水中的揮發(fā)性有機(jī)物分析前處理技術(shù)分析

張迅

（梧州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 廣西梧州 543002）

水中的揮發(fā)性有機(jī)物分析前處理技術(shù)分析

張迅

（梧州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 廣西梧州 543002）

環(huán)境水體中存在著揮發(fā)性有機(jī)物VOCs，其不僅容易揮發(fā)，而且實(shí)際含量較少。因此，要對(duì)其進(jìn)行定量分析非常困難。盡管隨著技術(shù)水平的不斷提高，可以采用高靈敏度的檢測(cè)分析儀器對(duì)其進(jìn)行分析，但是從實(shí)際的應(yīng)用情況來(lái)看，我國(guó)市場(chǎng)中現(xiàn)有的檢測(cè)分析儀器無(wú)法準(zhǔn)確、科學(xué)對(duì)水環(huán)境中的相關(guān)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行直接檢測(cè)分析，特別是對(duì)其樣品進(jìn)行研究更為復(fù)雜。因此，在這種背景下，本文通過(guò)對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段水環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)物分析中常見(jiàn)的幾種前處理技術(shù)進(jìn)行論述，總結(jié)和歸納了各自的應(yīng)用優(yōu)、缺點(diǎn)，并對(duì)這幾種技術(shù)的相關(guān)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

水環(huán)境；揮發(fā)性有機(jī)物；前處理技術(shù)；分析

前言

一般而言，我國(guó)的水環(huán)境污染樣品基體復(fù)雜，污染物的種類較多，但是其實(shí)際的含量卻不足。因此，針對(duì)這一情況，經(jīng)常要采用前處理技術(shù)對(duì)水環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行處理分析。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)、內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展研究發(fā)現(xiàn)，在測(cè)定水環(huán)境中微量或者恒量有機(jī)污染物的實(shí)際含量時(shí)，主要采用有機(jī)物前處理技術(shù)對(duì)水體中的目標(biāo)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行富集濃縮，通過(guò)過(guò)濾技術(shù)以及溶液萃取和共沉淀技術(shù)、蒸餾技術(shù)、吹氣技術(shù)、冰凍技術(shù)、色譜技術(shù)、吸附技術(shù)、膜萃取技術(shù)、固相萃取技術(shù)以及半透膜被動(dòng)采樣技術(shù)進(jìn)行處理分析。因此，本文主要結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，針對(duì)幾種常見(jiàn)的處理分析技術(shù)展開(kāi)探討。

1 液液萃取法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

Liquid-liquid Extraction簡(jiǎn)稱LLE，又叫液液萃取技術(shù)，這是一種常規(guī)的水環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)物前處理技術(shù)。主要利用揮發(fā)性有機(jī)溶液，從水樣中萃取需要檢測(cè)的揮發(fā)性有機(jī)物，然后分別經(jīng)過(guò)濃縮技術(shù)處理以及定容處理和分析處理，從而得到相關(guān)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。這一技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，其在不同的pH環(huán)境下可萃取水體中的大部分揮發(fā)性有機(jī)物。為了提高萃取的作業(yè)效率，需要在水體中加入一定量的無(wú)機(jī)鹽物質(zhì)或者對(duì)水樣中的pH值進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。盡管這一技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛，但是其在作業(yè)過(guò)程中需要投入大量的勞動(dòng)成本，而且需要耗費(fèi)一定的有機(jī)溶液，因此容易導(dǎo)致二次環(huán)境污染。具體的技術(shù)操作流程如圖1所示。

圖1 液液萃取法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用圖

2 樹脂吸附技術(shù)在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

這一技術(shù)的主要應(yīng)用原理是通過(guò)采用大孔網(wǎng)狀樹脂的大比表面積，將揮發(fā)性有機(jī)分子中的疏水基團(tuán)進(jìn)行有效吸附，即通過(guò)樹脂的表面對(duì)水體中富集的揮發(fā)性有機(jī)分子進(jìn)行吸附。因此，這一技術(shù)的使用范圍更加廣泛，主要應(yīng)用于低濃度、大體積的揮發(fā)性有機(jī)污染物處理。但是，這一技術(shù)同樣具有一定的缺點(diǎn)，比如其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的技術(shù)操作流程非常復(fù)雜，而且需要大量的有機(jī)溶液。因此，這一技術(shù)主要在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較多。

3 固相萃取技術(shù)在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

這一技術(shù)主要在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)，其應(yīng)用與發(fā)展同樣離不開(kāi)我國(guó)傳統(tǒng)的液液萃取這一處理技術(shù)。其主要的應(yīng)用原理是，采用固體吸附劑將被檢測(cè)樣本中的目標(biāo)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行有效吸附，再經(jīng)過(guò)洗脫液進(jìn)行洗脫技術(shù)處理或者經(jīng)過(guò)加熱解析，最終將水體中大量富集的目標(biāo)揮發(fā)性化合物進(jìn)行有效分離。這一技術(shù)與其它處理技術(shù)相比，不僅富集倍數(shù)較大，而且萃取過(guò)程不需要采用大量有機(jī)溶液。除此之外，技術(shù)處理過(guò)程更加簡(jiǎn)便和高效。通常而言，這一處理技術(shù)主要適用于污水以及清潔水體中難揮發(fā)或者半揮發(fā)性的水體污染物處理。但是，這一技術(shù)處理方式同樣存在一定的不足之處，比如在實(shí)際處理過(guò)程中萃取管道的管徑較窄，而且實(shí)際過(guò)柱流量較慢，在溶液萃取過(guò)程中空白值較高，極容易出現(xiàn)管道堵塞情況。

4 液膜萃取技術(shù)在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

這一處理技術(shù)主要融合了傳統(tǒng)的液液萃取以及膜分離技術(shù)，因此在操作過(guò)程中，既具有透析過(guò)程無(wú)干擾的優(yōu)點(diǎn)，又具有溶液萃取富集與分離的效果。這一技術(shù)處理工藝與傳統(tǒng)的固相萃取技術(shù)和液液萃取技術(shù)相比，需要的有機(jī)溶液較少，而且技術(shù)操作過(guò)程更加科學(xué)與規(guī)范，同時(shí)采用這種技術(shù)方式進(jìn)行處理，效果更好，操作過(guò)程更加簡(jiǎn)便。這一技術(shù)操作方式可與液相色譜技術(shù)、原子吸收技術(shù)、氣象色譜技術(shù)等聯(lián)合使用，因此具有非常巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是，這一技術(shù)處理方式的主要應(yīng)用缺點(diǎn)是，液膜的使用周期和穩(wěn)定性會(huì)受到揮發(fā)性有機(jī)溶液的影響。因此，這一技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可供選擇的揮發(fā)性有機(jī)溶液不足，而且對(duì)于一些極性化合物的分離效率不高。除此之外，有機(jī)溶液的液膜會(huì)對(duì)液膜萃取過(guò)程中的萃取效果產(chǎn)生巨大影響。因此，這一技術(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化與完善。如圖2所示為液膜萃取法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的實(shí)際應(yīng)用流程。

圖2 液膜萃取法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用圖

5 半透膜被動(dòng)采樣技術(shù)在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

Sem ipermeable Membrane Devices技術(shù)簡(jiǎn)稱SPMDs，其又叫半透膜被動(dòng)采樣技術(shù)。這種處理技術(shù)的主要作用是富集非極性有機(jī)物污染物，這一技術(shù)是在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的。其在具體實(shí)施過(guò)程中主要通過(guò)內(nèi)封中性類脂、外部為半滲透膜，從而利用這一技術(shù)裝置能夠?qū)λw中的水生生物富集揮發(fā)性有機(jī)污染物的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行模擬。因此，不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，而且可以對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，有效克服了傳統(tǒng)采樣技術(shù)方式瞬時(shí)記錄準(zhǔn)確性不高的缺點(diǎn)。但是這一技術(shù)處理工藝的主要不足是無(wú)法對(duì)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)一、精確測(cè)量，而且需要在應(yīng)用過(guò)程中加入大量的透析溶液。

6 頂空法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

Headspace技術(shù)方式又稱頂空法，主要應(yīng)用于一般的恒量揮發(fā)性有機(jī)化合物前處理過(guò)程，因此從其實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，不僅可以避免外界環(huán)境干擾，而且操作過(guò)程簡(jiǎn)單，同時(shí)可與氣相色譜技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用。但最突出的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)是不需要采用有機(jī)溶液。這一技術(shù)方式的應(yīng)用操作過(guò)程較為嚴(yán)格，因此技術(shù)處理的準(zhǔn)確性與靈敏度和重現(xiàn)性與頂空技術(shù)處理裝置的相關(guān)運(yùn)行條件存在很大關(guān)聯(lián)。由于這一技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中具有諸多不足之處，因此在發(fā)展過(guò)程中逐漸產(chǎn)生了一種新的技術(shù)方式——吹掃-捕集法。如裝置圖3為頂空法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用。

圖3 頂空法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用圖

7 吹掃-捕集法在水中揮發(fā)性有機(jī)物前處理中的應(yīng)用

這一技術(shù)是在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，這一技術(shù)目前主要應(yīng)用于水中揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機(jī)物前處理過(guò)程，與傳統(tǒng)的頂空處理技術(shù)有所區(qū)別。這一技術(shù)的主要應(yīng)用過(guò)程并非是對(duì)處于平衡狀態(tài)的頂空樣品進(jìn)行分析，而是通過(guò)將揮發(fā)性成分中的流動(dòng)氣體樣品清掃出來(lái)，再使用捕集裝置進(jìn)行吸附處理。因此，這一技術(shù)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需在處理過(guò)程中加入有機(jī)溶液，從而大大提升了富集的倍數(shù)，取樣檢測(cè)量較少，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化樣品采集，與我國(guó)傳統(tǒng)的靜態(tài)頂空處理技術(shù)相比，吹掃-捕集法裝置靈敏度較高，而且具有很好的重現(xiàn)性，此外吹掃-捕集時(shí)間較短。

8 結(jié)束語(yǔ)

縱觀我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷程，水環(huán)境中有機(jī)污染物的分析前處理技術(shù)已經(jīng)有三十多年的發(fā)展歷史，經(jīng)過(guò)不斷的應(yīng)用與推廣，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取得了重要的技術(shù)突破。但是，其與國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)方面仍然存在較大的應(yīng)用差距。本文在結(jié)合我國(guó)實(shí)際發(fā)展情況的背景下，對(duì)常見(jiàn)的幾種揮發(fā)性有機(jī)物前處理技術(shù)進(jìn)行了分析與論述，最終發(fā)現(xiàn)我國(guó)的水環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)物前處理技術(shù)已經(jīng)在朝著高效、快捷以及無(wú)溶劑、自動(dòng)化與小型化方向發(fā)展，因此具有廣闊的應(yīng)用與發(fā)展前景。

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X832

A

1004-7344（2016）18-0330-02

2016-5-11

張 迅（1979-），男，中級(jí)工程師，本科，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。