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水环境中新污染物检测前处理方法分析

2025-03-21 69 上传者：管理员

摘要：目前，土壤、空气和水体等各类系统中密集了多种类别的新污染物（ECS），并且持续累积，含量增加，对于人类居住环境和自然生态系统造成严重威胁。在环境中衡量新污染物的精准富集是对这类污染物进行风险评估和防控的重要前提。本文将着重探讨新污染物类别和现状，并且对目前较为成熟的检测前处理方法进行汇总和分析，找到不足，展望未来研究的方向，也为目前环境中新污染物监测和防治提供重要的技术支持。

关键词：
ECS
新污染物
检测前处理
水环境
环保议题
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新污染物(emergentcontaminants,ECS)是一个全新的环保议题,涉及一系列未被充分认识但可能带来严重后果的化学物质｡这些污染物以其持久性､生物毒性､难以降解以及低代谢速率等特点,对地球生态系统和人类居住环境构成了潜在威胁｡

1、新污染物的特征与研究现状

尽管ECS在环境介质中的微量存在往往被忽视,但其潜在的累积性､毒性以及稳定性对人类生活环境构成隐性威胁,从而引发了全球范围内的密切关注,尤其在环境科学领域内成为研究的焦点[1]｡当前,人们普遍关注的ECS主要涵盖四个类别:第一,包括全氟化合物､多氟烷基､全氟辛基磺酸､多环芳烃､全氟辛酸等持久性有机污染物;第二,如壬基酚､双酚A等环境内分泌干扰物质;第三,如四环素､磺胺､氟喹诺酮和大环内酯类抗生素;第四,如二氯甲烷､三氯甲烷等有毒有害污染物｡

在“十四五”规划中,ECS的管控被赋予重要地位,而对其定性和定量分析则是有效治理的前提｡ECS种类繁多､结构复杂､环境介质变化无常,且其浓度通常极低,甚至达到难以检测的极微量,这对ECS的预处理富集方法提出了极高的技术要求[2]｡

2、检测新污染物之前的处理方法

2.1液液萃取与固相萃取

液液萃取(Liquid-LiquidExtraction,LLE)和固相萃取(Solid-PhaseExtraction,SPE)是水质分析常用的预处理技术｡尽管LLE技术成熟,但由于其需要大量溶剂,回收操作复杂,精度不足,自动化水平低,并可能导致环境污染,同时也造成资源的浪费,这些因素限制其自身的广泛应用[3]｡相比之下,SPE在克服LLE易乳化的弊端上有所改进,操作流程简洁,回收效率高,萃取剂使用量少,浓缩效果佳,适于自动化操作｡目前,国内对于LLE和SPE在环境介质中ECS(环境污染物)检测的标准方法已相当成熟｡

有研究者利用液液萃取结合超高效液相色谱和三重四级杆质谱技术,检测水中的磺胺醋酰等19种抗生素,通过调整不同的萃取剂､用量和流动相参数,在优化条件下,方法的检测限达到0.02~0.80μg/L,平均回收率保持在73.5%~92.8%,相对标准偏差介于1.2%~8.7%之间｡这种方法具有高灵敏度､操作简便､样本和有机溶剂消耗少的特点,十分适合实际的分析检测工作｡

2.2液相与固相微萃取

液相微萃取(Liquid-PhaseMicroextraction,LPME)是源于改进的传统液液萃取(LLE),融合固相微萃取(SPE)的精妙,以微量萃取剂实现高效､经济的萃取过程,设备简单,其基本概念与液液萃取相同,依赖于目标化合物在两相间的分配系数差异｡相比于LLE,LPME在萃取目标物时表现出更优的性能,操作简便,无须额外浓缩步骤即可达成与液液萃取相当的回收率[4]｡此外,它也能通过中空纤维液相微萃取结合色谱质谱技术识别水体中双酚A光降解的衍生物,成功检测到6种副产品｡这些衍生物的毒性超过双酚A,且更具持久性｡

固相微萃取(SolidPhaseMicroextraction,SPME)作为一种高效且环保的样品预处理策略,巧妙地将取样､浓缩和提取三大步骤整合于单一操作中,简化流程并减少溶剂的需求｡其萃取效能的关键因素包括涂层材料的特性､搅拌速率以及萃取时长｡近期有研究团队研发了一种新颖的策略,即结合顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术(HeadspaceSPMEcoupledwithGC-MS),用于精确测定饮用水中的特定三类持久性有机污染物,如2-甲基异冰片､土臭素和三卤甲烷[5],通过精细调整参数,如提取温度､时间､搅拌速度,以及解吸条件,实现最低检测限达到惊人的0.005μg/L｡

2.3加压溶剂萃取

PDSE技术是一种先进的萃取方法,它利用压力驱动的原理,通过优化操作参数,显著增强目标化合物在萃取剂中的溶解度｡这种技术的实施不仅提高了萃取效率,还降低了萃取剂的消耗,从而实现了资源的高效利用｡此外,PDSE技术还易于自动化实施,大大提高了分析的准确性和工作效率｡在土壤､废弃物和污泥等各种样本中,PDSE技术已经得到了广泛应用｡通过整合PDSE技术与热解及气质联用分析,研究人员能够更深入地探究目标化合物的组成和特性｡在一项针对污水处理厂中微塑料的研究中,研究者利用这一组合技术,对大于1nm至5000nm的微塑料质量浓度进行了详细的分析[6]｡

通过PDSE技术的预处理,微塑料颗粒被有效地从复杂的基质中分离出来,为后续的热解和气质联用分析提供了高质量的样品｡热解过程能够将微塑料进一步分解为更小的分子,而气质联用分析则能够准确地检测和识别这些分子,从而提供关于微塑料组成和浓度的详细信息｡这一研究不仅展示了PDSE技术在微塑料分析中的有效性,还为评估污水处理厂中微塑料的污染程度提供了有力的工具｡随着技术的不断进步和应用领域的拓宽,PDSE技术将在环境保护和污染治理中发挥更加重要的作用(见图1)｡

图1加压溶剂萃取､热解与气相色谱质联用对微塑料测定流程

结果显示,其中含有塑料的质量范围在840~3116μg/L｡每天有大量微塑料从各种来源流入水体,其总量可能高达2.1~196.4kg｡这一数字不仅令人震惊,也为我们提供了关于污水中微塑料污染程度的全新认识｡

2.4磁性固相萃取

磁性固相提取(MagneticSolidPhaseExtraction,MSPE)是一种独特且高效的分离技术,其运用磁性材料作为吸附媒介,直接将其溶入液体基质中,通过磁力吸引将目标化合物吸附至磁性吸附剂表面[7]｡

科研人员近期成功研发出一种新型的固相萃取策略,这种策略结合了磁性生物质炭与气相色谱-质谱(GC-MS)技术,为深入探索地表水中痕量有机磷农药的浓度提供了有力工具｡在研究中,科研人员详细探讨了多种因素,如Fe2+/Fe3+离子比例､热解条件､不同解吸溶剂的选择,以及解吸时间等对萃取效率的影响｡

实验结果显示,这种新型萃取策略展现出了出色的性能,其线性范围广泛,能够覆盖从0.1~50μg/L的浓度区间,对于痕量有机磷农药的准确测定至关重要｡同时,该方法的检出限极低,仅为0.02~0.11μg/L,这意味着即使在极低浓度下,也能准确检测出目标农药｡

这些研究成果不仅为科研领域提供了一种高效､灵敏的痕量有机磷农药测定方法,同时也为环境科学､生态学等领域的研究提供了有力支持｡这些发现强有力地证明了,利用磁性生物质炭固相萃取技术在从复杂环境中浓缩痕量有机磷农药方面具有巨大的应用潜力,对于保障环境安全和促进生态平衡具有重要意义｡

表1水环境中新污染物前处理方法对比

3、不同前处理方法之间的对比

各种环境要素如水质､土壤､废弃物和大气的预处理方法丰富多样｡表1概述了所提及的五种预处理方法的优缺点及其适用情境,须根据样本介质的类型和目标分析物的特点进行选择｡

对于液体环境样本的预处理,LPME和SPME因其显著优点脱颖而出,它们能降低样本量和试剂消耗,简化操作步骤,同时保持高的回收率,对今后环境新型污染物监测的预处理技术选择具有指导意义｡

4、结语

综上所述,在对ECS进行连续监控的背景下,传统的人工检测手段由于其高消耗性,如人力､物力和财力,无法满足长远的需求｡自动化的解决方案正日益成为不可或缺的趋势｡当前,诸如PSE和UAE这样的先进技术,以其快捷､自动化和高效率,在环境监测领域中占据主导地位,显著提升了工作效率｡尽管我国在ECS预处理技术的研发上已取得实质性突破,并成功将其成果应用,构建了一套相对成熟且稳定的检测路径,但整体而言,仍有提升空间｡未来的研究应当着重于以下两点:第一,推动标准化和规范化预处理方法的建立,尤其是侧重于常规设备的应用,以期通过简化流程降低成本｡第二,鉴于环境样本量庞大,为了兼顾成本效益和时间效率,应研发出适用于现场快速筛选的低成本检测技术,目标是实现全面的一站式监测模式｡

参考文献:

[1]王雪瑾,许越,毛钰莹,等.环境中新污染物检测前处理方法分析[J].科技和产业,2023,23(21):155-160.

[2]缪雨恒,茅学鹏,俞天奇.水环境中小分子污染物高灵敏检测方法分析[J].进展:科学视界,2022(10):75-76.

[3]李壮壮.水环境质量检测方法分析[J].清洗世界,2023(10):101-103.

[4]解怀君,刘昱宏,闫振辉,等.陆海统筹背景下的新污染物环境多介质空间分异模型[J].海洋环境科学,2024,43(4):1-10.

[5]陈宗文.水环境管网改造工程检测方法及难点研究[J].城市建设理论研究,2022(12):4.

[6]郭静芳.离子色谱法在常规水环境检测分析中的常见问题及处理方法探讨[J].中文科技期刊数据库(全文版)自然科学,2022(4):4.

[7]李杰.水体中有机污染物的前处理方法及检测技术分析[J].皮革制作与环保科技,2022,3(6):18-20.

文章来源:王江月,田宗承.水环境中新污染物检测前处理方法分析[J].黑龙江环境通报,2025,38(03):104-106.