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液相/气相色谱与飞行时间质谱联用技术在水体有机污染物筛查中的应用
更新时间:2021-01-13 来源:深圳市水务(集团)有限公司 作者:李潇婷

李潇婷

(深圳市水务(集团)有限公司,深圳,518031)

 

水是人类赖以生存最重要的物质资源之一。随着社会经济的持续增长,城市污水和工业废水的排放量不断增加,水资源污染日益严重,尤其是有机物污染。研究表明,水体中有机污染物会对人体组织产生致癌、致畸和致突变的“三致”作用,长期饮用会对人类的生命健康造成严重危害。为了更好地了解和控制水体中有机物污染情况,保障人类饮用水安全,水体有机污染物筛查方法的研究至关重要。

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图1. 水体有机污染物来源

 

飞行时间质谱是根据不同质荷比的离子在相同电场作用下的飞行时间不同而实现离子分离的一种质谱技术。1948年,Cameron和Eggers研制出了世界上第一台TOF-MS,但由于分辨率有限,在当时并未得到广泛的应用。1955年,Wiley和Mclaren利用双场加速设计,对空间分散的离子实现了一级空间聚焦,提高了直线式TOF-MS的分辨率,推动了其发展。直至上世纪70年代,Mamyrin等在直线式TOF-MS的结构基础上引入了反射器设计,大大延长了离子的飞行时间并可对离子的初始空间分散进行二级空间聚焦补偿,从而使质谱的分辨率得到了大幅提高。近年来,随着TOF-MS设计理论的不断发展与完善,其在灵敏度和分辨率上有了长足的长进,已成为了一种理想的高性能色谱检测仪器。待测混合物在液相/气相色谱(LC/GC)中完成分离后,进入TOF-MS,首先在其离子源内进行离子化,然后经加速、聚焦进入飞行时间质量分析器,根据不同质荷比的离子在相同电场作用下飞行时间的不同完成分离,在离子检测器上变成电流信号输出,从而得到完整的质谱图。LC/GC-TOF-MS具有扫描速度快,分辨率高,扫描范围宽等众多优点,在全扫描模式下,无需预先编辑质谱采集方法,一针进样即可筛查几百种化合物,可在短时间内对大量化合物进行分析。通过每种化合物的精确质量数、碎片离子峰、保留时间、同位素丰度比等因素分析确证目标化合物的同时,还可以借助一些辅助软件如解卷积软件或相关的数据库进行非目标化合物的鉴定,可同时有效满足水体中目标有机污染物及非目标有机污染物筛查需求。因此,LC/GC-TOF-MS在水体有机污染物筛查中有着不可替代的优势,也为水质分析与检测开辟了广阔的前景。

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图2. 飞行时间质谱(TOF-MS)

 

随着社会工业化水平的不断提高,水体有机污染物情况愈发复杂,水源地污染事件频发,为进一步保障人类用水安全,提高水质应急能力,各种基于LC/GC-TOF-MS为分析仪器的水体有机污染物筛查方法也被不断开发。如在线固相萃取-液相色谱-四级杆-飞行时间质谱(online SPE-LC-Q-TOF-MS) 联用方法被用于太湖流域33个点位样品中农药、激素和抗生素等 60 种有机毒物的快速筛查、定性识别和准确定量分析中,在所采集太湖流域水样中,筛查出了酯类农药、磺胺类抗生素、氯霉素类抗生素、氨基甲酸、磺酰脲类除草剂、苯氧羧酸类除草剂及杂环类杀菌剂、三嗪类除草剂共7大类18种目标物;固相萃取-HPLC-Q-TOF-MS被用于浙江省内主要渔业环境水质样品中42种抗生素残留的筛查中,在抽取的60批次样品中检出了磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧基嘧啶、磺胺吡啶、磺胺氯哒嗪、恩诺沙星5种药物;GC × GC-TOF-MS被用于加泰罗尼亚埃四条河河水中的97种有机物的筛查中,其中包括18种增塑剂、13种药品、9种酸性除草剂、8种个人护理产品、8种三嗪、10种有机磷化合物、12种有机氯杀生物剂、5种苯基脲、9种多环芳烃(PAH)和5种苯并噻唑和苯并三唑。

LC/GC-TOF-MS具有分离能力强、扫描速度快、分辨率高,且一针进样可实现样品中几百种化合物分析鉴定的优点,在水体有机污染物的筛查中有着不可替代的优势。随着该技术的不断发展,以及技术标准化的逐渐完善,LC/GC-TOF-MS必将在水质分析中发挥更大的作用,有更广阔的应用前景。

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