聚焦环境
步琦助力环境分析
环境应用
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溶剂萃取是环境污染物和残留物分析中重要的前处理部分。瑞士步琦提供的全频固液萃取仪 E-800 及快速溶剂萃取仪 E-914/E-916，在处理环境样品时可以提供自动快速且可靠的萃取过程。 本文介绍了废水中油脂的测定、空气过滤膜中二噁英的测定以及沉积物中多氯联苯和多环芳烃的测定方法。所有的实验结果均符合预期值。
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介绍
环境可持续性问题已逐渐成为科学界和民众关心的问题。人们也更加重视环境保护和人类健康免受污染这些问题。
▲ 图1:良好的环境是健康和高质量生活的先决条件
为了有效地预防或清除污染，用于环境分析的过程和方法必须稳定、通用且数据可靠。瑞士步琦向环境相关企业、环境检测实验室和政府部门提供可靠的样品制备和分析的先进解决方案。我们的解决方案包括空气、土壤、沉积物、淤泥、废物和废水等样品前处理和测试方案。
测定环境和食品样品中的污染物需要高效的样品前处理方法，而优化样品前处理是实现环境分析的关键因素。本文将展示使用瑞士步琦公司的全频固液萃取仪E-800 萃取废水中的油脂、沉积物中的PAH 和PCBs以及大气中的 PCDD/F 等应用的实验参数和最终结果。
固液萃取法通常是测定固体和半固体基质中有机污染物分析程序的一部分。萃取质量的好坏直接影响到结果的准确性和样品的输出量，是整个分析过程的瓶颈。因此有效可靠的萃取是成功测定环境污染物的先决条件。索氏萃取法作为一种被公众认可的萃取标准方法，在环境分析领域得到了广泛的应用。
在过去的二十年中，现代的萃取方法，如加压溶剂萃取、超声波萃取和微波萃取等也进入了环境分析的标准方法中[1, 2]。与传统索氏萃取相比，这些现代萃取方法的主要优点是萃取时间短，样品输出量高。本文主要研究使用经典的索氏萃取法提取环境样品。在其它文章中可以看到使用步琦的快速溶剂萃取仪 E-914 / E-916 高效地测定环境污染物[3-5]。
▲ 图2：快速溶剂萃取仪 E-916
所有的现代萃取方法都是需要与索氏萃取技术进行比较和验证。不少文献也比较了这些不同的萃取技术，例如[6-8]。传统索氏萃取方法的主要缺点是萃取时间长、溶剂消耗量大。使用萃取设备可以缓解这些问题，同时也可以优化环境分析。
▲ 图3：全频固液萃取仪 E-800
瑞士步琦公司的自动索氏萃取装置的应用实例包括土壤中 PAH 的测定[9]，大气中 PBDEs 的测定[10]，从沉积物中提取类二噁英 [11]，沉积物中 PCB、PAH 和 OCP 的测定[12]以及通过测定生物体内的生物积累量获取 DDT 的污染情况[13]。
以下是瑞士步琦公司部分环境应用研究。
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废水中的油脂
油是最常见的水污染类型和形式之一。由于油脂很容易传播，即使是少量的油也可能对水环境造成危害[14]。在大多数国家，法规会限定地表水和地下水中的油脂含量。
▲ 图4：废水
“油脂”被定义为可被回收的任何物质，如溶于溶剂的物质。 它包括由溶剂从酸化样品中萃取的其他物质(如硫化合物、某些 有机染料和叶绿素)，并且在测试期间不挥发[15]。油脂可在溶剂萃取后采用重量法或红外吸收法测定。与红外和重量测定方法不同，GC-FID 法提供了 获取油脂馏分中不同烃类详细信息的可能性[14]。
根据标准 AWWA5520 Part D 索氏萃取[15]，在棉布和纸滤盘上过滤酸化的废水样品。再用正己烷萃取干燥的过滤器。然后用重量法测定正己烷萃取物中的残留物，并与废水样品的油脂含量相对照。
样品中加入了经认证的参考物质(葵花籽油)，其含量为 100ppm。对该样品进行了过滤、萃取，并测定回收率。提取时间为 4h，符合标准方法[15]的要求。结果如表1所示。
表1：测定空白及油脂回收率(平均值，n=3，括号内 rsd %)
空白 | 4.6mg (11.3%) | |
回收率 | 102.4% (2.5%) | |
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空气中的二噁英
空气质量是人们日益关注的健康话题，特别是在城市地区，人类活动与污染源共存。目前人们正关注空气中的颗粒物(PM)，这是一种存在于空气中由微小颗粒和液滴 组成的混合物，并可通过呼吸进入肺部和血液循环。二噁英是一种氯化芳香族碳氢化合物，是一些热力过程的副产品，可能被释放到环境中并附着在颗粒物上。
空气样品被采集至 PUF 或石英纤维滤膜。依据 EPA 纲要 TO-9 [16] 和 EPA 方法1613 [17] 的二噁英测定方法，分析前采用索氏萃取法提取含有污染物的滤膜。
提取前先用索氏提取仪预萃取作为清洗步骤。以甲苯为溶剂，在索式热萃取模式下对加标的滤膜萃取约 13h， QFF 在索氏萃取模式下以二氯甲烷为溶剂萃取约 12h。浓缩后的萃取液通过 GC-MS 进行分析。测定的回收率达到 50-150%，在 EPA 1613 [17]规定的范围内(见表2)。
表2: 测定二噁英在加标 PUF 过滤器上的回收率[%]，n=4。空白样品中无可定量分析物
回收率 (rsd%） | 回收率 (rsd%） | |
13C 2,3,7,8 TCDF | 94.6 (16.7%) | |
13C 2,3,7,8 TCDD | 115 (14.7%) | |
13C 2,3,4,7,8 PeCDF | 88.1 (7.00%) | |
13C 1,2,3,7,8 PeCDD | 60.0 (28.3%) | |
13C 1,2,3,4,7,8 HxCDF | 60.4 (10.3%) | |
13C 1,2,3,6,7,8 HxCDF | 55.1 (8.47%) | |
13C 2,3,4,6,7,8 HxCDF | 119 (8.65%) | |
13C 1,2,3,4,7,8 HxCDD | 99.6 (4.19%) | |
13C 1,2,3,6,7,8 HxCDD | 99.6 (7.13%) | |
13C 1,2,3,4,6,7,8 HpCDF | 95.7 (3.89%) | |
13C 1,2,3,4,6,7,8 HpCDD | 88.9 (3.62%) | |
13C OCDF | 80.2 (3.30%) | |
13C OCDD | 92.0 (4.86%) | |
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沉积物中的PCBs
多氯联苯(PCBs)是指以 1-10 个氯原子取代联苯为基础的 一类有机化合物。有 209 种不同的同系物。为了简化描述，通常使用从 1 到 209 的数字指代它们。
▲ 图 5: 多氯联苯分子式
多氯联苯具有毒性、持久性，可在陆生和水生生物系统中积累，广泛存在于环境中。在世界范围内已经被禁止生产和使用。根据 EPA 3541[19]方法采用索式热萃取模式提取 SETOC沉积物样品[18]。使用丙酮：正己烷（1：1）为溶剂。使用BUCHI Syncore® Analyst将提取物浓缩至1mL。从沉积物样品中提取多氯联苯的时间为 3h，测定结果与实际值一致。达到3h萃取时长后，再延长提取时间也不会提高回收率 (见图5)。
▲ 图5: 提取 2h、3h 和 4h 后 PCBs 的回收率，误差条表示 SETOC 样品测定值的可接受误差范围(+/-标准差).
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沉积物中的PAHs
PAHs 存在于煤碳化生产的石油、煤和焦油中。它们也 存在于烤肉、香烟和汽车尾气中。多环芳烃是一种具有持久的并普遍存在的污染物，其中一些具有致癌性、诱变性和致畸性。目前发现的有 100 多种不同的多环芳烃，但通常只分析美国环境保护局(EPA)定义的 16 种多环芳烃。采用索式热萃取模式，按 EPA 3541 方法[19]提取 SETOC 沉积物样品[18]。以正己烷:丙酮 1:1 为溶剂， 总萃取时间为 3h，最终测定结果在 SETOC 样品所示的参考值范围内(见图6)
▲ 图6: 用全频固液萃取仪 E-800 测定沉积物样品中多环芳烃的含量。误差条表示 SETOC 样本的标准 s 值的可接受范围(+/-标准差)
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结论
BUCHI 针对环境样品提供了一个完整的前处理解决方案。即使对于复杂及较难分析的样品，也能实现快速高效率的提取，保证了较高的回收率和较低的结果偏差。
环境
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参考文献
