磁性固相萃取在环境污染物检测中的应用分析

袁少伟 戴新荣 贺传友 江宏玲

前言

直接在环境介质中进行富集和快速分离属于磁性固相萃取具备的主要优势，应用传统方法存在的吸附剂用量大、柱堵塞、高背压等问题也能够实现较好避免，而为了保证磁性固相萃取更好服务于环境污染物检测，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1 环境污染物检测中的磁性固相萃取应用路径

1.1 分子印迹聚合物

在环境污染物检测的磁性固相萃取应用中，分子印迹聚合物在其中发挥的作用不应被忽视，作为典型的磁性固相萃取用吸附剂，其本质上属于具有选择性分子识别位点的稳定合成聚合物，较强的特异识别性、优秀的稳定性、高度交联结构等特点也使得分子印迹聚合物可用于环境污染物检测，应用甲基对硫磷印迹的磁性印迹聚合物开展的土壤中甲基对硫磷快速萃取便属于其中代表，将目标物质印迹到磁性碳纳米管和石墨烯表面同样属于分子印迹聚合物的典型应用，这种应用实现的吸附能力提升使得其能够更好用于环境污染物检测[1]。

1.2 石墨烯

石墨烯同样能够用于环境污染物检测，疏水性强、化学稳定性高、表面积超大均属于其具备的优势，应用磁性石墨烯复合材料G-FE3O4实现的环境水样氨基甲酸酯类杀虫剂萃取便属于石墨烯的典型应用，环境水样磺胺类抗生素药物、蔬菜中痕量三唑类杀菌剂的萃取同样能够较好证明石墨烯应用价值。值得注意的是，为保证石墨烯更好服务于环境污染物检测，引入G键合包覆的磁性纳米粒子属于前景较为明朗的研究方向。

1.3 金属-有机骨架材料

金属-有机骨架材料同样能够较好服务于环境污染物检测，比表面积大、便于后修饰、孔径可调控属于这类材料具备的主要优势，这也使得近年来国内外围绕金属-有机骨架材料的环境污染物检测开展了大量研究，测定水样中的痕量多环芳烃、选择性吸附污水中重金属离子、快速萃取沉积物中痕量的重金属均属于金属-有机骨架材料的典型应用，组成和结构丰富多样与该种类材料的广泛应用存在较为紧密联系。

2 环境污染物检测中的磁性固相萃取应用实践

2.1 研究区概况

为提升研究的实践价值，本文选择了某省辖市场地作为研究对象，场地地形南西高、北东低，局部坡度、总体坡度分别＜7%与＜5%，场区植被较好，果树林覆盖率超过80%。场区所在地省辖市属华北暖温带沿海湿润季风区大陆性气候，四级分明。受人口密集、耕地面积广、农业活动频繁且研究区大量填埋垃圾，附近河流污染严重，地下水中有机氯农药富集多、辐射广，因此研究人员开展了围绕场区地下水有机氯农药的环境污染物检测[2]。

2.2 材料制备

2.2.1 仪器、原材料

检测用仪器主要包括磁力搅拌器、高温管式炉、VORTEX-5型号漩涡仪、WX881-3型号威信烘干箱、冷冻高速离心机、NDK-36W型号氮吹浓缩仪、OP-4200DTS型号双频超声波清洗机、SWPRATM55型号扫描电镜仪；检测用原材料主要包括二氯甲烷、甲醇、2-甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、六水合氯化钴，检测用全部原材料均为分析纯。

2.2.2 材料合成方法与成分组成

依次在 80ml甲醇中融入 950mg的 CoCl2·6（H20）、600mg的 PVP、2630mg的2-MeIm，融入过程需始终处于搅拌状态下，随后使用磁力搅拌器进行室温状态下溶液搅拌，搅拌时间控制为12h，由此可得到紫色溶液，使用冷冻高速离心机进行紫色溶液离心，并随后使用OP-4200DTS型号双频超声波清洗机进行超声清洗，重复离心、超声清洗各五次后，将紫色溶液置入WX881-3型号威信烘干箱，设定烘干温度为70℃，烘干10h后可得到紫色固体粉末，使用高温管式炉并通入氮气作为保护气进行紫色固体粉末加热，加热温度设定为700℃、加热时间为2h，紫色粉末由此碳化形成多孔碳，最后使用甲醇进行5次清洗，烘干后即可用于场区地下水有机氯农药的环境污染物检测。

使用SWPRATM55型号扫描电镜仪进行多孔碳检测，可确定该多孔碳材料由C、N、O、Co元素组成，其中四种元素所占重量百分比依次为27.93%、6.85%、2.32%、62.90%，原子百分比则依次为57.74%、12.14%、3.61%、26.51%，Co元素占重量百分比最大，C元素占原子百分比最大，由于Co元素的大量存在，该多孔碳材料属于典型的“金属-有机骨架材料”，且BET高达177.43m2/g，这使得其能够较好实现有机氯农药的吸附[3]。

2.3 场区地下水分析

2.3.1 地下水样处理

量取120ml的1号地下水样置于50ml离心管，加入上一环节制成的多孔碳材料，使用漩涡仪进行10min涡旋处理，多孔碳材料由此即可有效吸附地下水样中的有机氯农药，使用磁铁在离心管外壁吸引多孔碳材料并去除全部水样后，移除磁铁并加入2ml二氯甲烷解吸液，使用漩涡仪进5min涡旋处理，由此即可得到有机氯农药解吸液，使用NDK-36W型号氮吹浓缩仪将解吸液浓缩至100μL，最终即可进行场区地下水有机氯农药的环境污染物检测，检测使用三重四级杆气质联用仪，2-14号地下水样开展相同检测。

2.3.2 GC-MS分析

使用气相色谱-质谱联用仪进行GC-MS分析，具体分析使用35mm×0.25mm×025μm的HP-5毛细色谱柱，升温程序为：“保持柱温80℃1min→升温至130℃，升温速率为20℃/min→升温至250℃，升温速率为5℃/min→升温至300℃，升温速率为20℃/min→保持8min”，接触面面积、载气流速分别设置为290℃与1.2mL/min，进样量为1.0μL，不分流进样。

2.4 检测结果与讨论

表1为各采样点地下水中有机氯农药检出量，由此了确定研究区有机氯农药总和浓度范围为1.10～35.21mg/L，其中3号、9号采样点地下水有机氯农药污染最为严重，这是由于3号采样点位于垃圾填埋场区中心位置，而9号采样点则位于农田中间，这能够在一定程度上证明农业活动与垃圾填埋场渗滤作用属于有机氯农药的主要来源。此外，研究区总六六六含量占总农药含量的90.67%，且β-HCH与α-HCH的检出量最高，这是由于二者具备稳定性高、难挥发。难降解特性所致。

3 结论

综上所述，磁性固相萃取能够较好用于环境污染物检测，在此基础上，本文利用利用磁性多孔碳材料开展的实践检测、得出的β-HCH与α-HCH的检出量最高结果，则提供了可行性较高的环境污染物检测磁性固相萃取应用路径，而为了实现更高质量的磁性固相萃取应用，新颖、吸附效果更好、综合性能更优越的吸附剂研制必须得到高度重视。