水節(jié)霉發(fā)生地河水中主要有機污染物種類研究

雷書鳳，王海燕* ，苑泉，王業(yè)耀，趙華，楊耀軍

1.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室，中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.中國環(huán)境科學(xué)研究院水污染控制技術(shù)研究中心，北京 100012

3.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012

在東北某河流的支流，2006年由于水污染造成 大量的水節(jié)霉滋生，發(fā)生了水節(jié)霉污染飲用水源地事件，當(dāng)時采取了應(yīng)急措施，水節(jié)霉得到了有效控制。但每年1—2月在某支流水節(jié)霉發(fā)生地斷面仍有少量水節(jié)霉滋生。水節(jié)霉是一種污水真菌［1］，國內(nèi)外對水節(jié)霉發(fā)生地水質(zhì)的常規(guī)檢測(COD 和BOD5等)較多［2-3］，對有機化合物污染，尤其是痕量有毒有機物的檢測較少，為了解水節(jié)霉高發(fā)期(2月)發(fā)生地河水中有機物的污染狀況，2月在該發(fā)生地斷面采集水樣，進(jìn)行分析測定。

目前河流水樣前處理方法有固相萃取(solidphase extraction，SPE)、液 液 萃 取(liquid-liquid extraction，LLE)、液液微萃取(dispersive liquidliquid microextraction，DLLME)、固相微萃取(solidphase microextrations， SPME )［4］、頂 空 技 術(shù)(headspace analytical method，HAM)和免疫萃取(immunity affinity solid-phase extraction，IASPE)［5-8］等，較常用的前處理方法是LLE 法和SPE 法。LLE法是發(fā)展最早、最經(jīng)典的萃取技術(shù)［5］，能分離出河流水樣中的堿性、酸性和中性化合物［6-7］，對儀器設(shè)備的要求較低，但溶劑消耗多、毒性較大并易發(fā)生乳化［6，9-10］。SPE 法是目前實驗室使用越來越多的一種方法［11-16］，被用于河流水樣中醫(yī)藥品、個人護(hù)理品［13-15］、多環(huán)芳烴［16］等有機物分析的前處理，檢測限可達(dá)ng/L 級［14］，能顯著減少溶劑的用量，處理過程中不會產(chǎn)生乳化。SPE 法所需時間為LLE 法的1/2，費用為LLE 法的1/5，但SPE 法目標(biāo)化合物的回收率要低于LLE 法［8］。

筆者采用LLE 法和SPE 法提取某河流水節(jié)霉發(fā)生地斷面河水中有機物，并用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)行測定，研究分析水節(jié)霉高發(fā)期(2月)發(fā)生地河水中的有機物種類。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

在東北某河流的支流水節(jié)霉發(fā)生地，選擇水節(jié)霉呈明顯成熟“縮縊”態(tài)的2月，根據(jù)HJ/T 91—2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》［17］在水節(jié)霉發(fā)生地斷面左中右3 個采樣點采樣，將3 個采樣點水樣等體積放入鐵鋅桶內(nèi)，7 h 內(nèi)運回實驗室，立刻過濾，2 周內(nèi)完成前處理［11，15］。

1.2 試劑與儀器

Supelco C18SPE 小 柱(0.5 g/6 mL，美 國)，Supelco 固相萃取裝置(美國)，1 L 分液漏斗(聚四氟乙烯節(jié)門，北京欣惠澤奧科技有限公司)，7890/5975 GC-MS(美國安捷倫)，7683B 自動進(jìn)樣器(美國安捷倫)，KL512 氮吹儀(北京康林科技有限公司)，溶劑過濾器，whatman 玻璃纖維素膜(直徑47 mm，GF/C，英國)，R 系列旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海申生科技有限公司)，試驗所用二氯甲烷、丙酮和正己烷，甲醇等試劑均為農(nóng)殘級。

1.3 樣品前處理方法

1.3.1 LLE法

取0.45 μm 玻璃纖維素濾膜過濾后的水樣各1 L 分別加入3 個1 L 的分液漏斗中，每個分液漏斗加入30 g 的NaCl 至其完全溶解。1 個分液漏斗中加入0.06 L 二氯甲烷，液液萃取30 min，靜置10 min，轉(zhuǎn)移有機相到錐形瓶中;另外2 個分別調(diào)節(jié)pH ＞11和pH ＜2，重復(fù)上述萃取步驟，合并3 次萃取所得的有機相［18］。在有機相中加入足量經(jīng)400℃烘干6 h 并冷卻的無水硫酸鈉干燥脫水。脫水后的洗脫液倒入裝有2 cm 高的無水硫酸鈉，并用玻璃棉堵住進(jìn)口的漏斗中，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶收集流出液。在35 ℃水浴中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，樣品濃縮至1 ～2 mL，轉(zhuǎn)移至K-D 管中，用6 ～8 mL 二氯甲烷分3 次沖洗旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶，并轉(zhuǎn)移至K-D 管中。將K-D管固定在氮吹儀上于30 ℃水浴中氮吹，當(dāng)?shù)抵列∮?.5 mL 時，用1 ～2 mL 二氯甲烷潤洗管壁，繼續(xù)氮吹至0.2 mL，用正己烷定容至1 mL，將樣品轉(zhuǎn)移到2 mL 樣品瓶中［6，19-21］。

1.3.2 SPE法

用棕色玻璃瓶盛放3 L 經(jīng)0.45 μm 玻璃纖維素濾膜過濾后的水樣，并加入21 mL 甲醇(7 mL/L)混勻［22］。1)活化SPE 柱:針對萃取裝置上的3 個C18SPE 小柱，分別加入6 mL 的二氯甲烷、甲醇和超純水，平衡5 min 后開閥讓溶液自然流下，避免SPE 柱流干進(jìn)入氣泡。2)樣品富集:在SPE 柱中加入滿管的超純水，用大體積采樣器連接水樣和SPE 柱，在真空下富集水樣，流速為5 mL/min，避免柱子流干進(jìn)入氣泡。富集結(jié)束后，繼續(xù)抽真空，氮吹走SPE柱內(nèi)的水珠。3)洗脫SPE 柱:在SPE 柱內(nèi)依次分別加入5 mL 二氯甲烷、二氯甲烷/正己烷混合液(體積比為1∶1)和正己烷，平衡5 min 后打開閥讓溶液自然流下，每種洗脫液重復(fù)操作3 次。將所有洗脫液混合，后續(xù)處理步驟與LLE 法相同。

1.4 色譜和質(zhì)譜條件

采用Agilent 7890/5975 GC-MS 測定。

色譜條件:7683B 系列自動進(jìn)樣器進(jìn)樣，選用HP-5MS 型色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度250 ℃，進(jìn)樣量1 μL，不分流進(jìn)樣，載氣為氦氣(純度99.999%)，流速1 mL/min，輔助通道溫度為250 ℃，掃描質(zhì)量為35 ～650 u。升溫程序為起始溫度40 ℃，保持1 min，后以10 ℃/min 升溫到250 ℃，保持3 min。

質(zhì)譜條件:離子源230 ℃，四極桿150 ℃，全掃描(scan)模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 水節(jié)霉發(fā)生地水樣LLE－GC－MS 檢測

采用LLE 法前處理，經(jīng)GC-MS 檢測得到水節(jié)霉水樣的總離子流圖(圖1)。所得質(zhì)譜圖與美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，共鑒定出有機物151 種，采用峰面積比法進(jìn)行半定量，主要有機物為未知化合物、有機酸類、酞酸酯類、烴類、有機酸酯類、雜環(huán)類、多環(huán)芳烴類、有機酸酐、酮類、酚和醇類等(表1)。根據(jù)聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織(WHO)對有毒有機物的五級分級標(biāo)準(zhǔn)，這些有機物中具有高毒的為8-羥基喹啉(0.18%，以峰面積比計，全文同);具有中等毒性的為2，6-二叔丁基對甲酚(0.82%)、咖啡因(0.25%)、7-乙酰-6-乙基-1，1，4，4-四甲基四氫萘(0.40%)和鄰苯二甲酸丁芐酯(0.29%);具有低等毒性的為環(huán)戊烯(0.10%)、 dl-薄荷醇(0.45%)、 丁 酸 丁 酯(0.46%)、鄰苯二甲酸二甲酯(0.20%)、鄰苯二甲酸二乙酯(0.89%)、熒蒽(0.24%)和十二烯基丁二酸酐(0.27%);具有微毒的為3-甲基吲哚(0.23%)和菲(0.18%)。其中屬于美國國家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)優(yōu)先控制的污染物為5 種，包括鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸丁芐酯、熒蒽和菲。屬于我國優(yōu)先控制的污染物為2 種，包括熒蒽和鄰苯二甲酸二甲酯。

圖1 LLE 法前處理水節(jié)霉發(fā)生地水樣的GC－MS 總離子流圖Fig.1 The organics GC-MS total ion currents of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the LLE pretreated method

表1 LLE 法前處理水節(jié)霉發(fā)生地水樣GC－MS 檢測出的主要污染物種類Table 1 The GC-MS organic pollutants of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the LLE pretreated method

(續(xù)表1)

2.2 水節(jié)霉發(fā)生地水樣SPE－GC－MS 檢測

采用SPE 法前處理，經(jīng)GC-MS 檢測得到水節(jié)霉水樣的總離子流圖(圖2)。所得質(zhì)譜圖與NIST質(zhì)譜圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，共鑒定出有機物104 種，采用峰面積比法進(jìn)行半定量，有機物主要有未知化合物、烴類、其他酯類、酞酸酯類、雜環(huán)類、酮類、酚類、有機酸類、有機酸酯、醇類和醌類(表2)。根據(jù)WHO 對毒性物質(zhì)的五級分級標(biāo)準(zhǔn)，這些有機物中具有中等毒性的為2，6-二叔丁基對甲酚(0.15%)和咖啡因(0.33%);具有低毒的為丁酸丁酯(0.35%)、乙酰苯(0.35%)、dl-薄荷醇(0.12%)、萘(0.05%)、鄰苯二甲酸二甲酯(0.13%)、鄰苯二甲酸二乙酯(0.47%)、鄰苯二甲酸二丁酯(0.67%)和熒蒽(0.29%);具有微毒的為3-甲基吲哚(0.07%)和菲(0.26%)。這些有機物中屬于美國EPA 優(yōu)先控制的污染物為6 種，包括萘、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯、熒蒽和菲。屬于我國優(yōu)先控制的有機物為4 種，包括萘、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯和熒蒽。

圖2 SPE 法前處理水節(jié)霉發(fā)生地水樣的GC－MS 總離子流圖Fig.2 The organics GC-MS total ion currents of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the SPE pretreated method

表2 SPE 法前處理水節(jié)霉發(fā)生地水樣GC－MS 檢測出的主要污染物種類Table 2 The GC-MS organic pollutants of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the SPE pretreated method

(續(xù)表2)

2.3 水節(jié)霉發(fā)生地河水中有機物種類鑒定

采用LLE 法和SPE 法前處理均能萃取出水節(jié)霉發(fā)生地水樣中未知化合物、有機酸類、酞酸酯類、烴類、有機酸酯類、雜環(huán)類、多環(huán)芳烴類、酮類、酚和醇類，從鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)SPE 法還提取出了一些酰苯類污染物，說明2 種方法都能提取出樣品中廣譜性的有機物(表1 和表2)。但2 種方法對不同種類有機物的提取又具有偏向，如LLE 法對4.29、4.42、4.71、4.76、5.44、5.54、9.40、9.51、9.65、9.88 和17.39 min 出現(xiàn)的11 種未知化合物，以及硬脂酸、鄰苯二甲酸二異辛酯的提取效率明顯優(yōu)于SPE 法(圖3);而SPE 法對12.72 和19.96 min 出現(xiàn)的2 種未知化合物，以及正十一烷、1-十八烯的提取明顯優(yōu)于LLE 法。由表1 和表2 可知，2 種方法均檢測出了6種主要有機物，分別為正十七烷、菲、咖啡因、鄰苯二甲酸異丁基辛基酯、7，9-二叔丁基-1-氧雜螺(4，5)十溴-6，9-二烯-2，8-二酮和熒蒽，其他檢出的主要有機物種類均不同。因此，為全面鑒定水節(jié)霉發(fā)生地斷面水樣中的有機物，宜采用2 種萃取方法聯(lián)合分析。

針對水節(jié)霉發(fā)生地水樣，LLE 法共鑒定出有機物151 種，主要有機物55 種(表1);SPE 法共鑒定出有機物104 種，主要有機物43 種(表2);LLE 法鑒定出的物質(zhì)種類比SPE 法多47 種。采用SPE 法和LLE 法測定水節(jié)霉發(fā)生地水樣，2 種方法共同鑒定出的有機物19 種，二者合計鑒定出的有機物236種，與西班牙加耶戈河采用GC-MS 檢出220 種有機物種類數(shù)接近［23］，另外在長江江陰段采用GC-MS 方法也曾檢出有機物154 種［24］。2 種方法鑒定出水節(jié)霉發(fā)生地主要有機物共92 種(峰面積比大于0.07%)，其中峰面積比大于1%的主要有機物為硬脂酸(5.82%)、鄰苯二甲酸二異辛酯(2.88%)、鄰苯二甲酸異丁基辛基酯(1.5%)、硬酯酸甲酯(1.01%)、14-甲基十五烷酸甲酯(1.0 %)、正十一烷(2.38%)、1-十 八 烯(1.92%)、(E)-3-十 八 烯(1.53%)及18 種未知化合物，共計26 種(圖3)。峰面積比大于1%的已知有機物為8 種，均不屬于毒性有機物及US EPA 優(yōu)控污染物和我國優(yōu)控污染物，側(cè)面反映出在水節(jié)霉爆發(fā)的2月，主要有機物均為無毒有機物。18 種未知化合物是未來水節(jié)霉發(fā)生地有機物進(jìn)一步研究的重點。

圖3 LLE和SPE法前處理水節(jié)霉發(fā)生地水樣測得有機物種類Fig.3 The organics of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the LLE and SPE pretreated

峰面積比為0.18% 的1 種有機物(8-羥基喹啉)屬于高毒物質(zhì);峰面積比為0.25% ～0.82%的4種有機物(2，6-二叔丁基對甲酚、咖啡因、7-乙酰-6-乙基-1，1，4，4-四甲基四氫萘和鄰苯二甲酸丁芐酯)屬于中等毒性物質(zhì);峰面積比為0.1% ～0.89%的11 種有機物(環(huán)戊烯、dl-薄荷醇、丁酸丁酯、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二甲酸二乙酯、熒蒽和十二烯基丁二酸酐)屬于低毒物質(zhì);峰面積比為0.23% ～0.26%的2 種有機物(3-甲基吲哚和菲)屬于微毒物質(zhì)。其中有7 種有機物屬于US EPA 優(yōu)控的污染物，4 種有機物屬于我國優(yōu)控的污染物。對于上述有機物種類是否由水節(jié)霉爆發(fā)所產(chǎn)生，還需進(jìn)一步深入研究非爆發(fā)期水樣的有機物種類，進(jìn)行對比分析來確定。

3 結(jié)論

(1)LLE 法和SPE 法前處理水節(jié)霉發(fā)生地斷面水樣中的有機物均能獲得廣譜性的提取，并且有所偏向，建議采用2 種萃取方法聯(lián)合分析，以全面揭示水節(jié)霉發(fā)生地中的有機物種類。

(2)水節(jié)霉發(fā)生地水樣中共檢測出的有機物236 種，主要有機物92 種(峰面積比大于0.07%)，峰面積比較高的主要有機物(大于1%)為有機酸類、烴類、酞酸酯類、其他酯類及未知化合物，均不屬于有毒有機物及US EPA 優(yōu)控污染物和我國優(yōu)控污染物。從側(cè)面反映出在水節(jié)霉爆發(fā)的2月，主要有機物均為無毒有機物，未造成有毒有機物污染。

(3)峰面積比低于1%的有機物中，1 種屬于高毒物質(zhì);4 種屬于中等毒性物質(zhì);11 種屬于低毒物質(zhì);2 種屬于微毒物質(zhì)。上述物質(zhì)中有7 種屬于US EPA 優(yōu)控的污染物，4 種屬于我國優(yōu)控的污染物。

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