固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

趙麗君

（山西科利華環(huán)境檢測有限公司，山西 長治 047100）

0 引言

對于監(jiān)測樣本進(jìn)行色譜分析的過程中，前處理是提高監(jiān)測精確性的關(guān)鍵步驟。然而傳統(tǒng)的萃取技術(shù)包括氣液萃取、固相萃取以及液液萃取等在萃取工藝上都存在著一定的缺陷：萃取時間較長，操作較為繁瑣，而且需要大量有機(jī)溶劑成本較高又容易對檢測人員的身體健康造成危害，對周圍環(huán)境也會帶來一定的污染?；谏鲜鲚腿」に嚾毕輰で笠环N操作簡單、用量少甚至無需使用溶劑、萃取效率較高的萃取工藝十分關(guān)鍵，而固相微萃取技術(shù)則基本可以滿足這些要求。固相微萃取技術(shù)是基于固相萃取技術(shù)之上的一種新型樣品預(yù)處理技術(shù)，在操作上更為簡潔、萃取成本更低、萃取器械也更容易攜帶，已廣泛應(yīng)用于水、土壤以及大氣等環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。

1 固相微萃取技術(shù)

1.1 技術(shù)流程及特點

固相微萃取技術(shù)是一種樣品預(yù)處理技術(shù)，具體裝置與微量進(jìn)樣器原理近似，它的核心部位是1cm 長的材質(zhì)為熔融石英纖維的萃取頭，在石英纖維上涂有固定相涂層來對待測物質(zhì)進(jìn)行吸附或富集。在石英纖維萃取頭的外側(cè)有不銹鋼管進(jìn)行保護(hù)，萃取頭可在鋼管內(nèi)自由移動。使用過程中將萃取頭浸入待檢測樣品或懸置于上空一段時間，并通過攪動溶液來加快兩相之間的穩(wěn)定速率。待兩相穩(wěn)定后萃取頭取出，同時將萃取頭插入氣相色譜氣化室，對涂層上富集到的樣品進(jìn)行解吸，解析后的樣品將導(dǎo)入色譜柱中從而完成提取濃縮過程。使用固相微萃取技術(shù)較傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比樣品將于固相涂層直接接觸，減少了溶劑用量，基本不會對外界環(huán)境造成污染，而且達(dá)到穩(wěn)定的時間也更短，基本可在半小時內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)。固相微萃取技術(shù)基于其簡潔偏于攜帶的操作特點，更適合現(xiàn)場監(jiān)測分析過程，對于樣品監(jiān)測量大、操作用時短的常規(guī)環(huán)境監(jiān)測過程也十分適用。

1.2 萃取方式

固相微萃取技術(shù)按照與樣品的接觸方式基本分為以下三大類：懸置萃取類、隔膜處理類以及溶液浸取類。

1）懸置萃取類。這類萃取方法是將萃取頭置于液相上方，通過待測化合物向氣相轉(zhuǎn)移的過程中接觸到固相涂層上，達(dá)到待測化合物的三相平衡狀態(tài)。該方法萃取速度的決定因素為萃取頭石英纖維的吸附性以及初始濃度，當(dāng)涂層類型、萃取時間以及外界環(huán)境一致時，待測物濃度越高萃取速率越快。

2）隔膜處理類。當(dāng)待測化合物污染程度高或化合物為難揮發(fā)有機(jī)物時，可通過采用隔膜處理的方式進(jìn)行萃取，將石英纖維上的固相涂層與樣品隔開，用隔膜吸附待測化合物。這類萃取方式對高分子化合物的吸附能力較差，因此可以很好地處理一些污染程度較高的水質(zhì)分析等問題。

3）溶液浸取類。溶液浸取的方式對樣品進(jìn)行萃取是直接將萃取頭浸入待測溶液中，待待測溶液中的各組分流入固相纖維中并達(dá)到平衡狀態(tài)后，即可完成萃取工作。其中吸附到的組分含量與其在溶液中的濃度成正比。

2 固相微萃取技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

固相微萃取技術(shù)隨著近年來對不斷發(fā)展，萃取頭纖維涂層的材質(zhì)不斷更新完善，萃取效果越來越便捷精確，在環(huán)境監(jiān)測過程中也得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1 空氣污染物的分析應(yīng)用

對空氣污染物進(jìn)行成分分析主要是對一些有機(jī)污染物的含量進(jìn)行檢測，這些有機(jī)污染物的存在形式有氣態(tài)及固態(tài)顆粒兩種，會因為人的呼吸或飲水、飲食等方式吸收而損害到身體健康。傳統(tǒng)采集這些空氣污染物的方法是通過吸收管或活性炭進(jìn)行吸附，吸附效果較差而且會耗費很長的時間。通過固相微萃取技術(shù)進(jìn)行空氣污染物萃取時，僅需將該裝置置于待測氣體環(huán)境中，通過自身涂層對待測組分進(jìn)行富集即可。固相微萃取裝置對揮發(fā)或半揮發(fā)物質(zhì)的富集效果較好，同時對待測物的富集效果往往會受到風(fēng)速、風(fēng)向以及萃取時間的影響，通過對這些因素進(jìn)行控制，可加快萃取裝置的富集速率[1]。

2.2 土壤污染物組分監(jiān)測中的應(yīng)用

土壤污染物或沉積物的組分較為復(fù)雜，在構(gòu)成上主要包括水、礦物成分以及氣體等，而且土壤污染物的來源也較復(fù)雜，分工業(yè)廢水廢料污染、生活用水污染等。因此對土壤污染物組分進(jìn)行監(jiān)測過程中所用的萃取方式通常選用懸置萃取的方式，可有效對揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行富集萃取。對難揮發(fā)性有機(jī)物則若將固相微萃取裝置置于土壤內(nèi)部，會對纖維涂層造成損害，影響到纖維涂層的適用年限，因此可將采集到的土壤樣品融于溶液中形成水合物，通過對水合物進(jìn)行處理提取出所需監(jiān)測的有機(jī)組分，再進(jìn)行后續(xù)的萃取操作，加快萃取速率。

2.3 水污染監(jiān)測中的應(yīng)用

水污染物的組分與前兩者相比成分更為復(fù)雜，包括固體、金屬離子以及各類溶解性有機(jī)物，因此對水污染物的成分監(jiān)測工作帶來了很大的難度。同時，對水污染物進(jìn)行成分檢測的過程中選用傳統(tǒng)的液相萃取方式，對樣本溶液的需求量較大，而且需要進(jìn)行多次萃取操作，造成的勞動量較大且耗時長；而選用固相萃取法則會帶來高額的萃取成本，萃取的有機(jī)物難以完全洗脫；應(yīng)用固相微萃取技術(shù)，可采用溶液浸取類或懸置類的萃取方式對水中的有機(jī)物進(jìn)行富集，靈敏度較高，可以確保檢測成分的高效精密萃取[2]。

3 應(yīng)用實例

以空氣環(huán)境監(jiān)測為例，通過對空氣中各揮發(fā)性有機(jī)物含量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1 所示?？梢钥闯觯瑩]發(fā)性有機(jī)物中的醇類以及芳香烴的含量較高，苯乙烯的含量甚至高達(dá)1/3。

表1 大氣中常見揮發(fā)性有機(jī)物含量表

同時，利用固相微萃取技術(shù)聯(lián)合氣相色譜分析的方式對空氣中的各有機(jī)物組分進(jìn)行精確分析，具體含量如下表2 所示[3]。

表2 固相微萃取技術(shù)與氣相色譜聯(lián)合檢測樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

從表2 中的揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測結(jié)果可以看出，固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境監(jiān)測過程中是通過對各污染物組分的相對濃度值進(jìn)行測定，從而達(dá)到對空氣中各污染物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析的結(jié)果。同時基于空氣中各監(jiān)測組分濃度波動性較大的影響，利用固相微萃取技術(shù)可很好地對有機(jī)物組分進(jìn)行富集，從而更為精確的獲取到各有機(jī)物組分的實際濃度，可更加精確地獲取到空氣環(huán)境中的各組分?jǐn)?shù)據(jù)。同時在監(jiān)測過程中可依據(jù)實際需要靈活的選用懸置式萃取或隔膜萃取等多種萃取方式，控制好萃取時間以及各類外界因素，避免對空氣環(huán)境監(jiān)測結(jié)果帶來影響，充分發(fā)揮出固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境監(jiān)測中的作用。對于固相微萃取技術(shù)的檢測精度在于液膜以及石英纖維的長度選取，因此在實際環(huán)境監(jiān)測過程中可依據(jù)實際檢測樣品對石英纖維以及涂層厚度進(jìn)行靈活調(diào)整，通常石英纖維厚度在1.5 cm 左右，液膜厚度在10～100 pm 左右可顯著提升固相微萃取技術(shù)的萃取效率。

4 結(jié)語

固相微萃取技術(shù)作為一種新型的無溶劑萃取工藝，與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比有著更高的萃取精度，操作簡單精確度高，可以實現(xiàn)對空氣、土壤以及水體等環(huán)境進(jìn)行揮發(fā)、半揮發(fā)性物質(zhì)的有效檢測。以空氣環(huán)境監(jiān)測為例對固相微萃取技術(shù)進(jìn)行有機(jī)物成分檢測試驗可以看出，固相微萃取技術(shù)在空氣環(huán)境組分檢測過程中精確度較高，同時檢測精度會受到萃取頭纖維涂層的影響，通常情況下選用1.5 cm 左右的石英纖維厚度以及10～100 pm 的液膜厚度可發(fā)揮出固相微萃取技術(shù)的最優(yōu)萃取效果。