利(li)用(yong)超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)高效提取(qu)水樣(yang)中(zhong)的(de)有機(ji)汙染(ran)物(wu)

摘要(yao)：在(zai)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)與水質(zhi)分析(xi)中(zhong)，水樣(yang)中(zhong)有(you)機(ji)汙染(ran)物(wu)（如多(duo)環(huan)芳(fang)烴、酚(fen)類(lei)、農(nong)藥、石油烴等）的提取(qu)是(shi)前處理的核(he)心環(huan)節(jie)。超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)結合(he)了超(chao)聲(sheng)波的(de)“空(kong)化效(xiao)應"與水浴(yu)的恒(heng)溫(wen)振(zhen)蕩功能(neng)，因(yin)其提取(qu)效(xiao)率高、操作簡便(bian)、設(she)備成(cheng)本低且重現(xian)性(xing)好(hao)，已(yi)成為(wei)實(shi)驗(yan)室(shi)替代傳(chuan)統(tong)索氏(shi)提取(qu)和(he)液(ye)液(ye)萃(cui)取(qu)的(de)主流技術之(zhi)壹。

壹、 引言(yan)：前處理決(jue)定分析(xi)結果(guo)的上(shang)限

在(zai)現(xian)代色(se)譜(pu)分析(xi)（GC-MS, HPLC）中(zhong)，儀器(qi)的(de)精度越(yue)來越(yue)高，但數(shu)據(ju)的(de)準確(que)性(xing)往(wang)往(wang)受限(xian)於樣品(pin)的(de)前處理。對(dui)於(yu)大體積水樣(yang)中(zhong)的(de)痕量有機(ji)汙染(ran)物(wu)，如何(he)將(jiang)目標物(wu)從(cong)水相(xiang)中高效、完整地(di)轉移至(zhi)有(you)機(ji)相(xiang)中，是(shi)實(shi)驗(yan)成(cheng)敗(bai)的關(guan)鍵。超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)提供了壹(yi)種(zhong)“機(ji)械(xie)振動+空(kong)化爆(bao)破(po)"的復(fu)合(he)能量場，極大(da)地加(jia)速(su)了目標物(wu)從(cong)水相(xiang)向溶(rong)劑(ji)界(jie)面的擴(kuo)散速(su)率。

二、 核(he)心原(yuan)理(li)：空(kong)化效(xiao)應與熱力學(xue)作用的(de)協(xie)同

超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)在(zai)提取(qu)過程(cheng)中發揮作用的(de)機(ji)制(zhi)主要包括兩(liang)點：

超(chao)聲(sheng)波的(de)空(kong)化效(xiao)應：

當超(chao)聲(sheng)波在(zai)清(qing)洗液(ye)中(zhong)傳(chuan)播(bo)時，會產(chan)生數(shu)以萬計的(de)微小氣泡。這些(xie)氣泡在(zai)聲(sheng)波(bo)的(de)負(fu)壓(ya)相(xiang)生長，在(zai)正(zheng)壓(ya)相(xiang)迅(xun)速(su)閉(bi)合破(po)裂(lie)。

氣泡破裂瞬間，其周圍(wei)會產生的(de)微激流(liu)（沖(chong)擊(ji)波(bo)）和(he)局部高溫高壓(ya)。這種(zhong)劇烈(lie)的機(ji)械(xie)攪拌(ban)作用，能(neng)夠(gou)破(po)壞有機(ji)汙染(ran)物(wu)與(yu)水體之間(jian)的(de)結合(he)力，粉(fen)碎樣(yang)品的(de)表(biao)面吸附(fu)層(ceng)，大(da)大(da)增(zeng)加溶劑(ji)與(yu)目標物(wu)的(de)接(jie)觸(chu)面積，從(cong)而(er)加(jia)速(su)提取(qu)過程(cheng)。

恒溫(wen)水浴(yu)振蕩(dang)：

水浴(yu)加熱(re)提供了提取(qu)所需(xu)的熱(re)能，提高分子(zi)運(yun)動(dong)速(su)率，促進溶劑(ji)分子(zi)的(de)滲(shen)透。機(ji)械(xie)振蕩使得水樣(yang)和(he)萃取(qu)溶(rong)劑(ji)處(chu)於動態混(hun)合(he)狀態，避(bi)免(mian)了兩(liang)相(xiang)界(jie)面的飽(bao)和(he)，維持了高濃(nong)度(du)的(de)傳(chuan)質(zhi)推(tui)動(dong)力(li)。

三(san)、 實(shi)驗(yan)操(cao)作流程(cheng)（以提取(qu)PAHs為(wei)例）

利用(yong)超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)提取(qu)有(you)機(ji)汙染(ran)物(wu)，通(tong)常(chang)遵(zun)循以下標準流(liu)程(cheng)：

步驟(zhou) 1：樣品(pin)采(cai)集(ji)與(yu)保存(cun)

使用棕(zong)色(se)玻(bo)璃(li)瓶(ping)采(cai)集(ji)水樣(yang)（避(bi)免(mian)塑(su)料吸附(fu)），避(bi)免(mian)引(yin)入氣泡。

根(gen)據(ju)目標物(wu)性(xing)質(zhi)，添(tian)加(jia)適量保存(cun)劑(ji)（如硫(liu)酸(suan)調pH<2抑(yi)制(zhi)微生物(wu)降解，或加(jia)抗壞血(xue)酸(suan)除余(yu)氯）。

冷藏避(bi)光(guang)運(yun)輸(shu)，盡(jin)快(kuai)提取(qu)。

步驟(zhou) 2：萃取(qu)溶(rong)劑(ji)選(xuan)擇

原則(ze)：“相(xiang)似(si)相(xiang)溶"。

對(dui)於(yu)非(fei)極性(xing)汙染(ran)物(wu)（如石(shi)油類(lei)、多(duo)環(huan)芳(fang)烴）：通常選(xuan)用正己(ji)烷(wan)或環己(ji)烷(wan)。

對(dui)於(yu)極性(xing)汙染(ran)物(wu)（如酚(fen)類(lei)、農(nong)藥）：通常(chang)選(xuan)用二氯甲烷(wan)或乙酸(suan)乙(yi)酯，或正(zheng)己(ji)烷(wan)與(yu)丙酮的(de)混合液(ye)。

體積比(bi)：通常(chang)水樣(yang)體積與(yu)萃(cui)取(qu)劑(ji)體積之(zhi)比(bi)為(wei) 10:1 到 5:1（如取(qu)1L水樣(yang)，加(jia)50-100mL溶(rong)劑(ji)）。

步驟(zhou) 3：超(chao)聲(sheng)提取(qu)

將轉(zhuan)移好(hao)的水樣(yang)和(he)溶劑(ji)置(zhi)於分液(ye)漏鬥(dou)或萃(cui)取(qu)瓶(ping)中(zhong)。

放入超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)中(zhong)。

關(guan)鍵參數(shu)設(she)置(zhi)：

溫度(du)：設置(zhi)為(wei)室(shi)溫或略(lve)高（如30℃-40℃）。

*註意：溫度(du)過高會導(dao)致易(yi)揮發有(you)機(ji)物(wu)損失或溶(rong)劑(ji)揮發爆(bao)炸。*

時間(jian)：通常(chang)為(wei)15-30分鐘(zhong)。超(chao)聲(sheng)時間(jian)過長會(hui)增(zeng)加共萃(cui)取(qu)物(wu)（幹(gan)擾(rao)）。

功率：中高檔位(wei)，確(que)保水浴(yu)中有(you)明(ming)顯的空(kong)化氣泡產生。

此階(jie)段(duan)，水浴(yu)槽中(zhong)的(de)水作為傳(chuan)導(dao)介質(zhi)，能(neng)量透過玻(bo)璃(li)瓶(ping)壁(bi)作用於(yu)內部混(hun)合(he)液(ye)。

步驟(zhou) 4：分離(li)與(yu)幹(gan)燥

萃取(qu)結束(shu)後，靜置(zhi)分層。

收集(ji)有(you)機(ji)相(xiang)層。

通過無水硫(liu)酸(suan)鈉（Na₂SO₄）柱進行幹(gan)燥，去(qu)除(chu)微量水分。

步驟(zhou) 5：濃(nong)縮(suo)（可選(xuan)）

若(ruo)濃(nong)度(du)低於儀器(qi)檢(jian)出(chu)限(xian)，需使用旋轉(zhuan)蒸發儀或氮吹儀對(dui)提取(qu)液(ye)進行濃(nong)縮(suo)定容(rong)。

四(si)、 相(xiang)較於(yu)傳(chuan)統(tong)方(fang)法的優(you)勢(shi)

五(wu)、 實(shi)驗(yan)中(zhong)的(de)關(guan)鍵控(kong)制(zhi)點與註意事(shi)項(xiang)

為了確(que)保實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)的(de)準確(que)性(xing)和(he)可重復性(xing)，操作時需(xu)特(te)別(bie)註意：

1.水位(wei)與(yu)接(jie)觸：

確(que)保水浴(yu)槽中(zhong)的(de)水位(wei)高於萃取(qu)瓶(ping)內的液(ye)面。超(chao)聲(sheng)波主要通過水傳(chuan)播(bo)，若(ruo)水位(wei)低於瓶(ping)內液(ye)面，能量傳(chuan)遞將(jiang)大幅(fu)衰(shuai)減。

3.防止交(jiao)叉汙染(ran)：

瓶(ping)外(wai)壁(bi)不要貼標簽紙(zhi)（脫落(luo)會汙染(ran)水浴(yu)）。

定期(qi)更(geng)換浴(yu)槽中(zhong)的(de)水，保持清潔。

不同樣(yang)品(pin)的萃(cui)取(qu)瓶(ping)之(zhi)間(jian)保持適當距離(li)，防止受熱(re)不均(jun)。

4.玻璃(li)器(qi)皿吸附(fu)問(wen)題(ti)：

對(dui)於(yu)痕量有機(ji)物(wu)，玻(bo)璃(li)器(qi)皿壁的吸附(fu)不(bu)可忽(hu)視。使用前需在(zai)馬弗(fu)爐中(zhong)高溫灼(zhuo)燒(shao)或用(yong)有(you)機(ji)溶(rong)劑(ji)潤洗。

5.溫度(du)控(kong)制(zhi)：

嚴禁(jin)無水幹(gan)燒(shao)！必(bi)須先(xian)加水後(hou)開(kai)電(dian)源(yuan)。

對(dui)於(yu)揮發性(xing)強(qiang)的樣(yang)品(pin)（如揮發性(xing)鹵代烴），不建議使用超(chao)聲(sheng)加熱(re)提取(qu)，應采用頂空(kong)或吹(chui)掃(sao)捕(bu)集(ji)法。

6.乳化現(xian)象的(de)處理：

若(ruo)水樣(yang)中(zhong)表(biao)面活性(xing)劑(ji)或有(you)機(ji)質(zhi)含(han)量高，超(chao)聲(sheng)振蕩(dang)可能導(dao)致乳化（分層困難）。此(ci)時(shi)可采用(yong)冷(leng)凍(dong)法（放入冰(bing)箱(xiang)冷凍(dong)層(ceng)）破(po)乳，或離(li)心(xin)處(chu)理，不(bu)可盲目使用鹽析(xi)法（可能影響後續(xu)儀器(qi)分析(xi)）。

六、 未來趨勢(shi)：智能化與(yu)自(zi)動化

隨著(zhe)分析(xi)化學(xue)的(de)發展，傳(chuan)統(tong)的超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)正(zheng)朝(chao)著自(zi)動化方(fang)向演(yan)進：

全自(zi)動(dong)超(chao)聲(sheng)萃取(qu)儀：集(ji)成(cheng)了自(zi)動(dong)加液(ye)、超(chao)聲(sheng)振蕩(dang)、自(zi)動(dong)排(pai)液(ye)、自(zi)動清洗功(gong)能，實(shi)現(xian)了無人值(zhi)守的(de)批(pi)量處理，減少了人(ren)員(yuan)接觸有機(ji)溶(rong)劑(ji)的(de)危(wei)害。

聚焦(jiao)超(chao)聲(sheng)技術(shu)：將超(chao)聲(sheng)波能(neng)量直接聚焦(jiao)於探(tan)頭（探頭式(shi)超(chao)聲(sheng)），能量密度更高，提取(qu)時(shi)間可縮(suo)短至幾分鐘(zhong)，但(dan)目前對(dui)水樣(yang)處(chu)理(li)的應用尚不如水浴(yu)槽普(pu)及。

七、 結語(yu)

超(chao)聲(sheng)波水浴(yu)振蕩(dang)器(qi)以其經濟(ji)、高效、實(shi)用(yong)的特點，成為(wei)了水樣(yang)有(you)機(ji)汙染(ran)物(wu)提取(qu)的(de)“中堅(jian)力(li)量"。它巧妙(miao)地利用(yong)了物(wu)理(li)聲(sheng)學(xue)原(yuan)理，解決(jue)了傳(chuan)統(tong)手工(gong)萃取(qu)效(xiao)率低、重現(xian)性(xing)差(cha)的(de)痛(tong)點。盡管(guan)在(zai)面對(dui)極(ji)復雜基(ji)質(zhi)時(shi)可能不(bu)如固(gu)相(xiang)萃取(qu)（SPE）凈化，但(dan)在(zai)常(chang)規(gui)水質(zhi)監(jian)測(ce)的大(da)批量篩選(xuan)任務中，它依(yi)然是實(shi)驗(yan)室(shi)高效工(gong)具(ju)。