萃取法在化工行業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

沈加勝

（江蘇中聚檢測服務(wù)有限公司，江蘇鹽城 224000）

化工行業(yè)作為國民工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，從農(nóng)藥化肥再到工業(yè)使用藥劑，化工行業(yè)關(guān)乎工農(nóng)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)?；ば袠I(yè)本身在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液、煙塵或固體廢棄物，如果不能及時得到有效處理就會對環(huán)境造成極大的危害。環(huán)境污染威脅人們的健康和生命安全，特別是突發(fā)的環(huán)境污染事件，不僅會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡，還會對當(dāng)?shù)毓舶踩珮?gòu)成威脅，甚至影響到區(qū)域經(jīng)濟的穩(wěn)定[1]。

如何監(jiān)控及妥善應(yīng)對化學(xué)污染成為社會各界關(guān)注的焦點?；きh(huán)境監(jiān)測的作用越來越得到重視，做好化工環(huán)境監(jiān)測不僅有助于及時處理污染事件，還能有效防止污染事件的發(fā)生，將化工行業(yè)的污染危害降到最低。其中，萃取法是化工環(huán)境監(jiān)測常用技術(shù)之一，可以快速準(zhǔn)確地檢測出是否存在超標(biāo)排放問題，為化工環(huán)境監(jiān)測和治理提供可靠的參考。因此，本文對萃取法原理、分類及應(yīng)用進行了綜述，以期為相關(guān)工作人員提供參考。

1 萃取法概述

在化工環(huán)境監(jiān)測方面，常用方法之一就是萃取法。萃取是通過溶解、吸附或揮發(fā)等形式將液體、氣體或固體中存在的化工殘留物分離出來的一種工藝，萃取法也被稱為提取法，在化工行業(yè)環(huán)境監(jiān)測方面應(yīng)用十分廣泛[2]。

常用萃取技術(shù)如圖1所示，主要包括三大類，分別是液固萃取、柱色譜萃取以及液液萃取，每種萃取類別中又包括不同的萃取技術(shù)，在化工行業(yè)環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)根據(jù)實際需求選擇合理的萃取技術(shù)以保證監(jiān)測質(zhì)量。

圖1 常見萃取技術(shù)分類

2 萃取法在化工環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 索氏提取技術(shù)

索氏提取法利用溶劑回流和虹吸原理完成提取工作。索氏提取法也被稱為連續(xù)提取法，作為從固體中提取物質(zhì)的一種方法，首先要將固體物質(zhì)碾碎，然后利用純?nèi)軇┻M行溶解提取，一般應(yīng)用于植物活性物質(zhì)的提取。馮欽忠等[3]認為此方法效率低、耗時長，一般多采用索氏提取器來開展作業(yè)。

張永兵等[4]構(gòu)建了索氏提取-固相萃取-高效液相色譜法來測定土壤中異丙隆，對影響索氏提取法回收率的因素進行了探究，采用多種方法相結(jié)合的提取手段測定土壤污染物質(zhì)，提高了回收率，減少了偏差。李斌等[5]將自動索氏提取法與凝膠滲透色譜（GPC）-氣相色譜/質(zhì)譜法相結(jié)合，對沉淀物中的多環(huán)芳烴和有機氯農(nóng)藥進行了萃取，提高了萃取效果。通過這些研究可以發(fā)現(xiàn)，索氏提取法在目前的化工環(huán)境監(jiān)測中不獨立使用，主要原因在于其檢測范圍有限，操作時間較長，和其他萃取技術(shù)相結(jié)合可以彌補其不足。

2.2 超聲萃取技術(shù)

超聲波提取技術(shù)是利用超聲波的空化效應(yīng)，使目標(biāo)物質(zhì)快速溶入到萃取劑中的一種萃取工藝。李巨超[6]發(fā)現(xiàn)在液體介質(zhì)中，高頻超聲波在穿越介質(zhì)時會讓介質(zhì)產(chǎn)生膨脹和壓縮，膨脹會產(chǎn)生負壓，如果力度夠大則會撕裂液體形成空腔，繼而加快溶劑擴散。該方法具有操作簡單、工作效率高等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。商木樹和孫金芳[7]對環(huán)境檢測中超聲波清洗器的萃取功能進行了實驗，濾膜在使用過程中容易受K+、Na+、Mg2+等礦物離子影響，超聲波可以降低過濾用微孔濾膜空白值，提升膜的電導(dǎo)率。李錦等[8]使用超聲提取技術(shù)與分散液相微萃取聯(lián)合氣相色譜質(zhì)譜法對大氣中的PM2.5物質(zhì)進行測定，主要包括15種鄰苯二甲酸酯，結(jié)果顯示，該方法可以有效檢測大部分的鄰苯二甲酸酯，相對偏差為0.6%～9.4%，加標(biāo)回收率超過70%。

2.3 微波萃取技術(shù)

在微波輻射過程中，高頻電磁波穿過萃取介質(zhì)到達物料內(nèi)部，物料吸收微波能量實現(xiàn)升溫，提高了物質(zhì)的擴散能力和溶劑的溶解能力。相比超聲波技術(shù)的無差別作用，微波萃取中物質(zhì)對微波的吸收能力差異較大，因此物質(zhì)可以被選擇性加熱，從而改善萃取效果。微波萃取技術(shù)具有加熱迅速、可選擇性加熱、高效節(jié)能、易于控制的優(yōu)勢，并且技術(shù)安全環(huán)保，應(yīng)用潛力巨大。

利用微波萃取技術(shù)檢測土壤中的多氯聯(lián)苯（紙質(zhì)包裝中常見問題）污染物，該方法操作簡單，萃取時間較短，有機溶劑用量少，回收率高[6]。李海燕等[9]利用微波萃取法與氣質(zhì)聯(lián)用法測定土壤多環(huán)芳烴污染物，該方法可以實現(xiàn)對16種多環(huán)芳烴的檢測，降低了土壤樣品中其他物質(zhì)的干擾，提高了檢測靈敏度，具有較好的實驗效果 。

2.4 超臨界萃取技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)是利用超臨界流體的溶解能力與物質(zhì)密度在不同的壓力和溫度條件下不同的特點，通過壓力和溫度改變臨界流體的溶解能力實現(xiàn)萃取目的的一種技術(shù)。該萃取技術(shù)是近年來得到廣泛應(yīng)用的一種新型萃取技術(shù)，具有萃取效率高、控制簡單、操作方便等眾多優(yōu)點，應(yīng)用最多的是超臨界二氧化碳技術(shù)[10]。

超臨界二氧化碳萃取技術(shù)是一種效果良好的樣品預(yù)處理技術(shù)，通常應(yīng)用在固體化工廢棄物的處理與利用中。鄭柳青等[11]在溫度60 ℃、壓強20 Pa、時長40 min條件下，對快速溶劑萃取技術(shù)、溶劑洗脫技術(shù)和超臨界二氧化碳萃取技術(shù)的萃取結(jié)果進行對比，結(jié)果表明超臨界二氧化碳萃取技術(shù)的萃取速度更快、準(zhǔn)確度更高。但是，沈國良[12]認為超臨界二氧化碳萃取技術(shù)的應(yīng)用條件相對較高，在工業(yè)行業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用范圍相對有限。

2.5 快速溶劑萃取技術(shù)

快速溶劑萃取技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種在高溫、高壓條件下快速提取固體或半固體樣品的前處理方法。與其他萃取技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點[13]：（1）所需溶劑的體積為20～40 mL，所需溶劑量相對較少，和其他萃取技術(shù)相比能夠節(jié)省大量的萃取溶劑，節(jié)省一定的成本；（2）在相同溶質(zhì)條件下，快速溶劑萃取技術(shù)只需要15 min左右，萃取效率高，萃取時間短，具有非常明顯的優(yōu)勢；（3）在化學(xué)工藝中，快速溶劑萃取技術(shù)為液體萃取技術(shù)，和空氣萃取技術(shù)相比，其萃取工藝流程更加簡便，溶劑選擇多，屬于高精尖技術(shù)范圍。

快速溶劑萃取技術(shù)主要應(yīng)用在土壤固體物質(zhì)、水環(huán)境底泥的中性、堿性以及酸性物質(zhì)的萃取中，特別適用于水環(huán)境中的多氯聯(lián)苯類物質(zhì)、氯代除草劑、有機磷農(nóng)藥、廢油等物質(zhì)檢測[14]。該萃取技術(shù)非常安全，由于采用全封閉的方式，能夠有效保證檢測人員的生命安全，避免對環(huán)境造成二次污染。

2.6 固相微萃取技術(shù)

固相微萃取技術(shù)（Solid Phase Micro Extraction，SPME）由加拿大大學(xué)的PAWLISZYN教授研發(fā)，包括膜萃取技術(shù)、頂空萃取技術(shù)和直接萃取技術(shù)3種。膜萃取通常應(yīng)用在懸濁液等成分復(fù)雜的基質(zhì)中，用于檢測非揮發(fā)性有機污染物，由于檢測時需要被檢測物通過滲透膜，因此在萃取時需要花費較長的時間；頂空萃取通常應(yīng)用于固態(tài)、水體基質(zhì)中，能夠有效消除基質(zhì)及背景吸收的影響，可縮短平衡時間、提高萃取效率、延長萃取頭的使用壽命；直接萃取技術(shù)通常應(yīng)用在干凈的水體基質(zhì)和空氣中[15]。

固相微萃取技術(shù)在實踐應(yīng)用的過程中通常與電泳、色譜等高效分離檢測方式聯(lián)合使用，具有自動化、萃取速度快、不需要溶劑以及操作方便等眾多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)環(huán)境監(jiān)測中。（1）在液體監(jiān)測中的應(yīng)用。在飲用水、河水以及湖水污染物監(jiān)測中廣泛應(yīng)用，特別是對于低揮發(fā)性、熱不穩(wěn)定性以及極性污染物的檢測。以水源環(huán)境監(jiān)測為例，采用對聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）進行水源樣品土層的萃取，采用SPME-UV檢測儀器根據(jù)比爾定律進行水源樣品污染物的檢測，RSD值為5%～10%；采用SPME-CE聯(lián)合技術(shù)，檢測水源中的多環(huán)芳烴類污染物，能夠?qū)OD值降低至0.9 μg/L，有效提高了檢測靈敏度和準(zhǔn)確度[16]。（2）在固體監(jiān)測中的應(yīng)用。固態(tài)監(jiān)測通常采用頂空萃取技術(shù)，以土壤環(huán)境監(jiān)測為例，通常對土壤樣品進行兩種處理，一種采用浸提液法，將固體樣品轉(zhuǎn)化成液相，然后采用頂空萃取技術(shù)進行萃??；另一種是對固體樣品進行加熱處理，讓固體樣品中的化合物轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性的化合物，然后再采用頂空萃取技術(shù)進行萃??；實踐中通常采用第一種方法。在應(yīng)用的過程中，周世坤[17]認為路易氏劑標(biāo)準(zhǔn)溶液的選取非常重要，通常選用10 ng/μL的路易氏劑二氯甲烷溶液，并采用PDT-二氯甲烷溶液優(yōu)化試劑；對于固體樣品中不容易揮發(fā)的有機污染物或者難萃取的污染物，應(yīng)該采用衍生化固相萃取技術(shù)，該萃取技術(shù)的重復(fù)性非常好，回收率80.5%～106.3%。微波結(jié)合固相萃取技術(shù)是一種新型的固相萃取技術(shù)，在檢測過程中不需要有機溶劑，充分發(fā)揮固相萃取技術(shù)毒性低、安全性高以及成本低等優(yōu)點，是一種綠色、環(huán)保及可持續(xù)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)。

3 萃取法應(yīng)用注意事項

3.1 確定環(huán)境監(jiān)測技術(shù)重點

環(huán)境監(jiān)測要根據(jù)實際需求或者實際情況采用不同的策略方針。當(dāng)前，我國最嚴重的污染是有機污染，因此在后續(xù)的環(huán)境監(jiān)測中，要分輕重緩急，把控各個環(huán)節(jié)，做好重點監(jiān)控，做好有機污染物的監(jiān)測。

同時，也要考慮到新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，重點做好新材料、新技術(shù)的自主研發(fā)，提升污染物檢測綜合能力。通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)重點污染物的精準(zhǔn)控制，提高污染物治理水平。

3.2 提高監(jiān)測分析的準(zhǔn)確性

隨著檢測技術(shù)的發(fā)展及污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提升，環(huán)境中微量污染物的檢測難度增加，成了現(xiàn)代化工環(huán)境監(jiān)測的重難點問題。未來必須要向微量化、精細化方向發(fā)展，不斷提升檢測的精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

萃取法在現(xiàn)代化工環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用十分廣泛，不同的萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中有不同的優(yōu)勢，要注意根據(jù)實際情況選用恰當(dāng)?shù)妮腿〖夹g(shù)。還要積極發(fā)揮萃取技術(shù)的各項優(yōu)勢，不斷推動技術(shù)及儀器設(shè)備的創(chuàng)新，不斷提高環(huán)境監(jiān)測的精確性和可靠性，為我國化工行業(yè)環(huán)境監(jiān)測提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。