现代化萃取技术在水环境监测中的应用研究

高殿文

（吕梁市生态环境局柳林分局，山西 吕梁 033300）

0 引言

水环境中的大量有机污染物都以沉积物形式，存在于水和底泥间进行迁移转化，科学全面对沉积物中有机污染物进行检测，对改善水体污染环境、进行水体环境保护有着重要意义。国内针对水环境质量监测标准就规划出68 种有机污染物的标准阈值，通过对比监测各地水环境限值，对水体有机污染物进行有效监测。快速溶剂萃取ASE 技术，就是一种样品前处理技术，可实现对固相、半固相有机污染物质的精确萃取监测。

1 水环境监测中有机物前处理技术分析

结合有机物的特性，包括挥发性、溶解性等，进行水环境中沉淀样品有机物的前处理主要采用液固萃取方法，常规液固萃取技术方法依据作用原理及技术特点，可分为索氏提取、超声萃取、微波萃取以及自动索氏提取四类。本文主要分析一种持久性有机物POPs 的萃取过程，该类有机污染物具备持久性、生物积蓄性、半挥发性以及长距离迁移性等特点，毒性高且亲脂憎水，应用上述常规固液萃取方法效果较差，需要进行频繁监测取样，很难满足高效高质量萃取监测要求。

为进一步提高水环境监测效果，改善水体环境质量，提出应用一种新型快速溶剂萃取技术ASE，该技术是基于溶质在不同溶剂中的溶解度存在显著差异的特点，通过快速溶剂萃取仪设备，在高温高压环境下，选取恰当溶剂将有机污染物进行高效快速萃取的方法。这项萃取技术在当前水环境监测有机物前处理应用中十分普遍，基于其显著应用优势，已基本取代了上述常规萃取方法。

2 快速溶剂萃取技术作用机理及工艺流程

2.1 技术作用机理分析

该萃取技术的主要作用机理，是在高温高压环境下，按照一定化学规律，在升温、升压过程中溶质会加快向化学反应的正向进行，从而提高解吸和溶解速率，提高溶剂沸点，将被分析物快速从基质中解析出来进入溶剂当中，从而有效加快萃取速率。

1）升温效果分析。快速溶剂萃取仪设备共包含12 个萃取位和2 个清洗位，同时有34、66、100 mL 三种不同体积的萃取池，仪器设备的温度设定范围为50～200 ℃。通常水环境污染物萃取温度在5～125 ℃，随着萃取温度的提高，溶剂黏度显著降低、溶解速率加快，显著提高了溶质在基体中的基体效应，快速溶剂萃取技术的升温加热时间应确保大于10 min。

2）加压效果分析。快速溶剂萃取技术属于一种固液萃取技术，因此通过增大压力可以提高萃取溶剂沸点，从而使溶剂在高温状态下仍保持液态，将溶剂快速扩散在萃取仪器中，加快萃取速率，该仪器设备的最佳压力值应控制在1 500 psi。

3）循环萃取机理。通过多次少量进行有机污染物萃取，增加静态萃取次数，进行多次循环操作，可以达到一种动态萃取效果，从而使得监测结果更加精确。

2.2 技术特点及工艺流程

快速溶剂萃取技术工艺流程如图1 所示，其中需要注意的是：在第一步有机污染物样品准备时，要保持样本萃取前处于干燥状态，并提前进行研磨处理，要求研磨粒径不超过0.5 mm，加快颗粒的溶解速率；同时在两次向萃取池加入溶剂的过程中，需要注意对萃取溶剂的选取，应结合所调查有机污染物自身属性，合理进行盐酸、硝酸等强酸溶剂及水、缓冲溶剂的选取，利用有机物相似相容原理等，科学高效完成萃取过程。

图1 快速溶剂萃取技术工艺流程示意图

3 快速溶剂萃取技术工艺对照及应用趋势

3.1 与常规萃取工艺参数对照比较

快速溶剂萃取技术与传统萃取工艺相比，在所需损耗溶剂以及萃取时间上都有显著应用优势，具体参数对照见表1[1]。可以看出，应用快速萃取技术在样品容量大小相同情况下，使用溶剂可节省350～400 mL，与其它传统萃取工艺相比，具备显著应用优势；同时对比萃取时间可以发现，快速萃取技术所需时间最短，显著提高了有机污染物的萃取效率[2]。

表1 快速萃取技术与传统萃取工艺参数对照表

3.2 与其它现代萃取技术对照比较

1）与超临界萃取技术相比，超临界萃取技术由于应用气体萃取技术，在实际工艺操作过程中，气体萃取效率相对较低，工艺也更为繁琐。同时气体萃取溶剂的选取相对困难，以二氧化碳萃取溶剂为例，需要通过添加极性改性剂等提高萃取效率，而快速溶剂萃取技术ASE 的极性溶剂选择面较广，对仪器设备配置更低，萃取工艺流程更为成熟。

2）与固相微萃取技术相比，固相微萃取技术具备萃取时间短、操作简单等优势，在萃取操作过程中可通过选用与待测样品性质相近的萃取头来减少取样时间，便于进行组分分离，萃取工艺流程如图2 所示[3]。但在实际操作过程中，对固相微萃取投的制造和使用过程要求苛刻，萃取头不仅容易发生破损，而且成本较高，萃取头上的固定液也会因高温发生流失，同时在萃取工艺中吸附上其它杂质，使最终测定结果出现误差，因此总体来说，该项萃取工艺在技术研发上存在着不稳定性，很容易在分离制备过程中出现堵塞现象，影响到产物回收率，技术工艺相对不够成熟，而快速溶剂萃取技术则拥有一套成熟快速的萃取工艺，操作工序也更加简便，适用性更强。

图2 固相微萃取技术工艺流程示意图

3.3 快速溶剂萃取技术应用范畴

快速溶剂萃取技术主要用于对水环境底泥、土壤中的酸性、碱性或中性固体物质进行萃取操作，包括对水环境中的有机氯、磷农药、氯代除草剂或柴油、汽油等的萃取过程，尤其是对一些半挥发性物质、有机物金属化合物等物质的萃取过程效率较高。同时该萃取技术可以与传统索氏萃取技术、超声萃取技术相兼容应用，在进行萃取操作时需要做到封闭处理，避免对监测人员的生命安全造成威胁，并减少对周边环境的污染危害。总体来说，快速溶剂萃取工艺属于一种仪器设备配置简单，总体操作工艺成熟、检测精确度高的现代化萃取技术。

3.4 技术发展趋势

1）快速溶剂萃取技术主要是进行水环境中底泥、土壤等固体物质的萃取操作，也即对固相物质的萃取效率较高，但对水环境中游离态有机污染物的检测确存在很大局限性，因此在后续技术改进发展过程中，可加大有机污染物的监测面，对水环境有机污染物进行全方位萃取监测，提高快速溶剂萃取技术监测的全面性。

2）对于水环境中赋存的易挥发性物质，传统监测技术是利用顶空气相色谱分析。通过发展吹扫捕气相色谱法，并结合快速溶剂萃取技术的使用，可以大幅提升对水环境中半挥发、难挥发以及难降解有机物的监测过程，实现水环境有机污染物的全面精确检测。通过综合应用各种检测手段，全面提高水环境质量检测能力。

4 结语

为进一步提高水环境监测效果，改善水体环境质量，提出应用一种新型快速溶剂萃取技术ASE，该技术是基于溶质在不同溶剂中的溶解度存在显著差异的特点，通过快速溶剂萃取仪设备，在高温高压环境下，选取恰当溶剂将有机污染物进行高效快速萃取的方法。该萃取技术在当前水环境监测有机物前处理应用中十分普遍，与传统萃取技术相比具备溶剂损耗少、萃取时间短、效率高等显著应用优势。