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          詳解丨水中污染物檢測五種前處理方法匯總!

          隨著經濟的快速發展,工業廢水、生活污水的排放及農村地區大量使用農藥、化肥等行為,直接導致水源中有機污染物含量的增加,對人們的飲水安全構成重大威脅。因此,國內外專家都在積極探索檢測和去除水中有機污染物的方法。跟小編一起來了解一下這些檢測技術吧。

          水中污染物的危害

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          水中污染物的危害清華大學環境學院王占生教授在其《健康的水》一書中提到,我國有機污染物可分為天然有機物和人工合成有機物。


          水中天然有機物質如腐殖質,可與消毒劑氯反應,產生具有致癌風險的三氯甲烷等消毒副產物,屬于一類污染。對于人工合成的有機污染物主要包括持久性化學物、內分泌干擾物、藥與個人保護用品三大類。


          其中,持久性化學物不易降解長期存在,對人類有毒害作用。內分泌干擾物類似于人類激素,會干擾生殖、生長功能;降低人體免疫力;干擾神經系統導致行為失控等反?,F象。據統計發達國家每5對夫婦中就有一對不孕,中國每8對夫婦有一對不育。


          藥與個人保護用品中的抗生素類能促使水環境中細菌成為超級細菌使病人使用抗生素無效而死亡,美國每年因抗生素無效死亡2萬多人,中國8萬多人。更可怕的是,這些物質大都屬于水分子污染物質,自來水廠采用目前傳統的凈化工藝很難有效去除,將隨著飲水進入人體,對健康構成巨大威脅。


          水中污染物的分類

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          根據揮發性質,有機污染物可分為揮發性有機污染物(VOCs)、半揮發性有機污染物(SVOCs)和不揮發性有機污染物(NVOCs)。目前,水中的有機污染物主要是指前兩者。

          ①根據世界衛生組織的定義,揮發性有機污染物是指沸點在50-25℃,室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa,在常溫下以蒸氣形式存在于空氣中的一類有機物。按其化學結構的不同,可以進一步分為八類:烷烴類、芳烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他。


          這類有機污染物數量多,大多具有毒性,廣泛分布于水環境中,其測定方法主要有:氣相色譜法[包括頂空氣相色譜法(HS—GC)、吹脫捕集氣相色譜法(P&T—GC)等]和氣相色譜一質譜法[包括頂空氣相色譜一質譜法(HSGC一MS)、吹脫捕集氣相色譜一質譜法(P&T—GC—MS)等]。此外還有分光光度法和滴定法等其他方法。


          半揮發性有機物通常指沸點為170-350℃,蒸氣壓為10-7~0.1mmHg的一類有機物,它們能在氣相和空氣中的固相顆粒物之間形成一定的平衡。SVOCs包括多環芳烴、氯苯類、硝基苯類、鄰苯二甲酸酯類、有機氯農藥、有機磷農藥、亞硝基胺類、苯胺類和苯酚類等化合物。
          這類化合物如果與人長期接觸,會造成人體慢性中毒,引起癌癥,會直接影響到生殖和中樞神經系統·甚至導致死亡。此外,還會對環境有嚴重危害,并對水體可造成污染。

          水中有機物預處理方法

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          水中有機物含量較低,要想得到準確的測定結果,除了需要靈敏度和精密度高的測定儀器和先進的數據處理系統外,待分析測試組分的預處理是分析檢測過程的關鍵步驟。預處理的目的就是排除基體的干擾,同時在富集過程中除去大量水分,使微量(或痕量)的待測有機物濃縮,這樣才能滿足測定的要求。根據被測組分的性質和富集的基本要求采用不同的方法進行富集。
          1.吹掃捕集法以惰性氣體將水樣中揮發性有機物吹人裝有吸附劑的捕集管中,然后加熱捕集管,反吹解吸,解吸出的有機物進入氣相色譜儀進行檢測。該方法具有不使用有機溶劑、取樣量少、富集倍數高、受基體干擾少等優點。商品化設備可實現自動化,集樣品分離、富集、進樣于一體。吹掃捕集法的實質是一種動態頂空法。相比于靜態頂空技術,吹掃捕集時間短、靈敏度高,重現性好。此法對于沸點低于200℃、能被惰性氣體吹出的有機物如鹵代烴、芳烴、揮發性烷烴、烯烴和氯苯類化合物等有較好的富集效果,是目前在環境監測系統應用最為廣泛的有機物監測前處理方法之一。

          2.頂空法:
          該法是根據氣液平衡分配原理結合氣相色譜發展出來的方法。具體做法是將樣品置于密閉體系中,保持恒定溫度,使其上部(頂端)的氣體與樣品中的組分達到相平衡,抽取上部氣體進行樣品分析。頂空法適用于處理小分子量、低沸點(低于150℃)、易揮發的有機物(水中溶解度<2%)。采用該法結合色譜選擇性檢測器,一般均可達到1×10-6g/L 的水平。該法不需特殊裝置,準確性好,但受容器限制,樣品濃縮倍數少,使方法的靈敏度受到影響。而且,有限的頂部空間使每次取樣后頂部空氣濃度有所改變,影響了測量的精密度。若有合適的內標物,則可提高方法的精密度,是低分子量、易揮發物質良好的富集方法。

          頂空法一般又可以分為靜態頂空法和動態頂空法。靜態頂空法用于氣樣中被測組分含量大于氣相色譜檢測器檢測限的組分,動態頂空法實際上是疏水富集和頂空法相結合的方法,可用于氣樣中被測組分含量小于氣相色譜檢測器檢出限的組分測定。頂空法目前在我國、日本和歐洲應用比較普遍。

          3.液液萃取
          液液萃取技術的工作原理是基于非極性有機物在水/有機溶劑相之間的平衡分配,在水相中加入一種與水不相溶的有機溶劑,經過振蕩使待測組分進入有機相,另一些不溶于有機溶劑的組分仍留在水中,從而達到分離富集的目的。該技術適用于提取和濃縮水體中的污染物。它可萃取各個沸點階段的有機物,尤其適宜分離、富集水中難揮發性和中等揮發性的有機物如農藥、酚類、多氯聯苯、多環芳烴等。

          該法雖已使用多年,但因其回收率高、方法簡便、成熟,現在仍為水樣前處理中的常用方法。該法所用溶劑應純化,否則溶劑雜峰會干擾測定。操作過程中有機溶劑與水樣的比例大約為1:10,因此需要大量溶劑。由于在后續操作中,溶劑要蒸發到大約1mL,因此溶劑本身的沾污問題比較嚴重,需要嚴格而又十分繁瑣的溶劑凈化過程。

          4.固相萃取法:
          固相萃取技術是將固定相(極性吸附劑、鍵合型吸附劑、離子交換劑等)充填于小型塑料管內,構成一次性小型色譜柱,將樣品液用注射器注入小柱中,然后用適當的溶劑將被測物洗脫下來,其他的干擾物質則留在柱上。固相萃取法是水中痕量有機物富集的理想途徑。它的最大特點是對水的吸附非常小,而對大多數特別是極性較小的有機物的吸附平衡系數非常大。SPE 法的優點是處理水樣量大(一般幾百毫升至幾升),從而使檢測的靈敏度大大提高。

          經常使用的固定相為C18吸附樹脂,在中性條件下,C18固相萃取柱主要提取非離子疏水有機物。實際使用時,也可以分別將水樣調整到pH2、pH7和pH12,分別提取有機酸、非極性有機物和有機堿。雖然固定相為C18的小柱對大部分有機物的回收率較高,但針對分析的目標物質來選擇小柱,可以進一步提高回收率。由于固相萃取技術已經商品化生產,不需要繁瑣的凈化程序,應用時的操作過程相對簡單,節省勞力。

          5.固相微萃?。⊿PME):
          固相微萃取主要針對揮發或半揮發有機物進行采樣,與一個安裝在氣相色譜進樣器前的熱揮發裝置配套,直接進行揮發性有機污染物分析定量。固相微萃取的最大優點是不需要有機溶劑來萃取或洗脫,采樣是以被動方式進行的,需要將SPME器件浸在水中或處于頂空位置,并達到液/固或氣/固平衡后取出。根據有機物在SPME/水(或氣)中的分配系數來進行目標物在水中濃度的定量。
          計算不確定度分量大致可分為隨機變化估計、回收不確定度估計、總性能研究的不確定度等。由于稱量過程而引起的不確定度,實驗時,我們將天平的靈敏度進行調整,測量的可能值區間為半個區間,由誤差引起不確定度。重復稱量引起的不確定度,實驗時將砝碼放在天平上反復稱量,觀察變動性標準差引入標準不確定度。

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          ▲岐昱多肽固相合成反應釜

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