水环境监测中现代化萃取技术的应用

卢守舟

（山东省环境监测中心站，山东济南250101）

水环境监测中现代化萃取技术的应用

卢守舟

（山东省环境监测中心站，山东济南250101）

对水环境监测中ASE现代萃取技术的应用展开深入研究，分析了ASE萃取技术的原理、特点、工作流程、应用范围等，认为ASE快速溶剂萃取技术与传统索氏萃取、超声萃取、微波萃取相比，具备所用溶剂少、监测时间短、萃取效率高等优势。

水环境监测；现代萃取技术；ASE；应用

1 前言

改革开放以来，尤其是20世纪90年代以来，我国贯彻落实了对内改革对外开放的基本方针，工业化进程进一步加快，同时也加剧了工业废水、废物排放，水环境中有机物的污染。根据有机物具有生物积累性和致突变，致畸及致癌的 “三致”作用，2000年在斯德哥尔摩会议明确规定禁止或限制使用的 “12种有机物”，并呼吁各国加强环境调查。

水环境中水体污染物的重要存在形式是沉积物，其迁移转化在水和底泥之间。科学、合理、全面检测沉积物中的污染物，对于水环境保护，治理水体污染有着重要的作用和意义。通过分析有机污染物的特点，科学家及环境检测人员提出了两种水体检测方法：①样品前处理；②设备仪器检测，通过仪器对提取物进行分离、定性、定量［1］。

2 有机物前处理现状及ASE萃取技术原理、特点、工作流程

2.1 水环境检测中有机物前处理现状

根据水环境中有机物的挥发性、稳定性、溶解性，水体沉淀物样品有机物前处理通常采用液固萃取的方法。传统的液固萃取方法根据其原理和特点可以分为四类：索氏提取；自动索氏提取；超声萃取；微波萃取。本文重点研究的有机物为持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，简称POPs），POPs的主要特点为：持久性；生物积蓄性；半挥发性和长距离迁移性；高毒性以及亲脂憎水性。随着工业的不断发展，传统的液固萃取方法已经难以满足水环境中POPs持久性有机污染物检测采样点繁杂，样品数量多，萃取高效、高质量的要求。

为进一步提高水环境检测质量，科学家研究出快速溶剂萃取技术（Accelerated Solvent Extraction，ASE），这种技术是根据溶质在不同溶剂中的溶解度不同的原理，利用快速溶剂萃取仪，在较高温度和压力条件下，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［2］。它是目前水环境检测有机物前处理应用最为广泛、最普遍的萃取技术，此法已经被美国EPA选定为推荐的标准方法。ASE萃取可以完全取代人们熟知的传统萃取方法：索氏提取、超声萃取和微波辅助萃取等［3］。

2.2 ASE快速溶剂萃取技术应用原理、特点、工作流程

2.2.1 ASE快速溶剂萃取技术应用原理

ASE快速溶剂萃取技术基本原理：快速溶剂萃取仪提供的是高温高压环境，根据化学原理，在一定程度上温度升高、压强增大，溶质向正反应方向进行，有效提高解吸和溶解动力速度，提高溶剂沸点，加快被分析物从基质中解析并快速进入溶剂，进而推进萃取速率。

ASE萃取技术升高温度技术原理。快速溶剂萃取仪一般具有12个萃取位，2个清洗位，34，66，100m l三种不同体积萃取池。根据有机物溶解的难易程度，可以选择萃取仪的使用温度，该仪器允许温度为50～200℃。通常水环境污染物平均为100℃，常规污染物萃取温度为5℃～125℃。随着温度不断升高，提高了溶质在基体中的基体效应，反应速度加快，降低溶剂粘度提高溶解速率。通常而言，高温加热时间不少于10min。

ASE提高压强技术原理。ASE快速溶剂萃取技术本质是液固萃取。提高压强可以有效提高萃取过程中溶剂沸点。通常情况液态溶剂比气态溶剂更容易与溶质反应，高压促使溶剂在高温态下仍保持液态。使溶剂快速分散在整个溶剂萃取仪中，提高溶剂萃取速率。该仪器的常规压力应保持在1500psi。

ASE多次循环技术原理。通常情况下水环境有机物萃取原则为多次少量萃取。增加静态萃取次数进而发生质变，两至三次循环操作，达到动态萃取的效果，提高萃取效果。

2.2.2 ASE快速溶剂萃取技术特点、工作流程

ASE加速溶剂萃取工作主要经过七步：有机污染物装样进萃取池—萃取池加入溶剂—对萃取池加热加压—有机污染物样品达到高温、高压状态—外部向萃取池加入溶剂—多次循环萃取—有机污染物萃取分析。

第一步注意事项：有机物污染物样本的准备，要注意样本在萃取之前必须为干燥状态，可以对其进行风干处理。沉淀物的颗粒越小越容易溶解，提前要进行研磨，研磨后颗粒径＜0.5 mm。

第二步和第五步注意事项：对于萃取剂的选择，要根据有机污染物样本自身特性。不同溶剂的化学性质不同，溶解效果、速率是不同的，通常情况下选择溶剂为盐酸、硝酸等强酸，水、缓冲溶剂等，秉持的化学原则为有机物相似相容原理，相同属性、相同结构的有机物、有机溶剂则容易萃取。

3 ASE萃取技术与传统工艺比较及应用范围

3.1 水环境ASE快速萃取技术与传统工艺比较

（1）与传统索氏提取、自动索氏提取、超生提取、微波萃取、分液漏斗相比，样品大小在10～30g的样本容量中，ASE萃取技术所需溶剂为15～45ml，索氏提取需要500ml、超生提取需要400～500 ml，溶剂节约达350～400 ml，ASE技术大大节约萃取成本。ASE溶剂与样品比例也是最小的，仅有1.5。因此，快速溶剂萃取可以完全取代索氏提取，并有非常明显的优势［6］。

（2）等量相同溶质下的萃取时间，索氏提取高达4～48h，微波提取要30～60min，而ASE萃取技术仅需要10～20min。ASE萃取时间最短，大大提高萃取效率。

（3）ASE快速萃取与现代超临界萃取技术比较。超临界萃取通常选用气体萃取，ASE快速溶剂萃取技术为液体萃取。化学工艺中，液体萃取往往比气体萃取效率更高，工艺更简。超临界萃取对于溶剂的选取十分苛刻，如二氧化碳需加极性改进剂等，而ASE萃取溶剂可使用极性溶剂，选择面多。ASE萃取技术的仪器选择配置也比超临界的简单，总体工艺属于高、精、尖技术范畴。

3.2 水环境检测ASE快速溶剂萃取技术应用范围

《资源保护回收法》显示，ASE萃取技术通常运用在水环境底泥和土壤的固体物质中酸性、碱性和中性物质的萃取。尤其是对水环境中有机氯和有机磷农药、氯代除草剂、多氯联苯类物质、二英、多氯二苯呋喃、柴油和废油［7］，以及多芳香烃、半挥发性物质、有机物金属化合物等物质非常有效。其中较为重要的一点是，ASE快速溶剂萃取技术与其他传统超声萃取、索氏萃取可兼容使用，应用过程中全封闭，能保证检测人员安全，减少环境污染。

3.3 水环境检测ASE快速溶剂萃取技术改进方向

（1）ASE快速溶剂萃取技术处理水环境中的“固相物质”有较高的效率，但对于其他水环境存在的有机物却存在一定局限性，在今后的改进中，应加强有机物监测力度，提高ASE萃取技术监测的 “全面性”。

（2）对于水中易挥发性的物质，需改变传统的顶空气相色谱法，发展吹扫捕集气相色谱法。ASE快速溶剂萃取技术的应用，可以进一步提高水环境中存有的半挥发和难挥发、难降解有机物的检测。通常水环境检测工作的开展，不单单使用ASE溶剂萃取技术，仍要利用相应的固相萃取、吹扫捕集辅助技术，三者结合色谱技术共同对水环境内有机污染物进行检测，全面提高环境检测能力。

4 结语

ASE快速溶剂萃取技术是现代萃取技术的重要组成部分，与传统索氏萃取、超声萃取、微波萃取相比，ASE具备所用溶剂少、监测时间短、萃取效率高等优势。

［1］张景明，刘建琳，周雯，等.水样中痕量有机物分析的前处理方法［J］.中国环境监测，2001，17（3）：31－33.

［2］刘晓茹.水环境监测中的ASE技术的应用［J］.中国水利，2003，（14）：49－50.

［3］雷书凤，王海燕，张召跃，等.河流样品有机物监测前处理方法研究进展［J］.安徽农业科学，2011，39（13）：8063－8066.

［4］赵保成，王艳玲，孙明山，等.加速溶剂萃取技术在检测分析中的应用［J］.农业与技术，2009，29（6）：85－87.

［5］Test Methods for Evaluating Solid Waste，Method 3545.USEPA SW－846.3rd ed.，Update，U.S.GPO Washington DC，July，1995.

［6］王丽媛，周灵辉.快速溶剂萃取技术在环境监测中的应用［J］.黑龙江环境通报，2011，35（4）：59－61.

［7］方强，王楚强.快速溶剂萃取技术在水环境监测中的应用［J］.信阳农业高等专科学校学报，2010，20（2）：137－139.

Application of Modern Extraction Technique in Water Environmental Monitoring

LU Shou-zhou
（Shandong Provincial Environmental Monitoring Center，Jinan Shandong 250101）

A further study is conducted on the application of the ASE，the modern extraction technique，in the water environmental monitoring.The theory，characteristics，working process and range of application of the technology are analyzed.The accelerated solvent extraction（ASE）technique needs less solvent and monitoring time with high extraction efficiency，compared with the other conventional techniques such as soxhlet extraction，ultrasonic extraction and microwave extraction.

water environmental monitoring；modern extraction technique；ASE；application

X83

：A

：1673－9655（2013）02－0134－03

2012－08－23