磁性固相萃取在環(huán)境污染物檢測(cè)中的應(yīng)用分析

袁少偉 戴新榮 賀傳友 江宏玲

前言

直接在環(huán)境介質(zhì)中進(jìn)行富集和快速分離屬于磁性固相萃取具備的主要優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用傳統(tǒng)方法存在的吸附劑用量大、柱堵塞、高背壓等問(wèn)題也能夠?qū)崿F(xiàn)較好避免，而為了保證磁性固相萃取更好服務(wù)于環(huán)境污染物檢測(cè)，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 環(huán)境污染物檢測(cè)中的磁性固相萃取應(yīng)用路徑

1.1 分子印跡聚合物

在環(huán)境污染物檢測(cè)的磁性固相萃取應(yīng)用中，分子印跡聚合物在其中發(fā)揮的作用不應(yīng)被忽視，作為典型的磁性固相萃取用吸附劑，其本質(zhì)上屬于具有選擇性分子識(shí)別位點(diǎn)的穩(wěn)定合成聚合物，較強(qiáng)的特異識(shí)別性、優(yōu)秀的穩(wěn)定性、高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)也使得分子印跡聚合物可用于環(huán)境污染物檢測(cè)，應(yīng)用甲基對(duì)硫磷印跡的磁性印跡聚合物開展的土壤中甲基對(duì)硫磷快速萃取便屬于其中代表，將目標(biāo)物質(zhì)印跡到磁性碳納米管和石墨烯表面同樣屬于分子印跡聚合物的典型應(yīng)用，這種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的吸附能力提升使得其能夠更好用于環(huán)境污染物檢測(cè)[1]。

1.2 石墨烯

石墨烯同樣能夠用于環(huán)境污染物檢測(cè)，疏水性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、表面積超大均屬于其具備的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用磁性石墨烯復(fù)合材料G-FE3O4實(shí)現(xiàn)的環(huán)境水樣氨基甲酸酯類殺蟲劑萃取便屬于石墨烯的典型應(yīng)用，環(huán)境水樣磺胺類抗生素藥物、蔬菜中痕量三唑類殺菌劑的萃取同樣能夠較好證明石墨烯應(yīng)用價(jià)值。值得注意的是，為保證石墨烯更好服務(wù)于環(huán)境污染物檢測(cè)，引入G鍵合包覆的磁性納米粒子屬于前景較為明朗的研究方向。

1.3 金屬-有機(jī)骨架材料

金屬-有機(jī)骨架材料同樣能夠較好服務(wù)于環(huán)境污染物檢測(cè)，比表面積大、便于后修飾、孔徑可調(diào)控屬于這類材料具備的主要優(yōu)勢(shì)，這也使得近年來(lái)國(guó)內(nèi)外圍繞金屬-有機(jī)骨架材料的環(huán)境污染物檢測(cè)開展了大量研究，測(cè)定水樣中的痕量多環(huán)芳烴、選擇性吸附污水中重金屬離子、快速萃取沉積物中痕量的重金屬均屬于金屬-有機(jī)骨架材料的典型應(yīng)用，組成和結(jié)構(gòu)豐富多樣與該種類材料的廣泛應(yīng)用存在較為緊密聯(lián)系。

2 環(huán)境污染物檢測(cè)中的磁性固相萃取應(yīng)用實(shí)踐

2.1 研究區(qū)概況

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了某省轄市場(chǎng)地作為研究對(duì)象，場(chǎng)地地形南西高、北東低，局部坡度、總體坡度分別＜7%與＜5%，場(chǎng)區(qū)植被較好，果樹林覆蓋率超過(guò)80%。場(chǎng)區(qū)所在地省轄市屬華北暖溫帶沿海濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四級(jí)分明。受人口密集、耕地面積廣、農(nóng)業(yè)活動(dòng)頻繁且研究區(qū)大量填埋垃圾，附近河流污染嚴(yán)重，地下水中有機(jī)氯農(nóng)藥富集多、輻射廣，因此研究人員開展了圍繞場(chǎng)區(qū)地下水有機(jī)氯農(nóng)藥的環(huán)境污染物檢測(cè)[2]。

2.2 材料制備

2.2.1 儀器、原材料

檢測(cè)用儀器主要包括磁力攪拌器、高溫管式爐、VORTEX-5型號(hào)漩渦儀、WX881-3型號(hào)威信烘干箱、冷凍高速離心機(jī)、NDK-36W型號(hào)氮吹濃縮儀、OP-4200DTS型號(hào)雙頻超聲波清洗機(jī)、SWPRATM55型號(hào)掃描電鏡儀；檢測(cè)用原材料主要包括二氯甲烷、甲醇、2-甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、六水合氯化鈷，檢測(cè)用全部原材料均為分析純。

2.2.2 材料合成方法與成分組成

依次在 80ml甲醇中融入 950mg的 CoCl2·6（H20）、600mg的 PVP、2630mg的2-MeIm，融入過(guò)程需始終處于攪拌狀態(tài)下，隨后使用磁力攪拌器進(jìn)行室溫狀態(tài)下溶液攪拌，攪拌時(shí)間控制為12h，由此可得到紫色溶液，使用冷凍高速離心機(jī)進(jìn)行紫色溶液離心，并隨后使用OP-4200DTS型號(hào)雙頻超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲清洗，重復(fù)離心、超聲清洗各五次后，將紫色溶液置入WX881-3型號(hào)威信烘干箱，設(shè)定烘干溫度為70℃，烘干10h后可得到紫色固體粉末，使用高溫管式爐并通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣進(jìn)行紫色固體粉末加熱，加熱溫度設(shè)定為700℃、加熱時(shí)間為2h，紫色粉末由此碳化形成多孔碳，最后使用甲醇進(jìn)行5次清洗，烘干后即可用于場(chǎng)區(qū)地下水有機(jī)氯農(nóng)藥的環(huán)境污染物檢測(cè)。

使用SWPRATM55型號(hào)掃描電鏡儀進(jìn)行多孔碳檢測(cè)，可確定該多孔碳材料由C、N、O、Co元素組成，其中四種元素所占重量百分比依次為27.93%、6.85%、2.32%、62.90%，原子百分比則依次為57.74%、12.14%、3.61%、26.51%，Co元素占重量百分比最大，C元素占原子百分比最大，由于Co元素的大量存在，該多孔碳材料屬于典型的“金屬-有機(jī)骨架材料”，且BET高達(dá)177.43m2/g，這使得其能夠較好實(shí)現(xiàn)有機(jī)氯農(nóng)藥的吸附[3]。

2.3 場(chǎng)區(qū)地下水分析

2.3.1 地下水樣處理

量取120ml的1號(hào)地下水樣置于50ml離心管，加入上一環(huán)節(jié)制成的多孔碳材料，使用漩渦儀進(jìn)行10min渦旋處理，多孔碳材料由此即可有效吸附地下水樣中的有機(jī)氯農(nóng)藥，使用磁鐵在離心管外壁吸引多孔碳材料并去除全部水樣后，移除磁鐵并加入2ml二氯甲烷解吸液，使用漩渦儀進(jìn)5min渦旋處理，由此即可得到有機(jī)氯農(nóng)藥解吸液，使用NDK-36W型號(hào)氮吹濃縮儀將解吸液濃縮至100μL，最終即可進(jìn)行場(chǎng)區(qū)地下水有機(jī)氯農(nóng)藥的環(huán)境污染物檢測(cè)，檢測(cè)使用三重四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀，2-14號(hào)地下水樣開展相同檢測(cè)。

2.3.2 GC-MS分析

使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行GC-MS分析，具體分析使用35mm×0.25mm×025μm的HP-5毛細(xì)色譜柱，升溫程序?yàn)椋骸氨３种鶞?0℃1min→升溫至130℃，升溫速率為20℃/min→升溫至250℃，升溫速率為5℃/min→升溫至300℃，升溫速率為20℃/min→保持8min”，接觸面面積、載氣流速分別設(shè)置為290℃與1.2mL/min，進(jìn)樣量為1.0μL，不分流進(jìn)樣。

2.4 檢測(cè)結(jié)果與討論

表1為各采樣點(diǎn)地下水中有機(jī)氯農(nóng)藥檢出量，由此了確定研究區(qū)有機(jī)氯農(nóng)藥總和濃度范圍為1.10～35.21mg/L，其中3號(hào)、9號(hào)采樣點(diǎn)地下水有機(jī)氯農(nóng)藥污染最為嚴(yán)重，這是由于3號(hào)采樣點(diǎn)位于垃圾填埋場(chǎng)區(qū)中心位置，而9號(hào)采樣點(diǎn)則位于農(nóng)田中間，這能夠在一定程度上證明農(nóng)業(yè)活動(dòng)與垃圾填埋場(chǎng)滲濾作用屬于有機(jī)氯農(nóng)藥的主要來(lái)源。此外，研究區(qū)總六六六含量占總農(nóng)藥含量的90.67%，且β-HCH與α-HCH的檢出量最高，這是由于二者具備穩(wěn)定性高、難揮發(fā)。難降解特性所致。

3 結(jié)論

綜上所述，磁性固相萃取能夠較好用于環(huán)境污染物檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上，本文利用利用磁性多孔碳材料開展的實(shí)踐檢測(cè)、得出的β-HCH與α-HCH的檢出量最高結(jié)果，則提供了可行性較高的環(huán)境污染物檢測(cè)磁性固相萃取應(yīng)用路徑，而為了實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的磁性固相萃取應(yīng)用，新穎、吸附效果更好、綜合性能更優(yōu)越的吸附劑研制必須得到高度重視。