超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法直接進(jìn)樣測(cè)定水樣中8種有機(jī)污染物

楊立新，張劍波，路 陽，劉印平，董 斌，常鳳啟*

(1.河北省疾病預(yù)防控制中心，河北石家莊050021; 2.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京100871)

超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法直接進(jìn)樣測(cè)定水樣中8種有機(jī)污染物

楊立新1，2，張劍波2，路 陽1，劉印平1，董 斌1，常鳳啟1*

(1.河北省疾病預(yù)防控制中心，河北石家莊050021; 2.北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京100871)

2011年我國(guó)實(shí)施了新的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)生指標(biāo)擴(kuò)展至106項(xiàng)，并配套了相關(guān)的檢測(cè)方法，其中微囊藻毒素、莠去津采用液相色譜紫外檢測(cè)器的檢測(cè)方法;丙烯酰胺、滅草松、2，4-D采用氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器的檢測(cè)方法;呋喃丹、草甘膦采用液相色譜熒光檢測(cè)器的檢測(cè)方法。這些檢測(cè)方法均有前處理程序繁瑣、工作量大、可操作性差的缺點(diǎn)，在實(shí)際工作中應(yīng)用較為困難。本文采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(UPLC-MS/MS)，建立了水樣過0.22 μm濾膜，直接進(jìn)樣測(cè)定自來水、地下水及地表水中8種有機(jī)污染物(草甘膦、呋喃丹、滅草松、莠去津、2，4-滴、丙烯酰胺、微囊藻毒素-RR和微囊藻毒素-LR)的分析方法。8種化合物在各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均不低于0.993，定量下限為0.07～5 μg/L，低、中、高三個(gè)加標(biāo)水平的回收率為94.2%～103.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.1%～7.8%。本文建立的方法操作簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)在6 min內(nèi)一次性分析8種目標(biāo)化合物，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法相比，顯著提高了分析效率;與文獻(xiàn)報(bào)道的均是單一類化合物檢測(cè)方法相比，本檢測(cè)方法具有相似的靈敏度和檢測(cè)限，但是目標(biāo)化合物覆蓋更全面，分析時(shí)間更短。

水樣;農(nóng)藥;丙烯酰胺;微囊藻毒素;超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法

飲用水安全問題，越來越多地受到社會(huì)的關(guān)注。聯(lián)合國(guó)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，世界上80%以上的疾病與飲用水質(zhì)量有關(guān)，世界衛(wèi)生組織和主要發(fā)達(dá)國(guó)家均制定了極為詳盡的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［1-2］。我國(guó)的飲用水安全問題同樣不容忽視，據(jù)報(bào)道我國(guó)有3億農(nóng)村人口和5000萬城市人口的飲用水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。2007年修訂的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB 5749—2006［3］(2011年7月1日全面實(shí)施)將飲用水衛(wèi)生指標(biāo)擴(kuò)展至106項(xiàng)，其中新增了四種除草劑(草甘膦、滅草松、莠去津、2，4-滴)，一種殺蟲劑(呋喃丹)，一種水處理副產(chǎn)物(丙烯酰胺)，一種微囊藻毒素(MCYST-LR)。這8種化合物均為水污染事件中較為常見的有機(jī)污染物，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006［4］中，莠去津、呋喃丹、丙烯酰胺、2，4-滴、微囊藻毒素-LR的限量標(biāo)準(zhǔn)值與世界衛(wèi)生組織水質(zhì)準(zhǔn)則的限標(biāo)準(zhǔn)量值相同，而草甘膦的限量標(biāo)準(zhǔn)值則與美國(guó)EPA水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值一致［5］。GB 5750—2006為該8種有機(jī)污染物配套了相應(yīng)的檢測(cè)方法，如滅草松、2，4-滴、丙烯酰胺采用柱前衍生的氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器法(GC-ECD)［6-8］，草甘膦、呋喃丹采用柱后衍生的高效液相色譜-熒光檢測(cè)器法(HPLC-FLD)［9-11］，這兩類方法均采用液液萃取的提取技術(shù)，試劑使用量非常大，且涉及衍生劑毒副作用較強(qiáng)，環(huán)境友好性差;莠去津、微囊藻毒素采用液相色譜-紫外檢測(cè)器法(HPLC-UVD)［12-14］，紫外檢測(cè)器靈敏度較差，需采用固相萃取柱(SPE)進(jìn)行大量水樣的富集，前處理費(fèi)用較高，并且程序繁瑣，可操作性差。

由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法在實(shí)際應(yīng)用中受到限制，Xu等［15］、張明等［16］、張春燕等［17］建立了微囊藻毒素的LC-MS/MS分析方法，Renata等［18］、鄭和輝等［19］建立了水樣中農(nóng)藥及其代謝產(chǎn)物的分析方法。這些方法多用固相萃取［15，18］作為前處理方法。本文研究建立了一種直接進(jìn)樣一次性檢測(cè)水樣中8種有機(jī)污染物的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方法(UPLC-MS/MS)，在確保液相色譜質(zhì)譜法靈敏度高和可靠性強(qiáng)的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步簡(jiǎn)化前處理程序，擴(kuò)大了目標(biāo)化合物的種類，并且應(yīng)用于河北省部分地區(qū)、自來水、地表水及地下水的水樣分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

Acquity UPLC超高效液相色譜儀(美國(guó)Waters公司)。

Waters TQS串聯(lián)質(zhì)譜儀(美國(guó)Waters公司):配電噴霧離子源(ESI)。

有機(jī)相微孔濾膜(美國(guó)Waters公司):規(guī)格13 mm×0.22 μm。

1.2 色譜-質(zhì)譜條件

1.2.1 色譜條件

ACQUITY Hss T3 C18液相色譜(1.8 μm，2.1 mm×100 mm)，流速0.3 mL/min;進(jìn)樣量10 μL，柱溫30℃;流動(dòng)相:A為超純水(含0.1%甲酸)，B為乙腈，梯度洗脫。初始流動(dòng)相含2%的B，到第1 min時(shí)線性增加至5%，到1.5 min時(shí)線性增加至30%，到2.5 min時(shí)，線性增加至95%，保持2 min，到6 min線性回到2%。

1.2.2 質(zhì)譜條件

離子源:電噴霧離子源，檢測(cè)方式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)，毛細(xì)管電壓2.0 kV，離子源溫度350℃;錐孔反吹氣流速150 L/h;脫溶劑氣溫度350℃;脫溶劑氣流速800 L/h;碰撞氣為氬氣;碰撞氣流量0.16 mL/min。錐孔電壓、反應(yīng)離子對(duì)、碰撞能量、掃描模式及其他參數(shù)見表2。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液和主要試劑

標(biāo)準(zhǔn)品:實(shí)驗(yàn)用草甘膦、呋喃丹、滅草松、莠去津、2，4-滴、丙烯酰胺、微囊藻毒素(MCYST-LR、MCYST-RR)標(biāo)準(zhǔn)品，均購(gòu)自Dr.Ehrenstorfer公司，純度均大于98.5%。其中MCYST-RR是MCYST -LR的手性異構(gòu)體，二者具有共生性，因此本文同時(shí)將MCYST-RR列為目標(biāo)化合物。

單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:分別稱取1 mg草甘膦、丙烯酰胺、呋喃丹標(biāo)準(zhǔn)品于10 mL容量瓶中，用純凈水定容至刻度，分別稱取1 mg滅草松、莠去津、2，4 -滴及兩種微囊藻毒素于10 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，混勻后轉(zhuǎn)移至10 mL棕色玻璃瓶避光保存，作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。具體濃度見表1。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:依據(jù)靈敏度的不同，取一定體積的各種待測(cè)化合物標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于容量瓶中，最終定容至10 mL，制備成混和標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(具體濃度見表1)，貯存于4℃冰箱中。

基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:使用含50 μg/L抗壞血酸的自來水、地表水、地下水，分別將混和標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋5、6.25、12.5、25、50倍，作為標(biāo)準(zhǔn)系列。

主要試劑:乙腈(色譜純，美國(guó)ThermoFisher公司)，甲酸(色譜純，美國(guó)ThermoFisher公司)，抗壞血酸(北京化學(xué)試劑廠)，實(shí)驗(yàn)用超純水購(gòu)自香港屈臣氏有限責(zé)任公司。

1.3 樣品前處理

取1 mL樣品，直接過0.22 μm濾膜，裝于樣品瓶，待分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)相與離子源模式的選擇

在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的使用中，色譜的分離與質(zhì)譜的離子化是一對(duì)矛盾體，選擇流動(dòng)相時(shí)應(yīng)兼顧分離效果及各分離組分進(jìn)入質(zhì)譜前的離子化效率，以獲得最佳的分辨率和最高的靈敏度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):丙烯酰胺、莠去津、呋喃丹及兩種微囊藻毒素適合在正離子模式下進(jìn)行分析，但在氨水等堿性環(huán)境中，離子化效率降低，離子抑制現(xiàn)象明顯;滅草松、草甘膦和2，4-滴在負(fù)離子模式下靈敏度特別高，在以0.1%的甲酸溶液作弱洗脫液時(shí)，靈敏度依然能夠滿足限量標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)要求。分別用甲醇和乙腈作強(qiáng)洗脫相，試驗(yàn)表明，乙腈作流動(dòng)相時(shí)，草甘膦的峰形明顯優(yōu)于甲醇(見圖1)。因此分別選用0.1%的甲酸和乙腈作為弱洗脫相和強(qiáng)洗脫相。8種目標(biāo)化合物的保留時(shí)間、線性范圍、相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 8種有機(jī)污染物的保留時(shí)間、線性范圍、相關(guān)系數(shù)Table 1 The retention time，linearrange，correlation coefficient of the 8 organic pollutants

圖1 流動(dòng)相不同時(shí)，草甘膦峰形比較色譜圖Fig.1 Chromatograms with different elution solvents

2.2 洗脫程序的優(yōu)化

8種物質(zhì)雖然都可以用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè)，但是極性差異非常明顯，草甘膦、丙烯酰胺都屬于強(qiáng)極性物質(zhì)，在反相色譜柱上保留較差，因此開始必須在高比例水項(xiàng)條件下，洗脫一段時(shí)間，待此兩種物質(zhì)洗脫下來以后，變成高比例有機(jī)相洗脫，以盡快將其他化合物洗脫下來，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

本研究中，為了研究基質(zhì)效應(yīng)的影響，模仿真實(shí)水樣的環(huán)境，用加入抗壞血酸的自來水作為標(biāo)準(zhǔn)的定容溶液，8種化合物的液相色譜圖見圖2。比較發(fā)現(xiàn)基質(zhì)效應(yīng)不太明顯，靈敏度可以滿足相關(guān)的檢測(cè)要求。

2.3 質(zhì)譜條件的選擇

將各化合物配制成500 ng/mL的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)各化合物分子的化學(xué)電離性質(zhì)，分別選用ESI+和ESI-作為離子化模式，通過直接進(jìn)樣法，在優(yōu)化質(zhì)譜參數(shù)的基礎(chǔ)上確定各毒素的母離子質(zhì)量數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，雙電核模式下 MCYST-RL及MCYST-RR的母離子響應(yīng)更高，穩(wěn)定性更好。歐盟指令(2002/657/EC)規(guī)定低分辨率質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)應(yīng)在確定母離子的基礎(chǔ)上選擇兩個(gè)以上的子離子。因此在確定母離子基礎(chǔ)上對(duì)化合物的特征離子、碰撞能量、錐孔電壓進(jìn)行了優(yōu)化，具體參數(shù)見表2。

2.4 方法的有效性驗(yàn)證

以加抗壞血酸的自來水、地表水(來自河北省淶源縣拒馬河)、地下水(來自河北省滄縣)為加標(biāo)基質(zhì)，分別在高、中、低三個(gè)水平進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)加標(biāo)水平平行測(cè)定6次，計(jì)算目標(biāo)化合物的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。表3的分析結(jié)果表明，方法回收率為 94.2% ～103.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.1%～7.8%。

以待測(cè)化合物的峰面積為縱坐標(biāo)，待測(cè)化合物的標(biāo)示濃度為橫坐標(biāo)進(jìn)行回歸分析，得到線性回歸方程、線性范圍及相關(guān)系數(shù)。由表1可知，各化合物的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均不低于0.993。用加入抗壞血酸的自來水作為基質(zhì)，添加不同量的標(biāo)準(zhǔn)品，處理后測(cè)定，根據(jù)3倍和10倍信噪比計(jì)算檢出限和定量下限。各化合物的檢出限(LOD，S/N=3)和定量下限(LOQ，S/N=10)均遠(yuǎn)低于飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的限量要求，具體見表2。

表2 8種有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)離子對(duì)、碰撞能量、錐孔電壓、離子化模式、檢出限(S/N=3)及定量限(S/N=10)Table 2 Qualitative ion pair，quantitative ion pair，collision energy，cone voltage，ionization mode，LOD(S/N=3)and LOQ(S/N=10)of the 8 organic pollutants

圖2 稀釋20倍基質(zhì)匹配混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖Fig.2 Chromatograms of mixture standard solutions diluted 20 times by matrix matching

表3 8種有機(jī)污染物在自來水、地表水、地下水空白添加水平、回收率及精密度(n=6)Table 3 The spiked levels，recovery and RSD(n=6)of the 8 organic pollutants in tap waters，surface waters and groundwaters

2.5 樣品分析

運(yùn)用該方法分別檢測(cè)了地表水送檢水樣10份及地下水樣送檢水樣5份。在地表水樣中檢出微囊藻毒素-LR和微囊藻毒素-RR，空白樣品及陽性樣品色譜圖如圖3所示。微囊藻毒素-LR的檢出值為0.32 μg/L，微囊藻毒素-RR的檢出值為0.47 μg/L，均未超出相應(yīng)的國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 空白及陽性樣品色譜圖Fig.3 Chromatograms of blank and positive sample

3 結(jié)語

本文建立了直接進(jìn)樣，超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)飲用水中8種有機(jī)污染物的方法。該方法可在6 min內(nèi)一次性檢測(cè)8種有機(jī)污染物，極大地縮短了分析時(shí)間，提高了工作效率，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法相比，目標(biāo)化合物靈敏度均有不同程度的提高，并且具有前處理簡(jiǎn)單、環(huán)境友好性強(qiáng)等特點(diǎn)，完全能夠滿足我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的限量要求，適于在日常飲用水分析檢測(cè)項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

目前，實(shí)現(xiàn)水樣的無擾動(dòng)分析及有機(jī)污染物的多殘留檢測(cè)是水質(zhì)分析的發(fā)展趨勢(shì)，超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對(duì)于多種農(nóng)藥殘留同樣具有較高的靈敏度和通用性，如進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，必能進(jìn)一步擴(kuò)大該方法的檢測(cè)能力和檢測(cè)范圍。

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Determination of 8 Organic Pollutants in Drinking Waters by Ultra-high Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry with Direct Injection

YANG Li-xin1，2，ZHANG Jian-bo2，LU Yang1，LIU Yin-ping1，DONG Bin1，CHANG Feng-qi1*(1.Hebei Provincial Center for Disease Control and Prevention，Shijiazhuang 050021，China; 2.College of Environmental Sciences and Engineering，Peking University，Beijing 100871，China)

In 2011，new healthy standards for drinking water were implemented，which included 106 health indicators and related detection methods.In the national standard methods，microcystins and atrazine are detected by Liquid Chromatography with Ultraviolet Detector;acrylamide，bentazone and 2，4-D are detected by Gas Chromatography with Electron Capture Detector，carbofuran and glyphosate are measured by Liquid Chromatography with Fluorescence Detector.All of these methods are cumbersome and have poor operability making them difficult to conduct on a daily basis.A method for the analysis of 8 organic pollutants(glyphosate，carbofuran，bentazone，atrazine，2，4-D，acrylamide，microcystin-RR and microcystin-LR)in drinking water，surface water and underground water was developed using Ultra Performance Liquid Chromatography with Tandem Mass Spectrometry (UPLC-MS-MS).After filtration by 0.22 μm membrane，the water sample was injection directly into the equipment.Compared with recently reported methods，similar precision and accuracy were obtained and are presented in this paper.But shorter analysis time is needed and more target compounds are included.The result indicate that the LOQ of 8 compounds ranged from 0.07 to 5 μg/L，Meanwhile，the high correlation coefficients (r＞0.993)of 8 compounds were obtained within the respective linear ranges.The average recoveries at low，intermediate and high spiked levels range from 94.2%to 103.7%with relative standard deviations(RSD，n=6) of 1.1%-7.8%.This method is suitable for the identification and quantification of the aforementioned 8 compounds in drinking water with the advantages of simple pretreatment，good reliability and high sensitivity.

water samples;herbicides;acrylamide;microcystin;Ultra Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

X824;S482;O657.63

B

0254-5357(2014)02-0275-07

2013-06-20;接受日期:2013-08-25

河北省科技廳平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目(JB0011966123D)

楊立新，博士研究生，技師，研究方向?yàn)槭称芳帮嬘盟畽z測(cè)技術(shù)。E-mail:yanglixin241@163.com。

常鳳啟，主任技師，研究方向?yàn)槭称钒踩?。E-mail:hbweisheng2@163.com。