水环境样品前处理技术

水环境样品前处理技术 摘要：水环境样品的制备技术很多，本文介绍了常用的分离和富集技术包括过滤、 挥发、沉 淀、蒸馏和离子交换分离法， 还包括溶剂萃取、 膜分离、 固相萃取、 微波消解和蒸汽消解等。 关键字：分离；富集；萃取；消解 水环境样品包括水样、底质和水生生物三大类， 由于所处的地质条件、 工农业生产状况 以及生活风俗习惯的差异，样品中的污染物种类也多，成分复杂， 某些组分含量低，并且存 在大量的干扰物质。 在样品的分析测试之前， 需要进行样品的处理， 将有代表性的、 均匀的、 尺寸合适的样品，进行不同程度的处理， 使待测组分的回收率高、干扰小、检测浓度范围佳 和费用最省，并且与分析方法相适应，保证分析数据的有效、准确。 1 1 分离和富集技术分离和富集技术 在水环境样品分析检测中,由于样品成分复杂，干扰因素多，当待测物的含量处于低于分析 方法的检出下限时，必须对待测组分进行分离和富集。 1.11.1 过滤过滤 通过过滤介质的表面或滤层截留水样品中悬浮固体和其他杂质的过程称为过滤。 影响过 滤的因素包括溶液温度、黏度、过滤压力、过滤介质的孔隙和固体颗粒的状态。 （1）过滤方法 1）常压过滤 常压过滤是指在常压情况下， 利用普通漏斗的过滤方法。 常压过滤如图 1 所示。此法用 于过滤胶体或细小晶体，多用于固液的定量分离，过滤速度较慢。例如在测量水样在103～ 105℃烘干的可滤残渣实验中，需用孔径0.45μm的滤膜过滤水样。 图 1常压过滤图 2减压过滤 2）减压过滤（抽滤） 减压过滤是利用真空泵产生的负压带走瓶内的空气， 使抽滤瓶内的压力减小， 使布氏漏 斗的液面和瓶内产生压力差， 加快过滤速度。减压过滤如图 2 所示。此法不适合用于过滤粒 径太小的固体或胶体颗粒物。若过滤溶液呈强酸性和氧化性，应采用玻璃砂芯漏斗过滤。 （2）离心分离法 离心分离法是利用不同物质之间的密度等差异，用离心力场进行分离和提取的物理 分离技术。此法适用于被分离的沉淀物很少或者沉淀颗粒极小的小体积水样。实验室内 常用电动离心机。例如在测定水样“真实颜色”时，可用离心分离法去除水样中的悬浮 物。 1.21.2 蒸馏和分馏蒸馏和分馏 （1）蒸馏 1 蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低 沸点组分蒸发， 再冷凝以分离整个组分的单元操作过程， 是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。 蒸馏是分离和提纯液态化合物最常用最重要的方法之一。 1）常压蒸馏 常压蒸馏就是在正常一个大气压下进行的蒸馏过程。 此法适用于液体混合物中的各组分 沸点有较大差别的分离，且组分间互溶的液体混合物。蒸馏装置如图3 所示。 2）水蒸气蒸馏 水蒸气蒸馏是指将混合物液体中含有挥发性成分的组分与水共蒸馏， 使挥发性成分随水 蒸气一并馏出，经冷凝后分离挥发性成分的方法。 此法适用于具有挥发性、 能随水蒸气蒸馏 而不被破坏、在水中稳定且难溶或不溶于水的组分的分离。水蒸气蒸馏装置如图4 所示。 图 3常压蒸馏图 3）减压蒸馏 液体的沸腾温度指的是液体的蒸气压与外压相等时的温度。当外压降低时，液体的 沸腾温度随之降低。降低蒸馏系统内压力，就可以降低液体的沸点，使高沸点的物质在较 低的温度下能够被蒸出。 此法适用于常压蒸馏时不能够达到沸点， 或容易分解、氧化或聚合 的物质。蒸馏装置如图 5 所示。 图 4水蒸气蒸馏图 5减压蒸馏 1-水蒸气发生器;2-安全玻管;3-导气管; 1-克氏蒸馏头;2-接收器;3-毛细管;4-螺旋夹; 4-蒸馏瓶;5-蒸馏头;6-冷凝管;7-螺旋塞 5-吸滤瓶;6-水银压力计;7-二通旋塞;18-导管 （2）分馏 分馏是利用分馏柱将多次气化 —冷凝过程在一次操作中完成的方法，分馏实际上是 多次蒸馏。此法适合于分离提纯沸点相差不大的液体有机混合物。 分馏混合液沸腾后蒸气进入分馏柱中被部分冷凝， 冷凝液在下降途中与继续上升的 蒸气接触，二者进行热交换，蒸汽中高沸点组分被冷凝，低沸点组分仍呈蒸气上升，而 冷凝液中低沸点组分受热气化，高沸点组分仍呈液态下降。结果是上升的蒸汽中低沸点 2 组分增多，下降的冷凝液中高沸点组分增多。如此经过多次热交换，就相当于连续多次 的普通蒸馏。以致低沸点组分的蒸气不断上升，而被蒸馏出来；高沸点组分则不断流回 蒸馏瓶中，从而将它们分离。分馏装置如图 6 所示。 图 6分流装置 1.41.4 蒸发浓缩蒸发浓缩 蒸发浓缩是指在电热板上或者水浴中加热样品，使水分缓慢蒸发，达到缩小水样体积， 浓缩待测组分的目的。 例如姜黄素光度法测定水样中硼时， 若硼含量过低， 可吸取较多水样， 移入蒸发皿中，加入少许饱和氢氧化钠溶液，使之成碱性后在水浴上蒸发。 1.51.5 沉淀沉淀 沉淀分离是根据溶解度的不同，控制溶液条件使溶液中的化合物或离子分离的方法。 例如重量法测定水样中硫酸盐含量中，将水样用盐酸酸化，与加入的氯化钡形成硫酸钡 沉淀，再接近沸腾的温度下进行沉淀。 1.61.6 离子交换富集离子交换富集 离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相 中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，同时离子交换固 体释出等价离子回溶液中。应用最广泛的离子交换固体是离子交换树脂，强酸性阳离子 树脂用于富集金属阳离子，强碱性阴离子树脂用于富集阴离子。例如在离子色谱法测定 水样中阴离子中，对于污染严重成分复杂的样品，可采用阳离子交换树脂（Y2X8）的 预处理柱，有效去除水样中所含重金属离子，同时对所测定无机阴离子均不发生吸附。 1.71.7 吸附吸附 吸附是指当水样与多孔固体接触时 , 水样中某一组分或多个组分在固体表面处产生积 蓄，达到分离，吸附过程常常是物理吸附和化学吸附同时存在。 例如气象色谱法测定水样中 有机氯农药中，可用大网状树脂（DA201）吸附有机氯农药，然后用无水乙醇解吸。 2 2 样品消解技术样品消解技术 在进行水环境样品（水样、底质、水生生物）的无机元素测定时，需要对水环境样品进 行消解处理。消解的作用就是破坏有机物、 溶解颗粒物，并将各种价态的元素氧化成单一高 价态，或者转换成易于分解的无机化合物。 常用的消解方法有湿式消解法、 干灰化法和微波 消解法。 2.12.1 湿式消解法湿式消解法 湿式消解法是在氧化性酸和催化剂的存在下， 在一定的温度和压力下， 借助化学法应使 样品分解， 将待测成分转化为离子形式存在于消解液中以供测试的样品处理方法。 其影响因 素包括酸的组成和用量、消化温度、消化时间和消化方式。 （1）硝酸消解法 此法适用于较清洁的水样。 例如原子荧光法测定水样中的硒，取均匀混合的试样50～2OOml，放入烧杯中，加入硝 3 酸 5～10ml，在电热板上加热蒸发（不要沸腾）至1ml 左右，若试液混沌不清，颜色较深， 再补加 2ml 硝酸，继续消解至试液清澈透明，呈浅色或无色，并蒸发至近干，取下稍冷，加 入 2%的稀硝酸，温热溶解可溶性盐类，若出现沉淀，用中速滤纸滤入50ml 容量瓶中，用去 离子水稀释至标线，待测。 (2）硝酸-硫酸消解法 此体系为最常用的消解组合， 两种酸都具有较强的氧化能力， 且能