固相微萃取法在环境监测中的应用

2023-01-07郑玉凤王晓梅

皮革制作与环保科技 2022年5期

郑玉凤，王晓梅

（安徽省宣城生态环境监测中心，安徽宣城 242000）

固相微萃取法已经成为现代环境监测领域的重要组成部分，包括水果农药残留、大气污染物监测、土壤有害物质分析等，都会选用固相微萃取法进行实验研究。一方面，固相微萃取法具备良好的检测优势，能够满足污染物的检测要求，另一方面，固相微萃取法具有检测范围广、检测成本低等特点，在环境监测领域中显现出极为重要的价值和地位。

1 固相微萃取法的基本概述

1.1 固相微萃取检测技术的基本原理

固相微萃取检测技术主要是用吸附剂作为目标引导物，将固体、液体、气体等形态的物质进行检测和分析，能够借助超强洗脱机等的辅助，实现对监测对象的有效洗脱，同时还能够对目标物进行收集和研究。固相微萃取检测技术能够满足极为广泛的检测要求，并且随着检测技术的发展和创新，固相微萃取检测设备已经朝向多元化的方向发展，包括自动化固相微萃取设备、一体化固相微萃取仪器等，都已经在国内实现了设备的研发和应用。

1.2 固相微萃取法的主要方式

固相微萃取法主要是根据固相微萃取装置对实验样品进行采样、萃取、浓缩等操作，以有效提升样品的检测效率。固相微萃取方法的应用主要分为萃取和解析两个步骤。萃取环节是将吸附涂层的萃取纤维为检测标的，放置在样品中进行萃取，实现萃取的目标。解析环节是将整个萃取设备的针头放置在萃取样品中，让萃取纤维能暴露在高温环境中，萃取物逐步被解析，然后借助固相微萃取设备进行解析。固相微萃取设备主要是气相色谱分析仪。目前，萃取的方式主要分为直接萃取、顶空萃取、膜保护萃取三种方式。

直接萃取方法，首先将上述样品分别放置在基质组织液中，利用萃取固定相的石英纤维进行萃取。在实验室中利用常用的搅拌方式对检测样品进行加速搅拌，然后将基质中的样品放置在固定相中，利用常规搅拌方式将样品基质扩散到固定相的设定边缘。液态的样品检测与固态的样品检测存在一定的差异性，主要表现在固态检测样品需要增加液化环节。常见的搅拌方式包括样品瓶晃动、晃动萃取纤维头、超声波搅拌。水溶液样品的扩散速度比固态样品的扩散速度快三到四个数量级，因此，需要将固态样品进行充分搅拌。例如二硝基苯酚进行搅拌时，对应的搅拌难度远低于固态脂类物质。

顶空萃取模式分为两个实验步骤。其一是将样品的分析组织液相进行扩散，然后穿透到气相中进行分析和检验。其二是将分析组织液通过气相进行转移，固定到固相中。类似的改型模式能够有效规避萃取固定相过程中出现样品污染问题。众所周知，人体的分泌物以及尿液等存在中高分子物质以及其他不稳定挥发物质，会对萃取过程造成污染和影响。因此，在第二步骤中，需要将萃取速度进行提升，然后控制萃取速度超过步骤一的萃取速度。对萃取速度进行有效调控，对于挥发性物质的检测具有事半功倍的成效。因此，应用顶空萃取模式的时间会相对较少。

1.3 固相微萃取法检测技术的主要优点

固相微萃取法能够借助检测技术的差异化应用特点，对检测目标进行综合性检测和分析，特别是对含量复杂的检测标的物，能够达到较高的分离成效和检测效果。例如，液态和气态样品的检测，大多存在多种混合物，需要在检测过程中实现对多种物质的分离和改进，以实现相应的检测目的。另外，固相微萃取检测技术能够利用吸附剂的特点将溶液的浓度进行稀释。目前在已知的检测领域中，固相微萃取检测技术不会出现检测环节被干扰等问题，即便在复杂环境中，也能够减少检测过程中多余的影响因素。另外，固相微萃取检测技术检测成本低廉，能够解决传统检测技术成本过高等一系列问题。最为重要的是，固相微萃取检测技术具有良好的重复性使用特点，能够实现检测的重复性操作，最大程度降低了相应的检测成本。

2 固相微萃取法的主要影响因子

2.1 参数对固相微萃取法的影响

固相微萃取法中的实验参数，会对整个萃取实验造成多种程度的影响，包括实验成效、实验质量、检测程度等。膜保护萃取系数主要是针对样品而采取的保护措施，特别是对于成分复杂的样品，能够减少萃取过程中出现的损伤问题，对挥发性较强的固态物质进行精准检测，同时还能够降低检测失效等问题的发生率。膜保护萃取系数，是根据自身材料的特殊性而确定对应的保护程度，因此需要确保材料的保护性和科学性。萃取头的种类以及膜的厚度都会影响整个检测效果。目前，萃取头可以采用键合型、非键合型、部分交联以及高度交联等四种形式，四种形式对应的溶解剂稳定程度由高到低进行排列。涂层的极性物质对萃取影响极为深远，主要是根据相似相容的基本原理。其中，非极性涂层有助于有机物等物质的分离，而极性涂层能够对非有机物进行有效分离。另外，涂层的厚度、涂层的种类、涂层的长度等不同的组合模式，都会对固相微萃取法的实践成效产生深远的影响。不仅如此，涂层厚度设定完毕后，还需要结合检测的标的物进行相应的调控，进而确保检测工作的合理和高效。

2.2 其他影响因子

除此之外，萃取温度、萃取时间、盐效应、酸碱度等参数都会或多或少影响萃取的质量和成效。萃取温度过高，既能够加快整个检测过程的速度，同时还能够促进检测环节形成相应的平衡。但是温度的持续增加可能会导致仪器上面的涂层吸附量减少，降低检测设备的灵敏度，进而导致检测工作出现效率不足等现象。固相微萃取检测技术需要确保所有实验数据在实验过程中的均衡性和统一性，即所有实验的参数保持一致性。由于环境检测领域中存在多种微量元素，会影响到整个检测方案的合理性，需要对环境监测样品进行多角度的分析，包括沉积物、土壤等。要在实验室环境中进行科学检测，并且确保各个样品检测工作的科学性和合理性[1]。

3 固相微萃取法在环境监测中的应用

3.1 气态基质的样品检测

在气态基质的样品检测过程中，应用固相微萃取法能够将空气中的有害气体进行检测和分析，特别是在检测区域采集的样品，能够实现对气态有机污染物快速精准的检测并显现出良好的检测成效，如苯、甲基环己烷、甲苯、四氯乙烯、氯代苯、乙基苯、对二甲苯、苯乙烯、壬烷和异丙苯等挥发性物质。其浓度的检测标准需要符合固相微萃取法的基本要求，同时气体的浓度需要高于矫正仪器两倍到五倍之间，才能够保障检测结果的有效性和精准性。气态基质的检测需要保障样品浓度的平稳性，特别是在实验室检测环境中，能够保障检测样品的温度、压强、质量等都能够满足检测的要求和标准。本次实验采用静态和动态两种检测方式进行检验[2]。

3.2 水体基质的样品检测

水体基质的样品检测是目前固相微萃取法的主要研究对象，以Nilsson为代表的研究学者，通过对上述实验样品中的二十多种进行检验，与本实验的检测结果相同，这进一步说明固相微萃取法在水体基质的检测过程中能够显现出极为显著的成效和特点，特别是对于有机污染物的检测，借助直接萃取法、有机顶空萃取法等技术，能够将二硝基苯酚、苯、有机苯的关联物质、有机磷、有机氯农药、除草剂等众多污染物精准检测。受污染物众多等因素的影响，在实际检测过程中可能存在多种问题，要将本实验的检测目的进一步明确，在检测标准框架范围内依次开展检测工作。在检测过程中，可以应用固定相的毛细管将样品进行萃取，分析样品中的多种有害物质，萃取的时间控制在50秒内，固相微萃取设备能够实现RSD小于4%，LOD为2.7/L的萃取目标。不仅如此，水体基质的检测还可以进行自动化萃取设定，能够进一步保障萃取工作的合理性和有效性，特别是固相微萃取法和UV联用，能够将水体基质的检测物进行细化，涵盖大部分多环芳烃类污染物以及24种氟苯、澳苯酚等混合污染物。由此可见，固相微萃取技术在当前环境监测领域中，已经实现了对饮用水、河水、湖泊水等水体基质的检测[3]。

3.3 固态基质的样品检测

固相微萃取检测技术涵盖多种检测目标，属于固态基质的样品检测标准。利用固相微萃取技术，对泥土中的多氯联苯（PCBs）、酚类、石油类、氯苯、VOCs、农药、沉积物中的无机汞盐、有机锡类、土壤焚烧物中的低聚物等进行检测分析，能够显现出更加显著的检测成效，特别是应用多种固相微检测技术，弥补了单一检测方式不足的问题。上述样品的检测时间控制在30分钟内，并且利用固相微检测设备进行成分含量分析，并且确保检测土壤在密闭、高温的检测环境中不会受到其他因素的影响和破坏。其中待检测的样品主要是为了增加检测工作的科学性和有效性，能够进一步明确土壤样品中的有害物质，进而查明污染途径和污染物的种类，为后续的环境保护工作提供良好的助力和支持。例如，在进行固态基质的检测时，需要对污染物的化学属性、来源、涂层和检测技术设定等一系列内容进行对比和说明，降低人工操作的影响范围[4]。

4 固相微检测技术在环境监测领域应用中的注意事项

4.1 控制环境监测环节中的采样质量

固相微萃取技术的应用，需要科学调控样品的采样速度。一方面，环境监测采样过程中规范性不足以及监测环境异常，都可能会导致采集样品出现质量问题，特别是在复杂环境中的采样工作，需要提高采集样品的质量，减少在采集过程中出现污染等问题；另一方面，环境监测过程中需要按照标准化的采样内容，设定固定的采样模式和采样流程，有效提高采集样品的质量。特别是人工采样，部分工作人员未能按照相应的规定进行采样，导致样品在初始阶段出现污染问题。由此可见，采样质量的把控需要从制度层面进行落实和优化，不断提高样品采集的水平和质量，通过对采集人员开展行之有效的培训，不断提升采集样品的标准化管理目标，为环境监测工作的开展和实施给予有效的助力和支持。

4.2 把控检测试验的标准化形式

在固相微萃取技术的应用过程中，部分人员一味追求检测效率，加大对填料量以及试验液体的应用总量。在部分检测技术中，增加填料会导致液体的流速下降，影响整个检测环节的开展和实施。另外，试验过程的主观形式化，主要是试验人员对专业技术的掌控能力不足而引发的一系列连锁问题，需要在检测试验开展前，严格按照标准化的试验流程，结合检测样品以及固相微萃取设备的投料需求进行检测。标准化的检测模式，需要持续不断地应用，从而实现检测工作的正确化和合理化。目前，检测试验的标准化形式需要在行业内部进行推广和强化，不断提高各个监测站点的检测水平，从而实现检测工作的创新和高效。

4.3 科学调整固相微萃取的检测方式

目前，在环境监测领域中，固相微萃取技术主要借助固相微萃取仪进行样品检测，操作方式和试验过程需要根据检测目标进行调控，特别是气体的检测，需要强化对样品的有效调控。在检测过程中，不少检测站点为了进一步提高试验的精准性，而设计出一系列的复杂程序，特别是在标准实验室的应用框架下，需要谨防因试验操作复杂而产生的间接连锁反应，要进一步把控试验的核心和本质，防止出现“本末倒置”问题。不仅如此，在检查流程的制定过程中，需要结合检测单位的具体情况进行分析，了解检测工作的实际应用成效，实现检测工作和检测方案的有效应对，满足环境监测工作的基本需求。

4.4 防止试验材料的重复性检验

虽然固相微萃取技术能够实现检测样品的重复性检测，但是在实际检测过程中需要保持检测结果的独立性，防止重复检测的差异化问题。目前，可以将环境监测过程中对应的检测样品进行多组备份，以样品多组检测的方式防范单独重复性检测造成的影响，同时还能够对现有的检测样品进行校核和说明，具有显著的应用成效和应用价值[5]。