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暴雨后污染沉積物中
微污染物的提取
萃取應用
”
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介紹
環境基質，像河流或湖泊的沉積物，可以作為污染物或結合環境毒素的復雜混合物。這些物質從許多不同的來源進入水生系統，如污水、溢放口、噴霧飄移的顆粒等，甚至通過大氣沉積的方式也會產生不同程度的沉積物質。雖然沉積物結合的污染物之前被認為是可以困在沉積物基質中不會外溢，但已經表明惡劣天氣事件可以導致這些污染物的再活化和大規模擴散分布[1]。
隨著惡劣天氣事件的頻繁發生，包括沉積物調查在內的水生生物風險評估顯得尤為重要。然而，與原生水樣不同的是，在許多用于水生風險評估的生物分析中，調查原生沉積物樣本是不可行的，例如 NORMAN 生物分析電池。所以，對這些基質的研究還需要顆粒結合污染物的增溶作用[2]。
2021 年 7 月，幾個歐洲國家受到一系列暴雨事件的影響。首先是英國，山洪暴發造成財產損失和不便；后來，在奧地利、比利時、克羅地亞、德國、意大利、盧森堡、荷蘭和瑞士發生了幾次大小河流流域的洪水。
▲ 圖1：降水數據[3]
在 24 小時內，降雨量為 100 - 150 L/m2。這一數字超過了 2010 年 7 月整個月的典型總降雨量。至少有 240 人在洪水中喪生，僅德國的經濟損失就高達 45 - 55 億歐元。
本應用說明描述了作為水生風險評估的關鍵部分進行分析的必要樣品制備步驟，包括使用 Lyovapor L-200 冷凍干燥機進行冷凍干燥樣品，使用 SpeedExtractor E-916 快速溶劑萃取儀對沉積物結合污染物進行加壓溶劑萃取（PSE），以及使用 Multivapor™P-6 平行蒸發儀蒸發提取的溶劑。
為避免任何潛在的微污染物損失，建議在收集后立即將沉積物樣品冷凍干燥。濕樣品應轉移到圓底燒瓶中，在≤- 18°C 下冷凍，隨后冷凍干燥。
由于沉積物含有來自多種不同化學類別的極性和非極性物質的復雜混合物（例如，多環芳烴、多氯聯苯、PFAS），因此選擇提取溶劑應始終根據研究問題進行定制。
用于從環境基質（如沉積物）中提取污染物的溶劑大多不適合最終分析。因此，在研究有機提取物之前，有必要通過溶劑蒸發和冷凝在真空中進行溶劑轉化。
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實驗儀器
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步琦冷凍干燥機 Lyovapor L-200 Pro
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步琦快速溶劑萃取儀 SpeedExtractor E-916, 配40mL 萃取池
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步琦平行蒸發儀 Multivapor™ P-6，配真空泵V-300, 控制面板 I-300Pro 和冷卻循環水機 F-308
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分析天平（精度±0.1 mg)
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實驗試劑及材料
實驗試劑：
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丙酮，HPLC級，≥99.8%；Sigma Aldrich （179124 - 2.5L）
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正己烷，用于分析 EMSURE， Merck （1.04367 - 2.5L）
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石英砂，0.3 - 0.9 mm, BUCHI （037689）
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二甲基亞砜，ACS 試劑，≥99.9%,Sigma Aldrich （472301）
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吸管
為了安全操作，請注意所有相應的MSDS！
樣品：
在 2021 年的暴雨事件中，來自三個不同被淹沒地區的三個沉積物樣本。樣本取自法蘭克福歌德大學進化生態與環境毒理學系（E³T）。樣品保存在 4°C 的琥珀瓶中。
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實驗過程
微污染物的測定包括以下步驟：
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使用 Lyovapor L-200 Pro 對沉積物樣品進行冷凍干燥
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使用 SpeedExtractor E-916 進行加壓溶劑萃取（PSE）
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使用 Multivapor™P-6 進行溶劑交換的平行蒸發
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法蘭克福歌德大學進化生態與環境毒理學系（E³T）對提取物進行分析
4.1 使用 Lyovapor L-200 Pro 冷凍干燥沉積物樣品
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將樣品置于圓底燒瓶中，在 -18°C 的冷凍室中深度冷凍 24 小時。
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冷凍 24 小時后，樣品用 Lyovapor L-200 Pro 冷凍干燥。
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將凍干后的樣品用研杵和研缽研磨，并對樣品進行篩分，使其粒度均勻。
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冷凍干燥過程使用 表1所示的設置。
表1：使用 Lyovapor L-200 Pro 進行冷凍干燥的設置。
4.2 使用 SpeedExtractor 提取凍干沉積物樣品
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用玻璃纖維過濾器（11055932）、金屬濾片（049568）和堵塞封閉提取池的底部。
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用漏斗（053396）向提取池中加入2g石英砂。
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用稱重船（053202）：20克凍干樣品和5克石英砂，仔細混合，并用漏斗將其轉移到提取池中。提取前可以通過TOC分析來估計樣品的數量。
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使用柱塞（053037），用纖維素濾紙（049572）封閉提取池。
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將清潔干燥的 240 毫升收集瓶放入收集架上。
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使用 表2 中所示的參數執行提取。
表2:SpeedExtractor E-916 萃取方法。
4.3 蒸發至干燥，使用 Multivapor™P-6 進行溶劑交換
提取液中加入 100μL 二甲基亞砜作為溶劑保持劑。
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按 表3 和 表4 蒸發溶劑。
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用移液管將提取液轉移到 1.5mL 的小瓶中。
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用最少的萃取溶劑沖洗收集瓶兩次，然后用溫和的氮氣流蒸發。
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將 DMSO 添加到小瓶中以接收最終體積。
表3:Multivapor™P-6 的參數。
表4:Multivapor™P-6 的蒸發參數。
4.4 GC-MS 定量
德國萊比錫亥姆霍茲環境研究中心的效果導向分析系進行了定量分析。
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實驗結果
采用上述 SpeedExtractor E-916 提取沉淀物樣品。提取物的分析結果見 表5。
表5:SpeedExtractor E-916 對不同沉積物樣品的提取結果
圖2 顯示了從三個不同地點采集樣本的多環芳烴測定結果。3號地點污染程度較高；因此，為了更好地進行比較，圖3 只顯示了位置 1 和位置 2 的結果。
▲ 圖2：淹水后三個不同位置的 mg/kg 沉積物中多環芳烴含量。
▲ 圖3：放大圖2：淹水后三個不同位置沉積物中多環芳烴含量（mg/kg）。
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實驗結論
3個不同地點暴雨后多環芳烴污染水平差異顯著。
本應用演示了通過冷凍干燥樣品、加壓溶劑萃取和分析前的萃取物蒸發來確定河流沉積物樣品中污染物的工作流程。
采用SpeedExtractor E-916加壓溶劑萃取沉淀物樣品是一種快速、可靠的污染物測定方法。
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文獻來源
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Crawford, S.E., Brinkmann, M., Ouellet, J.D., Lehmkuhl, F., Reicherter, K., Schwarzbauer, J., Bellanova, P., Letmathe, P., Blank, L.M., Weber, R., Brack, W., van Dongen, J.T., Menzel, L., Hecker, M., Schüttrumpf, H., Hollert, H., 2022. Remobilization of pollutants during extreme flood events poses severe risks to human and environmental health. Journal of Hazardous Materials 421, 126691
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Wollenweber, M. Standard Operating Protocol, Goethe University Frankfurt, Version 20210708
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World meteorological organization (2021) Climate change made floods in Western Europe more likely.
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Bundeszentrale für politische Bildung (2021). Jahrhunderthochwasser 2021 in Deutschland.
Operation Manual of Lyovapor L-200 Pro
Operation Manual of SpeedExtractor E-914 / E-916 / E-916 XL
Operation Manual of Multivapor™
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