水样分析检测中样品前处理过程的探讨

水样分析检测中样品前处理过程的探讨

刘闪闪

福建中检创信检测技术有限公司

摘要：水资源在人类社会发展中扮演着重要的角色，对高质量发展至关重要。然而，我国长期面临水资源危机和水环境污染等问题，这些问题限制了经济发展，并威胁人类正常生活。水质分析检测对水生态建设至关重要。为了提高水样分析检测的准确性和敏感度，必须在检测前进行适当的样品前处理。本文分析和探讨了水样检测中的样品前处理过程，旨在推动中国水样检测分析工作的进一步发展。

关键词：水样，分析检测，样品前处理

1、引言

水是生命之源，也是生态系统的基础。习近平总书记强调了水生态建设的重要性，党的二十大也明确提出了推动江河湖库生态保护治理和城市黑臭水体的基本消除。水质分析是水生态建设的基础，我国已经建立了一系列海水、湖水、饮用水、废水等的卫生标准和规范，不同环境下有相应的监测指标和检测方法。在水样的理化检测中，样品前处理过程起到关键作用。样品前处理过程约占整个分析时间的三分之二，至少有三分之一的误差来自于样品前处理，这使得样品处理成为水样检测的重要问题[1-3]。高效、高通量、环保、自动化的样品前处理对于提高水样检测的选择性、灵敏度和分析速度具有重要意义，也为水生态建设奠定了坚实基础。

2、水样监测指标及其检测方法

2.1 水样监测指标

在不同环境下监测的水质指标及其限量略有差异，但总体检测指标主要分为以下几方面[4]：①感官性状和物理指标（色度、浑浊度、pH值、电导率、溶解性总固体等）；②无机非金属指标（硫化物、氯化物、氟化物、硝酸盐、磷酸盐等）；③金属指标（铝、铁、锰、铜、锌等）；④有机物综合指标（耗氧量、生化需氧量、石油、总有机碳等）；⑤有机物指标（微囊藻毒素、烯烃类物质、苯系物等）；⑥农药指标（有机磷、有机氯、拟除虫菊酯、酰胺类化合物、脲类化合物等）；⑦消毒剂及其副产品指标（游离余氯、氯胺、二氧化氯、臭氧、氯酸盐等）；⑧微生物指标（菌落总数、总大肠菌数、耐热大肠菌数、大肠埃希氏菌、贾地鞭毛菌等）；⑨放射性指标（总α放射性及总β放射性）。

2.2 标准检测方法

在我国相关标准中，根据物质的理化性质差异，检测方法也有所不同，甚至对于同一物质也有多种检测方法。例如，在重金属检测中，常用的方法包括分光光度法、火焰原子吸收分光光度法、无火焰原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。对于有机物，可以选择气相色谱或液相色谱分析，或者对一些严格的标准使用色谱串联质谱法，以提高选择性和检测限。当然，对于某些指标，还存在较简单的检测方法，例如目视比色法、比浊法、分光光度法、阳极溶出伏安法、氧化还原滴定法和重量法等用于无机非金属物质。需要注意的是，大多数样品都需要经过适当的样品前处理才能进行分析，这有助于去除干扰物质、富集待测物质、减少待测成分的体积、提高分析方法的重现性和准确度，并保护分析仪器和测试系统。接下来，将概述常见的几种样品前处理过程。

3、水样检测中样品前处理过程及其拓展

3.1 经典样品前处理过程

3.1.1 离心及过滤

离心技术利用旋转力和物质的沉降差异进行分离、浓缩和提纯，而过滤则通过物质的密度或尺寸差异使悬浊液通过过滤介质进行固液分离。这两种方法是最常用的，通常用于初步筛选或采集藻类、微生物和细胞等大分子生物。

3.1.2 浓缩与蒸馏

浓缩是将溶质从均匀溶液中分离或部分分离的过程，通常涉及传热操作。浓缩的目标是使待测样品达到仪器检测的浓度或进行溶剂转换。蒸馏是根据液体混合物中液体和蒸汽中分布组分的差异进行分离，主要用于挥发性和半挥发性有机物的分离和纯化。这两种方法的分离效果取决于物质的物理性质，并且通常需要加热，通过减压来降低液体的沸点，从而减少加热温度和时间。

3.1.3 化学分离法

化学分离法利用目标分析物与基质中其他物质的化学性质差异，快速分离和纯化目标分析物。例如，根据无机化合物的溶解度或沉淀系数的差异进行结晶分离或沉淀分离，以实现金属离子或无机非金属物质的分离和纯化。通过离子交换、电渗析、电化学分离和盐析等方法可以去除或收集不同盐类物质。微波消解是一种利用物质的离子导电性和分子极化特性进行加热分解的技术，通常用于蛋白质、微量元素、有机物和添加剂的样品前处理。
   然而，这些经典的样品前处理过程通常操作繁琐、耗时、误差大、检测限高、准确度低，因此近年来分析化学家们致力于开发更高效的样品前处理过程。

3.2 相分配样品前处理过程及其拓展

3.2.1 液-液萃取

液-液萃取利用不同溶剂中目标物质的溶解度或分配系数不同的原理，将物质从一个溶剂迁移到另一个溶剂。通过多次重复萃取，可以有效地提取大部分化合物，该过程包括萃取、洗涤和反萃取。液-液萃取中，有机溶剂的选择、盐效应、pH值、萃取时间和温度等因素都会影响萃取效率。随着液-液萃取技术的发展，它变得简单易行、具有大容量样品处理能力，因此成功应用于工业处理。

3.2.2 液相微萃取

为了减少有机溶剂的使用和减少环境污染，液相微萃取应运而生。它将萃取、净化、浓缩和预分离集于一体，具有高效、低有机溶剂消耗、快速和敏感的优点，是一种环保的样品前处理方法。尽管目前它主要用于少量样品的检测，但已在实验研究中广泛使用，未来有望成为标准检测方法的一部分。

3.3 相吸附样品前处理过程及其拓展

3.3.1 固相萃取

固相萃取是一种在20世纪70年代后兴起的样品前处理技术，它使用固体吸附剂将目标化合物吸附，并将其与样品基质和干扰物质分离，然后用洗脱剂洗脱或通过加热来实现分离和富集目标化合物的目的。固相萃取的优点包括高回收率和富集因子、低有机溶剂消耗、高选择性的吸附剂、容易采集分析物、处理小样品量、操作简便、费用低廉、易于自动化等。固相萃取需要考虑吸附剂的选择、活化溶剂的选择、样品体积的优化、淋洗剂的选择和洗脱溶剂的选择等因素。

3.3.2 固相微萃取

固相微萃取是基于固相萃取原理的一种便携式样品前处理方法，它实现了样品的吸附、浓缩和解吸，并且几乎不产生二次污染，适用于不同基质样品中挥发性和非挥发性物质的萃取分析。与传统的液-液萃取和固相萃取相比，固相微萃取设备携带方便、操作简单、快速，无需有机溶剂，样品用量少、富集效率高、分析时间短，特别适合现场分析。虽然尚未被纳入水质分析检测的国家标准中，但在其他方向的国家标准中已经推荐了该方法。

3.3.3 磁性固相萃取

磁性固相技术使用磁性吸附剂将目标分析物吸附，然后通过外部磁场迅速分离磁性吸附剂，将富集目标分析物的吸附剂洗脱，最终实现对目标物的富集和分离。这种技术具有分离速度快、吸附剂比表面积大、可重复使用等优点，已广泛应用于分析化学和环境化学领域，如PAHs、药物、农药、染料、多氯联苯、溴代阻燃剂、雌激素和重金属元素等的富集和检测。这种方法有望成为标准检测方法的一部分。

4、结论

在水样分析检测中，样品前处理过程通常需要比实际分析更多的时间。因此，样品前处理技术的研究一直是分析化学的关键问题之一。快速、简便、自动化的样品前处理技术可以节省时间、减少误差、降低对环境的影响，并提高检测结果的准确性和可重复性。随着不断的探索和发展，这些技术有望为水样分析检测工作提供更多便利，为水质监测和水生态建设提供坚实的支持。

参考文献：

[1] 黄骏雄. 环境化学，1994，13(1):95.

[2] 王立, 汪正范. 色谱分析样品处理：2版. 北京：化学工业出版社，2006.

[3] 刘震. 现代分离科学. 北京：化学工业出版社，2017.

[4] 中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会. GB/T 5750.1-2006.—GB/T 5750.13—2006北京：中国标准出版社，2006.