快速溶劑萃取技術在水環境監測中的應用研究

涂春林

（龍巖市長汀環境監測站，福建 龍巖 366300）

引言

隨著我國工業行業的迅速發展，在水環境中呈現出越來越嚴重的有機物污染情況，因此對水環境中的有機物污染進行持續檢測，已經成為國內外在水環境保護當中的研究重點。因此對水環境檢測技術進行研究，實現快速、高效地監測水環境中的有機物污染，已經成為目前急需解決的問題。在進行有機物監測的流程當中，主要包括了兩個環節，首先需要對樣品進行前處理，其次是利用儀器對處理后的樣品進行具體的檢測。在對樣品進行前處理的環節中，其技術的高效性對于有機物污染監測起到了非常重要的作用，快速溶劑萃取技術能夠在固相以及半固相的物質當中，對有機物進行前處理[1-3]。

1 快速溶劑萃取技術性能分析

快速溶劑萃取技術可以實現樣品的快速萃取，其反應的提取效率較高、耗時短，在反應過程中所需的溶劑量較少，成本較低，同時萃取過程具有較高的安全性。

2 環境監測問題

我國的水環境監測和發達國家相比較，還有一些差距。我國在這方面的監測中，需要確保其執法的力度，由此來實現水環境監測的高質量。水環境監測涉及的問題較多，例如水質、水資源的分配等，都體現出了不同的社會問題。特別是在社會大環境高速發展的過程中，因農業以及工業用水而引發的水污染，其污染范圍持續增加，程度不斷積累，這就讓水環境監測面臨著越來越嚴重的環境污染帶來的影響。而提升水環境監測技術，能夠為解決我國水污染問題提供了有效的助力。

3 在水環境監測中運用萃取技術的現狀

在進行樣品檢測時，前處理環節采取的方式主要是萃取，利用溶解度的不同來提取有機物。傳統方式例如索氏提取法等，消耗的溶劑總量較多，且檢測時間長，同時萃取的效率較低。在水環境監測中，其采樣點較多，樣品的總體數量大，時效性要求非常強，因此需要高效的監測手段，而利用傳統的方式進行監測，難以滿足水環境監測當中對于效率以及經濟上現代化的需求。

4 快速溶劑萃取技術在水環境監測中的應用原理與應用技術要點

4.1 快速溶劑萃取技術在水環境監測中的應用原理

快速溶劑萃?。ˋSE）技術，是依據溶解度的不同，針對此特性，利用快速溶劑萃取儀器，在高溫高壓條件下，選擇合適的溶劑，實現對樣品中的諸多種類有機物進行萃取。當環境為高溫時，待測物會加快從機體中的解析，加快其溶解的過程，由此來縮短整個提取的時間；同時由于對溶劑進行加熱后，其溶解能力的到有效地提升，由此能夠降低反應中所使用的溶劑量；而維持萃取過程匯總的壓力能夠糖溶劑的沸點提升，保證萃取的高效性以及整體流程的安全性。在整個快速溶劑萃取技術當中，其關鍵點在于溫度以及壓力，需將溫度提升至50 ℃～200 ℃，壓力范圍在10.3 MPa～20.6 MPa，在此條件下，進行前處理環節。

4.1.1 增加溫度

提升檢測反應的溫度，可以持續提升解析的動力學，讓溶劑的整體黏度下降，讓分子在體系當中的擴散速度持續增加，由此來讓萃取的效率能夠得到有效的上升。在檢測過程中，反應溫度為50 ℃～200 ℃，而在具體的應用過程當中，較常使用的溫度為75 ℃～125 ℃，對于常見的污染物萃取，通常采用100 ℃來進行。有之前的試驗經驗得知，在萃取的流程當中，其熱降解的現象是不明顯的，因此在處于高溫環境中，其加熱的總體時間需要把握在10 min 之內，這樣能夠對較為容易揮發的成分進行萃取。

4.1.2 提升壓力

隨著反應壓力的上升，體系中液體相應的沸點也會上升，因此可以采取將壓力進行提升的方法，讓處于較高溫度中的溶劑能夠維持其液體的形態，能夠快速地讓萃取池充滿。相對于液體來說，其溶解物質的能力方面，氣體明顯低于液體的，因此利用液體來將溶質進行溶解，能夠將萃取效率進行高效的提升，同時避免一些易揮發的物質產生揮發的現象，將整個系統的安全性提升到一個新的臺階?？焖偃軇┹腿x對于壓力的范圍值在6 895 kPa～20 684 kPa，在實際的萃取過程當中，較為常用的壓力值為10 342 kPa。

4.1.3 多次循環

在進行具體萃取的過程當中，需要嚴格依照少量多次來進行，在對新鮮的溶劑進行萃取時，需實行多次的靜態循環，讓其能夠向動態循環靠近，讓萃取效率維持在較高的狀態。在一般條件下，完成2～3 次循環，就可以讓萃取的結果較為良好。

4.2 實際工作的流程

快速溶劑萃取技術是讓體系處于高溫高壓中，利用對應的溶劑，對有機物進行高效地萃取。其實際的工作流程環節為以下幾個環節：首先是準備樣品，其次是選擇萃取劑，最后是進行萃取。

4.2.1 樣品的準備

在對樣品進行萃取的環節中，若樣品當中存在過多的水分，則會讓其萃取的效率受到影響，從而導致萃取效率的整體下降，因此可以對樣品進行自然風干，或者是在其中加入改造劑，對樣品進行整體干燥，需注意的是，在干燥環節中，不能加入硫酸鈉。在具體的萃取流程當中，若樣品具有較大的表面積，則能夠具有較高的萃取率，因此在萃取環節前，需要對樣品進行預處理，將其進行低溫處理之后，加入對應的添加劑進行研磨，最終的顆粒需小于0.5 mm。在萃取的過程當中，還需加入海砂、硅藻土等分散劑，由此來將萃取的效率進行提升，同時需注意選取顆粒較細的分散劑。

4.2.2 萃取劑的選擇

合理的萃取劑，可以讓萃取率得到保證，除了強酸，其他所有的有機試劑、水以及緩沖溶劑，都可以在此技術中應用。而萃取劑的極性選擇上，需要與目標化合物的極性較為近似。對于化合物中的多種類，可以將極性不同的溶劑進行混合使用，常見的溶劑有三氯甲烷、二氯甲烷以及石油醚等。

4.2.3 技術特點

再將樣品加入萃取池中，泵入相對應的溶劑后，將溫度以及壓力進行提升，在較短的時間之內，即可把萃取池內加熱的樣品萃取物送到對應的收集瓶當中，再對萃取物進行相應的凈化處理，隨后對其進行脫水以及濃縮處理之后，即可對其進行后續的色譜分析。

4.2.4 污水中主要污染物檢測

城市中廢水來源主要為生活污水及工業廢水，廢水中污染物較多，主要有COD、NH3-N 等。對廢水中的主要污染物進行測定，能夠對廢水污染程度進行掌握。對6 處排污口的主要污染物進行檢測，計算其污染指數，結果如圖1 所示。由檢測結果可知，在監測的5 個斷面中，在COD 指標的污染指數值中，排3 的污染指數最高，排5 的最低；在NH3-N 指標的污染指數值中，排3 的污染指數最高，排5 的最低；由此可以得知，排3 位置的污染較為嚴重，且排3 位置污水中NH3-N 的污染指數大于1。

圖1 排污口主要污染物的污染指數

5 萃取技術在水環境檢測方面的應用

5.1 微波萃取

5.1.1 微波萃取技術的核心

微波消解技術，是在酸性環境中，微波輻射會產生出一定量的能量，由此可以讓離子化元素進行分離，且分子鍵也會受到相應的破壞。在微波萃取方式當中，需要溶劑進行輔助，且微波輻射產生的能量可以讓分子脫離出來，同時其分子結構等也不會遭到破壞。和其他的萃取技術相比，微波快速溶劑萃取的整體檢測效率較高，其回收率較高，操作便捷，安全性較高。且此技術中用到的溶劑量得到了有效的控制，對于10 g 的樣品，只需要15 mL 的試劑進行反應，其僅為常規萃取用量的1/15；回收率相較于普通凡是，其效率高出20%，每罐的容量為50 mL～100 mL，其樣品量為10 g～50 g，每批處理樣品的量為14～40 個樣品，處理時間僅為5 min～15 min。

5.1.2 萃取系統的技術設計

在體系中，不需要對功率進行人為設定，在反應進行的過程中，功率能夠自動進行修改，可以在溫壓推升密閉反應當中，對其劇烈承兌進行調整以及整體調控，能夠較好地控制整個反應流程，利用精確的相關數據，能夠對樣品萃取過程匯總的臨界反應溫度進行精準測試，能夠對熱不穩定的物質進行較好的萃取，維持其分子形態的完整性。RTP 溫控體系可以及時地對管內溫度變化進行觀測，其觀察范圍在－40℃～260 ℃，且輸出信號較強。加入了強極性激活技術，讓其能夠在極性以及非極性的試劑中都可以廣泛應用。

5.1.3 微波萃取的應用優點

首先是其不會受到樣品含水量的影響，無需在萃取之前對樣品進行干燥，極大地提升了效率，對于機體的影響比其他技術的更小，同時反應耗時短，效率高，過程安全，且溶劑的消耗量低，不會對被測物質的分子結構造成破壞；其次是對于溶劑沒有限制，同時利用混合溶劑能夠讓處理效果更佳。

5.2 對多數檢測對象具有適應性

5.2.1 在食品中農藥殘留檢測中的應用

在對農藥殘留進行檢測中，加速溶劑萃取技術應用較為廣泛，尤其是在食品、環境以及各種飼料當中，其應用較多。通常在對粉塵、土壤以及水果和蔬菜等樣品當中，對其殺蟲劑、農藥以及二噁英等具有危害性的物質進行萃取是，會運用此項技術。例如在對香蕉及馬鈴薯進行農藥殘留檢測時，選擇正己烷、丙酮等溶劑，在100 ℃、10 MPa 的反應條件下，其消耗溶劑的總量為15 mL～45 mL，對樣品進行處理的實際時間為14 min～18 min。在樣品中加入農藥，對其指標進行測定，結果如表1 所示。

表1 香蕉與馬鈴薯檢測值

在農藥殘留相關的檢測當中，對于蔬菜以及水果的檢測較多。在進行蔬菜以及水果的實際種植過程中，使用的農藥種類組成較多，不同種類的農藥之間也具有較大的差異性。對于單一樣品來說，可能會用到不同類型的農藥。因此在對水果以及蔬菜進行農藥殘留檢測時，需要應用檢測速度快，可以同時檢測多種成分的檢測技術。加速溶劑萃取能夠實現自動化檢測，且其檢測的范圍較廣，在進行農藥殘留檢測時，應用較多。利用此技術，可以擴大對于水果和蔬菜中農藥種類檢測的范圍，簡化檢測操作流程，和環境有著較好的兼容性。有研究對多種蔬菜中的多環芳烴等物質進行檢測方法的研究，檢測參數為1 500 psi，120 ℃，丙酮與二氯甲烷比例為1∶1，持續時間為5 min，得到了良好的檢測效果，其農藥的回收率區間為42%～124%。在針對馬鈴薯、梨以及哈密瓜等水果的檢測當中，全部農藥的回收率都高于70%，其反應條件中，溫度為110 ℃，1 500 psi，共進行兩次靜態萃取，使用硅藻土作為分散劑。在對柚子的農藥殘留進行檢測中，共對17 中農藥殘留進行測定，試驗條件為二氯甲烷為100 度，1 500 psi，回收率可以達到81%～104%；在同等試驗條件下，對橘子進行農藥殘留檢測，其回收率區間為50%～110%。由此可以得知，采取加速溶劑萃取的方式，對多種農藥殘留進行批量檢測，其檢測速度快，能夠讓實際的工作效率得到全面的提升。

5.2.2 在生物樣品中的農藥殘留檢測

在對魚肉樣品進行檢測中，針對殺蟲劑的提取，加速溶劑萃取方式是非常普遍的技術。和微波輔助技術和索氏提取方式相比較，加速溶劑萃取技術能夠讓實際的溶劑使用量下降，壓縮反應的時間，同時能夠讓回收率得到實質性的提升。利用索氏提取法進行檢測時，用時約為8 h 左右，使用溶劑的總量約為170 mL，而采取加速溶劑萃取法進行檢測，耗時約為25 min，溶劑使用的總量共40 mL，且在利用加速溶劑萃取進行檢測時，在農藥提取中，魚油不會受到影響。在油脂含量豐富的樣品當中，脂肪會對檢測的最終結果造成一定程度的影響，采取凈化環節，其操作復雜，同時會讓藥物的流失量加大，同時部分農藥難以提取，由此導致其回收率相對不高，而采取加速溶劑萃取的技術，能讓回收率得到明顯的提升。

5.2.3 環境樣品中農藥殘留檢測

土壤中，農藥殘留較多，在進行農業生產時，進行農藥噴灑過程中，會讓農藥進入到土壤。土壤顆粒對于農藥的吸附能力相對較強，這就讓對于土壤農藥的檢測中，其難度較大，且在土壤凈化時，十分繁雜。有研究表明，在噴灑的農藥中，實際能夠起效的農藥量僅為用藥總量的10%～30%，還有一小部分會進入到水體以及大氣當中，而絕大部分農藥會在土壤中殘留，其殘留比例高達50%～60%。大量農藥的殘留會讓土壤污染越發嚴重，而農藥種類繁多，且其結合的方式也有所區別，這都會對檢測造成較大的影響。而采取加速溶劑萃取技術，利用高溫環境，能夠將溶質和基質的相互作用降低，簡化操作環節，讓反應時間縮短，同時可以節約溶劑的使用，且可以讓檢測的準確性得到保障。

6 水環境監測中快速溶劑萃取技術應用前景

隨著社會的飛速發展，生活以及工業用水，農業用水的使用不合理，以及排放不合理現象持續增加，讓目前對于水環境的保護成為社會關注的重點。在現代檢測技術當中，快速溶劑萃取技術能夠壓縮檢測時間和溶劑的使用量，讓萃取效率提升，能夠對水環境中的污染進行全面檢測，在改善環境污染工作中起到重要作用。

7 結語

對快速溶劑萃取技術進行了分析，其優點眾多，能夠為污染趨勢的分析以及相關研究提供科學依據，提升污染監測的工作效率，對于現代化污染治理起到較好的促進作用。