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摘要:现阶段,社会进步迅速,我国的水环境建设的发展也有了改善。高效液相色谱/质谱(HPLC/MS)联用技术是近几年来发展起来的一项新的分离分析技术。它将HPLC对复杂样品的高分离能力,与MS具有高选择性、高灵敏度及能够提供相对分子质量与结构信息的优点结合起来。与气相色谱/质谱联用技术相比,HPLC/MS对极性较大、热稳定性强、难挥发性的样品分析效果更好。目前,HPLC/MS联用技术在生命科学、分析和环境分析等许多领域得到广泛的应用。HPLC/MS联用技术在环境分析领域中的应用,已用于水、大气和土壤中痕量有机污染物的分析,本文主要综述了其在水环境分析领域中的应用。
关键词:液相色谱/质谱联用技术;水环境分析;应用
引言
高效液相色谱主要应用于监测水环境中的金属化合物和污染物,早在20世纪就已经有了应用,到目前为止,高效液相色谱在水环境的检测中有了更广泛的应用。高效液相色谱的主要应用原理是以液体为流动相,采用高压输液系统,将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,在柱内各成分被分离后,进入检测器进行检测,从而实现对试样的分析。
1液相色谱/质谱联用技术应用概述
我国水质检测技术已逐步完善和成熟,水质检测技术是环保管理部门对辖区水体、水质状况进行实时检测的主要手段。由于人类活动及工业发展导致水资源污染的日益加剧,水质的污染种类越来越多,成分越来越复杂,因此水质监测中检测的项目亦越来越多,这就对水质分析的仪器性能提出了更高的要求。对于复杂多组分混合物分析,以往采用的水质检测方法已经远无法满足环保工作发展的需求。单一的检测方法逐渐被淘汰,对复杂水质样本分析经常需要两种及两种以上方法进行分析,其中气相色谱、液相色谱、质谱与ICP的联用技术灵敏度高,最小检出限低,被分析样品前处理要求不高,已成为水质监测中最实用的色谱-质谱联用技术,对水质有机物组分定性分析和鉴定、分子结构判断提供了一种更加行之有效的手段。目前,质谱分析技术几乎是水质有机物质检测分析的最主要定性手段之一,在很多情况下也可用于定量分析。
2液相色谱/质谱联用技术在水环境应用措施
2.1环境激素类
环境激素是一类重要环境污染物,它已经成为继臭氧层破坏、全球气候变暖之后的第三大环境问题,被喻为威胁人类存亡的定时炸弹。环境激素具有亲脂性、环境滞留性,易在生物体内积累,并通过食物链进入人体。因此,研究环境水体中抗雌激素类药物的存在水平和生态效应具有重要意义。环境雌激素类物质如烷基酚、双酚A类等报道较多。养殖水中沙丁胺醇、双酚A、甲基睾酮、甲地孕酮、已烯雌酚的LC/MS/MS测定方法,在5~50μg/L的范围内均成线性,回收率范围均在80%~120%之间,方法的检出限和定量限范围均不高于0.1μg/L。
建立高效液相色谱/串联质谱测量水环境中的双酚A、辛基酚、壬基酚的方法。利用固相萃取-液相色谱-电喷雾质谱法同时分析水体中的壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物壬基酚聚氧乙烯醚乙酸和壬基酚,结果表明3类物质的分离效果良好,仪器的检出限为1~50pg,回收率达75%~98%。通过SPE-LC/MS法分析了水体中9种天然、合成类固醇激素及它们的结合体。Gomes等建立的方法的主要优点是类固醇类结合体与单体同步分析,无须衍生反应。他们用这个方法分析了不同的环境水体。
环境激素除了环境雌激素类,还有环境抗雌激素类,对这类物质的研究较少,如一些人工合成的化合物他莫昔芬和来曲唑是典型的抗雌激素药物。他莫昔芬及其光解产物能抑制网纹蚤等水生物生长分化,具有明显的慢性毒性作用。
建立了城市污水中他莫昔芬和来曲唑的UP-LC/MS/MS联用检测方法,他莫昔芬和来曲唑的线性范围分别是1.0~100μg/L和0.1~100μg/L,检出限分别为1.0和0.1ng/L,进水和出水的3个不同水平的加标平均回收率为68.8%~103.0%。在污水处理厂出口水中检出了他莫昔芬。
2.2对水体中各种形态污染物的检测
自然界中存在多种多样的化学元素,有些甚至是尚未被发现的,不同类型的元素对环境产生的危害与影响不同。而且,由于化学元素会受环境形态的影响而改变,所以,哪怕是同一种化学元素在不同的形态环境下,也会呈现出不同的特点。虽然传统的水体检测系统也可以将毒性元素检测出来,但无法对不同的元素种类进行细致的划分。以水体中的铬元素为例,铬元素有三价态和六价态,三价态的铬元素呈现出的毒性往往较小,而且当其处于浓度范围较大的环境时,是不会对人体造成损害的。但是,六价态的铬元素就具有较强的生物毒性,即便处于浓度很低的范围内,依然会对人体造成严重损害。在传统对水体环境的检测方法中,主要是通过利用六价态铬元素与其他元素结合作用所呈现的显色状态进行检测,这样的检测方式比较容易受到氧化反应的影响,会对检测的结果造成极大的误差,使得对水体环境的检测并不准确。在利用高效液相色谱进行检测后,可以对不同价态的同种元素以不同的检测方式进行操作,更好地分析水体环境中污染物的种类及其毒性,提出更有针对性的治理措施和评价措施,为水体环境的保护与管理提供更好的方式。
2.3气相色谱-质谱联用法检测水中农药
工业、农业、矿山等人为的生产和生活活动是水环境中有机污染物的主要来源,也有部分污染源来源于自然环境,如火山爆发等。2007年我国新颁布了水中“水环境污染物黑名单”其中有苯胺、酚类、多环芳烃、丙烯腈、硝基苯、酞酸酯、农药、亚硝胺类12类共72种有机化合物。国家水环境保护工作的热已转变为有机污染的控制和防治。在过去的二十年中,农药的使用已经非常普遍,据不完全统计,目前农药的数量大约有6300多种。在很多国家的环保标准中,无论是对水样,还是气样样本检测,有机农药检测都作为必检项目。
同时,影响食品安全的重要因素是农药污染,已经成为全世界衡量食品质量状况及其卫生的重要指标。GC-MS在水质有机物监测中能对样品中不同种类的农药残留物进行同时定量检测分析,快速定性的优势,在水质农药残留物检测方面发挥着极其重要的作用,现已被世界各国家水质检测部门和实验室开发与应用。并且通过引入新电离方式,如NCI,使得GC-MS在农药残留物的分析中精确度和重现性有很大提高,其在水质农药残留分析中的研究精确度越来越高。气相色谱-质谱联法分析水质样品中的农药残留成分前样品须进行前处理,其前处理方法主要有液液萃取和浓缩净化提取。
样品提取的主要溶剂有丙酮、二氯甲烷,乙酸乙酯等,由于二氯甲烷具有致癌作用,所以在实验中大多都用乙腈和丙酮混合液,提取率高且污染小。样品净化主要有液液萃取法和固相萃取法,这也是目前最常用样品净化方法。
结语
综上所述,水是人类赖以生存的源泉,水乃生命之源,人类生活的健康与饮水水质的好坏密不可分。社会科学发展在进步、经济发展在提速、居民生活质量显著提高,人们对于生活饮水的水质越来越重视,饮用水水质标准也在提高。水质监测对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面起着至关重要的作用。水质监测同样可以为环境科学研究、环境管理提供资料和数据;对进一步深入水环境及污染的理论研究具有重要意义。
参考文献
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