探究快速溶剂萃取技术在水环境监测中的应用

邓小洲

（江西省新余生态环境监测中心，江西 新余 338000）

0 引言

高效、快速监测水环境中的有机物污染，能够及时发现问题并解决，而监测效果则取决于技术的选用。快速溶剂萃取技术凭借其较高的提取效率、较短的检测耗时，以及相对较低的成本投入等优点，是水环境监测中的常用技术。为充分发挥此项技术的功能作用与监测优势，应对技术应用进行深入探究，把握环节要点，提高萃取效果、效率。

1 基于水环境监测探究快速溶剂萃取技术的应用

快速溶剂萃取技术围绕物质的溶解度差异，在高温高压环境下利用快速溶剂萃取仪器和合适溶剂萃取检测对象的有机物。在整个技术操作过程中，其关键点在于温度参数和压力参数，所以，在水环境监测中应用快速溶剂萃取技术时，具体要点可总结如下：

1.1 技术应用要点

1.1.1 样品处理准备

在将快速溶剂萃取技术应用于水环境监测时，为保证监测结果的准确性与有效性，监测人员应做好样品的准备工作，尤其要控制样品的水分含量，避免影响萃取效率。准备过程中，相关工作人员可选择自然风干的方式处理样品，或是使用干燥剂，降低样品水分含量，但需要注意的是，在样品干燥处理环节，不可使用硫酸钠，这是因为快速溶剂萃取需要在高温高压环境下展开，若是使用硫酸钠，那么在高温情况下该试剂将会凝聚，进而对最终检测结果带来不良影响。除此之外，样品表面积与萃取率之间存在一定程度上的正比例关系，即前者越大、后者越高。所以，在样本处理准备环节，相关工作人员应把握这一要点对样品进行合适的预处理工作，确保最终颗粒在0.5 mm 以下，同时提前准备好分散剂，比如硅藻土、海砂等，采取合理的方式提升萃取效率。需要注意的是，分散剂的选择也要考虑颗粒的粗细，以细为宜[1]。

1.1.2 萃取剂合理选择

萃取剂的合理选择能够为萃取率提供有效保障。在将其快速溶剂萃取技术应用于水环境监测时，有关于萃取剂的可选择空间较大，除了强酸以外，缓冲溶剂、有机试剂、水都在可选择范围内。所以，更具有指向性的依据是检测对象，具体而言，分析目标化合物的极性，以此为基础选择极性较为近似的萃取剂，或是混合使用极性不同的溶剂，提升后续萃取质量、效率。对于水环境监测而言，常用溶剂有二氯甲烷、三氯甲烷以及石油醚。

1.1.3 萃取操作要点

在萃取池中放入处理后的样品，泵入适量溶剂后提升温度参数与压力参数，把萃取池内加热的样品萃取物送到对应的收集瓶当中，净化处理萃取物，以此开展脱水与浓缩处理，最后开展色谱分析。在运用快速溶剂萃取技术监测水环境时，常见的应用场景为城市废水检测，作为由工业废水与生活污水组成的水体，其中含有较多污染物，比如COD 等。在测定废水中的主要污染物时，需要对污染指数加以计算，围绕排污口的污染成分，计算污染指数。以某城市5 处排污口为例，在快速溶剂萃取技术的应用下，得到了5 个主要污染物污染指数，将其绘成折线图，发现在以COD 指标为主的污染指数值中，第三个排污口的污染指数最高，在以NH3-N 指标为主的污染指数值中，仍是第三个排污口的污染指数最高。由此可见，第三个排污口的污染较为严重，亟需污染控制、处理措施的制定与落实。

1.2 具体应用技术

在水环境监测中，相较于单一的快速溶剂萃取技术的应用，使用更多的是结合其他技术的综合性萃取技术。目前，在水环境监测中，常用技术如下：

1.2.1 微波萃取技术

酸性环境中，微波辐射将会产生一定量的能量，进而分离离子化元素，破坏分子键。通过在水环境监测期间应用快速溶剂萃取技术，能够在合适溶剂的应用下更好分离分子，同时不会破坏其分子结构。相较于其他萃取技术，结合了微波消解技术的快速溶剂萃取具有较高的整体检测效率，回收率较高，且操作便捷，具有较强安全性。而且，微波萃取技术中的溶剂量得到有效控制，以10 g 的样品为例，反应试剂只需要15 mL，为常规萃取技术操作用量的1/15，同时，所获得的回收率高于普通方法20%，每罐的容量为50～100 mL，其样品量为10～50 g，每批处理样品的量为14～40 个样品，处理时间仅为5～15 min[2]。

在微波萃取技术实际监测水环境过程中，主要利用萃取系统对整个反应流程进行控制，期间无需人为地设定功率，系统可围绕反应情况自动修改功率，同时可以在温压推升密闭反应当中，对其剧烈程度进行调整以及整体调控，确保所获数据精确，准确测试样品萃取过程汇总的临界反应温度，萃取热不稳定物质，并保持其分子形态完整性。目前，常用的温控体系为RTP，由于快速溶剂萃取技术对温度要求较高，这一温控体系可实时观测管内温度变化，并转化为信号输出，期间，该温控体系对温度变化的观测范围跨度较大，在-40～260 ℃之间。另外，强极性激活技术的整合应用，可使RTP 温控体系广泛应用于极性与非极性的试剂中。相较于普通的萃取技术，微波萃取技术实施过程中基本不会受到样品含水量的影响，前期准备环节可省去干燥处理这一环节，在较短的反应时长下，此项技术的检测效率较高[3]。此外，此项技术对溶剂基本无要求，但混合溶剂的选用可进一步优化处理效果。

1.2.2 快速溶剂萃取-GC/MS 技术

快速溶剂萃取-GC/MS 技术作为近几年才出现的一种新型提取方法，保留了快速溶液萃取技术高温高压的检测条件，具有应用有机溶剂、自动萃取的特点，与传统的液液萃取方法不同，该方法仅需投入较少的有机溶剂即可完成水环境的检测工作。目前，快速溶剂萃取-GC/MS 技术常应用于地表水环境监测，旨在分析地表水中的农药成分，以此判断有无污染问题以及污染程度，该方法前处理操作简单、快捷，溶剂用量少，灵敏度高，准确性好，适用于地表水中农药残留的监测[4]。

2 实例分析

为强化快速溶剂萃取技术在水环境监测中应用研究的真实可靠性，本文以地表水环境为例，围绕快速溶剂萃取-GC/MS 技术深入分析应用要点。

2.1 材料与方法

2.1.1 仪器与试剂

本次研究中涉及的仪器包括：气相色谱-质谱联用仪、氮吹仪、加速溶剂萃取仪、色谱柱、纯水器、旋转蒸发仪、电子天平。提前准备的试剂包括：环氧七氯（质量浓度为100 μg/mL）、溴氰菊酯标准溶液、丙酮、甲基对硫磷、正己烷为色谱纯、纯化水。

2.1.2 参数情况

1）色谱参数。色谱柱：30 m×0.25 mm×0.25 μm；进样口温度设计在250 ℃；载气为纯度在99.999%的高纯He，其流量为1.8 mL/min，采用不分流进样方式，每次进样剂量为1 μL。

2）质谱参数。选用电子轰击源为离子源，其温度为230 ℃，电离能量为70 eV。选择纯度在99.999%的高纯He 作为碰撞气使用，接口温度设计为250 ℃，采用多反应监测（MRM）扫描方式，溶剂延迟时间为3 min。

2.1.3 溶液配制

1）样品溶液配制。采集水样共计1 000 mL，提前准备棕色试剂瓶，将所采集的水样存储至综合试剂瓶内，加盖盖子并使其静置沉淀。采用滤膜（0.45 μm）滤膜过滤上清液，并于过滤结束后将其置于冷藏箱内存储备用，其中冷藏温度为2～8 ℃。提取样品时，精密提取500 mL 溶液，借助旋转蒸发仪设备将所提取的500 mL 溶液浓缩至5 mL。完成浓缩提取后的5 mL水样采用丙酮乙腈混合溶液（混合体积比例为1∶1）进行提取，随后将其置于加速溶剂萃取仪内完成萃取环节。准备丙酮溶液1 mL，将其添加控制吹干残渣中，紧固试管的同时持续涡旋1 min，在此基础上，运用滤膜（0.45 μm）滤膜将其过滤，并将其转移至小进样瓶（1 mL）内，随后开展气相色谱-质谱检测即可。其中，加速溶剂萃取条件如表1 所示。

表1 加速溶剂萃取条件

2）标准溶液配制。按照100 μg/mL 的密度标准精细化移取2 mL 的甲基对硫磷、对硫磷、溴氰菊酯、环氧七氯标准溶液，完成精密移取后将相关标准溶液置于容量瓶（20 mL）内，添加丙酮将其溶解，通过定容、摇匀后获得混标储备液（10 μg/mL）。按照上述步骤操作完毕后，将所得混标储备液置于冷藏箱内存储，冷藏温度为2～8 ℃，将其冷藏存储备用。

3）配制标准曲线溶液。按照10 100 μg/mL 的密度标准精密量取0.1、0.5、1、2、2.5 mL 五份农残储备溶液，依次配制成0.04、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 μg/mL的混标溶液，将其视为标准曲线溶液。

2.2 结果与讨论

2.2.1 质谱条件优化

由于本次检测对象为地表水，具有基质复杂的特点，且主要检测目标在于分析地表水中的农药残留浓度，为更快找到目标离子，选择进样10 μg/mL 环氧七氯、对硫磷、甲基对硫磷和溴氰菊酯的混合标准储备液，利用SCAN 模式进行全面扫描，明确地表水中农药残留的保留时间、前体离子以及总离子流图。其中，在扫描前体离子时，需找到农药相对的离子对，分析其响应值，选择最高的一组作为定量离子对，其余为定性离子对。通过优化碰撞电压范围等参数，确定农药检测多反应监测（MRM）方法。其中，农药对应的性质信息如表2 所示。

表2 农药对应的保留时间、定量离子对和定性离子对

2.2.2 萃取溶剂选择

在本次研究中，由于萃取对象为残留的各类农药，为保证检测结果的准确度，避免萃取溶剂在作用发挥过程中对样品净化效果造成影响，最终确定选用乙腈丙酮溶液（1∶1），一方面保证溶剂对干扰物的溶解能力，另一方面确保其溶解度符合检测工作需要。

2.2.3 萃取温度优化

作为萃取技术实施过程中的重要参数，温度若是设置过高，将会对农药分解造成影响，若是设置过低，将会导致化合物溶解不完全，所以合适的温度参数是获得准确检测结果的重要保障。本次研究中发现，在运用快速溶剂萃取-GC/MS 技术对地表水中的农药残留进行检测时，当萃取温度在50～70 ℃时，农药残留萃取效果显著，一旦超过80 ℃，萃取结果增加缓慢，待至90 ℃，萃取效果基本稳定。因此，基于地表水监测的快速溶剂萃取-GC/MS 技术应用，最佳萃取温度是70 ℃。

2.2.4 线性及检出限

依次对质量浓度为0.04、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0 μg/mL的混合标准溶液进行吸取，规格为1 mL 即可，吸至样瓶，对其农药残留质量浓度进行检测，通过工作曲线的获得，将其所传达的信号噪声比值稀释三倍，依托于信噪比对农药检出限进行计算。

2.2.5 加标回收与精密度测试

基于标准曲线浓度范围，将质量浓度分别为0.1、0.5、1.0 μg/mL 的农药混合标准溶液加入待检农药空白水样中，开展规范的加标测试。期间，平行进样6针，落实6 次精密度测试，确定相对标准偏差，加标回收与精密度测试结果如表3 所示。

表3 加标回收与精密度结果

通过表3 数据可知，本次检测对象中的农残不同浓度点加标回收率最低为93.5%，最高为97.2%，RSD在2.61%～4.86%区间。

2.2.6 测定实际样品

围绕地表水采集地区再次抽取10 个样品，运用快速溶剂萃取-GC/MS 技术开展萃取分析工作，通过净化等一系列操作发现，可有效检测出地表水中的农药残留情况。故快速溶剂萃取-GC/MS 技术可应用于水环境监测中，可满足水环境监测技术应用需要。

3 结论

立足于水环境监测分析快速溶剂萃取技术，发现其优点众多、优势明显，通过掌握操作环节要点，比如合理控制温度、压力等参数，做好样品预先处理工作等，能够为水环境污染分析等相关研究提供科学有效的数据依据，促进水环境污染治理工作效率的提升。在技术实际应用过程中，应注重与其他技术的结合应用，本文分析的快速溶剂萃取-GC/MS 技术具有准确性好、溶剂用量少、效率高等特点，适用于水环境监测。