现代化萃取技术在水环境监测中的应用

李雅琪

（四川省甘孜生态环境监测中心站 四川甘孜 626000）

引言

自上世纪90 年代以来，我国工业化发展突飞猛进，这也为社会生态健康发展带来了一定压力，大量工业废水、废物的产生与排放导致水环境被污染，有机物污染环境就此形成，它为人类带来了“三致”（致突变、致畸、致癌）危害。所以人类针对水环境的监测与水体污染的改良就成为世界发展的重大课题。

1 我国水环境质量标准的监测研究现状

1.1 我国水环境质量的监测现状

水环境中的污染物主要为有机污染物，它的存在形式为沉积固态，随后可迁移转化于水和底泥之间。所以说，对于水环境的保护与治理是具有重大作用意义的，它需要深度分析有机污染物的基本特征，提出多种科学有效的水体检测方法，它其中就应该包括了样品前处理方法、设备仪器动态检测方法、分离方法以及定性定量方法等等。在国内，针对地表水环境的质量监测标准中就规划总结出68 种有机污染物，并明确提出了它们的污染标准限值，标准希望各地水利系统能够根据这一标准限值合理监测地表水环境，对水体中的有机污染物进行有效监测[1]。

标准中所提出的水体监测方法有两种，分别是样品前处理以及仪器动态检测。这其中样品前处理技术能够对有机污染物进行监测，并采用到先进技术——快速溶剂萃取（ASE），它可实现对固相、半固相有机污染物质中的痕量值进行判断与计算分析，实现有机污染物前处理目的[2]。

1.2 我国水环境中有机物前处理的现状

在水环境监测过程中就需要采用到有机物前处理技术，它主要参考水环境中的有机物挥发性、稳定性以及溶剂性进行全面分析，确保水体沉淀物样品前处理稳定到位，其中更采用到了液固萃取方法，其中涵盖了超声萃取、微波萃取等先进萃取方法。而在地表水环境水体中，所存在的固态有机污染物一般为持久性污染物，它存在持久性强、生物积蓄性强、长距离迁移性以及高毒性等等特点，所以如果依然采用传统的液固萃取方法显然无法满足水环境改良技术要求。为此，目前国内许多水环境监测单位为提高水环境监测质量会专门采用到快速溶剂萃取技术（Accelerated Solvent Extraction,ASE），该技术是可参考不同溶质在不同溶剂中的不同溶解度来快速监测、萃取水体中的有机污染物的，它同时可实现在较高温度与压力环境条件下的溶剂有效萃取，将固体、半固体有机污染物全部分离开来，是非常先进的萃取技术，被美国EPA（U.S Environmental Protection Agency）环境保护署所推荐。考虑到水环境监测变化较多、采样点较多且样品数量十分之大，因此采用ASE 方法可满足水环境监测高效性与经济性。而在监测过程中ASE 方法所采用到的有机溶剂用量偏低且回收率较高，拥有极快的萃取速度，这也为许多水环境监测部门所青睐并长期应用[3]。

2 ASE 技术在水环境监测中的应用原理与应用技术要点

ASE 技术在作为一种现代化快速萃取技术，其具体工程流程如图1 所示，其在水环境监测工作中所发挥的价值作用巨大。

图1 ASE萃取技术

2.1 ASE技术在水环境监测中的应用原理

ASE 技术在水环境监测中的应用原理相当丰富，表现多元，例如它可升高水体温度、增加水体压力、并实现水体多次循环，以下详细来谈。

首先是升高水体温度。因为对水体温度的提高可有效克服基体效应，强化水体自身的解析动力，并降低溶剂在水体中的溶解度，进而最终提高萃取效率。一般情况下，可将ASE 技术背景下的水环境监测仪器允许温度设置在50～200℃区间内，而一般环境中针对常规有机污染物的温控标准则应该在100℃左右。如果是高压加热环境，则要保证ASE 技术应用时间控制在10 分钟以内，这是因为热降解效果并不明显，此时要对水体有机污染物样品进行组分萃取，在升高水体温度的过程适当增加压力。

其次是增加水体压力。因为液体的沸点会伴随压力升高而升高，可考虑增加压力令溶剂在高温作用下依然保持液体状态，如此能够快速充满萃取池。当液体对溶质的溶解能力远远大于气体对溶质的溶解能力时，萃取效率机会大幅度提高，同时它也在某种程度上增加了萃取系统的安全性。在针对水体加压萃取过程中，保证仪器设备的允许萃取压力范围在8～15MPa，且常规压力值一般都要高于10MPa。

最后要进行多次循环。参考化学分析中的少量多次萃取原则，在萃取过程中合理利用新鲜溶剂实施多次静态循环，确保静态循环无限接近动态循环，如此可提高萃取效率。通常情况下，常规操作中会采用到至少2～3 个循环，确保萃取效率再次提高，且能够取得令人满意的萃取效果[4]。

2.2 ASE技术在水环境监测中的应用技术要点

（1）准备样品。在准备萃取水体固态污染物样品时，应该遵循一点原则，不要选择含水率较高的萃取样品，要在萃取前利用自然风干、加入干燥剂等方法来干燥样品，比如说硅藻土干燥样品方法就是可行的。在该过程中尽量避免采用到硫酸钠，因为它在高温状态下会凝结。而为了提高萃取效率，则必须选择表面积较大的颗粒，保证萃取前所研磨的颗粒直径粒径小于0.5mm。在加入添加剂过程中进行样品研磨，同时在萃取过程中加入分散剂，如此可提高水体固态污染物整体萃取效率。

（2）选择萃取剂。在选择萃取剂过程中，需要合理选择萃取剂，确保萃取目标化合物发挥重要作用。在有机剂选择方面，需要采用到ASE 技术，参考相似相溶原理，保证萃取剂极性与目标化合物相互接近。在多类化合物萃取过程中分析常规使用溶剂，比如说可选择石油醚、三氯甲烷、丙酮等等[5]。

（3）明确萃取技术特点。在明确萃取技术特点过程中，需要采用到泵入填充方法，配合溶剂样品建立萃取池，在加温、加压过程中确保萃取物加热到位。在萃取池中要输送到收集瓶中，保证脱水浓缩处理到位，建立色谱分析应用体系。

（4）明确萃取技术适用范围。在采用ASE 技术过程中，需要对底泥固相物质中的酸性、碱性以及中性物质进行萃取，保证水环境的有机氯与有机磷农药。例如ASE 萃取技术可萃取的对象物质是非常之丰富的，它其中就包括了二噁英、柴油、废油等等，保证萃取技术应用有效到位[6]。

3 水环境监测中ASE 技术与其它技术的比较

相比于传统萃取技术，ASE 技术在水环境监测过程中存在较大优势，例如它所采用的样品量溶剂量最少，溶剂样品比重大约控制在1.5:1。另外在萃取时间上，ASE 技术的萃取快速，大约在10～20 分钟内就能完成。就以ASE 技术与超临界萃取技术相比，ASE 萃取方式为溶剂萃取，超临界萃取技术为气体萃取；而前者中采用到了极性溶剂，选择性相对较强，后者则采用到了中性二氧化碳，并需要加入极性改进剂；前者仪器配置简单，而后者需要配置至少3～5 个气瓶；最后前者已经被列入到美国EPA 标准方法中，而后者未列入。ASE 技术相比于超临界萃取技术在萃取范围、萃取样品量方面也是具有一定优势的，例如ASE 萃取池最大萃取采集100mL，所以说新技术更加适合于痕量、超痕量污染物萃取[7]。除此之外，ASE 技术也可与索氏提取技术展开对比，确保大多数实验室中的水体固体污染物萃取到位，在较短时间内就能获得更好更到位的萃取效率。

4 水环境监测中使用现代化萃取技术的前景

在开展萃取工作前需要合理处理污染样品，确保样品在干燥状态下易于溶解。而在易溶解方面，则需要分析沉淀物颗粒变小优势，做到对溶剂的合理选择，形成水环境监测工作机制。一般来说，可考虑选择pH 较低的溶剂，在有机物相溶原理背景下建立属相相同的有机溶解萃取内容，体现水环境监测工作操作便捷性。目前，水环境监测工作中采用现代化萃取技术其技术应用前景还是非常值得期待的。

（1）采用ASE 萃取技术在处理水环境方面主要是为了处理固体污染物，并提高处理高效性，它并非针对水资源中的所有污染物都具有良好的萃取效果。就实际应用而言，还需要保证ASE 萃取技术突破其技术应用固有局限性，在未来技术改进过程中不断强化针对某些有机污染物的科学监测力度。在这一过程中，必须有效提高ASE 萃取技术监测系统性与全面性，才能确保ASE 萃取技术被广泛应用。

（2）在处理水环境中某些易挥发性溶剂过程中需要做好萃取与检测工作，改进过往定空气相色谱法，发展形成全新的萃取技术机制，形成吹扫捕集气相色谱法，如此才能保证易挥发性污染物精准检测。在利用ASE 萃取技术过程中，需要有效提高对水环境中挥发性、半挥发性、难挥发性、难降解性等有机物的萃取与检测，保证ASE 萃取技术能够全面提高对水环境的萃取检测过程。通常情况下，在对水环境进行检测过程中，并不会单一使用ASE 萃取技术，而是配合固相萃取方法联合使用，确保多种方式有效结合对水环境中污染物进行有效萃取和检测，全面提升水环境检测水平。而在未来科技不断更新发展进程中，则需要利用现代化萃取技术逐渐改进完善水环境中污染物，进而达成更为精确的检测工作。

（3）考虑目前国内社会经济高速发展、工业领域发展也相对较快，所以针对环境所造成的严重污染问题也不容小觑，必须结合水资源污染情况深入了解水环境污染物检测与分析工作内容，确保在ASE萃取技术应用过程中建立ASE 萃取技术工作原理。

结语

ASE 技术在地表水环境污染监测工作中具有极高价值作用，但客观讲其技术应用也是存在一定局限性的，因为它在水中挥发性有机物环境监测方面还存在缺陷，有待提高。在未来，它还希望在水中挥发性有机物监测过程中改变传统存在的诸多气相色谱监测方法，保证处理某些难降解有机污染物的监测技术问题。换言之，也应该建立固相萃取技术体系，确保针对地表水环境中的各种有机污染物都能实现监测到位，合理利用现代化萃取技术，实现该领域中技术应用有效发展。