一、前言

环境检测强调准确、快速地获取样本中各类污染物含量与分布情况，而离心技术凭借其简便、高效的固液或液液分离能力，成为环境分析中不可或缺的预处理手段。低速离心机（通常指转速≤6000 rpm）由于操作安全、能耗低、温升小，广泛应用于水质、土壤、空气和沉积物等样本的前处理阶段，为后续化学分析、微生物检测或形态观察提供稳定而均一的试样。

二、离心分离原理概述

低速离心机通过旋转产生向心力，将密度或颗粒大小不同的组分沿径向依次分层：重质或大颗粒向管底移动，轻质或溶解于溶剂的组分则留在上清液。该过程可在不破坏目标物理化学性质的前提下，实现样本浓缩、杂质去除及相互分离，为后续检测创造理想的检测基质。

三、水质监测中的固液分离

在河流水样和饮用水样中，悬浮颗粒、胶体及有机碎屑会干扰浊度、悬浮物（SS）检测以及微生物计数。典型操作为采集一定体积水样（如500 mL），预过滤大颗粒，然后以3000 rpm、10 min离心，将沉淀物收集测重或进一步溶解分析上清液中溶解性有机碳（DOC）。通过调整离心时间与速度，可精准获得规定粒径粒子和溶解组分，实现环境标准方法要求的检测下限。

四、废水处理监测中的泥沙分离

工业废水和污水厂出水中常含有悬浮泥沙和絮体，影响化学需氧量（COD）与五日生化需氧量（BOD）测定。采用500 mL样本离心（2000 rpm、15 min）后，上清液可直接用于COD消解与比色测定，下沉部分则可用于固体含量检测及脱水性能评估。此步骤可替代长时间的重力沉降，提升日常监测效率。

五、沉积物与淤泥分析

湖泊底泥和河道淤泥常需测定有机质含量、金属富集及颗粒粒级分布。离心前先在原位制备悬浮液（固液比≈1∶10），通过1000 rpm、20 min离心提取上清，再按梯度离心（2000→4000 rpm）分步收集不同密度层，分别测定碳氮磷含量和重金属浓度，实现精细分层分析。

六、土壤颗粒与胶体分离

土壤样品中细分为砂、粉沙和粘土级颗粒及溶解胶体。常用的前处理包括取土样10 g，加去离子水和分散剂后震荡，静置后取上层分散液。随后以1500 rpm、10 min离心，去除粗颗粒，将上清再以3000 rpm离心，获得粘土级沉淀。该方法可有效制备土壤胶体和粘土分级样品，用于毒性和吸附实验。

七、空气颗粒物（PM）浓缩

在大气监测中，PM₂.₅与PM₁₀滤膜样本先需浸提。操作为将滤膜剪碎置于有机溶剂或缓冲液中超声，恢复颗粒至溶液；再以4000 rpm、15 min离心收集颗粒并测定质量或进行形貌和化学成分分析。离心浓缩可显著提高检测灵敏度，尤其适用于痕量多环芳烃及重金属分析前处理。

八、微生物与藻类富集

环境水体中微生物浓度通常很低，以加州常用的预过滤+离心方式富集菌体或藻类细胞。一般先通过膜过滤浓缩至几十毫升悬浮液，再以3000 rpm、10 min离心回收细胞团块，进一步用于荧光染色、显微计数或DNA提取，提高生物监测的准确性与灵敏度。

九、微塑料与纳米颗粒检测

微塑料可通过密度浮选与离心联合分离：将样品与盐溶液（如NaCl、ZnCl₂)混合，密度调整至1.4–1.6 g/cm³，使塑料飘浮；500 rpm、30 min低速离心可加速相分离，固体残渣和塑料颗粒分别浓缩，便于后续手工分选、傅里叶红外光谱（FTIR）鉴定或形态计数。对于纳米级颗粒，需先超声分散、再配合高盐密度介质与梯度离心，实现纳米颗粒的分级回收。

十、重金属前处理与沉淀富集

一些离子交换或沉淀法需要先在溶液中形成难溶物后通过离心分离。例如水样中铅、镉可与硫化物形成沉淀，2000 rpm、10 min离心后，收集沉淀固体用于浓硝酸消解，再进行原子吸收或ICP-MS测定。低速离心有效去除背景干扰，保证分析结果稳定。

十一、化学需氧量（COD）与总磷（TP）前处理

除了前文提及的固液分离，COD与TP测定前还需去除悬浮物，否则易干扰消解与显色反应。离心（3000 rpm、10 min）去悬浮颗粒后，上清液迅速进行重铬酸钾消解或钼酸铵显色，提高比色法精度。

十二、方法优化与参数选择

离心速度、时间、温度及转子类型均需根据样品特性优化。例如热敏样品（挥发性有机物）建议在4 ℃环境下运行；粘度较高的泥浆可适当提高时间；多孔转子与固壁转子的选择影响分离效率。对同一种样品进行系列参数梯度测试，构建离心效率曲线，以便在大批量检测中快速锁定最佳工况。

十三、质量控制与标准校准

1. 空白与加标回收率：引入空白样和已知浓度标样，通过离心过程测定回收率，以评估离心损失或吸附影响；

2. 重复性检测：同一样本进行三次独立离心处理并测定，计算相对标准偏差（RSD），确保低速离心过程可重复；

3. 仪器保养记录：定期检查密封圈、转子无裂纹并做动平衡检测，记录批次与使用次数，防止转子失衡影响结果。

十四、案例分享：地下水中PAHs分析

某地区地下水PAHs（多环芳烃）含量检测流程中，先取1 L水样加十六烷萃取后蒸干，再溶入10 mL乙腈，用低速离心机（4000 rpm、20 min）浓缩萃取物，去除固体杂质，上清用于紫外–可见分光光度法或GC–MS分析。此环节去除悬浮颗粒及胶体，显著提升背景噪声比，检测限下降至0.01 μg/L级别。

十五、案例分享：大气沉降物中金属形态分析

大气沉降样品先通过锡箔罐收集降尘，回实验室后将固体用去离子水悬浮并离心（2500 rpm、15 min），沉淀用水稀释后分为可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物态沉淀，分别再进行酸提取与离心分离，最终各态金属形态含量得到定量分析，为环境风险评估提供形态分布数据。

十六、环境实验室安全与操作规范

操作低速离心机时，务必遵循：

• 均匀装载：保持反向孔位对称负载，防止振动或事故；

• 盖锁完好：启动前确认盖锁处于受限位置并声音锁紧；

• 温度控制：必要时使用带冷却系统的离心机，尤其对热敏化合物或生物样品；

• 定期检修：每月检测密封件、转子裂纹、润滑状态，确保设备安全运行。

十七、挑战与发展趋势

随着环境样本复杂度增加，离心技术正与自动化、在线监测及微流控技术结合，例如：

• 集成在线离心模块：将离心预处理集成至在线监测系统，实现实时样本分离；

• 磁性纳米粒子助力分离：结合磁性微粒与低速离心，针对特定污染物（如重金属、微塑料）进行高选择性捕获；

• 微型低功耗离心设备：便携式野外环境检测仪器使用可折叠或电池驱动的离心模块，实现快速原位预处理。

十八、总结

低速离心机凭借操作简便、适应性强、成本低等特点，在水质、固体、空气与生物污染物检测中具有广泛应用价值。通过合理选择参数、严格执行质量控制以及结合新兴技术，离心预处理能够为多种环境分析方法提供可靠的样本准备，有效保障数据准确性和实验效率，为环境保护与污染治理提供坚实的技术支撑。