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一、前言
　　環境監測實驗是環境科學、環境工程等本科生必修的技術基礎課。通過環境監測，能及時、、地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境規劃、環境評價、環境治理和環境科學研究提供可靠的基礎數據[1]。因此，環境監測實驗教學對環境的學生而言是非常重要的。由于環境樣品復雜，在進行分析測試前需對樣品進行預處理，樣品預處理的效果直接關系整個監測結果的與否，在環境監測領域占有特殊的地位。傳統預處理方法一般是蒸餾、濃縮、萃取、旋轉蒸發以及再濃縮等，該過程費時、費力，并且會造成二次污染。由于實驗學時的限制，在設計環境監測實驗時，很難將樣品預處理過程納入正常的教學活動中來，通常是實驗教師將樣品前處理好后由學生直接進行分析、測定。這樣的教學方法，顯然不能使學生充分了解和學習整個環境監測實驗的全部過程，不利于學生對本的理解。固相微萃取技術（Solid phase microextraction，SPME）是近年來出現的一種用來預處理可揮發和半揮發有機物的新技術，它集萃取、濃縮、解吸于一體[2]，且已應用于美國EPA標準中。該技術難易適中、操作簡單方便、省時，并有*的重復性，適于應用在本科生的實驗教學中。本文作者及所在研究團隊從事SPME方面的技術開發及研究，先后承擔了多項相關方向的國家及省部級科研項目，并發表了多篇文章。在此基礎上，我們提出了將該技術應用于本科生的環境監測實驗教學中來，這不但可以使學生掌握的檢測分析技術，也可使他們學會一種樣品前處理的方法，對他們日后的工作和學習都會有很大的幫助。本文分析了將該技術應用于教學實驗的可行性，介紹了如何將該技術應用于教學實驗中，并舉了幾個實例。同時，提出了一個將科研成果應用在實際教學中的思路，為日后更多的科研成果向教學轉化提供了一個可以借鑒的實例。
　　二、固相微萃取技術應用于環境監測實驗教學中的可行性
　　目前，大多數環境監測的實驗內容多選自成熟的國家標準方法，不易與科技成果結合，缺少新穎性。SPME技術是一種新的樣品預處理方法，有許多學者在從事相關方向的研究，短短十幾年的時間，就已經取得了非常矚目的研究成果[3，4]，如果將這些的研究成果應用于教學中，不但可以使學生學會了解和掌握一種新的技術的方法，同學可以激發他們的學習熱情和精神。雖然SPME技術已經商業化，但是與其他實驗方法相比較，SPME萃取器的價格相對比較昂貴，且如果使用不當萃取纖維容易折斷或脫離，阻礙了該方法在本科實驗教學中的應用。但是經過本課題組研究人員的多年努力，自主研制了活性炭吸附型纖維[5-7]，并將固相微萃取器國產化，使萃取纖維可以自給自足，不需花費高價購買，這為將該技術應用于本科實驗提供了技術。SPME技術一般的采樣時間為3～50分鐘，色譜分析時間只需要6～30分鐘，可以在有限的教學時間內完成采樣及分析的全過程，因此其較適于應用在本科生的實驗教學中。
　　三、固相微萃取技術在環境監測實驗教學中的運用
　　1.熟悉原理、了解結構及使用方法。要求學生通過查閱已發表的文獻，了解SPME技術的原理、使用方法、儀器結構、萃取纖維的種類及該方法的適用范圍等基礎知識。
　　2.結合實際、設計實驗。在學生學會使用固相微萃取器之后，結合SPME的適用范圍來設計實驗，如水溶液中苯、甲苯及二甲苯類物質的檢測，讓學生掌握該技術的使用方法和技巧。同時，通過與氣相色譜（Gas chromatography，GC）或氣-質聯用（Gas chromatography-Mass spectrometry，GC-MS）技術相結合來完成待測物的檢測和分析工作[8，9]，在學會使用固相微萃取技術的同時，復習和鞏固了色譜類儀器的使用方法。
　　3.走出課堂，了解環境。由于SPME技術不僅可以用于水質分析中，也可直接將萃取纖維暴露于空氣中進行大氣現場采樣，然后將采集的樣品應用GC-MS進行定性分析[10]。或將受污染的土壤之類的固體樣品進行加熱，采用頂空萃取的方式采樣后再定性分析[11]。學生也可以對自己感興趣的周邊環境進行采樣（如新裝修的房子、污染的水體及土壤等），從中了解我們周圍的環境中存在哪些危害，增強其責任心和使命感。
　　四、固相微萃取技術在環境監測實驗教學中的實際案例
　　1.水溶液中苯與甲苯的SPEM-GC檢測。苯與甲苯是常規的環境污染物，廣泛存在于大氣、水體以及土壤中。通過對水中苯和甲苯的檢測，讓學生學會如何對萃取溫度、攪拌速度、萃取時間等因素進行系統研究，優化出佳的萃取條件，同時讓學生分析各因素對萃取結果的影響，提高學生查閱資料和分析問題的能力。
　　實驗條件和方法：（1）儀器與試劑：①氣相色譜（GC2010，島津，日本）配備FID檢測器。②萃取瓶：固相微萃取，25mL，配備聚四氟乙烯密封墊。③燒杯：100mL。④苯、甲苯：分析純（國藥試劑），與蒸餾水以一定比例配制為標準溶液和待測溶液。（2）色譜條件：色譜柱，RTX-1毛細管柱（30m×0.32mm×0.25μm）；進樣口和檢測器溫度，均為200℃；色譜柱程序升溫，初始溫度80℃，以10℃/min升至150℃，保持2min；分流比為1：15；載氣為氮氣，流量為30mL/min；氫氣流量，40 mL/min；空氣流量400mL/min；尾吹流量30mL/min。（3）固相微萃取器，自制帶活性炭纖維頭的固相微萃取器。（4）萃取裝置，見圖1，如果水樣干凈，可采用浸入式萃取法[13]（圖1（a））；當水樣存在混濁，色度高等會污染萃取纖維的情況時，則采用頂空萃取的方式[14]（圖1（b））。（5）實驗步驟：取5mL待測水溶液于25mL萃取瓶中，用聚四氟乙烯墊密封后將萃取瓶置于圖2的水浴中；使用直接萃取法（適用于較潔凈的待測樣品），將固相微萃取器插入萃取瓶中，然后旋轉出萃取頭，使其浸沒在待測溶液中；萃取結束后，先將萃取纖維旋回保護套中，然后拔出萃取器；將萃取器插入到GC的進樣口中，將萃取纖維旋出，進行分析、測定；改變水浴溫度、萃取時間、攪拌速度、待測液pH值等條件，根據色譜出峰的情況，找出佳的萃取條件。行標準溶液定性實驗、然后進行未知樣品的定性、定量測定。

2.室內或汽車內空氣質量的SPEM-GC-MS檢測。隨著建筑環境污染越來越受到重視，人們對自己所居住和生活的環境中空氣的質量也越來越關心。一般的室內（車內）空氣質量的檢測主要采用一些便攜式儀器進行現場測定，但由于這些儀器普遍比較昂貴且靈敏度差，只適用于室內污染較重的環境質量分析。而固相微萃取技術可以直接將萃取纖維暴露于空氣中，經過一段時間的采樣、富集后，進行定性、定量分析。不但成本較低，且攜帶方便，靈敏度高，適用于大多數的室內環境監測。
　　實驗條件和方法：①儀器與試劑：氣相色譜與質譜聯用（GCMS-QP2010，島津，日本）。②色譜及質譜條件：色譜柱，RTX-5毛細管柱（30m×0.32mm×0.25μm）；進樣口溫度，250℃；傳輸線溫度為200℃；離子源溫度為200℃。色譜柱程序升溫，初始溫度80℃，以10℃/min升至150℃，保持2min，再以10℃/min升至250℃，保持2min；不分流進樣；載氣為氦氣，柱流量為1mL/min；m/z為30-650。③固相微萃取器：同四.1。④實驗方法：在一個新裝修過的房子或新購置的汽車內，把固相微萃取器放置其中，將萃取纖維暴露在空氣中，進行富集采樣；采樣結束后將萃取器帶回實驗進行分析；將萃取器插入到GC-MS的進樣口中，將萃取纖維旋出，進行樣品熱解吸及質譜定性分析；改變萃取時間、解吸時間，根據色譜出峰的情況，找出佳的萃取條件。對GC-MS圖譜進行分析，找出各個環境中存在的可揮發或半揮發的污染物質。
　　3.土壤環境質量的SPEM-GC-MS檢測。隨著各種農作物中污染物標的報道越來越多，人們對土壤污染的關注也越來越大，再加之土壤污染后治理非常困難，因此對土壤環境質量的監測是環境監測領域的重要內容。傳統的土壤中揮發或半揮發性物質的檢測，采用浸泡/萃取的方式，不但費時、費力，且有機溶劑的使用會造成二次的環境污染。采用SPME的頂空萃取技術，不用或少用有機溶劑，可以實現土壤樣品中揮發或半揮發性物質的快速、安全及環保檢測。
　　實驗條件和方法：①儀器與試劑：氣相色譜與質譜聯用（GCMS-QP2010，島津，日本）。②色譜及質譜條件：同4.2③固相微萃取器：同4.1.④萃取裝置，見圖2（b），采用頂空萃取法。⑤實驗方法：將受污染的土壤樣品裝入到萃取瓶中，用聚四氟乙烯墊密封后將萃取瓶放置于水浴或油浴中（按解吸溫度選取）；使用頂空萃取法，將固相微萃取器插入萃取瓶中，然后旋轉出萃取纖維，使其暴露在土壤上方的空氣中；萃取結束后，先將萃取纖維旋回保護套中，然后拔出萃取器，進行GC-MS分析；將萃取器插入到GC-MS的進樣口中，將萃取頭旋出，進行質譜的定性分析；改變萃取時間、解吸時間，根據色譜出峰的情況，找出佳的萃取條件。對GC-MS圖譜進行分析，找出污染土壤中揮發或半揮發性的有機污染物。
　　4.已取得的教學成果。將SPME技術引入本科生環境監測實驗教學的目的是使學生在了解和熟悉整個環境監測流程的同時學會一種新的、區別于傳統的樣品預處理方法，并可以將之應用在他們今后的科研和工作去。我校將該技術應用于教學中已有近十年的時間，在此期間我們根據SPME的發展情況，不斷改進授課內容和檢測對象，使學生在學會該方法的同時充分了解該技術的發展動向。部分學生在日后參與其他老師的科研項目時，主動想到使用該方法來完成實驗分析工作，如某學生在研究生階段進行光催化印染廢水降解產物研究時，就想到可以用固相微萃取技術將親水性的小分子物質富集在萃取纖維上，這樣就克服了氣相色譜不能進行水溶液樣品檢測分析的限制，同時也避免了使用液相色譜-質譜聯用不能定性的缺點；再如某學生在本科畢業設計階段參與了我校老師的電子垃圾廢棄物處理項目的研究，其中的高溫裂解產物為氣態，很難進行收集和測定，該同學就想到了使用SPEM方法對該裂解氣體中的有機物進行富集后再定性檢測，真正做到了學以致用。
　　五、結論與展望
　　將固相微萃取技術引入到了本科的環境監測教學中來，在增長學生知識面的同時，使其學會了一種新的，卻別于傳統方法的樣品前處理技術。本實驗易于在3～4個學時中推廣應用。這種將科研成果轉化為教學的模式，可以開闊學生的眼界，增強其社會競爭力，激發他們的科研興趣。在今后的教學中，我們還將會努力把更多的科研成果轉化為教學內容，避免傳統教學中，課本和實際想脫節的現象，更有利于人才的培養。