[发明专利]利用激发态质子转移质谱仪进行水体嗅味物质实时检测的方法

说明书

本发明提供了一种利用激发态质子转移质谱仪进行水体嗅味物质的检测方法，可对水体中的嗅味物质的成分和浓度进行在线检测分析。首先先采集水样并放入容量瓶中，经过短暂的平衡，通过采样管将顶空气体采集，同时将质子化剂二氯甲烷与待测空气混合，之后引入电离器中进行电离，继而引入飞行时间质谱仪中进行分析。本发明可应用于水源、居民周围水体环境、饮用水水质的实时在线监测，对保障人民健康、安全具有重要意义。

所属技术领域

本发明涉及一种对水体嗅味物质实时检测的方法，具体利用激发态质子转移技术使水体顶空采样的嗅味物质分子质子化，并结合飞行时间质谱仪对嗅味物质进行定量分析。

背景技术

嗅味是人类最能感受到的水质指标之一，同时也是最难进行定性定量评价和管理的指标之一。随着人类生产生活的发展，人类向水体排放的污染物逐年增加，作为水源的河流、水库、湖泊受到不同程度的污染，饮用水出现的嗅味问题越来越严重。国外自二十世纪五十年代就开展了对水体嗅味的研究，已经在嗅味物质的识别、分析检测、爆发机制、预防和控制方面取得了进展。由于水体产生严重的异嗅味往往是水源遭受污染的重要表现，不仅影响饮用水的品质，还影响公众健康与安全，因而此方面的监测和研究至今仍是世界水环境研究的热点。

目前对于水中嗅味物质的识别和鉴定大多采用感官识别和化学分析相结合的方法进行。嗅味物质的感官分析指通过人的嗅觉来判断气味的类别和强度，最初使用嗅阈值的方法来表示。但水样在反复稀释过程中易使挥发组分损失，且易受人为及主观意识的影响，实验误差大，缺乏重现性，同时无法具体描述每种物质的气味特征。嗅味层次分析法最初应用在食品工业，1981年美国水行业开始使用。此方法需要4人以上的，通过专业培训的测试小组分别对水样的气味和强度进行评价，最后综合统一的嗅味类型和强度平均值。气相色谱/质谱(GC/MS)是水中嗅味物质化学分析中最为常用的方法，另外电子捕获检测器、氮磷检测器、火焰离子检测器、也常与气相色谱/质谱联用来分析特定类别的化合物。

水中嗅味物质嗅阈值很低，因此在水中含量很低的条件下(如ng/L)就能造成嗅味，而这通常低于仪器的检测限。目前常采用的方法是将水样经浓缩预处理后，再通过GC/MS进行分析。样品的前处理方法主要包括吹扫捕集、闭路气提分析法、固相微萃取、同时蒸馏萃取、液液萃取、搅拌棒吸附萃取法等。前三种物质主要浓缩非极性及中间分子量的挥发性较高的嗅味有机物(如土霉味物质geosmin与MIB)以及鱼腥味物质，蒸馏萃取和液液萃取则用于浓缩极性及分子量较大的嗅味有机物。此类方法虽然能使待测物质的检测限达到ng/L级别，但是检测时间长达几十分钟，耗时耗力。

水中嗅味产生的原因极其复杂，不同地方有不同成因，所造成的嗅味种类也不同，具有很强的地域性差异。总结嗅味成因的研究资料，总体上可以将嗅味问题分为人为因素和自然因素。藻类和腐败植物是主要的自然来源，生活和工业污水排放、农业活动等人为活动是引起嗅味问题的主要因素。藻源性嗅味物质，主要分为有机硫化合物、多元不饱和脂肪衍生物、胺类、萜类及其衍生物、吡嗪类等。工业废水中含有苯及苯系物、酚类、氧杂环化合物等。美国水行业协会调查表明，自来水在工艺处理和管网运输过程中，由于臭氧氧化、消毒剂、管材化合物溶出、微生物等作用，产生不同碳数的醛类物质、氯化副产物等。总的来说，含氧、含氮有机物是水中的嗅味物质的重要成分。

激发态质子转移质谱(excited-state proton transfer,ESPT)技术是我们实验室自主研发的质谱技术，它通过真空紫外光激发二氯甲烷，然后激发态二氯甲烷与水反应生成一种复合物，这种复合物可与含氧、含氮有机物发生高效质子化反应，结合飞行时间质谱仪，能够实现对该类痕量气态物质的实时检测。由于水中的嗅味物质是挥发或半挥发性有机物，根据亨利定律，挥发性溶质在溶液中的溶解度与液面上该溶质的平衡压力成正比，其公式为：

P＝κ·C