水環境監測中色譜-質譜技術的運用
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【摘 要】從事水質有機物質監測分析的實驗室幾乎都把質譜分析作為最主要的定性確認手段之一，在很多情況下也用于定量分析。質譜技術的應用常和氣相、液相、電感耦合等聯用，成為現代水環境監測的重要儀器。本文淺析了，氣相色譜-質譜聯用，液相色譜-質譜聯用，電感耦合質譜聯用技術在水質監測中應用。
【關鍵詞】水質監測;質譜技術;氣質聯用;液質聯用
中圖分類號： X832 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0039-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.018
【Abstract】Most of the laboratories engaged in monitoring and analysis of organic substances in water quality regard mass spectrometry as one of the most important means of qualitative confirmation， and in many cases， it is also used for quantitative analysis. The application of mass spectrometry is often combined with gas phase， liquid phase and inductance coupling. It has become an important instrument for modern water environment monitoring. In this paper， the applications of gas chromatography-mass spectrometry， liquid chromatography-mass spectrometry and inductively coupled mass spectrometry in water quality monitoring are briefly discussed.
【Key words】Water quality monitoring; Mass spectrometry; Gas chromatography-mass spectrometry; Liquid chromatography-mass spectrometry
0 概述
我國水質檢測技術已逐步完善和成熟，水質檢測技術是環保管理部門對轄區水體、水質狀況進行實時檢測的主要手段。由于人類活動及工業發展導致水資源污染的日益加劇，水質的污染種類越來越多，成分越來越復雜，因此水質監測中檢測的項目亦越來越多，這就對水質分析的儀器性能提出了更高的要求。對于復雜多組分混合物分析，以往采用的水質檢測方法已經遠無法滿足環保工作發展的需求。單一的檢測方法逐漸被淘汰，對復雜水質樣本分析經常需要兩種及兩種以上方法進行分析，其中氣相色譜、液相色譜、質譜與ICP的聯用技術靈敏度高，最小檢出限低，被分析樣品前處理要求不高，已成為水質監測中最實用的色譜-質譜聯用技術，對水質有機物組分定性分析和鑒定、分子結構判斷提供了一種更加行之有效的手段。目前，質譜分析技術幾乎是水質有機物質檢測分析的最主要定性手段之一，在很多情況下也可用于定量分析。
1 水質檢測中質譜的應用
1.1 氣相色譜-質譜聯用法檢測水中農藥
工業、農業、礦山等人為的生產和生活活動是水環境中有機污染物的主要來源，也有部分污染源來源于自然環境，如火山爆發等。2007年我國新頒布了水中“水環境污染物黑名單” 其中有苯胺、酚類、多環芳烴、丙烯腈、 硝基苯、酞酸酯、農藥、亞硝胺類12類共72種有機化合物。國家水環境保護工作的熱已轉變為有機污染的控制和防治。在過去的二十年中，農藥的使用已經非常普遍，據不完全統計，目前農藥的數量大約有6300多種。在很多國家的環保標準中，無論是對水樣，還是氣樣樣本檢測，有機農藥檢測都作為必檢項目。同時，影響食品安全的重要因素是農藥污染，已經成為全世界衡量食品質量狀況及其衛生的重要指標。GC-MS在水質有機物監測中能對樣品中不同種類的農藥殘留物進行同時定量檢測分析，快速定性的優勢，在水質農藥殘留物檢測方面發揮著極其重要的作用，現已被世界各國家水質檢測部門和實驗室開發與應用。并且通過引入新電離方式，如NCI，使得GC-MS在農藥殘留物的分析中精確度和重現性有很大提高，其在水質農藥殘留分析中的研究精確度越來越高。氣相色譜-質譜聯法分析水質樣品中的農藥殘留成分前樣品須進行前處理，其前處理方法主要有液液萃取和濃縮凈化提取。樣品提取的主要溶劑有丙酮、二氯甲烷，乙酸乙酯等，由于二氯甲烷具有致癌作用，所以在實驗中大多都用乙腈和丙酮混合液，提取率高且污染小。樣品凈化主要有液液萃取法和固相萃取法，這也是目前最常用樣品凈化方法。趙士嶺[3]用正己烷作溶劑，進行液-液萃法提取和凈化，選擇SIM模式，用GC-MS測定了液體中16種普遍有機磷農藥殘留物。對于含量為0.05～11μg/L的水樣，這種方式回收率主要在62.8%±0.6%～120.3%±2.5%之間。檢測限為0.06～0.9μg/L。
1.2 液相色譜-質譜法檢測水中有機物
高效液相色譜技術的發展相對于氣相色譜更有優勢，主要體現在對樣品的進樣中，高效液相色譜進樣是常溫進樣，可以減少對樣品的損失。高效液相色譜儀-質譜聯用技術在水環境檢測中的應用分為：傳統檢測項目指標的檢測;水體中的有機物進行檢測;在對水體中污染物質總量的檢測基礎上，并對不同形態和其價態的污染源進行分類和定量檢測。
?。?）傳統水體中的有機物檢測方法，樣品的提取和凈化過程中受多方面外界因素會對監測水樣中的目標物存在一定程度的污染，解決這一問題，在效率與準確度上以往的檢測方法是不可能達到要求的。因此，運用高效液相色譜儀與質譜聯用技術下，對有機物進行定量、定性的檢測具有絕對的優勢，液相色譜技術對樣品前處理簡單，不加入新的有機物溶劑，只需簡單地進行過濾，除去大顆粒分子物即可進行檢測。在一些重要檢測項目中，如污染物石油、易揮發酚類、氰化物類、難揮發有機物等均能發揮出檢測優勢。農藥有機物如消化抑制劑、草甘膦類除草劑、溴氰菊酯類除蟲劑;在針對以上的有機污染物的檢測，液相色譜-質譜技術可以對液體中有機污染物情況進行快速有效的檢測，而且可以區分污染物種類，從而對污染源的排查工作提供大量有力的支持。 ?。?）對于不同價態和形態的污染物質進行檢測，對于相同化學元素的不同存在價態和形態對其生物毒性的影響非常重要，比如鉻元素在水體中六價鉻對生物毒性較大在較低濃度下對人體造成較大危害，但三價鉻毒性不大，甚至較大濃度范圍內還對人體有益。在水環境當中的六價鉻的檢測方法是通過二苯碳酰二肼與六價鉻的顯色反映來檢測的，而這種檢測方式受條件的影響較大，容易造成結果差異，而使得對真正水體環境的判斷不夠準確。高效液相色譜儀可以同時檢測同種元素的多種價態，對于水環境中六價鉻的定性及定量分析都有較好的優勢，能夠準確直觀的判斷六價鉻的污染狀況。
1.3 電感耦合-質譜聯用技術的應用
電感耦合等離子體質譜（ICPMS）已成為多數研究者關注重點，對水質檢測中痕量元素的研究有極其重要的作用，ICPMS的檢出限低，靈敏度高。許多元素的檢出限濃度范圍在μg/L～ng/L內，具有良好的重現性。水環境基體成分中存在Na、Cl、S、P和Si等大量元素的情況下，ICPMS具備能進行小體積樣品的分析能力，提高了超痕量元素測定的靈敏度，在水溶液中的檢出限通常低于0.1ng/L。對于環境污染源的研究，ICPMS較低的檢出限既能使較小樣品量很好分析，又避免樣品污染，放射產生的元素和重金屬如Hg、Pb、Cd、W直接分析提供了可靠的設備。同位素的測定中，ICPMS提供了示蹤和特征性研究的可能性。水環境中最常見的痕量元素的檢測樣品有河口水、飲用水、廢水、河水、海水、固體廢物、地下水、土壤、淤泥等。目前電感耦合等離子體質譜法（ICPMS）在水質檢測方法的應用中首次實現可以同時從6Li到238U的所有金屬元素檢測，并且具有樣品量少、動態范圍寬、重現性高、多元素同時分析、同位素鑒別、超低檢出限、干擾較少等各項優越性，也將開啟電感耦合等離子體質譜儀在水質分析以及核工業、醫藥、半導體、地質等各領域的廣泛使用。
2 結束語
水是人類賴以生存的源泉，水乃生命之源，人類生活的健康與飲水水質的好壞密不可分。社會科學發展在進步、經濟發展在提速、居民生活質量顯著提高，人們對于生活飲水的水質越來越重視，飲用水水質標準也在提高。水質監測對整個水環境保護、水污染控制以及維護水環境健康方面起著至關重要的作用。水質監測同樣可以為環境科學研究、環境管理提供資料和數據;對進一步深入水環境及污染的理論研究具有重要意義。
【參考文獻】
[1]奚旦立，孫裕生.環境監測[M].北京：高等教育出版社，2011.
[2]國家環保局.水和廢水監測分析方法（第四版）[M].北京：中國環境科學出版社，2002.
[3]趙士玲.飲水關乎民生健康[J].環境保護，2007（14）.
[4]水利部水文司環境資源處.水環境監測是管理水資源保護水環境的基礎和手段[J].水利技術監督，1998（2）.
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