固相萃取在环境中的应用

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1、固相萃取技术在环境化学分析中的应用许婷婷摘要 近些年来，固相萃取环境化学分析中获得了广泛的应用。本文主要阐述了固相萃取 技术的基本原理以及方法，简述了固相萃取技术的发展状况，并介绍了该技术在环境分 析中的应用。关键词固相萃取；环境；化学分析1. 引言由于环境样品基体复杂，分析对象含量低，且多以多相非均一态的形式存在，因此 样品的前处理在整个分析过程中占有举足轻重的地位。除传统的溶剂萃取和索氏萃取法 外，近年来新发展起来许多种样品制备方法，如吹扫捕集、超临界流体萃取、固相萃取 (solid phase extraction, SPE)、膜抽提、微波溶出法等，其中SPE是一门很有潜力的技 术。固相

2、萃取是一种试样预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来。 从1978年出现一次性SPE商品柱算起，SPE以其现代形式存在已有二十多年的历史。据 统计，SPE自出现以来，一直以10%的年增长率扩大其应用。在很多情况下，SPE作为制 备液体试样优先考虑的方法取代了传统的液液萃取法(Iiguid-Iiguid extraction，LLE)。 LLE相比较，SPE具有如下优点：(1)分析物的高回收率；(2)更有效地将分析物与 干扰组分分离；(3)不需要使用超纯溶剂，有机溶剂的低消耗减少对环境的污染；(4) 能处理小体积试样；( 5)无相分离操作，容易收集分析物级分；( 6)操作简单、省时

3、、 省力、易于自动化。【1】2.固相萃取2.1 SPE基本原理固相萃取就是从样品中提取固体物质的方法。分离固相萃取所采用的柱被称为 SPE 柱。而SPE柱的组成分为三部分：固定相、柱管和筛垫。其中最主要的部分是固定相。 【2】SPE是一种吸附萃取剂，要是用于水中组分的处理，水中痕量待测物质通过装有合适 吸附剂的SPE柱时被富集，若样品中的待测组分不超过吸附容量时则被全部保留下来， 再被少量的选择性溶剂洗脱。因而，SPE是同时进行萃取和浓缩的有效方法。SPE特别适 合远距离采集样品的处理，采样后立即进行固相萃取，使待测组分吸附在固相上，但可 缩小样品体积，减少了运输的麻烦，更主要的是吸附在固相上

4、的组分往往比存放在冰箱 内的样品更稳定，不易受光、热、微生物的作用发生各种化学、物理的变化。【3】2.2 SPE 的操作步骤【4】固相萃取的操作步骤主要包括：活化吸附剂；进样；选用适当溶剂对固相吸附剂剂进行淋洗；最后用适当的溶剂将被分析物洗脱。其操作步骤如下图。条件化富集 柱纯化 洗脱(1) 活化吸附剂。在萃取样品之前要用适当的溶剂淋洗固相萃取柱，使吸附剂保持湿 润。(2) 进样。将液态或溶解后的固态样品倒入活化后的固相萃取柱子，然后利用抽真空， 加压或离心的方法使样品进入吸附剂。(3) 选用适当溶剂对固相吸附剂进行淋洗，除去保留在吸附剂上的母液组分，同时保 证被分析物不受影响。(4) 最后用

5、适当的溶剂将被分析物洗脱，洗脱剂的体积应调整至在随后的低浓度稀释 中被分析物能够定量回收。2.3 SPE 的填补类型及其选择SPE 有很多的填补种类，其中硅酸镁、活性炭、氧化铝等都是比较常见的。其中正 向的化学键有二醇基、氨基等。而二氨基、基氨基、苯磺酸属于离子交换型。【 5】固 相萃取剂要有很高的吸附能力，而且还要确保吸附可逆性。分析物的极性与固定相极性 最好选择类似的，这样可以保留最好的分析物。2.4 漏点容量和保留体积 样品的体积要有限度，否则会发生待测组分从吸附小柱中漏出的情况。而漏点不能 太大，一般情况下不要超过5%。吸附容量随着漏点下样品通过的时间和流量的乘积值的 变化而变化，两者

6、的关系成正比。也就是说漏点下样品通过的时间和流量的乘积越大， 则吸附容量也就越大。【6】2.5 国产固相萃取真空装置SPE的低价和高效能十分诱人，但SPE各步骤都需要抽真空或加压，才能实现多个样 品同时处理，而进口真空装置价格昂贵。庄谦义R】报道国产SPE真空装置不仅价格较 低，而且使用方便，其特点如下： (1)可同时处理12个样品， (2)对流速易于控制；(3) 操作简单方便，例如：利用独特的转动上盖，可方便地在SPE各步骤间任意切换，以收取 所需要的组分。【8】3 固相萃取技术在环境当中的应用近年来随着化学工业的发展和农药的大量使用导致自然环境中某些水体、土壤、大 气和生物体中有机污染物超

7、过法定限量。另一方面随着人们环境意识的提高，对环境中 有机污染物的控制越来越严格，要求检测技术更加快速方便、灵敏可靠。因此，固相萃 取已广泛应用于环境分析，为环境分析工作者提供一种较为理想的前处理技术，以代替 传统的提取、净化和浓缩方法。3.1环境水中有机污染物分析固相萃取作为一种新型的样品处理技术已广泛用于水中有机污染物的痕量富集。20 世纪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。3.1.1多环芳烃的分析以苯并芘为代表的多环芳烃(简称PAHs)是环境污染物中最重要的监测指标之一，我 国饮用水卫生标准规定，3,4苯并芘在水中的含量应小于O.Olyg/L。分

8、析水中苯并芘 的关键在于富集水中苯并芘和与其它有机物进行分离。叶振福【9】采用SPE和H PLC， 建立了一种较为完善的分析水中苯并芘的方法。贾瑞宝【10】也采用SPE技术作为样品 前处理方式，建立了 EPA优先监控的16种PAHs同时分析的H PLC方法，16种PAHs的回收 率为79%-104%，相对标准偏差为5.2%- 19.5%。贾瑞宝等【11】系统地研究了淋洗剂强 度、用量和有机改性剂的加入对固相萃取水中多环芳烃回收率的影响。研究表明，二氯 甲烷和苯的洗脱效果较好，回收率为87%-102%；向自来水样中加入20%有机改性剂(甲醇 或乙醇) 可明显改善多环芳烃的回收效率，使回收率达到8

9、9%-108%。3.1.2农药的分析关于固相萃取水中杀虫剂和除草剂方面的报道也很多。孙静【12】采用国产GDX-403 或q 8固相小柱同时提取净化环境样品中常见的六种有机磷类、四种氨基甲酸酯类和五 种拟除虫菊酯类农药,回收率在80.5%-105.1%之间,相对标准差在2.2%-8.5%之间，最小 检测量为10-9g。孙锡浩等【13】采用廉价易得的40-60目颗粒状活性炭作吸附剂，固相 萃取环境水中痕量硫双威，以达到富集、净化的目的，用火焰光度检测气相色谱法测其 含量，最低检出限为0.2ng，水样中的最低检出浓度为0.2yg/L，平均加标回收率为 89.7%-105.2%,变异系数小于5%。张

10、洪兰【14】采用国产C18柱萃取血样(1ml)或尿样(5ml) 中灭多虫、速灭威、残杀威、西维因、叶蝉散、敌草隆、巴沙七种氨基甲酸酯类农药。 平均回收率在60%以上,变异系数为9.59%-23.02%,最低检出限除尿中灭多虫和巴沙为 40-200ng外,其余均为20-40ng。3.1.2 多氯有机化合物的分析【 15】以往分析环境水样中微量有机物时, 根据污染物的极性、挥发性和高温稳定性等选 择GC或HPLC进行分析,但水样必须经过分离、富集、纯化等前处理例如，常采用液- 液萃取、蒸馏、结晶、过滤、预沉淀、离心等方法。这些步骤繁琐、耗时 , 约占整个分 析过程的三分之二时间, 也是不同实验室间

11、误差的主要来源。使用固相萃取技术则克服 了上述前处理的缺点, 该技术设备简单、价廉、使用溶剂少、高效率、有选择性地分离 和富集不同的样品。董玉瑛【16】采用SPE和GCECD离线联用技术对长江南京段水体中痕量多氯有机化 合物(PCOCs)进行了分析。用C18柱富集1L水样中的PCOCs，控制流速在1L /h，提前结束时 将柱用N2吹干，分别以二氯甲烷、二氯甲烷/正已烷(1 : 1)各5ml进行洗脱，控制流速 2ml/min。洗脱液经无水流酸钠脱水后进行旋转蒸发，浓缩至0.5m 1时加入150卩1壬烷，再 旋转蒸发浓缩约至200卩1,改用N2缓缓吹至100卩1左右。加入五氯甲苯和十氯联苯作为内标

12、 物，使用HP-5毛细管柱(30mX 0.25mm) GCECD测定水样中22种PCOCs化合物，包括6种 强致癌活性的多氯联苯和16种有机氯农药，其浓度变化范围在0.1-6.0ng/L之间,组分回 收率大多在60%以上。进样口 220,检测室280C,程序升温：60C以12C/tain速率升至 140C,再以8C/min升至280C（5min）；无分流进样，进样量1卩1,载气为He,补偿气体为N 2,流速210m l/min；柱压lOPasi。3.1.3 酚类的分析酚类不仅是医药、染料、化工的中间体, 而且还可作杀菌剂和农药, 如五氦酚是木 材的防腐剂，饮用水氯化处理产生卤代酚等。由于酚类化

13、合物毒性较大，美国EPA已将 11种酚类化合物列入优先监测的有机污染物。采用固相萃取（SPE）水中ng级的酚类化合 物，结合HPLC/紫外检测器分析,无需衍生化即可使苯酚等11种酚类化合物获得良好的 分离和灵敏地检测。贾瑞宝【17】使用Supelco公司12样位的SPE真空提取装置心8柱）富集水中的酚类化 合物，将水样调pH至2,以5ml/min的流速通过C18柱，小柱在空气中干燥5min,再用2ml 的异丙醇洗脱，取20卩1的洗脱液进行分析。使用Warer HPLC /紫外检测器测定了 11种酚 类化合物,主要为氯酚类、硝基酚类化合物。流动相：1%醋酸水溶液（A）和1%的醋酸甲 醇溶液（B）

14、。梯度变化：30%的B保持2min,然后18min内变为60%的B,最后10min内变为100% 的B。检测波长为280nm，苯酚的回收率仅为38%，其它酚类回收率均在88%-114%，相对 标准偏差为1.7%-5.4%。采用衍生化法检测酚类化合物, 既可以改善其柱上行为, 又可以提高检测的灵敏度, 使用五氟丙酸酐作为衍生化剂比乙酸酐具有更大的电负性 , 因而可进一步提高检测的 灵敏度。3.2 环境空气中痕量有机物分析【18】环境空气污染物中挥发性物质占90%，其余为颗粒状污染物，颗粒状污染物可用滤膜 捕集。对挥发性和半挥发性一般用固相萃取（固体吸附），溶液吸收和低温冷凝富集采样。 在常温或低

15、温下使空气通过小柱，由分配系数不同待测的有机化合物保留在小柱上，空 气中正常组分如氮、氧等则通过小柱流出，从而达到富集有机化合物的目的。本方法由 于操作简单，覆盖污染物多，特别适合污染事故采样取证。【 19】采用活性炭小柱（内 装0.3g）萃取富集环境空气中的氯仿、四氯化碳、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、三溴 甲烷五种卤代烃化合物，五种化合物的检测限在0.003-0.02mg/m 3之间，平行样品的相对 误差小于7%。Waters公司推出采集空气中醛/酮小柱-Sep-PakDNPH-硅胶，这种小柱在硅 胶表面涂布了一层2, 4-二硝基苯肼（DNPH）,采样时空气中醛/酮组分在小柱上与DNPH 发

16、生衍生反应，用有机溶剂洗出衍生物在HPLC系统上进行分离测定，对甲醛和酮的检测 限可达3X1012，可用于汽车尾气，工业区，居民区，室内等环境空气中醛、酮的分 析。石利利【20】等采用自制Florsil固相萃取预处理小柱浓缩、净化-高效液相色谱法， 测定了环境污染空气中及地面扬尘中痕量甲磺隆含量。空气和地面扬尘中甲磺隆的最低 检测浓度分别为2X 10-5mg/m3、2X10-3mg/kg，回收率分别为80.5%-96.5%（空气中）和 89.3%-105.1%（地面扬尘中）。3.3 环境土壤中痕量有机物分析SPE技术也可以用于土壤中农药残留测定的前处理。Hui-LiWANG等【21】研究了 吡草醚在土壤中的残留情况，以Visip rep 12-port SPE装置和C18柱进行净化，以5mL乙腈 和5mL水预活化固相萃取柱，净化后用配备UV检测器的HPLC检测，回收 率90. 1%,