水中64 种半挥发性有机物的膜固相萃取测定在环境监测的应用

引言

生态环境是人类生存发展的物质根基，环境监测成了守护生态、保障大众健康的手段，在维持生态稳定、保护大众健康方面有着关键作用，半挥发性有机物（SVOCs）由于其独特的化学结构和明显的吸附特征，容易在日常用品上积累，进而给生态系统稳定性和人体健康带来隐患 。准确测定环境里 SVOCs 的浓度既是当下环境监测领域的重要课题，也是推进生态文明创建的关键部分，这项研究力求研制出高效又精确的水体 SVOCs 分析技术，从而改善环境监测水平，给生态环境保护操作给予科学依照和技术支撑。

1. 项目概况

世界各地实验室致力于水、土壤和固废中 SVOCs 的测定，美国环保局方法 EPA8270E 是常用的检测手段之一。本研究依据该方法，针对水中 64 种中性、酸性和碱性半挥发性有机化合物开展测定实验，涵盖多环芳烃、酚类、邻苯二甲酸酯等多种化合物，通过一系列实验操作，分析目标化合物在水中的含量情况，为环境监测提供数据依据 [2]。

1.1 实验准备

仪器和设备：气相色谱/ 质谱仪：8890-5977 气相色谱质谱联用仪全自动快速固相萃取仪：AutoEmpore 全自动快速固相萃取仪

真空浓缩：MVP-12 全自动真空平行浓缩仪试剂和耗材：固相萃取膜：Empore8270、Empore 碳盘标液：二氯甲烷64 种中半挥发性有机物标液， 1000mg/L 二氯甲烷中六种内标混合标液， 2000mg/L ;

二氯甲烷中六种替代物混合标液， 2000mg/L 。

试剂：甲醇（色谱级）、二氯甲烷（色谱级）、硝酸（优级纯

Agilent HP-5ms 毛细管柱：

样品准备：取 1000mL 水样，添加 0.4mL 浓盐酸使 pH 值小于 2.0，加入 20mg 硫代硫酸盐摇匀，再加入 标准溶液并充分混匀备用，若水样中无极性很强的化合物，可不用碳膜，也无需反向洗脱。

1.2 实验流程

1.2.1 固相萃取材料准备

将一张 47mm 的 8270Empore 膜 片 盘 置 于 顶 部 ， 两 张 47mm 的Empore 活性炭膜片放在底部，组成复合膜片装入萃取盘，再将萃取盘安装到连接真空泵的固相萃取装置上。

1.2.2 膜固相萃取

活化：依次用 5mL 二氯甲烷、 5mL 甲醇、 10mL 纯水、10mL 0.05N盐酸水溶液对萃取盘进行活化处理，每次处理都需抽真空至盘上留一薄层相应液体，保持膜片湿润。

上样：取加标水样 1000mL 于萃取盘上，控制真空度使流速在 15- 20mL/min，装水样前用 10mL 5% 盐酸水溶液清洗样品瓶。

干燥：上样完成后，在负压状态下干燥 10 分钟，需控制好干燥时间，避免水分过多导致酸性化合物反萃取或过度干燥使敏感化合物氧化。

洗脱：将复合膜片倒置，使用甲醇- 二氯甲烷混合溶剂（5：95）重复三次清洗样品瓶内侧，将清洗液收集到萃取盘上进行洗脱收集。

浓缩：将洗脱液在 35^∘ C 水浴温度下氮吹至 0.5-1mL ，加入内标并用二氯甲烷定容至 1.0mL ，转移至进样小瓶。

检测条件：色谱柱：HP-5MS， 30m^*0.25mm^*0.25μm; ；进样口温度：250^∘C ；不分流进样；载气流速： 1.0mL/min ；恒流模式；进样量： 1.0μL; 柱温：35℃保持 2min ，以 15^qC/min 升温至 150^∘C ，保持 5min ；再以 3% /min 升温至 290% ，保持 2min_⨀ 。

离子源：电子轰击源， 70eV ；四极杆温度： 150^∘C ；离子源温度：230^cC ；辅助加热温度： 280% ；溶剂延迟时间： 4.0min ；扫描模式：Scan。

1.3 实验结果

64 种半挥发性有机化合物标准品色谱图见图 1、地表水加标回收率见表 1 从总体回收率来看，该水样固相萃取方法加标回收率为61.7%～97.8% ，RSD 为 1.2%-19.7∘

图1 为64 种半挥发性有机化合物离子流谱图

表 1 地表水中被测物质加标的数据（ 500μg/L）

2 难点或问题

2.1 化合物特性带来的测定难题

半挥发性有机物（SVOCs）由于其复杂的分子结构和多样的理化性质，在准确检测上存在着技术上的难题，单一类型的吸附膜材料很难同时对如此宽极性范围的化合物保持高且一致的回收率。其中酚类化合物具有弱酸性，而其他 SVOCs 可能具有碱性或中性。样品 PH 值对酚类的离子化状态影响显著，进而影响其在吸附剂上的保留行为。还有各种 SVOC 组分在浓缩过程中的吸附性能、化学反应活性以及热稳定性都存在明显的差别，其中挥发性相对较高的化合物（如低分子量酚、萘）在样品处理（萃取、浓缩）过程中更容易损失，加大了样品预处理的复杂程度，又会影响到目标化合物的定量分析，从而对生态环境中 SVOCs 污染情况的科学判断产生不良影响 [4]。

2.2 部分化合物的色谱分析问题

色谱分析期间，苯胺类和酚类化合物提取物常常会表现出峰形畸变、保留时间漂移之类的现象，都会极大地削减定量检测的准确程度，从而影响到其在水体中真实浓度的表征状况。数据的真实性乃环境监测的关键部分，任何偏差都有可能导致污染评估出现失误，进一步对生态修复规划及执行效果造成隐患。

2.3 传统方法的局限性

传统水体里 SVOCs（半挥发性有机化合物）的检测技术碰上诸多难题，样品前处理过程繁杂又耗时长，操作步骤繁多；分析能力有限，很难做到多种目标化合物的高效测定；回收率变化幅度大，相对标准偏差高，使得实验数据的可靠性变差，环境监测效率受阻，生态管理决策的科学性和精确性也受到影响 [3]。

2.4 实验条件和操作要求高

实验过程对条件和操作的要求极为严格。在膜固相萃取的各个环节，如活化、上样、干燥和洗脱，都需要精确控制参数，干燥时间过长或过短都会影响实验结果，过长可能导致敏感化合物氧化，过短则可能使酸性化合物反萃取。此外，实验中使用的多种化学试剂和复杂仪器，对操作人员的专业技能和操作规范要求较高，任何一个环节出现偏差都可能影响最终的实验结果，增加了实验的难度和不确定性。

3. 解决方法

3.1 优化实验流程，降低化合物损耗

针对 SVOCs 由于其复杂的分子结构和多样的理化性质，极性范围广很难同时对如此宽极性范围的化合物保持高且一致的回收率的问题，可通过使用 8270 专用膜及活性炭膜组成复合型膜片来进行萃取得以解决，其中酚类化合物回收偏低问题可通过把样品调节 PH<2 再来进行萃取单独收集浓缩，可使样品回收率得到大大提升。最后针对各种SVOC 组分在浓缩过程中的吸附性能、化学反应活性以及热稳定性都存在明显的差别问题，可使用低温减压浓缩系统（真空浓缩）来测试，真空浓缩条件为（Flex-MVP：45℃， 180rpm ，500mbar（维持 1min ）→ 400mbar（维持 1min 350mbar （维持 20min ）， 通过真空浓缩和氮吹浓缩对比测试，结果发现真空浓缩回收率远高于氮吹浓缩回收其中萘和酚类化合物回收有显著改善。

3.2 优化分析方法以解决色谱问题

关于酚类和苯胺类化合物色谱分析中出现的峰形畸变以及保留时间漂移问题，可以通过更换色谱柱类型，并选取与样品性质更为契合的固定相来改善分离状况。而且要系统地调节柱温梯度、载气流速等关键参数，并经过多次实验来挑选出最佳的操作条件组合，极大地提升定量分析结果的精准度，进而加强环境监测数据的可靠性和可信度。

3.3 创新实验方法，超越传统限制

不断去探寻新的样品预处理技术，改善操作步骤来加强整体处理速度。依靠自动化固相萃取装置，可以明显削减人为差错并且极大缩减分析时长。研制出高效的萃取试剂，既能够拓宽检测范围，又能让目标化合物的回收率有所增长，而且还能有效地减小相对标准偏差，从而给生态环境监测提供更为精确的数据支撑。

3.4 强化人员培训与实验操作规范

搭建起持续化且专业的培训体系，依靠行业内的权威专家给予技术上的指导，加深实验人员对操作流程以及设备功能的认知和实践能力，制订出具有系统性、科学性的操作规范，并加以执行，以此来削减人为因素对实验结果造成的影响，保证数据的精确性和可靠性，进而加强环境监测在生态保护方面所起到的基础支撑作用[5]。

4. 结束语

在生态环境保护方面，精细化的环境监测需求变得越发迫切。本文依照 EPA 8270E 标准开发出的新一代检测技术，在改进水体中半挥发性有机物分析速度上有着明显的优势，给有关行业给予比较可靠的科学依据和技术支撑。

创新检测技术有着明显的商业价值和社会意义，对企业来说可以极大地提升环保检测机构的工作效率和数据准确性，缩减运营成本、加强市场竞争力、扩大服务范围，为企业带来经济效益。从社会治理角度看，准确的环境监测数据可以给政府部门决策给予科学依据，有益于规避环境风险，改良大众的生活品质，推动区域经济和社会的可持续发展。

当下环境监测方面还存在不少瓶颈问题，只有改善已有的技术体系，并研发新的监测设备，才能应对生态系统不断变化的状况，给生态环境保护给予更为可靠的科技支持。

参考文献：

[1] 孟欣欣 ， 秦峰 . 环境监测在生态环境保护中的作用与发展措施探讨 [J]. 中文科技期刊数据库 （ 全文版 ） 自然科学 ， 2023（4）：4.

[2] 吴锋杰 ， 唐新红 . 环境监测在生态环境保护中的作用与发展 [J].当代化工研究 ， 2024（1）：89-91.

[3] 胡珍珍 . 探析环境监测在环境保护工作中的作用与创新 [C]// 京津冀生态环境科技产业金融协同发展大会论文集.2024.

[4] 焦伟 ， 耿旭 ， 李乐 ， 等 . 超快速固相萃取 - 气相色谱 - 质谱法测定水中 49 种半挥发性有机物 [J]. 环境科技 ， 2021， 34（3）：6.

[5] 李继光 . 环境监测在生态环境保护中的作用及发展措施探讨 [J].生态与资源 ， 2024（3）：0035-0037.

作者简介：邓闻佳 1995.07.15 女 江苏省滨海县 汉 本科 应用工程师 研究方向： 从事化工环境保护的研究、治理、监测的工程技术人员