快速溶剂萃取技术在水环境监测中的应用研究

涂春林

（龙岩市长汀环境监测站，福建 龙岩 366300）

引言

随着我国工业行业的迅速发展，在水环境中呈现出越来越严重的有机物污染情况，因此对水环境中的有机物污染进行持续检测，已经成为国内外在水环境保护当中的研究重点。因此对水环境检测技术进行研究，实现快速、高效地监测水环境中的有机物污染，已经成为目前急需解决的问题。在进行有机物监测的流程当中，主要包括了两个环节，首先需要对样品进行前处理，其次是利用仪器对处理后的样品进行具体的检测。在对样品进行前处理的环节中，其技术的高效性对于有机物污染监测起到了非常重要的作用，快速溶剂萃取技术能够在固相以及半固相的物质当中，对有机物进行前处理[1-3]。

1 快速溶剂萃取技术性能分析

快速溶剂萃取技术可以实现样品的快速萃取，其反应的提取效率较高、耗时短，在反应过程中所需的溶剂量较少，成本较低，同时萃取过程具有较高的安全性。

2 环境监测问题

我国的水环境监测和发达国家相比较，还有一些差距。我国在这方面的监测中，需要确保其执法的力度，由此来实现水环境监测的高质量。水环境监测涉及的问题较多，例如水质、水资源的分配等，都体现出了不同的社会问题。特别是在社会大环境高速发展的过程中，因农业以及工业用水而引发的水污染，其污染范围持续增加，程度不断积累，这就让水环境监测面临着越来越严重的环境污染带来的影响。而提升水环境监测技术，能够为解决我国水污染问题提供了有效的助力。

3 在水环境监测中运用萃取技术的现状

在进行样品检测时，前处理环节采取的方式主要是萃取，利用溶解度的不同来提取有机物。传统方式例如索氏提取法等，消耗的溶剂总量较多，且检测时间长，同时萃取的效率较低。在水环境监测中，其采样点较多，样品的总体数量大，时效性要求非常强，因此需要高效的监测手段，而利用传统的方式进行监测，难以满足水环境监测当中对于效率以及经济上现代化的需求。

4 快速溶剂萃取技术在水环境监测中的应用原理与应用技术要点

4.1 快速溶剂萃取技术在水环境监测中的应用原理

快速溶剂萃取（ASE）技术，是依据溶解度的不同，针对此特性，利用快速溶剂萃取仪器，在高温高压条件下，选择合适的溶剂，实现对样品中的诸多种类有机物进行萃取。当环境为高温时，待测物会加快从机体中的解析，加快其溶解的过程，由此来缩短整个提取的时间；同时由于对溶剂进行加热后，其溶解能力的到有效地提升，由此能够降低反应中所使用的溶剂量；而维持萃取过程汇总的压力能够糖溶剂的沸点提升，保证萃取的高效性以及整体流程的安全性。在整个快速溶剂萃取技术当中，其关键点在于温度以及压力，需将温度提升至50 ℃～200 ℃，压力范围在10.3 MPa～20.6 MPa，在此条件下，进行前处理环节。

4.1.1 增加温度

提升检测反应的温度，可以持续提升解析的动力学，让溶剂的整体黏度下降，让分子在体系当中的扩散速度持续增加，由此来让萃取的效率能够得到有效的上升。在检测过程中，反应温度为50 ℃～200 ℃，而在具体的应用过程当中，较常使用的温度为75 ℃～125 ℃，对于常见的污染物萃取，通常采用100 ℃来进行。有之前的试验经验得知，在萃取的流程当中，其热降解的现象是不明显的，因此在处于高温环境中，其加热的总体时间需要把握在10 min 之内，这样能够对较为容易挥发的成分进行萃取。

4.1.2 提升压力

随着反应压力的上升，体系中液体相应的沸点也会上升，因此可以采取将压力进行提升的方法，让处于较高温度中的溶剂能够维持其液体的形态，能够快速地让萃取池充满。相对于液体来说，其溶解物质的能力方面，气体明显低于液体的，因此利用液体来将溶质进行溶解，能够将萃取效率进行高效的提升，同时避免一些易挥发的物质产生挥发的现象，将整个系统的安全性提升到一个新的台阶。快速溶剂萃取仪对于压力的范围值在6 895 kPa～20 684 kPa，在实际的萃取过程当中，较为常用的压力值为10 342 kPa。

4.1.3 多次循环

在进行具体萃取的过程当中，需要严格依照少量多次来进行，在对新鲜的溶剂进行萃取时，需实行多次的静态循环，让其能够向动态循环靠近，让萃取效率维持在较高的状态。在一般条件下，完成2～3 次循环，就可以让萃取的结果较为良好。

4.2 实际工作的流程

快速溶剂萃取技术是让体系处于高温高压中，利用对应的溶剂，对有机物进行高效地萃取。其实际的工作流程环节为以下几个环节：首先是准备样品，其次是选择萃取剂，最后是进行萃取。

4.2.1 样品的准备

在对样品进行萃取的环节中，若样品当中存在过多的水分，则会让其萃取的效率受到影响，从而导致萃取效率的整体下降，因此可以对样品进行自然风干，或者是在其中加入改造剂，对样品进行整体干燥，需注意的是，在干燥环节中，不能加入硫酸钠。在具体的萃取流程当中，若样品具有较大的表面积，则能够具有较高的萃取率，因此在萃取环节前，需要对样品进行预处理，将其进行低温处理之后，加入对应的添加剂进行研磨，最终的颗粒需小于0.5 mm。在萃取的过程当中，还需加入海砂、硅藻土等分散剂，由此来将萃取的效率进行提升，同时需注意选取颗粒较细的分散剂。

4.2.2 萃取剂的选择

合理的萃取剂，可以让萃取率得到保证，除了强酸，其他所有的有机试剂、水以及缓冲溶剂，都可以在此技术中应用。而萃取剂的极性选择上，需要与目标化合物的极性较为近似。对于化合物中的多种类，可以将极性不同的溶剂进行混合使用，常见的溶剂有三氯甲烷、二氯甲烷以及石油醚等。

4.2.3 技术特点

再将样品加入萃取池中，泵入相对应的溶剂后，将温度以及压力进行提升，在较短的时间之内，即可把萃取池内加热的样品萃取物送到对应的收集瓶当中，再对萃取物进行相应的净化处理，随后对其进行脱水以及浓缩处理之后，即可对其进行后续的色谱分析。

4.2.4 污水中主要污染物检测

城市中废水来源主要为生活污水及工业废水，废水中污染物较多，主要有COD、NH3-N 等。对废水中的主要污染物进行测定，能够对废水污染程度进行掌握。对6 处排污口的主要污染物进行检测，计算其污染指数，结果如图1 所示。由检测结果可知，在监测的5 个断面中，在COD 指标的污染指数值中，排3 的污染指数最高，排5 的最低；在NH3-N 指标的污染指数值中，排3 的污染指数最高，排5 的最低；由此可以得知，排3 位置的污染较为严重，且排3 位置污水中NH3-N 的污染指数大于1。

图1 排污口主要污染物的污染指数

5 萃取技术在水环境检测方面的应用

5.1 微波萃取

5.1.1 微波萃取技术的核心

微波消解技术，是在酸性环境中，微波辐射会产生出一定量的能量，由此可以让离子化元素进行分离，且分子键也会受到相应的破坏。在微波萃取方式当中，需要溶剂进行辅助，且微波辐射产生的能量可以让分子脱离出来，同时其分子结构等也不会遭到破坏。和其他的萃取技术相比，微波快速溶剂萃取的整体检测效率较高，其回收率较高，操作便捷，安全性较高。且此技术中用到的溶剂量得到了有效的控制，对于10 g 的样品，只需要15 mL 的试剂进行反应，其仅为常规萃取用量的1/15；回收率相较于普通凡是，其效率高出20%，每罐的容量为50 mL～100 mL，其样品量为10 g～50 g，每批处理样品的量为14～40 个样品，处理时间仅为5 min～15 min。

5.1.2 萃取系统的技术设计

在体系中，不需要对功率进行人为设定，在反应进行的过程中，功率能够自动进行修改，可以在温压推升密闭反应当中，对其剧烈承兑进行调整以及整体调控，能够较好地控制整个反应流程，利用精确的相关数据，能够对样品萃取过程汇总的临界反应温度进行精准测试，能够对热不稳定的物质进行较好的萃取，维持其分子形态的完整性。RTP 温控体系可以及时地对管内温度变化进行观测，其观察范围在－40℃～260 ℃，且输出信号较强。加入了强极性激活技术，让其能够在极性以及非极性的试剂中都可以广泛应用。

5.1.3 微波萃取的应用优点

首先是其不会受到样品含水量的影响，无需在萃取之前对样品进行干燥，极大地提升了效率，对于机体的影响比其他技术的更小，同时反应耗时短，效率高，过程安全，且溶剂的消耗量低，不会对被测物质的分子结构造成破坏；其次是对于溶剂没有限制，同时利用混合溶剂能够让处理效果更佳。

5.2 对多数检测对象具有适应性

5.2.1 在食品中农药残留检测中的应用

在对农药残留进行检测中，加速溶剂萃取技术应用较为广泛，尤其是在食品、环境以及各种饲料当中，其应用较多。通常在对粉尘、土壤以及水果和蔬菜等样品当中，对其杀虫剂、农药以及二噁英等具有危害性的物质进行萃取是，会运用此项技术。例如在对香蕉及马铃薯进行农药残留检测时，选择正己烷、丙酮等溶剂，在100 ℃、10 MPa 的反应条件下，其消耗溶剂的总量为15 mL～45 mL，对样品进行处理的实际时间为14 min～18 min。在样品中加入农药，对其指标进行测定，结果如表1 所示。

表1 香蕉与马铃薯检测值

在农药残留相关的检测当中，对于蔬菜以及水果的检测较多。在进行蔬菜以及水果的实际种植过程中，使用的农药种类组成较多，不同种类的农药之间也具有较大的差异性。对于单一样品来说，可能会用到不同类型的农药。因此在对水果以及蔬菜进行农药残留检测时，需要应用检测速度快，可以同时检测多种成分的检测技术。加速溶剂萃取能够实现自动化检测，且其检测的范围较广，在进行农药残留检测时，应用较多。利用此技术，可以扩大对于水果和蔬菜中农药种类检测的范围，简化检测操作流程，和环境有着较好的兼容性。有研究对多种蔬菜中的多环芳烃等物质进行检测方法的研究，检测参数为1 500 psi，120 ℃，丙酮与二氯甲烷比例为1∶1，持续时间为5 min，得到了良好的检测效果，其农药的回收率区间为42%～124%。在针对马铃薯、梨以及哈密瓜等水果的检测当中，全部农药的回收率都高于70%，其反应条件中，温度为110 ℃，1 500 psi，共进行两次静态萃取，使用硅藻土作为分散剂。在对柚子的农药残留进行检测中，共对17 中农药残留进行测定，试验条件为二氯甲烷为100 度，1 500 psi，回收率可以达到81%～104%；在同等试验条件下，对橘子进行农药残留检测，其回收率区间为50%～110%。由此可以得知，采取加速溶剂萃取的方式，对多种农药残留进行批量检测，其检测速度快，能够让实际的工作效率得到全面的提升。

5.2.2 在生物样品中的农药残留检测

在对鱼肉样品进行检测中，针对杀虫剂的提取，加速溶剂萃取方式是非常普遍的技术。和微波辅助技术和索氏提取方式相比较，加速溶剂萃取技术能够让实际的溶剂使用量下降，压缩反应的时间，同时能够让回收率得到实质性的提升。利用索氏提取法进行检测时，用时约为8 h 左右，使用溶剂的总量约为170 mL，而采取加速溶剂萃取法进行检测，耗时约为25 min，溶剂使用的总量共40 mL，且在利用加速溶剂萃取进行检测时，在农药提取中，鱼油不会受到影响。在油脂含量丰富的样品当中，脂肪会对检测的最终结果造成一定程度的影响，采取净化环节，其操作复杂，同时会让药物的流失量加大，同时部分农药难以提取，由此导致其回收率相对不高，而采取加速溶剂萃取的技术，能让回收率得到明显的提升。

5.2.3 环境样品中农药残留检测

土壤中，农药残留较多，在进行农业生产时，进行农药喷洒过程中，会让农药进入到土壤。土壤颗粒对于农药的吸附能力相对较强，这就让对于土壤农药的检测中，其难度较大，且在土壤净化时，十分繁杂。有研究表明，在喷洒的农药中，实际能够起效的农药量仅为用药总量的10%～30%，还有一小部分会进入到水体以及大气当中，而绝大部分农药会在土壤中残留，其残留比例高达50%～60%。大量农药的残留会让土壤污染越发严重，而农药种类繁多，且其结合的方式也有所区别，这都会对检测造成较大的影响。而采取加速溶剂萃取技术，利用高温环境，能够将溶质和基质的相互作用降低，简化操作环节，让反应时间缩短，同时可以节约溶剂的使用，且可以让检测的准确性得到保障。

6 水环境监测中快速溶剂萃取技术应用前景

随着社会的飞速发展，生活以及工业用水，农业用水的使用不合理，以及排放不合理现象持续增加，让目前对于水环境的保护成为社会关注的重点。在现代检测技术当中，快速溶剂萃取技术能够压缩检测时间和溶剂的使用量，让萃取效率提升，能够对水环境中的污染进行全面检测，在改善环境污染工作中起到重要作用。

7 结语

对快速溶剂萃取技术进行了分析，其优点众多，能够为污染趋势的分析以及相关研究提供科学依据，提升污染监测的工作效率，对于现代化污染治理起到较好的促进作用。