固相微萃取法在环境监测中的应用
摘 要：环境监测主要是对污染物以量化的标准进行分析判断，在监测过程中需要对样品中的分析物进行分离和富集处理，而用固相微萃取法能够简单快速集采样、萃取、浓缩、进样与一体。本文对固相微萃取法在环境监测中的应用进行探讨。
关键词：固相微萃取法;环境监测;应用
固相微萃取法SPME(Solid-phase microextraction)是近年来国际上兴起的一项试样分析前处理新技术。它无需溶剂和复杂装置，能直接从液体或气体样品中采集挥发或非挥发性的化合物，能与任何型号的气相或液相色谱连用，现将这项技术在环境监测中的应用进行探讨。
一、固相微萃取法的原理
固相微萃取法SPME是一种使用固相萃取的技术原理进行环境监测的方法。固相微萃取主要针对有机物进行分析，根据有机物与溶剂之间“相似相溶”的原则，使用固相微萃取器在样品中萃取出待测物后直接与气相色谱或者高效液相色谱联用，从而检测出分析物的具体浓度。SPME与其他萃取方法的比较如下表1所示：
表1 固相微萃取法与其他萃取方法的比较结果
通过表1可看出SPME保留了其他方法所有的优点，摒弃了需要柱填充物和使用溶剂进行解析的弊病。在固相微萃取法的使用过程中，萃取器是整个实验的核心。固相微萃取器主要由活塞帽、针筒、针头以及石英纤维组成。涂有吸附剂的石英纤维在针头内部，起到保护作用的同时还可以通过活塞自由进出，用以完成对待测物的萃取过程。
SPME主要的实验过程可以分为萃取和解吸两部分，萃取过程中先将涂有萃取固相的石英纤维插入样品基质中进行萃取;解吸过程是将萃取完成的石英纤维插入气象色谱进样装置的气化室内，通过高温载气将萃取物解吸出来，便于进行气相色谱分析。由于SPME是一个负载的传质过程，因此分析结果会受到涂层特性、萃取过程的温度、湿度、时间、盐效应以及溶液酸碱度等影响，所以在监测过程中需要将这些因素的差异性控制在最小的范围内。
二、固相微萃取法在环境监测中的应用
SPME有三种萃取方式：顶空萃取、空气萃取和直接萃取。对挥发性特别强的样品，可采取顶空或空气萃取，对于半挥发性和不挥发性样品，应采取直接萃取。SPME萃取方式的选择主要与待测物的挥发性、基质和探针固定相涂层的性质有关，以下就对SPME在环境监测中的不同应用基质进行具体分析：
(一)气体监测
在气体环境中，由于气态物质本身具有良好的挥发性，因此可以将分析物快速的解析到气相色谱柱当中，监测时间大大降低，并且有助于提高分析物的检出限。如果对甲醛、有机胺类、羟酸类物质进行检测时，可以利用衍生化技术(通过化学变换把化合物转化成类似化学结构的物质)将这些物质转化成非极性或者易挥发性分析物，进一步提高分析物在萃取固定相当中的扩撒程度，提高固相微萃取法的灵敏度以及准确度。
此外，SPME对气体环境污染物进行监测的过程中，气体的温度与湿度对监测结果的影响较大，例如在对空气中的甲醛进行检测室，温度的变化能够影响到涂有聚二甲基氧烷石英纤维的萃取效果，通过实验证明当温度变化值为1℃时，分析结果的偏差可以达到10%;在监测大气中的有机硫污染物时，当湿度的变化为0%～76%时，固相微萃取法的分析精确度将会降低0.06%，所以在监测过程中需要保持恒定的温度和湿度。
(二)液体监测
现阶段SPME已经广泛应用于江、河、湖、海以及饮用水中有机污染物的监测。对于液体基质的监测通常采用直接萃取法和顶空萃取法，直接萃取方法中，涂有萃取固定相的石英纤维直接与样品基质相接处，然后萃取出分析物。为了能够确保分析物更加快速的扩散到石英纤维的萃取固定相中，可以在整个实验当中不断地搅拌来加速分析物的扩散速度。还可以通过混匀技术加速液态样品中分析物的扩散速度。目前常见的混匀技术包括加快样品流速、晃动萃取纤维头、样品容器、转子搅拌以及超声波搅拌等。此外，使用混匀技术除了能够加快分析物在萃取固定相中的扩散速度之外，还能够有效地减小萃取固定相外壁形成的液膜保护鞘，以便提高萃取分析的准确度。
顶空萃取主要分以下两个环节，首先将液相中的分析物扩撒到气相当中，然后使用固相微萃取器进行萃取分析。使用顶空萃取法可以有效的避免分析物受到其他高分子物质以及不挥发性物质的污染，而且萃取的速度要远大与直接萃取法，因此顶空萃取与直接萃取相比，平衡时间将会大大减少。使用固相微萃取法对液体进行监测时，需要注意根据萃取涂层以及萃取方式的不同选择与之相适应的后续检测装置，而且对于一些极性、热不稳定性或者不易进行萃取的分析物，可以通过衍生化技术，将其转化成非极性、易挥发性分析物。
(三)固体监测
经研究发现，SPME对于土壤等固态基质，例如沉积物、土壤当中，多氯联苯、氯苯、无机汞盐、酚类、石油烃类、有机锡类以及有机氯农药残留量的监测都有非常明显的效果。例如有机氯农药大量残留在土壤当中，或者存留的时间较长，会通过挥发扩散到周围的空气当中造成大气污染，并且还会随着雨水渗入到地表造成地表水和地下水污染。如果人们直接饮用这些污染的水以及食物后，就会造成有机氯农药中毒，严重情况下还会危及人们的生体健康。使用SPME对于不同分析物需要寻找相对应的取样方法，例如在进行土壤中多环芳烃污染物时可以使用顶空萃取法，在待测样品中加入少量的丙酮与水的混合液，其中的极性分子能够取代有机污染物在突然中的活性位点，从而可以很好地将其从土壤基质中萃取出来。而且丙酮的挥发可以帮助多环芳烃污染物更加快速等扩散到涂有萃取固相的石英纤维，，提高监测结果的准确性，从以往的经验分析，使用固相微萃取法的最低检出限可以达到0.1㎎/㎏。固相微萃取法在环境检测中的应用，检测限可以达到ng/L，相对标准差小于10%，有较宽的线性范围，而且回收率高达90%以上。由此可见固相微萃取法在环境监察当中有着非常广泛的应用前景。
三、结束语
综上所述，本文主要研究了固相微萃取法SPME的实验原理以及与其他萃取方法相比的特点，并且重点分析了SPME在气态、液态以及固态污染物的监测中的应用，由于SPME试验操作简便、效果明显、灵敏度高、回收率好，而且不使用任何有机溶剂，避免了对环境造成二次污染，因此在环境监测当中可以进行大面积的推广使用。
参考文献：
[1] 穆肃.固相微萃取-毛细管气相色谱法测定水中有机污染物[J].环境科学与技术,2006年03期.
[2] 申书昌,付双,刘睿.固相微萃取-气相色谱法测定氨苄青霉素中丙酮和异丙醇残留量[J].化学工程师,2006年04期.
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