水环境监测中现代化萃取技术的应用

1、铜仁职业技术学院毕业论文(设计水环境监测中现代化萃取技术的应用作者:张晓艳摘要:技术快速溶现代化萃取剂萃取是固体物质中污染物监测的一种样品前处理技术,它根据溶质在不同溶剂中溶解度不同,在较高的温度和压力下选择合适的溶剂,高效、快速地萃取固体或半固体样品中的待测物。本文阐述了ASE 的技术性能和特点,讨论了该技术在水环境监测中的应用,展望了水环境中有机污染物监测技术的发展前景。关键词:水环境监测快速溶剂萃取一、前言随着工业的发展,水环境中有机污染物日益严重,因此有机污染物监测已成为当今世界的研究热点。受到农药和有毒物质污染的食品,禁止出口,许多国家提出了更高的卫生要求,出口食品农药残留量和有毒物

2、质含量标准规定到了近乎苛求的地步,我国作为WTO的成员国,高效、快速地监测有机污染物已成为刻不容缓的艰巨任务。有机污染物具有一定的生物积累性和“三致”作用,甚至有些痕量有机物的危害也是很大的,因此不断寻求痕量、超痕量污染物的监测方法是当今有机污染物监测的重要任务1。随着经济社会的快速发展以及对环境监测工作高效率的迫切需要,研究高效、快速的有机污染物监测技术已成为国际环境问题的研究热点之一。沉积物是水体污染物沉积的归属地,污染物在水和底泥的两相间存在着迁移转化行为,在一定条件下又会污染水体。因此有效地分析监测河流和水库沉积物中的污染物,对于治理水体污染有重要意义。此外,沉积物中的有机污染物和水体

3、中的生物间还存在着二次污染问题,因而世界各地开展了一系列研究课题。我国地表水环境质量标准(GB3838-2002水源地特定监测项目中规定了68种有机污染物的标准限值,因此,迫切需要有机污染物监测的先进技术普及与推广,水环境监测中现代化萃取技术的应用特别是在水利系统,对有机污染物的监测工作研究不够,急需先进的监测技术支持并指导水质监督工作的发展。有机污染物的危害,随着重金属危害的缓解,20世纪70年代以来,对饮水与肿瘤发病之间的关系引起了各方的注意。因为从70年代以来工农业的迅猛发展,产生了大量含有复杂有机物组分的废水,一些高稳定的有机合成化合物,如多氯联苯、有机氯农药等也污染水质,造成很大的危

4、害。这些物质也是经过食物链的富集,最后进入人体,引起慢性中毒。如滴滴涕的慢性中毒能影响神经系统,破坏肝功能,造成生理障碍等。因此在当前水体污染问题中,以有机物污染的矛盾最为突出2。有机污染物监测主要包括样品前处理和仪器检测两部分。而样品前处理技术在有机污染物监测中起着重要的作用,快速溶剂萃取技术就是一项先进的用于固相、半固相物质中痕量有机物前处理的方法。二、有机污染物前处理现状固体样品有机物的前处理主要是采用液固萃取方法,即利用有机物在不同溶剂中溶解度不同,将待测有机物提取出来,传统的方法主要有索氏提取,以及后来进一步发展起来的自动索氏提取、超声萃取、微波萃取、超临界萃取等,但有机溶剂的用量仍

5、然偏多,萃取时间较长,萃取效率不够高。水环境监测具有采样点多、样品数量大、时效性强等特点,非凡是需要一些应急监测措施,上述前处理方法不能满足水环境监测高效、经济、准确的现代化需要。近几年来发展的全新的前处理方法快速溶剂萃取法,是一种在提高温度和压力的条件下,用于萃取固体物质中有机物的自动化方法,与前几种方法相比,其突出的优点是有机溶剂用量少、快速、回收率高,该法已被美国EPA选定为推荐的标准方法,具有世界领先水平,是解决水环境中底泥、土壤等固相物质中挥发性、半挥发性和持久性有机物分析、监测的有效方法。三、快速溶剂萃取技术快速溶剂萃取技术是根据溶质在不同溶剂中溶解度不同的原理,利用快速溶剂萃取仪

6、,在较高的温度和压力条件下,选择合适的溶剂,实现高效、快速萃取固体或半固体样品中有机物的方法。在高温条件下,待测物从基体上的解吸和溶解动力学过程加快,可大大缩短提取时间;由于加热的溶剂具有较强的溶解能力,铜仁职业技术学院毕业论文(设计因此可减少溶剂的用量;在萃取的过程中保持一定的压力可提高溶剂的沸点,提高萃取效率,保证萃取过程的安全性3。3.1技术原理3.1.1升高温度温度的提高有利于克服基体效应,加快解析动力学,降低溶剂粘度,加速溶剂分子向基体中的扩散,提高萃取效率。该仪器的答应温度范围:50-200。常规使用的温度范围75125,对于环境中一般污染物常用温度100。在高压下加热,高温的时间

7、一般少于10min,实验证实热降解不甚明显,可用于样品中易挥发组分的萃取。3.1.2增加压力液体的沸点一般随压力的升高而提高,增加压力使溶剂在高温下仍保持液态,并快速布满萃取池,液体对溶质的溶解能力远大于气体对溶质的溶解能力,提高了萃取效率,并保证易挥发性物质不挥发,增加了系统的安全性。该仪器的答应压力范围:,常规使用压力一般保持在1500psi。3.1.3多次循环根据分析化学中少量多次的萃取原则,在萃取过程中利用新鲜溶剂的多次静态循环,最大限度的接近动态循环,提高萃取效率。常规采用23个循环,即可达到良好的萃取效果。3.2工作过程3.2.1样品的预备含水样品会降低萃取效率,萃取前需通过自然风

8、干或加入干燥剂进行干燥,但不要使用硫酸钠,在高温下会凝聚。样品颗粒的表面积越大,萃取的效率越高,萃取前需研磨颗粒粒径小于0.5mm,聚合体样品最好在低温,例如液态氮保持低温状态下,通过加入添加剂后进行研磨。在萃取时要加入分散剂,例如颗粒较细的海砂或硅藻土,提高萃取效率。3.2.2萃取剂的选择合理选择萃取剂对于有效地萃取目标化合物有着重要的作用。除强酸(盐酸、硫酸、硝酸外,有机试剂、水和缓冲溶剂均可用于ASE,根据相似相溶原理,萃取剂的极性应接近目标化合物。不同极性溶剂的混合物可适用于多类型化合物的萃取。常规使用的溶剂有:二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、丙酮等。水环境监测中现代化萃取技术的应用 3.

9、2.3技术特点溶剂被泵入填充有样品的萃取池,加温、加压,数分钟后,萃取物从加热的萃取池中输送到收集瓶中,经净化、脱水、浓缩处理,供色谱分析用。加速溶剂萃取仪的构成和工作程序如下所示(如图1(图1 萃取池色谱分析仪(图1 排放大自然萃取池色谱分析仪(图1 加温、加压 收集瓶污水进入未净化完全净化完全排放大自然萃取池色谱分析仪(图1污水进入未净化完全净化完全排放大自然萃取池色谱分析仪(图1净化脱水浓缩污水进入未净化完全净化完全排放大自然萃取池色谱分析仪(图1净化、脱水、浓缩污水进入 为净化完全净化完全萃取池 色谱分析仪 排放大自然 萃取池 色谱分析仪(图1ASE 有机溶剂用量少,10g 样品只需1

10、5ml 溶剂;快速萃取,完成一次萃取全过程的时间一般需15min ;基体影响小,对不同基体可用相同的萃取条件;萃取效率高,选择性好,已进入美国EPA 标准方法,标准方法编号3545;便于方法的开发和发展,已成熟的溶剂萃取方法都可用于加速溶剂萃取法的开发利用;使用方便、安全性好,可达到12个样品连续自动萃取,全程自动化。3.3适用范围铜仁职业技术学院毕业论文(设计ASE可用于底泥等固体物质中酸性、碱性和中性物质的萃取,尤其对水环境中的有机氯和有机膦农药、氯代除草剂、多氯联苯类物质、二恶英、多氯二苯呋喃,总石油烃、柴油和废油等的萃取十分有效。四、ASE与其它前处理技术比较4.1与各种传统萃取技术比

11、较ASE方法可以完全取代人们所熟知的传统的液固萃取方法,如索氏提取、自动索氏提取、超声萃取等。表1是几种传统的萃取方法与ASE方法的对比情况。萃取方法样品大小(克溶剂体积(毫升溶剂:样品平均萃取时间索氏提取法1030 300500 1630:1 448小时自动索氏提取法10 50 5:1 24小时超声萃取法30 300400 1013:1 0.51小时ASE萃取法1030 1545 1.5:1 1220分钟(表1从上表的对比数据可见,ASE萃取同样的样品量所用的溶剂最少,溶剂样品比仅为1.51;其它方法的萃取时间用小时计算,ASE仅需12-20分钟。ASE是一个节省时间、节省溶剂、高效率的全自

12、动萃取技术。4.2与超临界萃取技术比较ASE技术比超临界萃取技术具有更多的优势,二者比较情况见表2。ASE萃取超临界萃取萃取方式用溶剂萃取用超临界状态的气体萃取溶剂使用吸性溶剂,选择性强中性二氧化碳,常加加吸性改进PH样品量处理样品量大处理样品量小水环境监测中现代化萃取技术的应用 经济化 以列入美国 EPA 标准方法 未列入美国 EPA 标准方法 （表 2） 由上表可见，ASE 技术操作更简便，适用范围更广泛。由于 ASE 萃取池最大 为 100ml，故一次可处理大量样品，更适合于痕量、超痕量污染物的萃取。ASE 已列入美国 EPA 标准方法，符合标准化要求。 4.3 与索氏提取技术比较 索氏

13、提取是传统的萃取方法，也是目前大多数实验室普遍使用的方法。ASE 可以完全取代索氏提取，并有非常明显的优势，二者比较见表 3。 萃取方法 溶剂用量 萃取时间 系统密闭性 自动化程度 溶剂选择性 ASE 萃取 溶剂量小 1015ml 萃取时间短 1015 分钟 系统密闭 全自动 索氏提取 溶剂量大 500ml 以上 萃取时间长 448 小时 系统与大气环境相遇 不能全动控制 对同一样品一次可自由选 对同一样品一次只能选择 择溶剂 一种溶剂 选择方案 萃取方案 进行多次萃取 （表 3） 由上表可知 ,采用 ASE 技术可在较短的时间内获得更好的萃取效率；萃取溶 剂的用量明显减少，从而使得单个样品的

14、提取费用也显著降低；由于采用密闭系 统，大大降低了有机组分的损失，提高了回收率。 五、问 问 与展望 ASE 是近年来发展的现代化萃取技术，由于其突出的优点，已受到环境污染 监测工的极大关注。ASE 技术在处理底泥等固相物质中具有强大的优势，但仍具 6 铜仁职业技术学院毕业论文（设计） 有其局限性，它不适于水中有机污染物的监测，因此在水环境监测中应进一步提 高水中有机物监测技术水平。 水中挥发性有机污染物监测也应改变传统的气相色谱法，发展吹扫捕集气相 色谱法；对于水中半挥发和难挥发、难降解有机物的监测，应发展固相萃取技术， 促进水中有机污染物监测现代化技术的发展，从而使水环境监测中现代化萃取技 术得到更广泛、更专业、更强大的发展。 ASE 技术的高效萃取性能及其仪器高度自动化的完美结合大大改善了环境污 染物监测工作质量和效率，对实现环境监测的现代化有重要的现实意义。在水环 境监测中，应系统地发展吹扫捕集、固相萃取、快速溶剂萃取技术，这三种前处 理技术的结合可对水环境中有机污染物进行较完整的处理，再与色谱技术的联合 使用，