第五章 环境中痕量有机污染物的分析检测 第二节 样品预处理技术 一、液－固萃取(LSE)和液－液萃取(LLE) LSE和LLE一直是环境样品(固体或水)最为广泛应用的样品前处理方法,如索氏提取和溶剂萃取,兼有富集和排除基体干扰的效果,过去美国EPA500,600,800系列方法大都采用这个方案,其缺点是要耗用较大量的有机溶剂(数百mL)，并易引入新的干扰(溶剂中的杂质等),还需要费时的浓缩步骤,并易导致被测物的损失。 分析实例—沉积物环境样品的索氏提取与色层分离（康跃惠等，2000） 冷冻的沉积物样品在室温下融化后，用干净的不锈钢小匙搅拌均匀，然后在冷冻干燥仪上冷冻干燥。经研磨后，取20g用干净滤纸（经抽提）包样，索氏提取72h，溶剂为二氯甲烷和丙酮混合溶剂200mL（体积比为1：1），加入活化的铜片脱硫。抽提水浴温度控制在62－64℃，冷却循环水温度控制在10℃，回流速度为5－6次／h。提取液在旋转蒸发仪上浓缩至约1mL，加入10mL的正己烷，再次浓缩至1-2mL以转换溶剂。将已进行溶剂置换的浓缩液加入硅胶／氧化铝净化柱净化。净化柱为10mm内径的层析拄，正己烷湿法装柱依次装入12cm的硅胶、6cm的氧化铝、1cm的Na2SO4。分别用15mL的正己烷、70mL的二氯甲烷／正己烷（体积比为30：70）和30mL的甲醇淋洗出饱和烃、芳烃（包括多环芳烃和有机氯农药等）和非烃组分（主要是含极性化合物）。饱和烃淋出液在旋转蒸发仪上浓缩至约1mL，正己烷定量转移至5mL的刻度量管中，在柔和的高纯氮气流中吹蒸定容至200uL，在进行GC／MSD分析之前，加人内标化合物，以测定样品中正烷烃的含量。 正己烷、二氯甲烷、丙酮和甲醇等有机溶剂均用分析纯，经全玻璃系统二次蒸馏，并经气相色谱仪检验合格后使用。无水硫酸钠：分析纯，经抽提后在通风橱中凉干，再在马弗炉中以450℃焙烧6h后，储存于磨口瓶中井放人干燥器中备用。硅胶（80一IO0目）和氧化铝（IO0一2O0目）：均为层析用，经抽提后，硅胶在（180土2）℃、氧化铝在（250土2）℃分别热活化12h，待冷至室温时再加入重量的3%的去离子水去活化，放置过夜使之达到平衡，加入正己烷淹没其表面备用。铜片：分析纯，经活化。 快速萃取是在加压(10～14MPa,最高达20MPa)和加热(50～200℃)条件下萃取，适用于固体样品(10～30g)，溶剂用量15～45mL，全程约15min。在飘尘、砖土、食品和鱼肉中的除草剂、含磷农药，多氯苯并二恶因(PCDD),多氯苯并呋喃(PCDF)和多氯联苯(PCB)的监测中,回收率和相对标准偏差(RSD)均优于一般萃取法。 二、微波萃取 微萃取(microextraction)和连续萃取在方法和设备上均作了改进,前者每次萃取只需耗用100-1000μL的溶剂；结合气相色谱的连续萃取，检测限可达0.2～0.4μg·L-1水平(苯酚和农药)。 微波协助萃取(MAE)是将样品(固体)置于用不吸收微波介质制成的密封容器中,利用微波加热来促进萃取,对土壤中的PCBs和烟尘中的多环芳烃(PAHs),海洋沉积物中的酞酸酯均有成功的报道，回收率一般优于索氏提取和超声波萃取法（Jezzell J.L.,et al, 1995）。该法易于实现自动化。也有采用低介电常数的溶剂在敞开式容器中进行微波加热,此时主要依靠样品中的高介电常数的组分(如水)来吸收微波,造成局部加热,形成萃取,使过程比较温和,适用于热不稳定组成的萃取。 分析实例1—土壤及沉积物样品预处理的新技术——微波萃取法（但德忠等，2000，矿物岩石，3（20）：91-95）　 1986年,匈牙利的Ganzler等（1986）首次报导利用微波萃取从土壤中提取有机物的研究，为土壤及沉积物样品预处理开辟了一条崭新的路子。 微波萃取的原理、特点和影响因素 （1）微波萃取的原理 微波萃取(Microwave Extraction,简称ME),亦称为微波辅助萃取(Microwave –Assisted Extraction,简称MAE)。MAE是利用微波能的特性来对物料中的目标成分进行选择性萃取,从而使试样中的某些有机成分(如有机污染物)达到与基体物质有效分离的目的。一般说来,介质在微波场中的加热有两种机理,即离子传导和偶极子转动。在微波加热实际应用中,两种机理的微波能耗散同时存在,其贡献大小取决于介质的分子结构、介电常数大小、浓度及驰豫时间等。不同物质的介电常数不同,其吸收微波能的程度是有差异的,通过选择不同溶剂和调节微波加热参数,利用这种差异可选择性地加热目标成分,以利目标成分从基体或体系中提取和分离,而不会造成有机物的分解。 （2）微波萃取的特点和影响因素 （a）萃取温度的影响 在微波密闭容器中,内压可达十几个大气压,因此,溶剂沸点比常压下高许多。例如,丙酮的沸点由56.2℃提高到164℃,丙酮/环己烷(1∶1)的共沸点由49.8℃提高到158℃,因此微波萃取可以达到常压下使用同样溶剂达不到的萃取温度。 （b）微波萃取时间 　微波萃取时间与样品量、溶剂体积和加热功率有关。一般情况下,萃取时间在10min～15min。 （c）萃取罐材料吸附记忆效应 有机物材料作容器对被萃取的有机农药易吸附或存在吸附污染。实验结果表明,无论新萃取罐,还是用过几次的萃取罐,可以排除农药萃取罐吸附或残留记忆的影响。 （d）微波萃取中分解产物形成的影响 在微波萃取中,萃取温度高于常规法50℃～60℃,可能发生被萃取物分解的情况。用丙酮/环己烷(1∶1)作萃取剂,在150℃加热萃取15min后进行色谱测定,对六种有机氯残留、DDT和异狄氏剂有分解产物DDE、DDD及乙醛和甲酮异狄氏剂。但这些分解产物或分解物量小于美国EPA方法的误差允许值。 2.微波萃取技术 微波萃取整个过程包括样品粉碎、与溶剂混合、微波辐射、分离萃取液等步骤,萃取过程一般在特定的密闭容器中进行。一般说来,用于试样消解的微波溶样系统均可用于微波萃取,只是在微波萃取中要准确控制溶剂温度使其不沸腾或不分解待测物。取装置可以用有控温附件的微波制样设备,也可以用普通家用微波炉。在选定溶剂和萃取压力的前提下,控制萃取功率和萃取时间的主要目的还是为了选择最佳萃取温度。萃取罐一般由PTFE材料制成(体积约100ml),允许微波能自由穿透,耐高温高压且不与溶剂反应。每个系统中可同时放置9～12个萃取罐(美国EMS公司的MARS5微波制样系统一次可萃取14个样),因此试样的批量处理能力大大提高。 微波萃取条件中,萃取溶剂的选择对萃取结果的影响至关重要。微波萃取溶剂应为具有极性的溶剂,如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、己烷、四甲基铵或水等。因非极性溶剂不吸收微波能,所以不能用100%的非极性溶剂作微波萃取溶剂。一般可在非极性溶剂中加入一定比例的极性溶剂来使用。已报道的混合溶剂有:丙酮/环己烷,盐酸/甲苯,二氯甲烷/甲醇,水/甲苯,甲醇/水/乙酸,甲醇/水/氨水等。其中以丙酮/环己烷(1:1)用得最多,用它作微波萃取溶剂测定干燥土壤样时,除苯甲酸和碱性化合物外,其他有机物回收率都在80%以上。微波萃取溶剂用量一般为20ml～50ml,用量太多不仅不会提高萃取效率,而且还会给后续“净化”带来困难,微波萃取溶剂用量比超声波或索氏萃取法少12～30倍。 经微波萃取后的萃取液除目标成分外,往往还含有其它干扰物质,一般需经离心分离、微孔玻璃过滤器或柱层析法等与试样基体物分离,然后送至GC,HPLC或GC/MS,LC/MS进行测定。萃取液是否要经浓缩或稀释,视待测成分的含量及仪器的检测限而定。 一般说来,为获得最佳萃取效果,在进行微波萃取时,应对微波制样系统、微波萃取参数(时间、温度、压力)、溶剂种类及其配比用量、试样基体、目标成分和萃取液的分离净化等进行考察、试验和优选。 3.微波萃取在土壤及沉积物样品预处理中的应用 10年来,微波萃取用于环境样品预处理的研究最多,主要集中在土壤及沉积物样品中有机污染物的萃取分离上。被提取的有机污染物包括多环芳烃、有机氯农药、多氯联苯、邻苯二甲酸酯、二苯并呋喃(PCDFs)和二恶英(PCDDs)、除草剂、杀虫剂、三嗪、酚类化合物、有机锡化合物、甲基汞、总石油烃和三烷基和磷酸三烷基酯(TAPs)等。 三、固相萃取(SPE) SPE是一种吸附剂萃取,主要适用于水中样品的处理。当水中痕量物质通过装有合适吸附剂的SPE柱时被富集,再被少量的选择性溶剂洗脱,因此,SPE是同时进行萃取和浓缩的有效方法。SPE也可以被近似地看作是一个简单的色谱过程,吸附剂作为固定相,流动相是萃取过程的水样或解析过程的有机溶剂。若样品中的有机化合物不超出吸附容量时则被全部保留下来。因为对于中等极性的有机化合物来说,水不作为淋洗流动相,所以一般地讲反相吸附剂材料被广泛使用。 固相萃取是70年代初发展起来的样品前处理技术,据统计,现在将近有50%的环境样品采用这个方法。固相萃取是净化和富集相结合的方法,特别适用于水样样品,样品量不受限制,少到几毫升多至几十升都可适应。固相萃取富集空气中的有机化合物,集采样,浓缩和去干扰于一体,具有如下优点:(1)固相萃取剂种类多,选择性好,既可单独使用又可组合使用;(2)简便,快速,柱寿命长;(3)柱容量大,回收率高,相应分析灵敏度高;(4)可长时间保存样品;(5)易于商品化和自动化（许建华，1997）。 从实验技术上讲,SPE接近于一般的顶替色谱,样品藉重力或加压通过萃取床层,除去基体,富集待测物,然后用少量(若干毫升)适当的溶剂洗脱回收待测物。鉴于环境中绝大多数有机污染物都呈明显的疏水性,如含氯脂肪烃、含氯芳烃(PCBs等)、多环芳烃等,因此一般采用疏水性的固相萃取剂,一是多孔性的非极性或弱极性高聚物,如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等,另一是长碳链烷基键合硅胶,石墨碳或碳分子筛也偶有应用。 固相萃取剂的萃取床层有两种形式,一是柱状,商品预装柱的装填量约100～500mg,对于痕量待测物,可选择装填量稍大者(500mg)；另一是以较细的颗粒混于聚四氟乙烯纤维中形成碟状(disc),装填量约30mg～10g,其优点是层薄而紧,不易发生渗漏,样品通过速度可较快(～1L·min-1)。 在80年代,在我国的松花江、黄浦江、太湖等的水质监测中已较广泛采用了SPE技术(测定卤代烃、含氯农药、氯苯、氯酚、苯胺、硝基物、多氯联苯、多环芳烃和酞酸酯等)。所用固相材料有天津试剂二厂的GDX系列和上海试剂厂的有机担体(401,402等)效果均很好。德国和荷兰等国在莱茵河水质监测及系统分析方案(SAMOS)中采用了在线(on-line)的SPE技术,固相材料是RLRP-S(聚苯乙烯-二乙烯苯型)。水中的三嗪除草剂可用阴离子键合相材料进行处理,结合液相色谱分析,可测到100ng·L-1。据报导,以石墨碳为固相材料,在预处理多环芳烃时,可使平面和非平面形的分子得到分离。 分析实例1—应用固相萃取富集环境空气中痕量有机化合物（许建华，1997，环境监测管理与技术，9（6）） 1．固相萃取剂特性 固相萃取剂除要求对流动相和被富集的化合物呈化学惰性外,还应保持吸附可逆性的同时具有很高的吸附能力,吸附平衡要快。常用固相萃取剂有如下几重种:活性炭,硅胶,多孔性有机聚合物等。国内使用活性炭最多,其次为硅胶。国外多孔性有机聚合物如Tenax、XAD、Polysorb、Porapak和Chromosorb系列等,其中Tenax GC应用最广。吸附剂可分为极性和非极性两种,极性者对极性化合物吸附容量大,非极性者对非极性化合物吸附容量大。吸附除和极性有关外还与吸附剂的表面结构有很大关系。因此不难理解非极性的活性炭对极性化合物丙酮、异丁醇和正丁醇回收率低,分别为75%,58%,72%和67%，而极性吸付剂对极性化合物丙酮和异丙酮的回收率有所提高,分别达98%和83%。在选择固体萃取剂除考虑极性外,还应具备如下条件:(1)能定量捕集;(2)能定量回收被捕集成分;(3)漏点容量大;(4)捕集时和回收时试样组分不变;(5)吸附剂的空白值低;(6)与水的亲和力极小或完全不亲合。 2．吸附剂预处理及装柱 为了使吸附剂能充分发挥吸附性能,减低空白值,必须经过一定的处理后才能使用。处理方法随吸附剂不同而异,但不外乎溶剂清洗和通气加热两种方法,如Tenax GC须在350℃下用纯氮气吹30min，再降至200℃吹12h。挑选内径一致(长6～10cm,内径3～5mm)的玻璃管洗净,烘干。一端填入一小段经清洗并烘干的玻璃棉,长度约2mm。从另一端用漏斗装入一定量预处理好的吸附剂(一般0.15～0.50ｇ,按测定方法规定装填),轻轻振动使吸附剂长度相差不应大于5%。两端熔封或用硅橡胶帽密封,供采样用。有时单一吸附剂在采样应用上存在一定的局限性,现已发展了多级层吸附管。多级层管中吸附剂的排列原则是从初始层到最后层的吸附活性逐渐增大。采样时空气流向是最后到达吸附活性高的吸附层,解析时的方向则相反。 3．漏点容量(break through volumes)及保留体积 为了防止采样过程中希望采集的污染物从吸附小柱中漏出,采样体积不能超过一定限度。采样小柱出口与入口处待测物浓度比称之为漏点,漏点一般不应超过5%,漏点容量是指在一定漏点下采样时间和流量的乘积,其值越大则吸附容量也越大。漏点容量可从保留体积和采样管的理论塔板数求出:Vb=(2/EXP(-0.5)+η)Vr 式中:Vb—漏点容量；Vr—保留体积；n—采样管理论塔板数(10～40)；η—漏点。 保留体积为保留时间与采样流量之乘积,通常漏点容量比保留体积小,因为柱效必须耗费一定体积。大多数化合物保留体积与其沸点存在良好的相关关系,沸点低的化合物保留体积小,沸点高的化合物保留体积大,线性相关系数高达0.98。 分析实例2—固相萃取/等梯度高效液相色谱快速分析地表水中痕量多环芳烃化合物（郁建栓，2000，现代科学仪器） 实验部分 （1）仪器与试剂 高效液相色谱仪,VISIPREPDL固相萃取装置和ENVI-18固相萃取小柱(6ｍＬ)(SUPELCO公司)。乙腈(液相色谱纯)；甲醇(液相色谱纯)；二氯甲烷(分析纯，经精馏所得)；多环芳烃标样(美国进口)。 （2）实验步骤 富集水样中多环芳烃用的ENVI－18固相萃取小柱安装在VISIPREPDL固相萃取装置上后,先用4mL甲醇和蒸馏水进行活化，然后将盛有2.0L水样的样品瓶与之连接，调节水样流速为2.0mL/min。等水样完全通过ENVI-18小柱后，继续抽干小柱内残留水分,然后用3mL纯化后的二氯甲烷洗脱吸附在小柱上的多环芳烃，洗脱液用Ｎ2气浓缩至0.5mL,取5.0μL浓缩液进样分析。 2.结果与讨论 （1）多环芳烃分离条件的选择 在等梯度淋洗条件下,无论用何种浓度的甲醇或乙腈,都无法实现多环芳烃的分离。而用PAH径向分析柱(10cm)在乙腈作淋洗剂的情况下,可实现16种多环芳烃标准混合物中,有荧光响应的7种多环芳烃化合物的完全分离。实验发现,90%的乙腈用于多环芳烃的分离,此时7种多环芳烃可达到基线分离,且分析时间仅14min左右。 （2）多环芳烃分析的精密度及灵敏度 用连续6次多环芳烃混合标样进样分析的结果,计算多环芳烃分析的精密度,7种多环芳烃6次平行测定的相对标准偏差,除二苯并(ａ,ｈ)蒽为5.9%外,其它6种均小于5%,7种多环芳烃的绝对进样量(ｐｇ)分别为:荧蒽200,苯并(ａ)蒽100,苯并(ｂ)荧蒽150,苯并(ｋ)荧蒽40,苯并(ａ)芘50,二苯并(ａ,ｈ)蒽100,苯并(ｇｈｉ)北200。以HPLC基线噪音的三倍作为仪器的绝对检出限,则本文中7种多环芳烃的绝对检出限(ｐｇ)分别为:荧蒽23.37,苯并(ａ)蒽13.65,苯并(ｂ)荧蒽20.46,苯并(ｋ)荧蒽5.13,苯并(ａ)芘9.15,二苯并(ａ,ｈ)蒽14.07,苯并(ｇｈｉ)北25.71。若以实际水样计算,则7种多环芳烃的相对检出限(ｎｇ/Ｌ)为:荧蒽1.17,苯并(ａ)蒽0.68,苯并(ｂ)荧蒽1.02,苯并(ｋ)荧蒽0.26,苯并(ａ)芘0.46,二苯并(ａ,ｈ)蒽0.70,苯并(ｇｈｉ)北1.29。 (3)多环芳烃回收率试验 作者试验了不同过柱速度对加标水样中多环芳烃回收率的影响,结果发现,当水样过柱速度大于5mL/min时,多环芳烃回收率太低,不适合实际水样分析。尽管水样过柱速度降低,有利于多环芳烃的吸附回收率,但却大大延长了水样过柱时间。本方法水样过柱速度采用2.0mL/min,此时7种多环芳烃的吸附回收率(4次测定平均值)分别为:荧蒽125.5%,苯并(ａ)蒽98.5%,苯并(ｂ)荧蒽95.0%,苯并(ｋ)荧蒽73.7%,苯并(ａ)芘72.4%,二苯并(ａ,ｈ)蒽78.5%,苯并(ｇｈｉ)北78.0%。该方法适用于地面水中痕量多环芳烃化合物的分析测定。 四、固相微萃取(SPME) 近年来,在SPE的基础上发展出了固相微萃取(SPME)样品前处理技术,但它不是把待测物全部分离出来,而是通过样品(例如水样)与萃取剂(固相)之间的平衡分配来达到目的。 该法的基本技术是将一附着有适当涂层(固相)的弹性石英丝(丝径100-150μm)浸入待测水样,待平衡一段时间(～20min)后,水样中的待测物即被吸附于固相涂层上,吸附量与水样中待测物的原始浓度成正比,并与待测物的物化性质和平衡条件有关,然后将石英丝导入气相色谱进样室,待测物受热挥发进入色谱系统。涂层的厚度可根据需要调节,一般约为50μm,涂层长10mm,相当于约3×10-4cm3的涂层(固相)。该法易设计成自动进样,一般每根石英丝可重复使用50次左右。涂层基本上有两种形式,一是高聚物涂层,如聚甲基丙烯酸或聚酰亚胺(这两者均带有一些极性),另一是聚硅氧烷涂层(非极性),可涂布或键合于石英丝上,其涂层技术近似于气相色谱毛细柱的内壁处理。影响SPME效率的因素除涂层厚度,进样器的内衬直径外,进样位置和进样温度也是很重要的控制因素。 该法对水中挥发性有机物的测定取得了较好的效果,以聚硅氧烷为涂层,达到了饮用水中挥发性有机物的检测要求(EPA524.2法)。此法也已成功地应用于排放水中氯苯、PCB、PCDD、除草剂、农药等的监测,数据与液液萃取法基本平行,RSD稍低。应用聚丙烯酸涂层,结合GC-MS,对水中的酚和氯酚用SPME方法进行予处理,效果也令人满意。 把涂层石英丝悬置于水样的顶端空间中,藉气相中的待测物与涂层平衡分配,开发了顶端空间的SPME技术。适当提高平衡温度或缩小顶端(气相)空间的体积,此法甚至可适用于水中沸点稍高物质的分析。 分析实例1—固相微萃取法的应用及其进展（张祖麟等，1998，环境科学进展，7（5）） 1．固相微萃取装置的理论原理 （1）固相微萃取装置的构造 固相微萃取装置主要由两部分组成:一是涂在1cm长的融熔石英细丝表面的聚合物(一般是气相色谱的固定液)构成萃取头(fiber),固定在不锈钢的活塞上；另外一部分就是手柄(holder),不锈钢的活塞就安装在手柄里,可以推动萃取头进出手柄,整个装置形如一微量进样器。平时萃取头就收缩在手柄内,当萃取样品的时候,露出萃取头浸渍在样品中,或置于样品上空进行顶空萃取,有机物就会吸附在萃取头,过2～30min后吸附达到平衡,萃取头收缩于鞘内,把固相微萃取装置撤离样品,完成样品的萃取过程。将该装置直接引入气相色谱仪的进样口,推出萃取头,吸附在萃取头上的有机物就会在进样口进行热解吸,从而被载气送入毛细管柱进行分析测定。 (2)固相微萃取装置的原理 当被分析的有机物在萃取头与萃取体系之间达到平衡,分析物与萃取头间有一分配系数K,该分配系数与分析物在萃取体系中的量及萃取头分析物的量有如下关系: K=Cf/CsCo=(CfVf+CsVs)/VsCs=(CoVs-CfVf)/VsN=CfVfK=NVs/(VfCoVs-NVf)N=KvfCoVs/(Vs+KVf) N—吸附于萃取头上分析物的量；Co—萃取前分析物在样品中的浓度；K—分析物在萃取头和样品间的分配系数；Cs—分析物在萃取后样品中的浓度；Cf—分析物在萃取头中的浓度；Vf—萃取头的体积；Vs—样品的体积。由于KVf=Vs,所以N=KvfCo,K值取决于萃取头一定的固定相类型,而对于一定的萃取头来说其体积Vf是固定的,故N与Co之间成线性关系,Co通过气相色谱测定,我们可以通过配置一系列Co来测定其相应的N值,从而获得该分析物的标准工作曲线,根据标准工作曲线测得样品的N值后便可计算样品的浓度。 （3）固相微萃取法的适用范围及应用条件 固相微萃取装置既可用于液态样品的测定(通过浸渍萃取或顶空萃取)又可用于固态样品的预处理(顶空萃取)和气体样品预处理。由于解吸时没有溶剂的注入,且分析物很快被解吸送入气相色谱柱,所以所用的毛细管柱可以很短很细,这可以大大的加快分析速度提高检测限。用于测定分析物时,主要是依赖于萃取头的性质(包括萃取头的类型与厚度)。应该选择哪一种的萃取头,这由分析物的分子量及极性所决定。例如对于低分子量、挥发性的有机物通常选用100μm聚二甲基硅氧烷类(PDMS)的萃取头,对于大分子量半挥发性的有机物常用7μｍPDMS的萃取头；而对一些强极性的物质,经常用聚丙烯酸酯类的萃取头,此外,还有活性炭萃取头,适合于分析极低沸点的强脂性物质。另外对一些难以萃取的化合物,可以通过适当的加热,改变体系的温度,加入一些氯化钠调节体系的盐度,或者是调节适当的pH值以获得最高回收率的最佳萃取条件。 2．固相微萃取法的应用领域 固相微萃取法自90年由加拿大Waterloo大学J.Pawlisyn提出以来,发展非常迅速。在许多领域得到广泛的应用。 （1）固相微萃取法在食品分析中的应用 （2）固相微萃取法在药物分析中的应用 （3）固相微萃取法在生理及毒理学中的应用 （4）固相微萃取法在环境样品分析中的应用 固相微萃取法最初出现的时候是应用于环境样品的分析,至今其在环境样品中分析的发展的也是最快,应用最多的,有固态(如沉积物、土壤等)、液态(地下水、饮用水、废水等)及气态(空气等废气)的样品分析。(1)在固态样品中的应用　污泥中一些有机化合物(如苯系列及其卤代物)、土壤、沉积物中的有机氯农药的测定、燃烧碎屑促火剂等硫化物的分析、土壤中有机金属、土壤中的有机氯及硝基化合物、固体物质中的半挥发性有机物、卤代苯、多环芳烃、卤代酚、污泥及沉积物中脂肪酸与洗涤剂组分。(2)在水体中应用　如环境水样的苯系列化合物的分析、金属离子、苯酚等有机酚类化合物、卤代烃的分析、一些有化合物(如苯系列及其卤代物)、苯的取代物、硝基苯化合物、有机磷和有机氯农药等、甲基汞、微量有机污染物的分析、污水及饮用水中的有机氯农药、苯类化合物及硫代物、除草剂等、BTEX化合物、挥发性有机物、表层水和废水中烃类燃料的组分、有机金属(有机锡、砷、铅等)、烷基苯类的表面活性剂、挥发性卤代物、芳香烃及其同系物、胺类物质、多环芳烃、神经性毒气物、HOM中的有机物、脂肪酸、海水中的爆炸残留物TNT等、羰基化合物、酚嗪、芳香胺、极性醇类。(3)在气态样品中的应用　苯酚类化合物、卤代烃、挥发性有机物、胺类物质、石油烃化合物、脂肪酸、微量有机污染物。对于环境样品中各种有机物的分析,其检测限常常可达ng/L,相对标准偏差小于10%,线性范围宽,至少有三个数量级(ｒ>0.996),回收率可达90%以上。 四、超临界流体萃取(SFE) 超临界流体萃取(SFE)是一种特殊形式的液固色谱,对环境固体样品的前处理比较适合,其特点是利用在超临界条件下的流体进行萃取。超临界流体对物质的溶解能力接近于液体,但其粘度接近于气体,扩散系数介于液体和气体之间,即它既有良好的溶解能力,又有高效的传输能力。目前最常用的流体是CO2(临界温度31.3℃,临界压力7.38MPa)。SFE的萃取效果优于常规液固萃取,用样量小,由于不用一般的有机溶剂,可免除浓缩步骤,又避免了二次污染的干扰。 由于CO2的非极性,在萃取时,样品的基体和干扰物的影响有时难以完全避免,而对极性待测物的萃取效率有时也不甚理想。改用极性的流体,如F22(CHClF2)或N2O可提高对PCB、PAH和硝基多环芳烃(PAN)的萃取效率。在CO2中加入适量的极性调节剂(如2%～5%CH3OH)也可显著改善对上述待测物以及一般除草剂、酚、胺和表面活性剂等的萃取效率,如对沉积物中的PCDD,回收率可达100%,而用一般索氏提取法,提取18h,提取率仅为65%。 改变超临界流体的温度和压力可改变萃取的选择性效果,例如适当提高CO2超临界流体的萃取温度,可提高空气尘粒中PCBs和PAHs的萃取率,对土壤中三嗪除草剂也有类似的报导。压力对萃取的影响较大,对某一特定物质均有一个最佳压力值(称为阀压值)。一般来讲,提高压力,可提高萃取效率,例如对于PAHs化合物,在7.5MPa时不能萃取,在10MPa时,可萃取2～3环的PAHs,压力提高到20MPa,则可萃取得到5～6环的PAHs。 在SFE中,要考虑三个因素,一是待测物与基体的结合能力,二是待测物从基体分离的动力学因素,三是待测物在SFE流体中的溶解度,才能获得满意的萃取效果。实验已经证明,第一个因素比较复杂,SFE中基体影响较大,例如测定飘尘、土壤、沉积物中的PAHs,需要有不同SFE条件,难以制定统一的标准方法(目前美国EPA的SW-806中列为暂行方法)。对于不同浓度(含量)的待测物,其SFE回收率有时也有明显的差别。当然,适当延长萃取时间可补偿这方面的不足。 目前,SFE的应用趋向于族分离。利用亚临界条件(subsupercritical)的水来萃取环境固体样品中的难挥发性物质,如烷基苯,PAHs和PCBs等,萃取效率达60%～100%,一般萃取条件是30～300℃,<303KPa,样品用量1～30g,萃取时间5～15min,如果采取变温措施,以改变水的介电常数,可获得选择性萃取的效果。亚临界流体萃取是SFC技术中值得注意的发展动向。 SFE的另一特点是易于与GC,HPLC在线联机。对一些热不稳定的待测物则可考虑采用与超临界色谱(SFC)在线联机。 分析实例1—超临界流体技术在环境保护中的应用，赵胜利等，1999，石油化工高等学校学报，12（1）：48－53。　 超临界流体及性质 超临界流体(Supercritical Fluid ,SCF)是一种被加热和压缩至临界温度与临界压力以上的流体。在超临界状态下,流体既具有与气体相当的扩散系数和较低的粘度,又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。近几年,超临界流体技术之所以引起广泛地关注,是因为它具有许多诱人的特性。例如,SCF分子扩散系数比一般液体高10～100倍,有利于传质和热交换。SCF另一重要特点是可压缩性,温度或压力较小的变化可引起SCF的密度发生较大的变化。大量的研究表明,SCF的密度是决定SCF溶解能力的关键因素,改变SCF的密度可以改变SCF的溶解能力。利用这一性质,可以通过改变系统的温度或压力来改变SCF对物种的溶解能力,使物种分离开来,从而提高物种间的分离速度。在环境保护中常用的SCF有水、CO2、氨、乙烯、丙烷、丙烯等,由于水和CO2化学性质稳定,且无毒、无臭、无色、无腐蚀性,因此是最常用的SCF。 2．SCF技术在环境保护中的应用现状 （1）SFE技术 SFE分离过程的原理是利用温度和压力对SCF溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,将SCF与待分离的物质接触,使其有选择性地萃取其中某一组分,然后借助减压,升温的方法,使SCF变为普通流体,被萃取物质则完全或基本析出,从而达到分离净化的目的。目前,SFE技术对于废物的处理按工艺的不同主要有2种形式。一种是直接接触法,即SCF直接与被污染物相接触除去其中的有害成分。直接接触法不仅对高浓度废水有很好的去除效果,而且对低浓度废水的净化效果也相当好。但考虑到过程的经济性,直接接触法一般适合于有机废物含量高的污水。直接接触法还可用于固体污染物的处理,去除率也相当高。另一种方法是间接接触法,即被污染的物质先与中间媒介(吸附剂)相接触使其中的污染物得到富集,然后将中间媒介在一定条件下经超临界溶剂萃取,分离出其中污染物的方法。在实际生产过程中所用的吸附剂一般为活性炭或硅胶,因此间接接触法常称为活性炭吸附再生法或硅胶吸附再生法。该法适合于较低浓度废水或废气的处理,能使含10-6和10-9级的污染物得到很高的回收率。无论是直接接触法还是间接接触法,在环境保护方面与传统的处理方法相比都是经济有效的。 在传统的环境分析技术中,有许多样品的制备也是采用萃取的方法,但所用的溶剂大多有毒性,而且价格较高。SFE由于其高效、快速、后处理简单等特点,大大减少了样品的用量,缩短了样品的处理时间,可以在数分钟或数小时内完成传统方法几十小时的工作量。可见SFE各步所用的时间相对于传统萃取法大大缩短,分析测定过程简便,效果好。另外,SFE还可与其它技术如气相色谱、液相色谱等联用。通过以上分析可以看出,SFE在环境保护方面具有高效、快速等特点,在环境分析、废物处理等方面显示出广阔的应用前景。 （2）SFE技术 近年来发展起来的SFC技术在分析测定有毒、有害废物方面发挥了巨大的作用。SFC是介于气相色谱(GC)和液相色谱(LC)之间的色谱技术,其操作原理与普通的气相色谱和液相色谱相同,都是利用溶解能力的不同将混合物分离,不同点在于SFC的流动相是SCF。根据SCF的特性,可以通过调节温度和压力改变SCF密度的方法来改变SCF的溶解能力。这样,与普通色谱技术相比大大提高了分离能力。由于SFC兼具有气相色谱的高速度、高效率和液相色谱的选择性强、分离能力强等优点,从而为分析有机化合物开辟了新途径,日益受到人们的重视。 目前,SFC在环境保护方面的应用也越来越广泛,主要应用于对热不稳定性、高分子质量、强极性和非挥发性化合物的分析。通常,大多农药对温度较为敏感,在高温下易分解,且不少农药不含发色基团。因此,使用气相色谱法和液相色谱法难以对农药,特别是痕量水平的农药残留量进行分析,但SFC却能很方便的将其分离和分析。 （3）SCWO技术 SCWO是指水在超临界条件下氧化处理有机污染物的一种新兴、高效的废物处理技术。水的临界温度是374.3℃,临界压力是22.05Mpa,在此温度或压力之上就是超临界区。在各种超临界水化学反应中,研究得最多最深入,已实现工业化的就是用SCWO去除有毒、有害废物。这是由于在水的超临界区有机污染物可以以任何比例溶解在水中,并被空气或氧气氧化,使得这些污染物可以在超临界水中均相氧化。废物中的C、H元素被氧化成CO2和H2O,Cl、P、S及金属元素转化成盐析出,并通过降低压力或冷却,有选择性地从溶液中分离产物,以达到处理废物的目的。SCWO过程可以成功地处理各种废水和废物,城市污水、造纸污水和人类代谢污物通过试验已经证明可用超临界水氧化处理成无毒、无味、无色的气体和水。 五、膜分离 在膜分离中,可藉待测物与溶剂或伴有大分子物质(如蛋白质或其他高聚物)的传递速度的差异而使彼此得以分离。在渗透法(dialysis)中,传递速度取决于浓度梯度对扩散力的影响,分子尺寸是膜渗透选择性的主要控制因素,例如从共萃取的类脂物中可分离出非极性的待测物,此法的缺点是比较费时。最近开发出了含有中性脂的半透膜,例如含有三油酸甘油酯薄层的膜,用来直接分离水中的PAHs或PCBs,把萃取和分离两步合二为一。在多孔聚四氯乙烯膜上,利用离子对作用来迁移离子化或离子型物质所形成的支持液膜,曾应用于水中酸性除草剂和氯酚的样品予处理,这可视为是透析与液液萃取的结合。 常见的膜材料有聚丙烯酸、聚氯乙烯、聚酯、聚四氟乙烯或偏氟乙烯、纤维素、玻璃纤维等,形状有片状、卷状、碟状、柱状和中空状、尺寸和厚度视需要而定。根据待测物和基体的性质,选用适当的孔径和孔径分布,疏水或亲水型材料,并兼顾热稳定性。利用聚硅氧烷材料的中空纤维,可用来处理水中挥发性有机物。由于中空纤维的内体积很小(若干μL),所以富集效果较高,大大降低了检出限值,如对水中的三氯乙烯的最低检出限达1μg·L-1,RSD3%。 附1 土壤与沉积物中多环芳烃的预处理技术 准备 （1）无水硫酸钠：将无水硫酸钠磨细，在600℃灼烧6小时，冷却后装入密闭容器中备用。 （2）硅胶：将购买的60—80目的层析硅胶与130℃活化16小时以上，装入密闭容器置于干燥器中备用。 （3）脱脂棉：用于试样相同的条件在加速溶剂提取仪上提取一次，然后晾干备用。 提取： 用1:1的丙酮和二氯甲烷在加速溶剂提取仪上萃取有机物。萃取条件为：温度140℃，提取时间为5min。 旋转蒸发 提取液转移到梨形瓶中，在旋转蒸发仪上蒸至近干备用。 层析柱装柱和预洗 在层析柱中加入10ml的二氯甲烷，将脱脂棉用玻璃棒塞入层析柱底端，再用一烧杯装入10克硅胶，加入一定量的二氯甲烷，搅拌将气泡赶走，转移至层析柱中，边转移边用吸耳球敲击层析柱，使硅胶致密。然后在上面装入2cm的无水硫酸钠。用40ml的正己烷淋洗层析柱，至淋洗液接近无水硫酸钠上层为止。流速控制在2ml/min。 转移 将蒸至近干的提取物用2mL的环己烷转移到准备好的层析柱上层，再用2ml环己烷冲洗梨形瓶，一并转移到层析柱中（环己烷用量为4ml）。以2mL/min的速度使硅胶吸附PAHs，到液面接近无水硫酸钠表面。 淋洗 （1）向层析柱中加入20ml的正己烷，淋洗至液面接近无水硫酸钠的表层，此馏分弃去。 （2）向层析柱中加入50ml的1:1的正己烷和二氯甲烷的混合液，用干净的梨形瓶接此馏分待测。流速控制在2ml／min。 旋转蒸发、定容 将梨形瓶中的淋洗液旋转蒸发近干，用浓残级的正己烷洗涤至指管中，用氮气定容至1ml，转移至样品瓶中待测。 GC-MS分析 色谱条件：载气He，柱前压为0.03Mpa，流速 cm/s。进样口温度为280℃；采用不分流进样方式。 升温程序：初温为60℃，以5℃／min的速度升温至260℃，保留20min，至样品完全流出色谱柱。用外标定量测定PAHs的浓度。 质谱条件：EI电流源70Ev，质量范围45－600amu；倍增器电压950V；离子源温度200℃；扫描速度0.82s/次。 附2 土壤与沉积物中有机氯农药的与处理技术 称取20g待测土壤样品，并记录样品编号； 2．将待测土壤样品填入加速溶剂萃取仪的34ml萃取池中。并用进样器加入0.1ml的1ppm内标区Mirex。填装时先经下池盖旋紧，从池口上端放入滤纸片，压制底部后添装样品，擦干池体及池盖的旋口后，再旋紧上池盖。 3．提取过程：打开氮气阀门，开加速溶剂萃取仪电源，待计算机电源系统正常后，可进行萃取。装好萃取池后，从系统中调出方法进行萃取，萃取时注意是否有溶剂的泄漏现象,如有泄漏，及时停机。 4．将收集液全量移至分液漏斗中，以100ml的4％无水硫酸钠溶液分液，除去下层丙酮，再用约50ml浓硫酸分2次硫化至溶液呈无色。最后用100ml的4％无水硫酸钠溶液2次。最后将上清液移至茄形瓶中。 5．提取液经过稀盐酸处理后的活性铜粉去硫（加入铜粉，在超声仪里约20分钟，期间须不时摇晃收集瓶，一粒铜粉充分反应）。 清液用旋转蒸发器浓缩至微量。 7．采用氟罗里硅土层析柱净化，先进行湿法装柱，装柱前先加入10ml正己烷，在一次装入1cm高的无水硫酸钠、3g氟罗里硅土（使用前650℃活化）、1cm高的无水硫酸钠，装入氟罗里硅土时要用漏斗缓慢加入，并不断用洗耳球轻敲柱体赶去其中的气泡。 8．净化时先调整层析柱活塞使溶液缓慢流出至溶剂接近无水硫酸钠上层面为止。将经过分液漏斗分离且浓缩后的提取液全量转移至层析柱内，用100ml含10％丙酮的正己烷溶液以1.0ml/min速度淋洗层析柱，淋洗液收集于茄形瓶中。 9．将所收集的淋洗液在旋转蒸发仪上浓缩至微量。 10．用氮气吹缩，并用正己烷定容至1.0ml待测。 附3 植物茎叶处理方法： 1．前处理：植物培育25天后，取出，用自来水冲洗掉其中的土，将根和茎分开，自然风干后，用搅碎机搅碎。 2．确称取搅碎后的根重，转移到萃取柱中，用正己烷和丙酮作溶剂（体积比1:1）在120度下静态提取10分钟 3．提取液浓缩至微量，用30毫升正己烷转移到分液漏斗中，加入20毫升浓硫酸磺化，再用2%的NaSO4溶液清洗2次将上清液转移至梨形瓶中， 4．净化：采用弗罗里硅土层析柱净化。先进行湿法装柱，装柱前加入10毫升正己烷，再依次装入1厘米高的无水NaSO4，10克弗罗里硅土（4%去离子水脱活），1厘米高的无水NaSO4，装好后打开活塞将溶剂放出至接近上层无水NaSO4。 5．将浓缩后的提取液全部转移至层析柱内，层析柱长35cm、内径10mm用100毫升含10%丙酮的正己烷溶液以2滴/秒的速度淋洗层析柱，淋洗液收集于茄形瓶重。旋转蒸发至微量，再定容到5毫升，待测。（老化时间1的茎叶样定容到1毫升）。