固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

趙麗君

（山西科利華環(huán)境檢測(cè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

0 引言

對(duì)于監(jiān)測(cè)樣本進(jìn)行色譜分析的過程中，前處理是提高監(jiān)測(cè)精確性的關(guān)鍵步驟。然而傳統(tǒng)的萃取技術(shù)包括氣液萃取、固相萃取以及液液萃取等在萃取工藝上都存在著一定的缺陷：萃取時(shí)間較長(zhǎng)，操作較為繁瑣，而且需要大量有機(jī)溶劑成本較高又容易對(duì)檢測(cè)人員的身體健康造成危害，對(duì)周圍環(huán)境也會(huì)帶來一定的污染。基于上述萃取工藝缺陷尋求一種操作簡(jiǎn)單、用量少甚至無(wú)需使用溶劑、萃取效率較高的萃取工藝十分關(guān)鍵，而固相微萃取技術(shù)則基本可以滿足這些要求。固相微萃取技術(shù)是基于固相萃取技術(shù)之上的一種新型樣品預(yù)處理技術(shù)，在操作上更為簡(jiǎn)潔、萃取成本更低、萃取器械也更容易攜帶，已廣泛應(yīng)用于水、土壤以及大氣等環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

1 固相微萃取技術(shù)

1.1 技術(shù)流程及特點(diǎn)

固相微萃取技術(shù)是一種樣品預(yù)處理技術(shù)，具體裝置與微量進(jìn)樣器原理近似，它的核心部位是1cm 長(zhǎng)的材質(zhì)為熔融石英纖維的萃取頭，在石英纖維上涂有固定相涂層來對(duì)待測(cè)物質(zhì)進(jìn)行吸附或富集。在石英纖維萃取頭的外側(cè)有不銹鋼管進(jìn)行保護(hù)，萃取頭可在鋼管內(nèi)自由移動(dòng)。使用過程中將萃取頭浸入待檢測(cè)樣品或懸置于上空一段時(shí)間，并通過攪動(dòng)溶液來加快兩相之間的穩(wěn)定速率。待兩相穩(wěn)定后萃取頭取出，同時(shí)將萃取頭插入氣相色譜氣化室，對(duì)涂層上富集到的樣品進(jìn)行解吸，解析后的樣品將導(dǎo)入色譜柱中從而完成提取濃縮過程。使用固相微萃取技術(shù)較傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比樣品將于固相涂層直接接觸，減少了溶劑用量，基本不會(huì)對(duì)外界環(huán)境造成污染，而且達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也更短，基本可在半小時(shí)內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)。固相微萃取技術(shù)基于其簡(jiǎn)潔偏于攜帶的操作特點(diǎn)，更適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析過程，對(duì)于樣品監(jiān)測(cè)量大、操作用時(shí)短的常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)過程也十分適用。

1.2 萃取方式

固相微萃取技術(shù)按照與樣品的接觸方式基本分為以下三大類：懸置萃取類、隔膜處理類以及溶液浸取類。

1）懸置萃取類。這類萃取方法是將萃取頭置于液相上方，通過待測(cè)化合物向氣相轉(zhuǎn)移的過程中接觸到固相涂層上，達(dá)到待測(cè)化合物的三相平衡狀態(tài)。該方法萃取速度的決定因素為萃取頭石英纖維的吸附性以及初始濃度，當(dāng)涂層類型、萃取時(shí)間以及外界環(huán)境一致時(shí)，待測(cè)物濃度越高萃取速率越快。

2）隔膜處理類。當(dāng)待測(cè)化合物污染程度高或化合物為難揮發(fā)有機(jī)物時(shí)，可通過采用隔膜處理的方式進(jìn)行萃取，將石英纖維上的固相涂層與樣品隔開，用隔膜吸附待測(cè)化合物。這類萃取方式對(duì)高分子化合物的吸附能力較差，因此可以很好地處理一些污染程度較高的水質(zhì)分析等問題。

3）溶液浸取類。溶液浸取的方式對(duì)樣品進(jìn)行萃取是直接將萃取頭浸入待測(cè)溶液中，待待測(cè)溶液中的各組分流入固相纖維中并達(dá)到平衡狀態(tài)后，即可完成萃取工作。其中吸附到的組分含量與其在溶液中的濃度成正比。

2 固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

固相微萃取技術(shù)隨著近年來對(duì)不斷發(fā)展，萃取頭纖維涂層的材質(zhì)不斷更新完善，萃取效果越來越便捷精確，在環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中也得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 空氣污染物的分析應(yīng)用

對(duì)空氣污染物進(jìn)行成分分析主要是對(duì)一些有機(jī)污染物的含量進(jìn)行檢測(cè)，這些有機(jī)污染物的存在形式有氣態(tài)及固態(tài)顆粒兩種，會(huì)因?yàn)槿说暮粑蝻嬎嬍车确绞轿斩鴵p害到身體健康。傳統(tǒng)采集這些空氣污染物的方法是通過吸收管或活性炭進(jìn)行吸附，吸附效果較差而且會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。通過固相微萃取技術(shù)進(jìn)行空氣污染物萃取時(shí)，僅需將該裝置置于待測(cè)氣體環(huán)境中，通過自身涂層對(duì)待測(cè)組分進(jìn)行富集即可。固相微萃取裝置對(duì)揮發(fā)或半揮發(fā)物質(zhì)的富集效果較好，同時(shí)對(duì)待測(cè)物的富集效果往往會(huì)受到風(fēng)速、風(fēng)向以及萃取時(shí)間的影響，通過對(duì)這些因素進(jìn)行控制，可加快萃取裝置的富集速率[1]。

2.2 土壤污染物組分監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

土壤污染物或沉積物的組分較為復(fù)雜，在構(gòu)成上主要包括水、礦物成分以及氣體等，而且土壤污染物的來源也較復(fù)雜，分工業(yè)廢水廢料污染、生活用水污染等。因此對(duì)土壤污染物組分進(jìn)行監(jiān)測(cè)過程中所用的萃取方式通常選用懸置萃取的方式，可有效對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行富集萃取。對(duì)難揮發(fā)性有機(jī)物則若將固相微萃取裝置置于土壤內(nèi)部，會(huì)對(duì)纖維涂層造成損害，影響到纖維涂層的適用年限，因此可將采集到的土壤樣品融于溶液中形成水合物，通過對(duì)水合物進(jìn)行處理提取出所需監(jiān)測(cè)的有機(jī)組分，再進(jìn)行后續(xù)的萃取操作，加快萃取速率。

2.3 水污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

水污染物的組分與前兩者相比成分更為復(fù)雜，包括固體、金屬離子以及各類溶解性有機(jī)物，因此對(duì)水污染物的成分監(jiān)測(cè)工作帶來了很大的難度。同時(shí)，對(duì)水污染物進(jìn)行成分檢測(cè)的過程中選用傳統(tǒng)的液相萃取方式，對(duì)樣本溶液的需求量較大，而且需要進(jìn)行多次萃取操作，造成的勞動(dòng)量較大且耗時(shí)長(zhǎng)；而選用固相萃取法則會(huì)帶來高額的萃取成本，萃取的有機(jī)物難以完全洗脫；應(yīng)用固相微萃取技術(shù)，可采用溶液浸取類或懸置類的萃取方式對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行富集，靈敏度較高，可以確保檢測(cè)成分的高效精密萃取[2]。

3 應(yīng)用實(shí)例

以空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)為例，通過對(duì)空氣中各揮發(fā)性有機(jī)物含量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。可以看出，揮發(fā)性有機(jī)物中的醇類以及芳香烴的含量較高，苯乙烯的含量甚至高達(dá)1/3。

表1 大氣中常見揮發(fā)性有機(jī)物含量表

同時(shí)，利用固相微萃取技術(shù)聯(lián)合氣相色譜分析的方式對(duì)空氣中的各有機(jī)物組分進(jìn)行精確分析，具體含量如下表2 所示[3]。

表2 固相微萃取技術(shù)與氣相色譜聯(lián)合檢測(cè)樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

從表2 中的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中是通過對(duì)各污染物組分的相對(duì)濃度值進(jìn)行測(cè)定，從而達(dá)到對(duì)空氣中各污染物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析的結(jié)果。同時(shí)基于空氣中各監(jiān)測(cè)組分濃度波動(dòng)性較大的影響，利用固相微萃取技術(shù)可很好地對(duì)有機(jī)物組分進(jìn)行富集，從而更為精確的獲取到各有機(jī)物組分的實(shí)際濃度，可更加精確地獲取到空氣環(huán)境中的各組分?jǐn)?shù)據(jù)。同時(shí)在監(jiān)測(cè)過程中可依據(jù)實(shí)際需要靈活的選用懸置式萃取或隔膜萃取等多種萃取方式，控制好萃取時(shí)間以及各類外界因素，避免對(duì)空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來影響，充分發(fā)揮出固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用。對(duì)于固相微萃取技術(shù)的檢測(cè)精度在于液膜以及石英纖維的長(zhǎng)度選取，因此在實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中可依據(jù)實(shí)際檢測(cè)樣品對(duì)石英纖維以及涂層厚度進(jìn)行靈活調(diào)整，通常石英纖維厚度在1.5 cm 左右，液膜厚度在10～100 pm 左右可顯著提升固相微萃取技術(shù)的萃取效率。

4 結(jié)語(yǔ)

固相微萃取技術(shù)作為一種新型的無(wú)溶劑萃取工藝，與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比有著更高的萃取精度，操作簡(jiǎn)單精確度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣、土壤以及水體等環(huán)境進(jìn)行揮發(fā)、半揮發(fā)性物質(zhì)的有效檢測(cè)。以空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)為例對(duì)固相微萃取技術(shù)進(jìn)行有機(jī)物成分檢測(cè)試驗(yàn)可以看出，固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境組分檢測(cè)過程中精確度較高，同時(shí)檢測(cè)精度會(huì)受到萃取頭纖維涂層的影響，通常情況下選用1.5 cm 左右的石英纖維厚度以及10～100 pm 的液膜厚度可發(fā)揮出固相微萃取技術(shù)的最優(yōu)萃取效果。