高分辨质谱技术在有机污染物降解产物鉴定中的应用研究

高分辨质谱技术在有机污染物降解产物鉴定中的应用研究

王娟娟 张帆 金美红

正大天晴药业集团股份有限公司 江苏连云港 222000

摘要：有机污染物借助水处理可以进行降解，但是降解并不意味着事态往好的方向发展，其降解过后的毒性可能比之前还要高。为此我们必须要重视降解产物的检测工作，加强检测力度。本文主要介绍了水处理工艺中污染物的组成、结构等变化历程，同时还分析了多种检测降解产物的技术手段，如轨道离子阱质谱等。除此之外对于高分辨质谱的未来前景进行了相关探析。

关键词：高分辨质谱技术；水处理；有机污染物

水处理工艺在有机污染物降解方面有着不可磨灭的作用，随着其技术的不断更新，降解产物等的检测也受到了大众的热切关注。根据有关研究表明，在水处理过程中，即使有机污染物在数量、种类等方面有所减少，这也并不意味着化合物出现了矿化，其在很大程度上代表着降解产物的形成。当前我们对降解产物的研究重点落在光解、高级氧化技术等方面。但是由于该类物质的浓度过于低再加上没有标准规定的制约，因此这为降解产物的检测工作带来了很大的困扰。我们只有对降解产物的检测工作加以重视并深入研究，将更多的目光放在尚有生物活性以及毒性高于原化合物的降解产物上边，这样一来水处理技术才能变得完善并具有科学性。

1高分辨质谱技术

1.1高分辨质谱技术简介

高分辨质谱技术具有较高的精密度，测量质量也较高，此外该技术还可以对微量化合物进行全方位剖析。有机污染物的降解产物在水处理工艺中所占含量极低，这非常符合高分辨质谱的检测要求。当前高分辨质谱技术有几大分类，常见的几种技术包括（1）飞行时间质谱，该技术的检测精度比较高，并且还可以抵抗来自同位素离子的影响，即使面对复杂样品，检测起来也毫无压力，由于其突出的优势，该技术已经在未知化合物检测领域得到了飞速发展；（2）轨道离子阱质谱，这种技术具有诸多特点：①其可以实现多级分离功能。②随着采集时间的推移，其分辨能力会随之增强。

1.2高分辨质谱技术的特点

当前三重四级杆质谱是最常用于有机污染物检测的技术，该方式虽然使用较为普遍，但是分辨率并不占优势，面对未知化合物其并不能起到显著的作用，并且还经常受到相近m/z离子的影响。高分质谱技术与之相比具有突出优势，首先，其具有超强的选择性、分辨率也处于较高水平、对于基质的抗干扰性也较强。

通过相关研究发现高分辨质谱技术虽然具有如上诸多优势，但是其应用范围仍没有得到扩大，究其原因有二，其一，与其他低分辨的技术相比，该技术不仅价格昂贵，并且所获得的研究成果比较稀少。其二，与三重四级杆质谱技术相比，其动态监测范畴更低一些，如果投入实际使用，难免会在异构体之间出现分辨困难的情况。

1.3高分辨质谱技术的鉴定方法

在检测水环境样品时，如果选用高分辨质谱技术，则在前处理技术上经常会选择固相萃取、直接进样。其中前者的应用范围更高。以Deeb研究学者为例，他就利用固相萃取结合其他方式从水环境样品中得到了环丙沙星等多种污染物的降解产物。当然直接进样的方式也非常常见，在当前科技水平的推动下，色谱、质谱以及设备灵敏度都有了不同程度的改善，如果选用该方式进行处理可以缩短样品富集浓缩的时长，对于鉴定结果的精准性也有一定的好处。

利用色谱-高分辨率质谱联用技术可以实现对有机污染物的定性、定量分析，该联合技术有两种类型，一类是气相，一类是液相。利用色谱-高分辨率质谱技术进行环境研究，除了可以保证实现目标化合物的定量分析以外，还能鉴定出疑似污染物，对于非目标化合物也能展开定性分析。以Park研究者为例，他借助上述技术在提取的河水样品中找出了20余种污染物，之后又借助半定量分析法对其中大部分污染物进行了测定。

在利用高分辨质谱技术对提取的样品进行分析时，期间产生的数据多如牛毛，且极其复杂。如何高效处理庞大的数据集，并迅速锁定有价值的信息成了该技术面临的主要困境。基于这一问题的出现，很多用于处理数据的软件、数据库都进行了升级处理，同时还结合了相关的统计学分析法，如此一来就使得高通量的非目标化合物检测有了可能。

2高分辨质谱技术在新兴污染物降解产物鉴定中的应用进展

当前环境化学的研究目标已经不仅仅局限于传统污染物了，随着社会的不断发展，更多的新型污染物大量出现，环境化学在该方面的研究力度正在不断加大，特别是对塑化剂、抗生素等的研究日益深入。根据研究发现，这些新型污染物的降解产物毒性要远高于降解之前。高分辨质谱技术的出现，为筛查新兴污染物及其降解产物提供了技术支撑。

2.1高分辨质谱技术在农药降解产物鉴定中的应用

众所周知，农药的毒性是非常强的，其在环境中降解会使得周围环境遭到更为严重的破坏，对于其痕量分析而言，一般会结合低分辨质谱、色谱两种技术进行处理。高分辨质谱技术无论是在精度方面还是灵敏度方面都有着其他技术无可比拟的优势，该技术之后可以在农药残留检测领域大放异彩。

2.2高分辨质谱技术在塑化剂降解产物鉴定中的应用

塑化剂的应用可以帮助物质提升自我延展性，其类别多种多样，PAEs的应用频率最高。该污染物经常存在于河流、湖泊、地下水之中，该污染物对于生殖发育系统有着很大的危害性。

有关研究者借助LC-Q-IT/MS系统通过正负离子扫描模式对邻苯二甲酸二甲酯的大部分中间体进行了测定，结果显示受超声工艺处理速率的影响，高疏水性反应中间体不易与母体化合物进行羟基自由基的竞争，因而会不断积累。同时该研究学者还第一次检测并得出了关于邻苯二甲酸二甲酯的三、四羟基化衍生物的实验报告。

邻苯二甲酸酯类包括多种同分异构体，这使得检测难度大大提升，而高分辨质谱技术的应用凭借其高灵敏性、高分离性等优势使得检测难度有所降低。

总结:

有机污染物在水处理过程中总会发生降解反应，其中一些虽然得到了降解产物，但是降解过后的物质毒性反而有所增强，这显然不符合我们的要求。高分辨质谱技术可以帮助我们对有机污染物及其降解产物进行鉴定，效果显著，为了使得该技术得到更好的发展，我们总结了该技术的未来研究方向：

（1）当前在有机污染物的降解产物的鉴定筛选工作中，仍然以低分辨质谱为主，我们今后需要在高分辨质谱技术装备系统的基础研发方面多加努力。

（2）目前降解产物尚未得到标准化合物，如果采用全扫描模式，非常容易导致假阳性等问题的出现，我们之后需要在软件技术、数据库研发方面做更多改进，希望能够提高数据检索的效率。

参考文献

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