萃取法在化工行業環境監測中的應用

沈加勝

（江蘇中聚檢測服務有限公司，江蘇鹽城 224000）

化工行業作為國民工農業生產的基礎產業，從農藥化肥再到工業使用藥劑，化工行業關乎工農生產的各個環節。化工行業本身在生產過程中會產生大量的化學廢液、煙塵或固體廢棄物，如果不能及時得到有效處理就會對環境造成極大的危害。環境污染威脅人們的健康和生命安全，特別是突發的環境污染事件，不僅會造成嚴重的經濟損失和人員傷亡，還會對當地公共安全構成威脅，甚至影響到區域經濟的穩定[1]。

如何監控及妥善應對化學污染成為社會各界關注的焦點。化工環境監測的作用越來越得到重視，做好化工環境監測不僅有助于及時處理污染事件，還能有效防止污染事件的發生，將化工行業的污染危害降到最低。其中，萃取法是化工環境監測常用技術之一，可以快速準確地檢測出是否存在超標排放問題，為化工環境監測和治理提供可靠的參考。因此，本文對萃取法原理、分類及應用進行了綜述，以期為相關工作人員提供參考。

1 萃取法概述

在化工環境監測方面，常用方法之一就是萃取法。萃取是通過溶解、吸附或揮發等形式將液體、氣體或固體中存在的化工殘留物分離出來的一種工藝，萃取法也被稱為提取法，在化工行業環境監測方面應用十分廣泛[2]。

常用萃取技術如圖1所示，主要包括三大類，分別是液固萃取、柱色譜萃取以及液液萃取，每種萃取類別中又包括不同的萃取技術，在化工行業環境監測中，應根據實際需求選擇合理的萃取技術以保證監測質量。

圖1 常見萃取技術分類

2 萃取法在化工環境監測中的應用

2.1 索氏提取技術

索氏提取法利用溶劑回流和虹吸原理完成提取工作。索氏提取法也被稱為連續提取法，作為從固體中提取物質的一種方法，首先要將固體物質碾碎，然后利用純溶劑進行溶解提取，一般應用于植物活性物質的提取。馮欽忠等[3]認為此方法效率低、耗時長，一般多采用索氏提取器來開展作業。

張永兵等[4]構建了索氏提取-固相萃取-高效液相色譜法來測定土壤中異丙隆，對影響索氏提取法回收率的因素進行了探究，采用多種方法相結合的提取手段測定土壤污染物質，提高了回收率，減少了偏差。李斌等[5]將自動索氏提取法與凝膠滲透色譜（GPC）-氣相色譜/質譜法相結合，對沉淀物中的多環芳烴和有機氯農藥進行了萃取，提高了萃取效果。通過這些研究可以發現，索氏提取法在目前的化工環境監測中不獨立使用，主要原因在于其檢測范圍有限，操作時間較長，和其他萃取技術相結合可以彌補其不足。

2.2 超聲萃取技術

超聲波提取技術是利用超聲波的空化效應，使目標物質快速溶入到萃取劑中的一種萃取工藝。李巨超[6]發現在液體介質中，高頻超聲波在穿越介質時會讓介質產生膨脹和壓縮，膨脹會產生負壓，如果力度夠大則會撕裂液體形成空腔，繼而加快溶劑擴散。該方法具有操作簡單、工作效率高等優勢，已廣泛應用于各種領域。商木樹和孫金芳[7]對環境檢測中超聲波清洗器的萃取功能進行了實驗，濾膜在使用過程中容易受K+、Na+、Mg2+等礦物離子影響，超聲波可以降低過濾用微孔濾膜空白值，提升膜的電導率。李錦等[8]使用超聲提取技術與分散液相微萃取聯合氣相色譜質譜法對大氣中的PM2.5物質進行測定，主要包括15種鄰苯二甲酸酯，結果顯示，該方法可以有效檢測大部分的鄰苯二甲酸酯，相對偏差為0.6%～9.4%，加標回收率超過70%。

2.3 微波萃取技術

在微波輻射過程中，高頻電磁波穿過萃取介質到達物料內部，物料吸收微波能量實現升溫，提高了物質的擴散能力和溶劑的溶解能力。相比超聲波技術的無差別作用，微波萃取中物質對微波的吸收能力差異較大，因此物質可以被選擇性加熱，從而改善萃取效果。微波萃取技術具有加熱迅速、可選擇性加熱、高效節能、易于控制的優勢，并且技術安全環保，應用潛力巨大。

利用微波萃取技術檢測土壤中的多氯聯苯（紙質包裝中常見問題）污染物，該方法操作簡單，萃取時間較短，有機溶劑用量少，回收率高[6]。李海燕等[9]利用微波萃取法與氣質聯用法測定土壤多環芳烴污染物，該方法可以實現對16種多環芳烴的檢測，降低了土壤樣品中其他物質的干擾，提高了檢測靈敏度，具有較好的實驗效果 。

2.4 超臨界萃取技術

超臨界流體萃取技術是利用超臨界流體的溶解能力與物質密度在不同的壓力和溫度條件下不同的特點，通過壓力和溫度改變臨界流體的溶解能力實現萃取目的的一種技術。該萃取技術是近年來得到廣泛應用的一種新型萃取技術，具有萃取效率高、控制簡單、操作方便等眾多優點，應用最多的是超臨界二氧化碳技術[10]。

超臨界二氧化碳萃取技術是一種效果良好的樣品預處理技術，通常應用在固體化工廢棄物的處理與利用中。鄭柳青等[11]在溫度60 ℃、壓強20 Pa、時長40 min條件下，對快速溶劑萃取技術、溶劑洗脫技術和超臨界二氧化碳萃取技術的萃取結果進行對比，結果表明超臨界二氧化碳萃取技術的萃取速度更快、準確度更高。但是，沈國良[12]認為超臨界二氧化碳萃取技術的應用條件相對較高，在工業行業環境監測中的應用范圍相對有限。

2.5 快速溶劑萃取技術

快速溶劑萃取技術是近年來發展起來的一種在高溫、高壓條件下快速提取固體或半固體樣品的前處理方法。與其他萃取技術相比，具有以下優點[13]：（1）所需溶劑的體積為20～40 mL，所需溶劑量相對較少，和其他萃取技術相比能夠節省大量的萃取溶劑，節省一定的成本；（2）在相同溶質條件下，快速溶劑萃取技術只需要15 min左右，萃取效率高，萃取時間短，具有非常明顯的優勢；（3）在化學工藝中，快速溶劑萃取技術為液體萃取技術，和空氣萃取技術相比，其萃取工藝流程更加簡便，溶劑選擇多，屬于高精尖技術范圍。

快速溶劑萃取技術主要應用在土壤固體物質、水環境底泥的中性、堿性以及酸性物質的萃取中，特別適用于水環境中的多氯聯苯類物質、氯代除草劑、有機磷農藥、廢油等物質檢測[14]。該萃取技術非常安全，由于采用全封閉的方式，能夠有效保證檢測人員的生命安全，避免對環境造成二次污染。

2.6 固相微萃取技術

固相微萃取技術（Solid Phase Micro Extraction，SPME）由加拿大大學的PAWLISZYN教授研發，包括膜萃取技術、頂空萃取技術和直接萃取技術3種。膜萃取通常應用在懸濁液等成分復雜的基質中，用于檢測非揮發性有機污染物，由于檢測時需要被檢測物通過滲透膜，因此在萃取時需要花費較長的時間；頂空萃取通常應用于固態、水體基質中，能夠有效消除基質及背景吸收的影響，可縮短平衡時間、提高萃取效率、延長萃取頭的使用壽命；直接萃取技術通常應用在干凈的水體基質和空氣中[15]。

固相微萃取技術在實踐應用的過程中通常與電泳、色譜等高效分離檢測方式聯合使用，具有自動化、萃取速度快、不需要溶劑以及操作方便等眾多優點，廣泛應用于化工行業環境監測中。（1）在液體監測中的應用。在飲用水、河水以及湖水污染物監測中廣泛應用，特別是對于低揮發性、熱不穩定性以及極性污染物的檢測。以水源環境監測為例，采用對聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）進行水源樣品土層的萃取，采用SPME-UV檢測儀器根據比爾定律進行水源樣品污染物的檢測，RSD值為5%～10%；采用SPME-CE聯合技術，檢測水源中的多環芳烴類污染物，能夠將LOD值降低至0.9 μg/L，有效提高了檢測靈敏度和準確度[16]。（2）在固體監測中的應用。固態監測通常采用頂空萃取技術，以土壤環境監測為例，通常對土壤樣品進行兩種處理，一種采用浸提液法，將固體樣品轉化成液相，然后采用頂空萃取技術進行萃取；另一種是對固體樣品進行加熱處理，讓固體樣品中的化合物轉化成揮發性的化合物，然后再采用頂空萃取技術進行萃取；實踐中通常采用第一種方法。在應用的過程中，周世坤[17]認為路易氏劑標準溶液的選取非常重要，通常選用10 ng/μL的路易氏劑二氯甲烷溶液，并采用PDT-二氯甲烷溶液優化試劑；對于固體樣品中不容易揮發的有機污染物或者難萃取的污染物，應該采用衍生化固相萃取技術，該萃取技術的重復性非常好，回收率80.5%～106.3%。微波結合固相萃取技術是一種新型的固相萃取技術，在檢測過程中不需要有機溶劑，充分發揮固相萃取技術毒性低、安全性高以及成本低等優點，是一種綠色、環保及可持續的環境監測技術。

3 萃取法應用注意事項

3.1 確定環境監測技術重點

環境監測要根據實際需求或者實際情況采用不同的策略方針。當前，我國最嚴重的污染是有機污染，因此在后續的環境監測中，要分輕重緩急，把控各個環節，做好重點監控，做好有機污染物的監測。

同時，也要考慮到新科學技術的發展，重點做好新材料、新技術的自主研發，提升污染物檢測綜合能力。通過技術創新實現重點污染物的精準控制，提高污染物治理水平。

3.2 提高監測分析的準確性

隨著檢測技術的發展及污染物排放標準的提升，環境中微量污染物的檢測難度增加，成了現代化工環境監測的重難點問題。未來必須要向微量化、精細化方向發展，不斷提升檢測的精準度和準確性。

4 結語

萃取法在現代化工環境監測中的應用十分廣泛，不同的萃取技術在環境監測中有不同的優勢，要注意根據實際情況選用恰當的萃取技術。還要積極發揮萃取技術的各項優勢，不斷推動技術及儀器設備的創新，不斷提高環境監測的精確性和可靠性，為我國化工行業環境監測提供強有力的數據支撐。