一個污水處理設備工作的如何，不能僅通過眼睛來觀察，而需要借助分析化學的手段來確定。澳大利亞和新西蘭的研究者們找到了一個方法，借此可以有效地研究廢水中污染物的濃度和荷爾蒙活性物質（EDC）。
自從污泥處理條例(Abf-Kl?rV)頒布以來，廢水沉積物開始被嚴格控制。在德國廢水沉積物必須經過相應的檢驗和嚴格的評估后才能用于農田肥料。按照生物材料管理條例（BioStoffV）§3，污泥屬于4組輕度危險物中的第2組，盡管污泥中富含植物營養物質如氮和磷，其對人和環境的危害仍然無可爭議。河水會將其它物質沖刷進入低洼地帶，一旦進入田間，可能會被土壤所富集，滲入地下水中或污染農田果實。常見的有：病菌、醫藥殘留物、護理劑或化學品都可通過廁所或下水排出。
聚焦荷爾蒙活性物質
評價一個廢水處理設備（ARA）去除廢水中所有殘留物和有害物質的能力，這個問題極富挑戰性，唯一的方法就是通過萃取物分析來確定。位于澳大利亞昆士蘭環境毒理學國家研究中心的Benjamin Tan及其同事們研究了廢水和污泥樣品中荷爾蒙活性物質，即破壞內分泌的化學品（EDCs），他們的目的是開發一種方法，用于快速并靈敏地檢出EDCs如固醇類性激素、酞酸鹽、烷基酚類、它莫西芬(一種抗雌激素，用于治療婦女乳腺癌或不育癥)。
EDCs有很多類別，另外還有一些特定的農藥及化學品、多環芳烴(PAHs)和多氯聯苯類(PCBs)。它們被懷疑具有荷爾蒙的生物功能，從而影響生物的生長和發育。
圖2. 用于分析的帶有MSD 5973的安捷倫GC 6890，并配有Gerstel的多功能進樣器（MPS）和熱解吸附單元(TDU)。
對這些物質的危害性應引起足夠的重視，對食品和飲用水中此類物質應進行準確地檢測。另外弄清有多少不同的EDCs存在于自然界的水循環中，或一個污水處理設備不僅僅具備過濾功能，是否還可以降解EDCs，這一點非常重要。也就是說，它們通過吸附在污泥上后的生物和化學降解、富集和轉移到田間的情況如何？
以沉積物為出發點
盡管有很多分析方法用于分析水介質如廢水和河水中的EDCs，但到目前為止還很少有報道用于檢查沉積物中的EDCs。科學家們希望開發出一種方法來填補這一空白。出于有效性方面的考慮，他們決定采用Gerstel公司的Twister進行攪拌棒吸附萃取(Stir-Bar-Sorptive-Extraction, SBSE)，接下來進行熱解吸附GC/MS分析。
按照科學家們的說法，此組合的主要優點是靈敏度高，檢測范圍廣，包括了易揮發的芳香化合物、含鹵素溶劑、PAHs、PCBs、農藥、防腐劑、調味品和有機錫化合物。此外SBSE還可通過原地酰化有效確定河流及生物樣品中的烷基酚類和天然雌激素。“這一方法的潛力是，與常規的SPE或液-液萃取法相比，能大大縮短萃取和分析時間。”Tan和其同事們這樣描述。另外，此方法不需要有機溶劑，有些有機溶劑是有毒的，而且只需要很小的樣品量，幾克污泥樣品或幾毫升水樣即可獲得很好的結果。
樣品準備和分析
科學家們選擇了一個平行的方法，其一是研究受EDC污染的沉積物，另一個是使用含有EDC物質的標準溶液，包含：芐基丁基鄰苯二甲酸酯、二丁基鄰苯二甲酸酯、二乙基鄰苯二甲酸酯、二(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯、4-叔辛基苯酚、壬基苯酚、4-枯基苯酚、聯苯酚A、雌酮、17 b-雌二醇和它莫西芬。以4-n-壬基苯酚和17 b-雌二醇-2,4,16,16-d4內標。“因為它們具有和感興趣的物質相似的理化性質，且尚未在環境樣品中發現。”科學家們這樣描述他們的方法。
圖3. EDCs混合物經Twister SBS萃取后的分離色譜。
“SBSE方法具有可接受的再現率和重現性，多數目標物的相對標準偏差在15%以內。”Tan得出這樣的結論。顯然通過酰基化在EDCs上引入酰基其再現率應當更好。用醋酸酐進行酰基化在堿性介質中可以很好地進行，相應的堿性pH(pH>11)值可以用碳酸鈉進行調節。天然荷爾蒙和烷基酚分子通過引入酰基的衍生化可以提高其logKOW值或降低其極性。研究者注意到，中等極性的化合物如雌激素和烷基酚有結合到GC/MS系統活性表面的趨勢，因而影響其檢測或峰的處理。衍生化降低吸附傾向，改善分離效果和組分的檢測。
從研究到實用
為了將他們的方法在實際中進行檢驗，研究者有選擇地分析了來自Rohein河的水樣和沉積物樣品，以及位于昆士蘭東南部的一個污水處理設備生物反應器中厭氧、有氧和缺氧部分的樣品中的EDCs。樣品分別取自兩個不同的時間點：2004年11月和2005年3月。
“我們在廢水凈化設備的固體物和污泥中發現的EDCs主要是鄰苯二甲酸酯類、烷基酚類和荷爾蒙類”，科學家們確認說。正如所預料的一樣，相比于不同處理階段和最終排出口的樣品，位于污水處理設備入口處的水和污泥樣品中檢測到了明顯更高的濃度，而且發現在污泥中EDCs的濃度高于水相。這一點絲毫不值得奇怪，因為所檢測到的物質多數具有中等極性。結果還表明，許多EDCs物質在污泥活化過程中被除去。采用SBSE (Gerstel Twister) 原地衍生化和熱解吸附GC/MS分析組合，無論在水相還是在污泥相中都只檢測到了微量的雌激素類物質。科學家們扼要總結了此方法，認為首先有兩方面的優點：樣品量小(10ml水樣或< 1 g 污泥)以及簡單的萃取過程，此外采用SBSE，EDCs的分析具有很低的檢出限，可以使用很小的樣品量。
專家的結論
SBSE與熱解吸附和GC/MS分析的組合可成功用于水、固體物和污泥中一系列荷爾蒙活性物質（EDCs）的檢測，目標EDCs為固醇類性激素、鄰苯二甲酸酯、烷基酚和它莫西芬。此分析技術對EDCs的再現率為44%~128%，檢出限分別為2.0ng/L (水樣)和0.02 ng/g (固體物)，定量檢出限分別為5.0ng/L (水樣)和0.06ng/g (固體物)。此方法懂得實際應用為對位于昆士蘭東南部的一個污水處理設備中采集樣品的EDC分析，入口處的水和固體物中含大量的鄰苯二甲酸酯、烷基酚和雌激素。
SBSE可簡化操作并贏得時間
1g污泥樣品置于一個標準的20ml樣品瓶中，用10 ml水稀釋，加入內標物以及5g碳酸鈉和0.5 ml醋酸酐為衍生化劑。將Twister潤濕后放入準備好的樣品溶液中，于24℃和500 U/min混合5h，將萃取物吸附到Twister的PDMS涂層上。取出Twister，輕輕擦干，放入Gerstel公司的熱解吸附系統（TDS）中加熱解吸附，收集到冷卻收集系統（KAS）中，然后程序升溫導入分離柱。分析系統為帶有MSD 5973的安捷倫GC 6890。