探究快速溶劑萃取技術在水環境監測中的應用

鄧小洲

（江西省新余生態環境監測中心，江西 新余 338000）

0 引言

高效、快速監測水環境中的有機物污染，能夠及時發現問題并解決，而監測效果則取決于技術的選用。快速溶劑萃取技術憑借其較高的提取效率、較短的檢測耗時，以及相對較低的成本投入等優點，是水環境監測中的常用技術。為充分發揮此項技術的功能作用與監測優勢，應對技術應用進行深入探究，把握環節要點，提高萃取效果、效率。

1 基于水環境監測探究快速溶劑萃取技術的應用

快速溶劑萃取技術圍繞物質的溶解度差異，在高溫高壓環境下利用快速溶劑萃取儀器和合適溶劑萃取檢測對象的有機物。在整個技術操作過程中，其關鍵點在于溫度參數和壓力參數，所以，在水環境監測中應用快速溶劑萃取技術時，具體要點可總結如下：

1.1 技術應用要點

1.1.1 樣品處理準備

在將快速溶劑萃取技術應用于水環境監測時，為保證監測結果的準確性與有效性，監測人員應做好樣品的準備工作，尤其要控制樣品的水分含量，避免影響萃取效率。準備過程中，相關工作人員可選擇自然風干的方式處理樣品，或是使用干燥劑，降低樣品水分含量，但需要注意的是，在樣品干燥處理環節，不可使用硫酸鈉，這是因為快速溶劑萃取需要在高溫高壓環境下展開，若是使用硫酸鈉，那么在高溫情況下該試劑將會凝聚，進而對最終檢測結果帶來不良影響。除此之外，樣品表面積與萃取率之間存在一定程度上的正比例關系，即前者越大、后者越高。所以，在樣本處理準備環節，相關工作人員應把握這一要點對樣品進行合適的預處理工作，確保最終顆粒在0.5 mm 以下，同時提前準備好分散劑，比如硅藻土、海砂等，采取合理的方式提升萃取效率。需要注意的是，分散劑的選擇也要考慮顆粒的粗細，以細為宜[1]。

1.1.2 萃取劑合理選擇

萃取劑的合理選擇能夠為萃取率提供有效保障。在將其快速溶劑萃取技術應用于水環境監測時，有關于萃取劑的可選擇空間較大，除了強酸以外，緩沖溶劑、有機試劑、水都在可選擇范圍內。所以，更具有指向性的依據是檢測對象，具體而言，分析目標化合物的極性，以此為基礎選擇極性較為近似的萃取劑，或是混合使用極性不同的溶劑，提升后續萃取質量、效率。對于水環境監測而言，常用溶劑有二氯甲烷、三氯甲烷以及石油醚。

1.1.3 萃取操作要點

在萃取池中放入處理后的樣品，泵入適量溶劑后提升溫度參數與壓力參數，把萃取池內加熱的樣品萃取物送到對應的收集瓶當中，凈化處理萃取物，以此開展脫水與濃縮處理，最后開展色譜分析。在運用快速溶劑萃取技術監測水環境時，常見的應用場景為城市廢水檢測，作為由工業廢水與生活污水組成的水體，其中含有較多污染物，比如COD 等。在測定廢水中的主要污染物時，需要對污染指數加以計算，圍繞排污口的污染成分，計算污染指數。以某城市5 處排污口為例，在快速溶劑萃取技術的應用下，得到了5 個主要污染物污染指數，將其繪成折線圖，發現在以COD 指標為主的污染指數值中，第三個排污口的污染指數最高，在以NH3-N 指標為主的污染指數值中，仍是第三個排污口的污染指數最高。由此可見，第三個排污口的污染較為嚴重，亟需污染控制、處理措施的制定與落實。

1.2 具體應用技術

在水環境監測中，相較于單一的快速溶劑萃取技術的應用，使用更多的是結合其他技術的綜合性萃取技術。目前，在水環境監測中，常用技術如下：

1.2.1 微波萃取技術

酸性環境中，微波輻射將會產生一定量的能量，進而分離離子化元素，破壞分子鍵。通過在水環境監測期間應用快速溶劑萃取技術，能夠在合適溶劑的應用下更好分離分子，同時不會破壞其分子結構。相較于其他萃取技術，結合了微波消解技術的快速溶劑萃取具有較高的整體檢測效率，回收率較高，且操作便捷，具有較強安全性。而且，微波萃取技術中的溶劑量得到有效控制，以10 g 的樣品為例，反應試劑只需要15 mL，為常規萃取技術操作用量的1/15，同時，所獲得的回收率高于普通方法20%，每罐的容量為50～100 mL，其樣品量為10～50 g，每批處理樣品的量為14～40 個樣品，處理時間僅為5～15 min[2]。

在微波萃取技術實際監測水環境過程中，主要利用萃取系統對整個反應流程進行控制，期間無需人為地設定功率，系統可圍繞反應情況自動修改功率，同時可以在溫壓推升密閉反應當中，對其劇烈程度進行調整以及整體調控，確保所獲數據精確，準確測試樣品萃取過程匯總的臨界反應溫度，萃取熱不穩定物質，并保持其分子形態完整性。目前，常用的溫控體系為RTP，由于快速溶劑萃取技術對溫度要求較高，這一溫控體系可實時觀測管內溫度變化，并轉化為信號輸出，期間，該溫控體系對溫度變化的觀測范圍跨度較大，在-40～260 ℃之間。另外，強極性激活技術的整合應用，可使RTP 溫控體系廣泛應用于極性與非極性的試劑中。相較于普通的萃取技術，微波萃取技術實施過程中基本不會受到樣品含水量的影響，前期準備環節可省去干燥處理這一環節，在較短的反應時長下，此項技術的檢測效率較高[3]。此外，此項技術對溶劑基本無要求，但混合溶劑的選用可進一步優化處理效果。

1.2.2 快速溶劑萃取-GC/MS 技術

快速溶劑萃取-GC/MS 技術作為近幾年才出現的一種新型提取方法，保留了快速溶液萃取技術高溫高壓的檢測條件，具有應用有機溶劑、自動萃取的特點，與傳統的液液萃取方法不同，該方法僅需投入較少的有機溶劑即可完成水環境的檢測工作。目前，快速溶劑萃取-GC/MS 技術常應用于地表水環境監測，旨在分析地表水中的農藥成分，以此判斷有無污染問題以及污染程度，該方法前處理操作簡單、快捷，溶劑用量少，靈敏度高，準確性好，適用于地表水中農藥殘留的監測[4]。

2 實例分析

為強化快速溶劑萃取技術在水環境監測中應用研究的真實可靠性，本文以地表水環境為例，圍繞快速溶劑萃取-GC/MS 技術深入分析應用要點。

2.1 材料與方法

2.1.1 儀器與試劑

本次研究中涉及的儀器包括：氣相色譜-質譜聯用儀、氮吹儀、加速溶劑萃取儀、色譜柱、純水器、旋轉蒸發儀、電子天平。提前準備的試劑包括：環氧七氯（質量濃度為100 μg/mL）、溴氰菊酯標準溶液、丙酮、甲基對硫磷、正己烷為色譜純、純化水。

2.1.2 參數情況

1）色譜參數。色譜柱：30 m×0.25 mm×0.25 μm；進樣口溫度設計在250 ℃；載氣為純度在99.999%的高純He，其流量為1.8 mL/min，采用不分流進樣方式，每次進樣劑量為1 μL。

2）質譜參數。選用電子轟擊源為離子源，其溫度為230 ℃，電離能量為70 eV。選擇純度在99.999%的高純He 作為碰撞氣使用，接口溫度設計為250 ℃，采用多反應監測（MRM）掃描方式，溶劑延遲時間為3 min。

2.1.3 溶液配制

1）樣品溶液配制。采集水樣共計1 000 mL，提前準備棕色試劑瓶，將所采集的水樣存儲至綜合試劑瓶內，加蓋蓋子并使其靜置沉淀。采用濾膜（0.45 μm）濾膜過濾上清液，并于過濾結束后將其置于冷藏箱內存儲備用，其中冷藏溫度為2～8 ℃。提取樣品時，精密提取500 mL 溶液，借助旋轉蒸發儀設備將所提取的500 mL 溶液濃縮至5 mL。完成濃縮提取后的5 mL水樣采用丙酮乙腈混合溶液（混合體積比例為1∶1）進行提取，隨后將其置于加速溶劑萃取儀內完成萃取環節。準備丙酮溶液1 mL，將其添加控制吹干殘渣中，緊固試管的同時持續渦旋1 min，在此基礎上，運用濾膜（0.45 μm）濾膜將其過濾，并將其轉移至小進樣瓶（1 mL）內，隨后開展氣相色譜-質譜檢測即可。其中，加速溶劑萃取條件如表1 所示。

表1 加速溶劑萃取條件

2）標準溶液配制。按照100 μg/mL 的密度標準精細化移取2 mL 的甲基對硫磷、對硫磷、溴氰菊酯、環氧七氯標準溶液，完成精密移取后將相關標準溶液置于容量瓶（20 mL）內，添加丙酮將其溶解，通過定容、搖勻后獲得混標儲備液（10 μg/mL）。按照上述步驟操作完畢后，將所得混標儲備液置于冷藏箱內存儲，冷藏溫度為2～8 ℃，將其冷藏存儲備用。

3）配制標準曲線溶液。按照10 100 μg/mL 的密度標準精密量取0.1、0.5、1、2、2.5 mL 五份農殘儲備溶液，依次配制成0.04、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 μg/mL的混標溶液，將其視為標準曲線溶液。

2.2 結果與討論

2.2.1 質譜條件優化

由于本次檢測對象為地表水，具有基質復雜的特點，且主要檢測目標在于分析地表水中的農藥殘留濃度，為更快找到目標離子，選擇進樣10 μg/mL 環氧七氯、對硫磷、甲基對硫磷和溴氰菊酯的混合標準儲備液，利用SCAN 模式進行全面掃描，明確地表水中農藥殘留的保留時間、前體離子以及總離子流圖。其中，在掃描前體離子時，需找到農藥相對的離子對，分析其響應值，選擇最高的一組作為定量離子對，其余為定性離子對。通過優化碰撞電壓范圍等參數，確定農藥檢測多反應監測（MRM）方法。其中，農藥對應的性質信息如表2 所示。

表2 農藥對應的保留時間、定量離子對和定性離子對

2.2.2 萃取溶劑選擇

在本次研究中，由于萃取對象為殘留的各類農藥，為保證檢測結果的準確度，避免萃取溶劑在作用發揮過程中對樣品凈化效果造成影響，最終確定選用乙腈丙酮溶液（1∶1），一方面保證溶劑對干擾物的溶解能力，另一方面確保其溶解度符合檢測工作需要。

2.2.3 萃取溫度優化

作為萃取技術實施過程中的重要參數，溫度若是設置過高，將會對農藥分解造成影響，若是設置過低，將會導致化合物溶解不完全，所以合適的溫度參數是獲得準確檢測結果的重要保障。本次研究中發現，在運用快速溶劑萃取-GC/MS 技術對地表水中的農藥殘留進行檢測時，當萃取溫度在50～70 ℃時，農藥殘留萃取效果顯著，一旦超過80 ℃，萃取結果增加緩慢，待至90 ℃，萃取效果基本穩定。因此，基于地表水監測的快速溶劑萃取-GC/MS 技術應用，最佳萃取溫度是70 ℃。

2.2.4 線性及檢出限

依次對質量濃度為0.04、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 μg/mL的混合標準溶液進行吸取，規格為1 mL 即可，吸至樣瓶，對其農藥殘留質量濃度進行檢測，通過工作曲線的獲得，將其所傳達的信號噪聲比值稀釋三倍，依托于信噪比對農藥檢出限進行計算。

2.2.5 加標回收與精密度測試

基于標準曲線濃度范圍，將質量濃度分別為0.1、0.5、1.0 μg/mL 的農藥混合標準溶液加入待檢農藥空白水樣中，開展規范的加標測試。期間，平行進樣6針，落實6 次精密度測試，確定相對標準偏差，加標回收與精密度測試結果如表3 所示。

表3 加標回收與精密度結果

通過表3 數據可知，本次檢測對象中的農殘不同濃度點加標回收率最低為93.5%，最高為97.2%，RSD在2.61%～4.86%區間。

2.2.6 測定實際樣品

圍繞地表水采集地區再次抽取10 個樣品，運用快速溶劑萃取-GC/MS 技術開展萃取分析工作，通過凈化等一系列操作發現，可有效檢測出地表水中的農藥殘留情況。故快速溶劑萃取-GC/MS 技術可應用于水環境監測中，可滿足水環境監測技術應用需要。

3 結論

立足于水環境監測分析快速溶劑萃取技術，發現其優點眾多、優勢明顯，通過掌握操作環節要點，比如合理控制溫度、壓力等參數，做好樣品預先處理工作等，能夠為水環境污染分析等相關研究提供科學有效的數據依據，促進水環境污染治理工作效率的提升。在技術實際應用過程中，應注重與其他技術的結合應用，本文分析的快速溶劑萃取-GC/MS 技術具有準確性好、溶劑用量少、效率高等特點，適用于水環境監測。