固相微萃取法在環境監測中的應用
摘 要：環境監測主要是對污染物以量化的標準進行分析判斷，在監測過程中需要對樣品中的分析物進行分離和富集處理，而用固相微萃取法能夠簡單快速集采樣、萃取、濃縮、進樣與一體。本文對固相微萃取法在環境監測中的應用進行探討。
關鍵詞：固相微萃取法;環境監測;應用
固相微萃取法SPME(Solid-phase microextraction)是近年來國際上興起的一項試樣分析前處理新技術。它無需溶劑和復雜裝置，能直接從液體或氣體樣品中采集揮發或非揮發性的化合物，能與任何型號的氣相或液相色譜連用，現將這項技術在環境監測中的應用進行探討。
一、固相微萃取法的原理
固相微萃取法SPME是一種使用固相萃取的技術原理進行環境監測的方法。固相微萃取主要針對有機物進行分析，根據有機物與溶劑之間“相似相溶”的原則，使用固相微萃取器在樣品中萃取出待測物后直接與氣相色譜或者高效液相色譜聯用，從而檢測出分析物的具體濃度。SPME與其他萃取方法的比較如下表1所示：
表1 固相微萃取法與其他萃取方法的比較結果
通過表1可看出SPME保留了其他方法所有的優點，摒棄了需要柱填充物和使用溶劑進行解析的弊病。在固相微萃取法的使用過程中，萃取器是整個實驗的核心。固相微萃取器主要由活塞帽、針筒、針頭以及石英纖維組成。涂有吸附劑的石英纖維在針頭內部，起到保護作用的同時還可以通過活塞自由進出，用以完成對待測物的萃取過程。
SPME主要的實驗過程可以分為萃取和解吸兩部分，萃取過程中先將涂有萃取固相的石英纖維插入樣品基質中進行萃取;解吸過程是將萃取完成的石英纖維插入氣象色譜進樣裝置的氣化室內，通過高溫載氣將萃取物解吸出來，便于進行氣相色譜分析。由于SPME是一個負載的傳質過程，因此分析結果會受到涂層特性、萃取過程的溫度、濕度、時間、鹽效應以及溶液酸堿度等影響，所以在監測過程中需要將這些因素的差異性控制在最小的范圍內。
二、固相微萃取法在環境監測中的應用
SPME有三種萃取方式：頂空萃取、空氣萃取和直接萃取。對揮發性特別強的樣品，可采取頂空或空氣萃取，對于半揮發性和不揮發性樣品，應采取直接萃取。SPME萃取方式的選擇主要與待測物的揮發性、基質和探針固定相涂層的性質有關，以下就對SPME在環境監測中的不同應用基質進行具體分析：
(一)氣體監測
在氣體環境中，由于氣態物質本身具有良好的揮發性，因此可以將分析物快速的解析到氣相色譜柱當中，監測時間大大降低，并且有助于提高分析物的檢出限。如果對甲醛、有機胺類、羥酸類物質進行檢測時，可以利用衍生化技術(通過化學變換把化合物轉化成類似化學結構的物質)將這些物質轉化成非極性或者易揮發性分析物，進一步提高分析物在萃取固定相當中的擴撒程度，提高固相微萃取法的靈敏度以及準確度。
此外，SPME對氣體環境污染物進行監測的過程中，氣體的溫度與濕度對監測結果的影響較大，例如在對空氣中的甲醛進行檢測室，溫度的變化能夠影響到涂有聚二甲基氧烷石英纖維的萃取效果，通過實驗證明當溫度變化值為1℃時，分析結果的偏差可以達到10%;在監測大氣中的有機硫污染物時，當濕度的變化為0%～76%時，固相微萃取法的分析精確度將會降低0.06%，所以在監測過程中需要保持恒定的溫度和濕度。
(二)液體監測
現階段SPME已經廣泛應用于江、河、湖、海以及飲用水中有機污染物的監測。對于液體基質的監測通常采用直接萃取法和頂空萃取法，直接萃取方法中，涂有萃取固定相的石英纖維直接與樣品基質相接處，然后萃取出分析物。為了能夠確保分析物更加快速的擴散到石英纖維的萃取固定相中，可以在整個實驗當中不斷地攪拌來加速分析物的擴散速度。還可以通過混勻技術加速液態樣品中分析物的擴散速度。目前常見的混勻技術包括加快樣品流速、晃動萃取纖維頭、樣品容器、轉子攪拌以及超聲波攪拌等。此外，使用混勻技術除了能夠加快分析物在萃取固定相中的擴散速度之外，還能夠有效地減小萃取固定相外壁形成的液膜保護鞘，以便提高萃取分析的準確度。
頂空萃取主要分以下兩個環節，首先將液相中的分析物擴撒到氣相當中，然后使用固相微萃取器進行萃取分析。使用頂空萃取法可以有效的避免分析物受到其他高分子物質以及不揮發性物質的污染，而且萃取的速度要遠大與直接萃取法，因此頂空萃取與直接萃取相比，平衡時間將會大大減少。使用固相微萃取法對液體進行監測時，需要注意根據萃取涂層以及萃取方式的不同選擇與之相適應的后續檢測裝置，而且對于一些極性、熱不穩定性或者不易進行萃取的分析物，可以通過衍生化技術，將其轉化成非極性、易揮發性分析物。
(三)固體監測
經研究發現，SPME對于土壤等固態基質，例如沉積物、土壤當中，多氯聯苯、氯苯、無機汞鹽、酚類、石油烴類、有機錫類以及有機氯農藥殘留量的監測都有非常明顯的效果。例如有機氯農藥大量殘留在土壤當中，或者存留的時間較長，會通過揮發擴散到周圍的空氣當中造成大氣污染，并且還會隨著雨水滲入到地表造成地表水和地下水污染。如果人們直接飲用這些污染的水以及食物后，就會造成有機氯農藥中毒，嚴重情況下還會危及人們的生體健康。使用SPME對于不同分析物需要尋找相對應的取樣方法，例如在進行土壤中多環芳烴污染物時可以使用頂空萃取法，在待測樣品中加入少量的丙酮與水的混合液，其中的極性分子能夠取代有機污染物在突然中的活性位點，從而可以很好地將其從土壤基質中萃取出來。而且丙酮的揮發可以幫助多環芳烴污染物更加快速等擴散到涂有萃取固相的石英纖維，，提高監測結果的準確性，從以往的經驗分析，使用固相微萃取法的最低檢出限可以達到0.1㎎/㎏。固相微萃取法在環境檢測中的應用，檢測限可以達到ng/L，相對標準差小于10%，有較寬的線性范圍，而且回收率高達90%以上。由此可見固相微萃取法在環境監察當中有著非常廣泛的應用前景。
三、結束語
綜上所述，本文主要研究了固相微萃取法SPME的實驗原理以及與其他萃取方法相比的特點，并且重點分析了SPME在氣態、液態以及固態污染物的監測中的應用，由于SPME試驗操作簡便、效果明顯、靈敏度高、回收率好，而且不使用任何有機溶劑，避免了對環境造成二次污染，因此在環境監測當中可以進行大面積的推廣使用。
參考文獻：
[1] 穆肅.固相微萃取-毛細管氣相色譜法測定水中有機污染物[J].環境科學與技術,2006年03期.
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