摘 要： 快速溶劑萃取技術(shù)作為樣品前處理技術(shù)，主要用于監(jiān)測(cè)固體物質(zhì)中的污染物，其以溶質(zhì)在不同溶劑中各異的溶解度為依據(jù)，借助快速溶劑萃取儀，在高溫、高壓條件下，選取最優(yōu)溶劑，以此保證了監(jiān)測(cè)的高效性與快速性。本文分析了水環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，介紹了快速溶劑萃取技術(shù)的概況，包括原理、流程、特點(diǎn)等，重點(diǎn)闡述了此技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，具體內(nèi)容為各技術(shù)比較、應(yīng)用情況及改進(jìn)方向，旨在明確快速溶劑萃取技術(shù)的作用，使其廣泛應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)，以此保證監(jiān)測(cè)效率與質(zhì)量。
引言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是工業(yè)化與城市化進(jìn)程的加速，水環(huán)境問(wèn)題日漸嚴(yán)峻，人們對(duì)其給予了高度關(guān)注。水質(zhì)污染的類(lèi)型有兩種，分別為無(wú)機(jī)物污染、有機(jī)物污染，后者可細(xì)化為耗氧有機(jī)物污染與痕量有害有機(jī)物污染，而日趨增多的有機(jī)物污染，直接影響著環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，甚至威脅著人類(lèi)身心健康，因此，水環(huán)境監(jiān)測(cè)是必要的。在監(jiān)測(cè)分析中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)便是樣品預(yù)處理，實(shí)踐中廣泛應(yīng)用著萃取技術(shù)，與其他方法相比，快速溶劑萃取技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，如：快速、高效、便捷等，因此，本文探討了此技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，旨在為水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供可靠的保障。
1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀
自改革開(kāi)放起，我國(guó)工業(yè)進(jìn)程快速推進(jìn)，隨之出現(xiàn)了大量的工業(yè)“三廢”，即：廢水、廢物與廢渣，水環(huán)境中的污染物類(lèi)型日漸豐富與多樣。對(duì)于水環(huán)境中的有機(jī)物污染而言，其具有“三致”特點(diǎn)，主要是因有機(jī)物擁有生物積累性，增加了突變、畸形、癌變等發(fā)生率。21世紀(jì)，國(guó)際會(huì)議對(duì)12種有機(jī)物進(jìn)行了明確了規(guī)定，禁止或限制其使用，并號(hào)召世界各國(guó)關(guān)注環(huán)境，開(kāi)展水環(huán)境監(jiān)測(cè)[1]。
水環(huán)境中污染物主要以沉積物形式存在，并且在水與底泥間遷移轉(zhuǎn)化，為了有效保護(hù)水環(huán)境，應(yīng)對(duì)沉積物展開(kāi)全面、科學(xué)與合理監(jiān)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，以此保證水體污染治理效果與成效。根據(jù)有機(jī)污染物的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出了不同的檢測(cè)手段，一種為樣品預(yù)處理，另一種為設(shè)備儀器檢測(cè)，它主要是利用儀器，對(duì)提取物展開(kāi)分離，并給予定量與定量分析[2]。
水環(huán)境中有機(jī)物具有一定的特殊性，如：揮發(fā)性、溶解性與穩(wěn)定性，在對(duì)其樣品進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，可選用液固萃取方法，通過(guò)對(duì)不同方法原理及特點(diǎn)探討后，可以將其劃分為索氏提取、自動(dòng)索氏提取、超聲萃取與微波萃取。
本文以持久性有機(jī)污染物(Persistent organic pollutants，POPs)為研究對(duì)象，其特點(diǎn)如下：積蓄性、持久性、高毒性、半揮發(fā)性與長(zhǎng)距離遷移性等，在監(jiān)測(cè)水環(huán)境中POPs時(shí)，如果仍采用傳統(tǒng)方法，則難以滿足工作需求，造成此情況的原因?yàn)镻OPs采樣點(diǎn)復(fù)雜、樣品數(shù)量較多，實(shí)踐中應(yīng)進(jìn)一步增加萃取的效率與質(zhì)量。
為了滿足水環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者積極探索、不斷研究，提出了快速溶劑萃取技術(shù)(Accelerated solvent extraction，ASE)，此技術(shù)對(duì)固體或半固體樣品中的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)了有效、快速萃取，其在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中扮演著重要的角色，經(jīng)過(guò)普遍與廣泛的使用，逐漸成為了標(biāo)準(zhǔn)方法，與其他萃取方法相比，優(yōu)勢(shì)顯著。
2 快速溶劑萃取技術(shù)的概況
2.1 原理
此技術(shù)以溶質(zhì)在不同溶劑中的不同溶解度為依據(jù)，通過(guò)快速溶劑萃取儀與適合的溶劑，在高溫、高壓環(huán)境下，快速、有效萃取樣品中的有機(jī)物。溶質(zhì)受高溫度及高壓強(qiáng)的影響，向正反方向進(jìn)行，使解吸與溶解動(dòng)力速度、溶劑沸點(diǎn)均大幅度提高，此后分析物可從基質(zhì)中快速解析，并且可迅速進(jìn)入溶劑，進(jìn)而保證了萃取速率。
在高溫方面，快速溶劑萃取儀的萃取位共12個(gè)，清洗位共2個(gè)，萃取池共3個(gè)，其體積各異，分別為34ml、66ml與100ml。在實(shí)踐中應(yīng)以有機(jī)物溶解難易度為依據(jù)，選取適合的溫度。此儀器的溫度范圍在50～200℃，通常情況下，水環(huán)境污染物均溫為100℃，因此，常規(guī)萃取污染物時(shí)，可選擇的溫度范圍為5～125℃。待溫度升高后，不僅會(huì)增加基體效應(yīng)、反應(yīng)速度與溶解速率，還會(huì)降低溶劑粘度[3]。
在壓強(qiáng)方面，ASE技術(shù)本質(zhì)為液固萃取，隨著壓強(qiáng)的提高，萃取過(guò)程中溶劑沸點(diǎn)將明顯提高。與氣態(tài)溶劑相比，液態(tài)溶劑與溶質(zhì)反應(yīng)更易發(fā)生，同時(shí)高壓、高溫條件下，溶劑可持續(xù)保持液態(tài)，其在溶劑萃取儀中可快速分散，進(jìn)而保證了溶劑萃取速率。此儀器的壓力為1500psi。
在循環(huán)方面，水環(huán)境有機(jī)物萃取應(yīng)堅(jiān)持多次少量原則，通過(guò)靜態(tài)萃取次數(shù)的增加，如：2～3次循環(huán)操作，以此接近了動(dòng)態(tài)萃取，保證了萃取效果及質(zhì)量[4]。
2.2 流程
ASE技術(shù)萃取流程如下：在萃取池內(nèi)加入有機(jī)污染物與溶劑，此后加熱加壓，待達(dá)到目標(biāo)溫度與壓強(qiáng)條件后，再加入溶劑，經(jīng)數(shù)次循環(huán)萃取，再展開(kāi)萃取分析。
在實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：一方面，準(zhǔn)備樣品，如果工作中選用含水樣品，則會(huì)影響萃取效率，因此，萃取前應(yīng)利用自然風(fēng)干法或添加干燥劑法，以此干燥樣品；如果監(jiān)測(cè)中涉及的樣品顆粒表面積過(guò)大，也會(huì)降低萃取效果，在此情況下，萃取前應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行研磨，使其顆粒粒徑均不足0.5mm。以聚合體樣品為例，如：液態(tài)氮，其應(yīng)處于低溫環(huán)境，并在加入添加劑后實(shí)施研磨；如果樣品為海砂或硅藻土，由于其顆粒較細(xì)，萃取時(shí)應(yīng)利用分散劑，以此保證萃取質(zhì)量。另一方面，選取萃取劑。萃取劑選取的是否合理直接關(guān)系著萃取效果，影響著目標(biāo)化合物是否萃取成功。ASE技術(shù)科應(yīng)用有機(jī)試劑、緩沖溶劑、水等，但禁止使用強(qiáng)酸，實(shí)踐應(yīng)遵循相似相溶原理，即：萃取劑極性和目標(biāo)化合物應(yīng)保持一致，如果混合物為不同極性溶劑，則可利用多類(lèi)型化合物進(jìn)行萃取[5]。
2.3 特點(diǎn)
溶劑經(jīng)泵入方式填充至萃取池，待加溫、加壓后，萃取物將被輸送至收集瓶，再經(jīng)凈化、脫水與濃縮處理后，以此滿足了色譜分析需求。
ASE技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，具體表現(xiàn)在以下幾方面：一是，較少的有機(jī)溶劑用量，通常情況下，10g樣品僅需要15mL溶劑即可；二是，快速、高效，經(jīng)萃取實(shí)踐可知，常規(guī)萃取一次僅需15min，同時(shí)其擁有良好的選擇性，保證了萃取質(zhì)量，已被美國(guó)制定為EPA標(biāo)準(zhǔn)方法；三是，便捷、安全，在實(shí)踐過(guò)程中可對(duì)12個(gè)樣品展開(kāi)連續(xù)、自動(dòng)萃取[6]。
3 快速溶劑萃取技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
3.1 工藝比較
3.1.1 傳統(tǒng)工藝
以10～30g的樣品量為例，與索氏提取相比，ASE僅需要15～45mL溶劑體積，萃取時(shí)間僅為1～4h，而前者需要300～500mL、4～48h；如果樣品量為30g，超聲波提取的溶劑體積、萃取時(shí)間分別為300～400mL、0.5～1h；如果樣品量為5g，微波提取的溶劑體積、萃取時(shí)間分別為30mL、0.5～1h。此結(jié)果表明，在樣品量相同情況下，ASE所用溶劑明顯少于其他方法，在樣品量不同條件下，經(jīng)計(jì)算可知，ASE所需時(shí)間為12～20min。因此，ASE作為全自動(dòng)萃取技術(shù)，節(jié)省了時(shí)間與溶劑，凸顯了其高效性、經(jīng)濟(jì)性與快速性等優(yōu)點(diǎn)[7]。
當(dāng)前，多數(shù)實(shí)驗(yàn)室仍采用著索氏提取法，其屬于傳統(tǒng)方法，溶劑用量基本均在500mL以上，萃取時(shí)間范圍為4～48h，同時(shí)系統(tǒng)密閉性及自動(dòng)化較差，實(shí)踐中僅可選用一種溶劑，而ASE技術(shù)，溶劑用量?jī)H在10～15mL、萃取時(shí)間范圍為10～15min，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的密閉性與全自動(dòng)化，在選取溶劑時(shí)具有較強(qiáng)的自由度。通過(guò)對(duì)比分析可知，在萃取中利用ASE技術(shù)，縮短了操作時(shí)間，保證了萃取效率，因其所用溶劑用量較少，以此降低了單個(gè)樣品提取費(fèi)用，同時(shí)在密閉系統(tǒng)環(huán)境下，避免了有機(jī)組分損失，保證了回收率[8]。
3.1.2 超臨界萃取技術(shù)
超臨界萃取技術(shù)是利用超臨界狀態(tài)的氣體實(shí)現(xiàn)萃取的，涉及的溶劑為中性二氧化碳與極性改進(jìn)劑，同時(shí)需要3～5個(gè)氧氣瓶，其僅能夠滿足小樣品量的萃取需求；而ASE技術(shù)借助溶劑萃取，其選用的極性溶劑，具有較強(qiáng)的選擇性，同時(shí)儀器配置簡(jiǎn)單，便于操作，再者也符合大樣品量的萃取需求。經(jīng)對(duì)比研究顯示，ASE技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，具有較廣的適用范圍與簡(jiǎn)便的萃取操作，同時(shí)在化學(xué)工藝中，氣體萃取效率明顯高于液體，其工藝簡(jiǎn)便，并且對(duì)溶劑要求簡(jiǎn)單。對(duì)于ASE萃取池而言，最大體積為100mL，不僅符合大量樣品處理需求，同時(shí)也滿足了痕量或超痕量污染物萃取需要[9]。
經(jīng)過(guò)上述比較分析可知，ASE可取代其他方法，總體來(lái)看，此工藝具有高、精、尖等特點(diǎn)。
3.2 應(yīng)用情況
根據(jù)相關(guān)規(guī)定可知，ASE技術(shù)可用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)，如：底泥與土壤等固體物質(zhì)，此類(lèi)物質(zhì)可以為酸性或酸性，也可以為中性，經(jīng)實(shí)踐可知，此技術(shù)對(duì)有機(jī)氯、有機(jī)磷、除草劑、多氯聯(lián)苯類(lèi)物質(zhì)、多氯二苯呋喃、柴油、多芳香烴、有機(jī)物金屬化合物等萃取效果顯著。在實(shí)踐中可聯(lián)合運(yùn)用不同技術(shù)，將ASE與索氏提取、超聲萃取等兼容后，操作全過(guò)程處于封閉狀態(tài)，從而提高了萃取的安全性，保障了人員安全，防止了環(huán)境污染。
國(guó)外學(xué)者[10]以水環(huán)境中的土壤為研究對(duì)象，其含有不同濃度的有機(jī)氯農(nóng)藥與多環(huán)芳烴，監(jiān)測(cè)中選用了ASE技術(shù)與索氏提取法，其結(jié)果為，與索氏提取相比，ASE萃取效果更優(yōu)；相關(guān)學(xué)者經(jīng)實(shí)踐證實(shí)，在有機(jī)氯農(nóng)藥提取中應(yīng)用ASE萃取法的效率及質(zhì)量均優(yōu)于索氏提??；國(guó)內(nèi)學(xué)者以水環(huán)境中含有有機(jī)磷農(nóng)藥的樣品為研究對(duì)象，比較了不同提取方法的效果，其結(jié)果顯示，ASE技術(shù)的回收率高于其他方法
3.3 技術(shù)改進(jìn)
在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中利用ASE技術(shù)，僅對(duì)固相物質(zhì)的萃取效率較高，但對(duì)整個(gè)水環(huán)境而言，其中的有機(jī)物繁多，ASE技術(shù)用于其他有機(jī)物萃取，則顯現(xiàn)出了一定的不足。因此，日后應(yīng)對(duì)此技術(shù)展開(kāi)改進(jìn)，使其適用于更多有機(jī)物，以此增強(qiáng)監(jiān)測(cè)強(qiáng)度，保證其全面性與準(zhǔn)確性。
與此同時(shí)，水環(huán)境中含有一定的易揮發(fā)性物質(zhì)，如果仍采用傳統(tǒng)頂空氣相色譜法，則難以保證監(jiān)測(cè)效果，因此，日后應(yīng)探索與運(yùn)用吹掃捕集氣相色譜法。在ASE技術(shù)支持下，水環(huán)境監(jiān)測(cè)水平大幅度提升，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半揮發(fā)、難揮發(fā)及難降解有機(jī)物的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，在開(kāi)展工作時(shí)，應(yīng)對(duì)不同技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，如：固相萃取、色譜技術(shù)等，在此基礎(chǔ)上，水環(huán)境監(jiān)測(cè)成效將更加顯著。
總結(jié)：綜上所述，快速溶劑萃取技術(shù)作為現(xiàn)代萃取技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)勢(shì)顯著，如：溶劑少、時(shí)間短、效率高等，為了充分發(fā)揮其作用，本文以水環(huán)境有機(jī)物污染為研究對(duì)象，介紹了其監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，分析了ASE技術(shù)的原理、流程與特點(diǎn)，同時(shí)闡述了ASE技術(shù)的應(yīng)用，比較了不同方法的應(yīng)用情況，探討了ASE的應(yīng)用情況及改進(jìn)對(duì)策，相信，日后經(jīng)多元技術(shù)的共同作用，水環(huán)境監(jiān)測(cè)效率及質(zhì)量均將大幅度提高，進(jìn)而利于保護(hù)環(huán)境及人類(lèi)安全。
本文來(lái)源：科學(xué)與財(cái)富
