現代化萃取技術在水環境監測中的應用研究

高殿文

（呂梁市生態環境局柳林分局，山西 呂梁 033300）

0 引言

水環境中的大量有機污染物都以沉積物形式，存在于水和底泥間進行遷移轉化，科學全面對沉積物中有機污染物進行檢測，對改善水體污染環境、進行水體環境保護有著重要意義。國內針對水環境質量監測標準就規劃出68 種有機污染物的標準閾值，通過對比監測各地水環境限值，對水體有機污染物進行有效監測。快速溶劑萃取ASE 技術，就是一種樣品前處理技術，可實現對固相、半固相有機污染物質的精確萃取監測。

1 水環境監測中有機物前處理技術分析

結合有機物的特性，包括揮發性、溶解性等，進行水環境中沉淀樣品有機物的前處理主要采用液固萃取方法，常規液固萃取技術方法依據作用原理及技術特點，可分為索氏提取、超聲萃取、微波萃取以及自動索氏提取四類。本文主要分析一種持久性有機物POPs 的萃取過程，該類有機污染物具備持久性、生物積蓄性、半揮發性以及長距離遷移性等特點，毒性高且親脂憎水，應用上述常規固液萃取方法效果較差，需要進行頻繁監測取樣，很難滿足高效高質量萃取監測要求。

為進一步提高水環境監測效果，改善水體環境質量，提出應用一種新型快速溶劑萃取技術ASE，該技術是基于溶質在不同溶劑中的溶解度存在顯著差異的特點，通過快速溶劑萃取儀設備，在高溫高壓環境下，選取恰當溶劑將有機污染物進行高效快速萃取的方法。這項萃取技術在當前水環境監測有機物前處理應用中十分普遍，基于其顯著應用優勢，已基本取代了上述常規萃取方法。

2 快速溶劑萃取技術作用機理及工藝流程

2.1 技術作用機理分析

該萃取技術的主要作用機理，是在高溫高壓環境下，按照一定化學規律，在升溫、升壓過程中溶質會加快向化學反應的正向進行，從而提高解吸和溶解速率，提高溶劑沸點，將被分析物快速從基質中解析出來進入溶劑當中，從而有效加快萃取速率。

1）升溫效果分析。快速溶劑萃取儀設備共包含12 個萃取位和2 個清洗位，同時有34、66、100 mL 三種不同體積的萃取池，儀器設備的溫度設定范圍為50～200 ℃。通常水環境污染物萃取溫度在5～125 ℃，隨著萃取溫度的提高，溶劑黏度顯著降低、溶解速率加快，顯著提高了溶質在基體中的基體效應，快速溶劑萃取技術的升溫加熱時間應確保大于10 min。

2）加壓效果分析。快速溶劑萃取技術屬于一種固液萃取技術，因此通過增大壓力可以提高萃取溶劑沸點，從而使溶劑在高溫狀態下仍保持液態，將溶劑快速擴散在萃取儀器中，加快萃取速率，該儀器設備的最佳壓力值應控制在1 500 psi。

3）循環萃取機理。通過多次少量進行有機污染物萃取，增加靜態萃取次數，進行多次循環操作，可以達到一種動態萃取效果，從而使得監測結果更加精確。

2.2 技術特點及工藝流程

快速溶劑萃取技術工藝流程如圖1 所示，其中需要注意的是：在第一步有機污染物樣品準備時，要保持樣本萃取前處于干燥狀態，并提前進行研磨處理，要求研磨粒徑不超過0.5 mm，加快顆粒的溶解速率；同時在兩次向萃取池加入溶劑的過程中，需要注意對萃取溶劑的選取，應結合所調查有機污染物自身屬性，合理進行鹽酸、硝酸等強酸溶劑及水、緩沖溶劑的選取，利用有機物相似相容原理等，科學高效完成萃取過程。

圖1 快速溶劑萃取技術工藝流程示意圖

3 快速溶劑萃取技術工藝對照及應用趨勢

3.1 與常規萃取工藝參數對照比較

快速溶劑萃取技術與傳統萃取工藝相比，在所需損耗溶劑以及萃取時間上都有顯著應用優勢，具體參數對照見表1[1]。可以看出，應用快速萃取技術在樣品容量大小相同情況下，使用溶劑可節省350～400 mL，與其它傳統萃取工藝相比，具備顯著應用優勢；同時對比萃取時間可以發現，快速萃取技術所需時間最短，顯著提高了有機污染物的萃取效率[2]。

表1 快速萃取技術與傳統萃取工藝參數對照表

3.2 與其它現代萃取技術對照比較

1）與超臨界萃取技術相比，超臨界萃取技術由于應用氣體萃取技術，在實際工藝操作過程中，氣體萃取效率相對較低，工藝也更為繁瑣。同時氣體萃取溶劑的選取相對困難，以二氧化碳萃取溶劑為例，需要通過添加極性改性劑等提高萃取效率，而快速溶劑萃取技術ASE 的極性溶劑選擇面較廣，對儀器設備配置更低，萃取工藝流程更為成熟。

2）與固相微萃取技術相比，固相微萃取技術具備萃取時間短、操作簡單等優勢，在萃取操作過程中可通過選用與待測樣品性質相近的萃取頭來減少取樣時間，便于進行組分分離，萃取工藝流程如圖2 所示[3]。但在實際操作過程中，對固相微萃取投的制造和使用過程要求苛刻，萃取頭不僅容易發生破損，而且成本較高，萃取頭上的固定液也會因高溫發生流失，同時在萃取工藝中吸附上其它雜質，使最終測定結果出現誤差，因此總體來說，該項萃取工藝在技術研發上存在著不穩定性，很容易在分離制備過程中出現堵塞現象，影響到產物回收率，技術工藝相對不夠成熟，而快速溶劑萃取技術則擁有一套成熟快速的萃取工藝，操作工序也更加簡便，適用性更強。

圖2 固相微萃取技術工藝流程示意圖

3.3 快速溶劑萃取技術應用范疇

快速溶劑萃取技術主要用于對水環境底泥、土壤中的酸性、堿性或中性固體物質進行萃取操作，包括對水環境中的有機氯、磷農藥、氯代除草劑或柴油、汽油等的萃取過程，尤其是對一些半揮發性物質、有機物金屬化合物等物質的萃取過程效率較高。同時該萃取技術可以與傳統索氏萃取技術、超聲萃取技術相兼容應用，在進行萃取操作時需要做到封閉處理，避免對監測人員的生命安全造成威脅，并減少對周邊環境的污染危害。總體來說，快速溶劑萃取工藝屬于一種儀器設備配置簡單，總體操作工藝成熟、檢測精確度高的現代化萃取技術。

3.4 技術發展趨勢

1）快速溶劑萃取技術主要是進行水環境中底泥、土壤等固體物質的萃取操作，也即對固相物質的萃取效率較高，但對水環境中游離態有機污染物的檢測確存在很大局限性，因此在后續技術改進發展過程中，可加大有機污染物的監測面，對水環境有機污染物進行全方位萃取監測，提高快速溶劑萃取技術監測的全面性。

2）對于水環境中賦存的易揮發性物質，傳統監測技術是利用頂空氣相色譜分析。通過發展吹掃捕氣相色譜法，并結合快速溶劑萃取技術的使用，可以大幅提升對水環境中半揮發、難揮發以及難降解有機物的監測過程，實現水環境有機污染物的全面精確檢測。通過綜合應用各種檢測手段，全面提高水環境質量檢測能力。

4 結語

為進一步提高水環境監測效果，改善水體環境質量，提出應用一種新型快速溶劑萃取技術ASE，該技術是基于溶質在不同溶劑中的溶解度存在顯著差異的特點，通過快速溶劑萃取儀設備，在高溫高壓環境下，選取恰當溶劑將有機污染物進行高效快速萃取的方法。該萃取技術在當前水環境監測有機物前處理應用中十分普遍，與傳統萃取技術相比具備溶劑損耗少、萃取時間短、效率高等顯著應用優勢。