application of the technology are analyzed.The accelerated solvent extraction（ASE）technique needs less solvent and monitoring time with high extraction efficiency，compared with the other conventional techniques such as soxhlet extraction，ultrasonic extraction and microwave extraction.

water environmental monitoring；modern extraction technique；ASE；application

X83

：A

：1673－9655（2013）02－0134－03

2012－08－23