在中國,環境問題日趨嚴重,也越來越受到大眾的廣泛關注。對于環境的監測和治理也上升到國家戰略層次上來。這就對全國各級環保相關部門實驗室有著較高要求。
由于環境是一個極其復雜的系統,環境樣品千差萬別。每種樣品幾乎包含了幾十甚至幾百種組分;而各組分的濃度不但很低,相互之間的影響很大;所以環境樣品通常需要進行預處理后才可以進行各種儀器分析,否則,非但得不到可靠的數據,而且還會污染測試系統,影響儀器的性能。所以在環境有機樣品的分析中,前處理過程無疑是重中之重,直接影響到實驗室的工作效率,和最終結果的可靠性。
前處理的原則主要有以下幾點:
盡量保留待檢測的目標物
盡量去除待檢測目標物以外的干擾雜質
盡量減少樣品轉移的次數
盡量使不同批次的處理過程及參數一致,保證平行性
由于樣品量大,須每次前處理過程盡可能做更多的樣品。
一、環境類樣品中重金屬分析前處理設備的選擇
分析環境樣品中的重金屬元素,對環境樣品的評價及監測有著重要的意義。而樣品的前處理方法是準確測定環境樣品中重金屬含量的一個最重要環節。國外許多文獻對環境樣品樣品的前處理是采用王水消解方法,而我國國標多采用混酸完全消解的方法。
1、傳統的消解手段
目前環境樣品重金屬檢測的樣品前處理中使用較為廣泛的是電熱板消解,電熱板因其價格便宜且可以實現較為精確的控溫已經逐漸取代電爐成為無機實驗室的必備設備,但其處理樣品量較少,用時長耗酸量大。實驗人員需要隨時觀察樣品的消解狀況,使得實驗室人員的精力主要消耗在樣品消解的過程中,如何提高樣品前處理的效率就成了擺在各個實驗室面前的首要問題。2003年,LabTech自主研發了國內首臺消解器(DigiBlock電熱消解儀),引入無需樣品轉移的消解-趕酸-定容的“一站式”消解理念。最多可以做54個樣品。
2、全自動的消解手段

LabTech AutoDigiBlock全自動消解儀將環境樣品消解過程程序化標準化,大大降低了對實驗人員經驗的要求,用戶只需向消解管中稱量樣品,打開并運行內置的環境樣品消解方法,AutoDigiBlock在軟件控制下自動完成所有的消解程序,包括加酸、搖勻樣品、程序升溫消解、趕酸、定容。可連續處理60個樣品。
3、微波消解手段

使用微波消解的優點密封容器內部產生的壓力使試劑的沸點升高,因而消解溫度較高。高溫和高壓可顯著的縮短樣品的分解時間,而且使一些難溶解物質易于溶解。揮發性元素化合物如:As、Cr、Hg、Sb、Se、Sn將保留在容器內,因而這些元素將保存在溶液中。試劑用量大為減少了,又是密閉的容器,節省了成本,也減少了有毒氣體的排放,減少了污染。
LabTech ETHOS UP微波消解儀大功率(1900W)、大腔體(70.5L)、大稱樣量(0.5g-1.0g),多位數(44)成倍提高消解效率。
二、環境類樣品中污染性有機物分析前處理設備的選擇
環境類樣品中有機污染物,主要檢測目標物一般為持久性有機污染物(Persistent Organic Pollutants,簡稱POPs)、揮發或半揮發性有機污染物。而在有機前處理過程中,大致包含:提取、凈化、濃縮等過程。
1、提取設備的選擇
一般分析儀器所需的樣品形態為溶液狀態,所以對于固體或半固體的環境樣品來說,首先須從樣品中將待測目標物提取出來。傳統的方法或設備是超聲提取或索氏提取。然而傳統方法費時費力、又浪費溶劑,且由于每次提取的過程很難保證條件一致,經常導致批量的結果不平行。

近些年來,快速溶劑萃取技術得到了廣泛的應用,它采用高溫高壓的形式進行提取,從時間上來說,將傳統的十幾甚至二十幾個小時的提取時間縮短為20-30分鐘,使用溶劑量也從幾百毫升縮小至十幾甚至幾毫升。并且由于是自動化儀器控制,每個樣品的提取條件完全一致,從而平行性也得到了很大的改善。HPSE Gemini 不僅具有雙通道壓力溶劑萃取,并且還可實現提取-定量濃縮-在線固相萃取的整套過程,自動化程度非常高,可提高實驗室效率。
2、濃縮設備的選擇

MV 5 高通量平行濃縮儀
一般提取之后,溶液的體積是不確定或是提取的溶劑不符合后續處理的要求,所以往往在提取之后都要有濃縮凈化的過程。傳統的濃縮大多使用旋轉蒸發儀或是氮吹儀。而這兩種傳統的設備都有自動化程度低,須人員看守的缺點。
而自動化的濃縮設備可具有一系列全自動的功能,如自動定容、自動氮吹針下降、濃縮結束后可自動報警等功能,且一般自動化的的濃縮設備都可支持大通量的樣品處理,從6位到54位的處理量,大大提高了實驗室的濃縮效率。
LabTech MultiVap-8即可實現8位同時濃縮,并獨立定容高效率和自動化的設計,又有但吹管角度可調節,并具有前開窗觀察濃縮狀態的人性化設計。
LabTech MV5 可實現54位樣品同時濃縮,并且氮吹針可自動下降,保證濃縮效率,節省氮氣消耗,同樣也具有前開窗觀察濃縮狀態的人性化設計。
LabTech AdVap可實現6位樣品的自動濃縮、在濃縮之前可進行在線脫水的處理,可全自動實現干燥除水-濃縮-定容一系列過程。
3、凈化設備的選擇

由于環境樣品的成分極其復雜,一般在提取過程中,不僅把待測的物質提取出來,同時也將其它干擾物也提取到溶液當中,所以在分析之前必須將干擾物去除掉。
根據分離機理不同,自動化的凈化設備主要分為全自動凝膠凈化系統、全自動固相萃取系統、及相互的聯機配合使用。
凝膠凈化是根據樣品中各組分分子尺寸的不同進行分離,傳統的凝膠凈化過程采用的是玻璃填充柱的形式,而這種形式按照EPA3640方法推薦的鑒定方法,分離一個樣品須60min,以5mL/min的流速計,分離一個樣品就需要300多mL。不僅效率低下,而且浪費溶劑。
LabTech全自動凝膠凈化系統采用獨特設計的不銹鋼凝膠柱,相同條件下分離一個樣品僅需二十幾分鐘,僅需一百多毫升的流動相,大大提高了實驗室處理樣品的效率,同時也節省了溶劑的消耗。
固相萃取的凈化方法,由于過程簡單、吸附劑選擇種類豐富。幾乎每個實驗室都要用到這種凈化方法,然而,大部分實驗室仍使用手動的方式進行處理。手動的固相萃取過程不僅枯燥乏味,如果實驗室樣品量較大時,實驗人員往往加班加點也很難完成任務。更重要的是在過程中流速等重要參數無法精準控制,從而得到的數據很難穩定。并且手動固相萃取一般都是全敞開式,對實驗人員的健康也是非常不利的。
LabTech SepLine全自動固相萃取系統可最多自動化進行60位或124位樣品的處理,并且系統密閉環保,可無人值守,通過軟件設置好參數全自動地運行。大大提高了實驗室固相萃取凈化的效率,并且降低里實驗室有機試劑的污染。
LabTech Sepaths UP全自動柱-膜通用固相萃取系統,既可使用萃取柱也可使用萃取膜,兼顧了大小體積的處理,完全適合環境類實驗室既需要處理環境樣品等小體積樣品,也需要處理環境水大體積樣品的需求。
4、聯機與各部分獨立的優缺點

在有的方法中,須同時用到GPC凝膠凈化和固相萃取凈化兩種凈化方法,中間還有濃縮的過程,例如環境樣品檢測方法在國標《GBT 14550-2003 土壤中六六六和滴滴涕測定的氣相色譜法》中凈化部分參照了《GB/T 5009.146-2008 植物性食品中有機氯和擬除蟲菊酯類農藥多種殘留量的測定》就同時使用了GPC凝膠凈化和固相萃取凈化兩種凈化方法,所以,市面上也有一些將這幾個功能單元組成聯機平臺的產品。
聯機系統的優點在于,一個樣品完全自動化,只需將樣品提取液放到系統中,系統會全自動的進行兩步凈化以及定量濃縮,比較方便,但是缺點也是較明顯的。比如單個樣品時間過長(每個樣品1.5-2個小時),萬一中間過程出點意外,不好排查的問題。
而各系統分別獨立的優勢在于,幾套系統同時工作,單位時間內的效率會大大提高。例如獨立GPC0.5小時一個樣品,Multivap-8定量平行濃縮儀濃縮0.5個小時可以濃縮最少8個樣品,SepLine-S4 四通道全自動固相萃取系統0.5小時可以一次做4-8個樣品。提高工作效率。
同樣2個小時,聯機只能處理一個樣品,而三臺系統同時工作,在2個小時內可以處理GPC 4個樣品,SPE 16-20個樣品,定量濃縮可處理32個樣品。效率比聯機高出很多倍。并且自動定容濃縮儀8個通道,某個通道結束工作后可以隨時添加樣品。方便快捷。
總之,環境類樣品成分復雜,種類繁多。選好合適的前處理設備,對實驗室的工作有著重要的影響。