現(xiàn)代化萃取技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

李雅琪

（四川省甘孜生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站 四川甘孜 626000）

引言

自上世紀90 年代以來，我國工業(yè)化發(fā)展突飛猛進，這也為社會生態(tài)健康發(fā)展帶來了一定壓力，大量工業(yè)廢水、廢物的產(chǎn)生與排放導致水環(huán)境被污染，有機物污染環(huán)境就此形成，它為人類帶來了“三致”（致突變、致畸、致癌）危害。所以人類針對水環(huán)境的監(jiān)測與水體污染的改良就成為世界發(fā)展的重大課題。

1 我國水環(huán)境質量標準的監(jiān)測研究現(xiàn)狀

1.1 我國水環(huán)境質量的監(jiān)測現(xiàn)狀

水環(huán)境中的污染物主要為有機污染物，它的存在形式為沉積固態(tài)，隨后可遷移轉化于水和底泥之間。所以說，對于水環(huán)境的保護與治理是具有重大作用意義的，它需要深度分析有機污染物的基本特征，提出多種科學有效的水體檢測方法，它其中就應該包括了樣品前處理方法、設備儀器動態(tài)檢測方法、分離方法以及定性定量方法等等。在國內，針對地表水環(huán)境的質量監(jiān)測標準中就規(guī)劃總結出68 種有機污染物，并明確提出了它們的污染標準限值，標準希望各地水利系統(tǒng)能夠根據(jù)這一標準限值合理監(jiān)測地表水環(huán)境，對水體中的有機污染物進行有效監(jiān)測[1]。

標準中所提出的水體監(jiān)測方法有兩種，分別是樣品前處理以及儀器動態(tài)檢測。這其中樣品前處理技術能夠對有機污染物進行監(jiān)測，并采用到先進技術——快速溶劑萃取（ASE），它可實現(xiàn)對固相、半固相有機污染物質中的痕量值進行判斷與計算分析，實現(xiàn)有機污染物前處理目的[2]。

1.2 我國水環(huán)境中有機物前處理的現(xiàn)狀

在水環(huán)境監(jiān)測過程中就需要采用到有機物前處理技術，它主要參考水環(huán)境中的有機物揮發(fā)性、穩(wěn)定性以及溶劑性進行全面分析，確保水體沉淀物樣品前處理穩(wěn)定到位，其中更采用到了液固萃取方法，其中涵蓋了超聲萃取、微波萃取等先進萃取方法。而在地表水環(huán)境水體中，所存在的固態(tài)有機污染物一般為持久性污染物，它存在持久性強、生物積蓄性強、長距離遷移性以及高毒性等等特點，所以如果依然采用傳統(tǒng)的液固萃取方法顯然無法滿足水環(huán)境改良技術要求。為此，目前國內許多水環(huán)境監(jiān)測單位為提高水環(huán)境監(jiān)測質量會專門采用到快速溶劑萃取技術（Accelerated Solvent Extraction,ASE），該技術是可參考不同溶質在不同溶劑中的不同溶解度來快速監(jiān)測、萃取水體中的有機污染物的，它同時可實現(xiàn)在較高溫度與壓力環(huán)境條件下的溶劑有效萃取，將固體、半固體有機污染物全部分離開來，是非常先進的萃取技術，被美國EPA（U.S Environmental Protection Agency）環(huán)境保護署所推薦?？紤]到水環(huán)境監(jiān)測變化較多、采樣點較多且樣品數(shù)量十分之大，因此采用ASE 方法可滿足水環(huán)境監(jiān)測高效性與經(jīng)濟性。而在監(jiān)測過程中ASE 方法所采用到的有機溶劑用量偏低且回收率較高，擁有極快的萃取速度，這也為許多水環(huán)境監(jiān)測部門所青睞并長期應用[3]。

2 ASE 技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用原理與應用技術要點

ASE 技術在作為一種現(xiàn)代化快速萃取技術，其具體工程流程如圖1 所示，其在水環(huán)境監(jiān)測工作中所發(fā)揮的價值作用巨大。

圖1 ASE萃取技術

2.1 ASE技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用原理

ASE 技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用原理相當豐富，表現(xiàn)多元，例如它可升高水體溫度、增加水體壓力、并實現(xiàn)水體多次循環(huán)，以下詳細來談。

首先是升高水體溫度。因為對水體溫度的提高可有效克服基體效應，強化水體自身的解析動力，并降低溶劑在水體中的溶解度，進而最終提高萃取效率。一般情況下，可將ASE 技術背景下的水環(huán)境監(jiān)測儀器允許溫度設置在50～200℃區(qū)間內，而一般環(huán)境中針對常規(guī)有機污染物的溫控標準則應該在100℃左右。如果是高壓加熱環(huán)境，則要保證ASE 技術應用時間控制在10 分鐘以內，這是因為熱降解效果并不明顯，此時要對水體有機污染物樣品進行組分萃取，在升高水體溫度的過程適當增加壓力。

其次是增加水體壓力。因為液體的沸點會伴隨壓力升高而升高，可考慮增加壓力令溶劑在高溫作用下依然保持液體狀態(tài)，如此能夠快速充滿萃取池。當液體對溶質的溶解能力遠遠大于氣體對溶質的溶解能力時，萃取效率機會大幅度提高，同時它也在某種程度上增加了萃取系統(tǒng)的安全性。在針對水體加壓萃取過程中，保證儀器設備的允許萃取壓力范圍在8～15MPa，且常規(guī)壓力值一般都要高于10MPa。

最后要進行多次循環(huán)。參考化學分析中的少量多次萃取原則，在萃取過程中合理利用新鮮溶劑實施多次靜態(tài)循環(huán)，確保靜態(tài)循環(huán)無限接近動態(tài)循環(huán)，如此可提高萃取效率。通常情況下，常規(guī)操作中會采用到至少2～3 個循環(huán)，確保萃取效率再次提高，且能夠取得令人滿意的萃取效果[4]。

2.2 ASE技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用技術要點

（1）準備樣品。在準備萃取水體固態(tài)污染物樣品時，應該遵循一點原則，不要選擇含水率較高的萃取樣品，要在萃取前利用自然風干、加入干燥劑等方法來干燥樣品，比如說硅藻土干燥樣品方法就是可行的。在該過程中盡量避免采用到硫酸鈉，因為它在高溫狀態(tài)下會凝結。而為了提高萃取效率，則必須選擇表面積較大的顆粒，保證萃取前所研磨的顆粒直徑粒徑小于0.5mm。在加入添加劑過程中進行樣品研磨，同時在萃取過程中加入分散劑，如此可提高水體固態(tài)污染物整體萃取效率。

（2）選擇萃取劑。在選擇萃取劑過程中，需要合理選擇萃取劑，確保萃取目標化合物發(fā)揮重要作用。在有機劑選擇方面，需要采用到ASE 技術，參考相似相溶原理，保證萃取劑極性與目標化合物相互接近。在多類化合物萃取過程中分析常規(guī)使用溶劑，比如說可選擇石油醚、三氯甲烷、丙酮等等[5]。

（3）明確萃取技術特點。在明確萃取技術特點過程中，需要采用到泵入填充方法，配合溶劑樣品建立萃取池，在加溫、加壓過程中確保萃取物加熱到位。在萃取池中要輸送到收集瓶中，保證脫水濃縮處理到位，建立色譜分析應用體系。

（4）明確萃取技術適用范圍。在采用ASE 技術過程中，需要對底泥固相物質中的酸性、堿性以及中性物質進行萃取，保證水環(huán)境的有機氯與有機磷農藥。例如ASE 萃取技術可萃取的對象物質是非常之豐富的，它其中就包括了二噁英、柴油、廢油等等，保證萃取技術應用有效到位[6]。

3 水環(huán)境監(jiān)測中ASE 技術與其它技術的比較

相比于傳統(tǒng)萃取技術，ASE 技術在水環(huán)境監(jiān)測過程中存在較大優(yōu)勢，例如它所采用的樣品量溶劑量最少，溶劑樣品比重大約控制在1.5:1。另外在萃取時間上，ASE 技術的萃取快速，大約在10～20 分鐘內就能完成。就以ASE 技術與超臨界萃取技術相比，ASE 萃取方式為溶劑萃取，超臨界萃取技術為氣體萃?。欢罢咧胁捎玫搅藰O性溶劑，選擇性相對較強，后者則采用到了中性二氧化碳，并需要加入極性改進劑；前者儀器配置簡單，而后者需要配置至少3～5 個氣瓶；最后前者已經(jīng)被列入到美國EPA 標準方法中，而后者未列入。ASE 技術相比于超臨界萃取技術在萃取范圍、萃取樣品量方面也是具有一定優(yōu)勢的，例如ASE 萃取池最大萃取采集100mL，所以說新技術更加適合于痕量、超痕量污染物萃取[7]。除此之外，ASE 技術也可與索氏提取技術展開對比，確保大多數(shù)實驗室中的水體固體污染物萃取到位，在較短時間內就能獲得更好更到位的萃取效率。

4 水環(huán)境監(jiān)測中使用現(xiàn)代化萃取技術的前景

在開展萃取工作前需要合理處理污染樣品，確保樣品在干燥狀態(tài)下易于溶解。而在易溶解方面，則需要分析沉淀物顆粒變小優(yōu)勢，做到對溶劑的合理選擇，形成水環(huán)境監(jiān)測工作機制。一般來說，可考慮選擇pH 較低的溶劑，在有機物相溶原理背景下建立屬相相同的有機溶解萃取內容，體現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測工作操作便捷性。目前，水環(huán)境監(jiān)測工作中采用現(xiàn)代化萃取技術其技術應用前景還是非常值得期待的。

（1）采用ASE 萃取技術在處理水環(huán)境方面主要是為了處理固體污染物，并提高處理高效性，它并非針對水資源中的所有污染物都具有良好的萃取效果。就實際應用而言，還需要保證ASE 萃取技術突破其技術應用固有局限性，在未來技術改進過程中不斷強化針對某些有機污染物的科學監(jiān)測力度。在這一過程中，必須有效提高ASE 萃取技術監(jiān)測系統(tǒng)性與全面性，才能確保ASE 萃取技術被廣泛應用。

（2）在處理水環(huán)境中某些易揮發(fā)性溶劑過程中需要做好萃取與檢測工作，改進過往定空氣相色譜法，發(fā)展形成全新的萃取技術機制，形成吹掃捕集氣相色譜法，如此才能保證易揮發(fā)性污染物精準檢測。在利用ASE 萃取技術過程中，需要有效提高對水環(huán)境中揮發(fā)性、半揮發(fā)性、難揮發(fā)性、難降解性等有機物的萃取與檢測，保證ASE 萃取技術能夠全面提高對水環(huán)境的萃取檢測過程。通常情況下，在對水環(huán)境進行檢測過程中，并不會單一使用ASE 萃取技術，而是配合固相萃取方法聯(lián)合使用，確保多種方式有效結合對水環(huán)境中污染物進行有效萃取和檢測，全面提升水環(huán)境檢測水平。而在未來科技不斷更新發(fā)展進程中，則需要利用現(xiàn)代化萃取技術逐漸改進完善水環(huán)境中污染物，進而達成更為精確的檢測工作。

（3）考慮目前國內社會經(jīng)濟高速發(fā)展、工業(yè)領域發(fā)展也相對較快，所以針對環(huán)境所造成的嚴重污染問題也不容小覷，必須結合水資源污染情況深入了解水環(huán)境污染物檢測與分析工作內容，確保在ASE萃取技術應用過程中建立ASE 萃取技術工作原理。

結語

ASE 技術在地表水環(huán)境污染監(jiān)測工作中具有極高價值作用，但客觀講其技術應用也是存在一定局限性的，因為它在水中揮發(fā)性有機物環(huán)境監(jiān)測方面還存在缺陷，有待提高。在未來，它還希望在水中揮發(fā)性有機物監(jiān)測過程中改變傳統(tǒng)存在的諸多氣相色譜監(jiān)測方法，保證處理某些難降解有機污染物的監(jiān)測技術問題。換言之，也應該建立固相萃取技術體系，確保針對地表水環(huán)境中的各種有機污染物都能實現(xiàn)監(jiān)測到位，合理利用現(xiàn)代化萃取技術，實現(xiàn)該領域中技術應用有效發(fā)展。