溶解性有機質的定量檢測方法與流程

本發明屬于環境分析化學領域，具體涉及一種溶解性有機質的定量檢測方法。
背景技術：
：溶解性有機質是一類結構復雜且非均質的混合物，主要由腐殖酸、富里酸及親水性組分組成。溶解性有機質不僅是全球碳循環的重要部分，對全球變化具有重要影響；同時作為天然的配體和載體，其所含有的復雜官能團與水環境中多種活性金屬、有機污染物、礦物及微生物相互作用，使污染物在固-液界面的分配行為復雜化，延長污染物在環境中的停留時間，影響污染物的遷移轉化行為。因此，為揭示有機質各組分的環境行為，需采用分離技術，在降低其有機質的復雜性前提下才可進行各組分的表征分析研究。傳統的分離技術包括吸附分離、膜分離技術及以上兩者的聯合技術，這些傳統的分離技術普遍存在操作繁瑣、有機質損失大等缺點，同時分離過程中變化劇烈的pH值對有機質的各組分的結構和活性影響過大，且所分離的組分中親/疏水比例并不能真實呈現水體中的原始組成。而現代分析手段——色譜技術所需樣品少、分離速度快、可在線分析等諸多優點，成為目前有機質的分離、表征的重要手段。流動相作為色譜系統的“血液”，其成份、梯度配比、流速等參數的選擇決定了整個洗脫結果的優劣。而流動相中緩沖鹽和有機溶劑的成份、濃度、配比梯度及洗脫時間，由目標樣品中有機質的極性特征、色譜柱性質及檢測器共同確定。檢測器堪稱色譜系統的“眼睛”，而常用的熒光檢測器屬于光致發光，需根據目標化合物選擇合適的激發波長和發射波長，對檢測的靈敏度和選擇性都很重要。以往的熒光檢測器中普遍選用單對激發/發射波長進行檢測，而物質在吸收固定的激發光后將產生多種發射熒光。因而固定發射波段后所采集的二維樣品信息將不夠完整，以此為基礎而進行的定量也不一定精確。技術實現要素：有鑒于此，本發明的目的在于提供一種對溶解性有機質進行定量檢測的方法，以期解決上述現有技術中存在的至少部分技術問題。為了實現上述目的，本發明提供一種溶解性有機質的定量檢測方法，其包括如下步驟：(1)過濾待測樣品以去除懸浮性及難溶性顆粒物，收集濾液；(2)將步驟(1)所得濾液進行冷凍干燥后配制成總有機碳濃度在20～150mg/L之間的溶液樣品；(3)高效液相色譜分離、檢測溶液樣品，采集熒光多發射三維光譜數據，其中，混合流動相由濃度為1～100mM的中性緩沖鹽與有機相混合組成，所述有機相占混合流動相的體積比為2.5％～95％，洗脫時間為5～60min，所用熒光檢測器采用固定激發波長、多發射掃描模式；(4)綜合發射波長范圍、洗脫梯度及洗脫時間共同確定不同極性腐殖質和非腐殖質區域；(5)對所采集的三維熒光數據進行背景扣除后，按不同組分區域熒光強度進行定量分析，確定樣品中腐殖質及非腐殖質的含量和比例。步驟(1)中，所述過濾優選采用多級過濾方法的組合，更優選將待測樣品分別用醫用紗布和濾紙進行過濾以去除大型懸浮物，再用醋酸纖維濾膜進行過濾以去除難溶性顆粒物，之后收集過濾去雜后的濾液；其中用醋酸纖維濾膜進行過濾更優選依次用孔徑范圍在2～2.5μm和0.3～0.5μm的醋酸纖維濾膜進行過濾以去除難溶性顆粒物。步驟(2)中，所述冷凍干燥優選溫度為-50℃～0℃，壓力在10～600Pa，冷凍干燥時間為5～30h。經過冷凍干燥處理后，取所獲凍干粉末，配制成總有機碳濃度在20～150mg/L之間的溶液樣品。優選地，冷凍干燥后，采用去離子水配制成總有機碳濃度在20～150mg/L之間的溶液樣品。步驟(3)中，優選用反相高效液相色譜，采用C18、C8、C4或C1等色譜柱進行分離，熒光檢測器進行檢測。步驟(3)中，所述中性緩沖鹽可為本領域常規，優選磷酸鹽或醋酸鹽，所述有機相優選乙腈、氯仿、環己烷或甲醇。步驟(3)中，所述采集熒光多發射三維光譜數據是采集波段為200～600nm處的熒光多發射三維光譜數據。步驟(4)中，確定不同極性腐殖質和非腐殖質區域的操作優選根據洗脫分離組分熒光峰發射波長位置確定有機質種類，當最大熒光峰位置小于380nm時定義為溶解性非腐殖質組分；最大熒光峰位置大于380nm時定義為溶解性腐殖質組分；以及根據有機溶劑占混合流動相的比例及洗脫時間共同確定腐殖質和非腐殖質的極性特征。其中，根據有機溶劑占混合流動相的比例及洗脫時間共同確定腐殖質和非腐殖質的極性特征的操作中，較佳地是，在反相分離柱體系中，當有機溶劑占混合流動相的比例大于2.5％且小于15％，洗脫時間大于總洗脫時間25％且小于40％的為親水性組分；當有機溶劑占混合流動相比例大于15％且小于35％，洗脫時間大于總洗脫時間45％且小于75％的為過渡性組分；當有機溶劑占混合流動相比例大于35％且小于45％，洗脫時間大于總洗脫時間75％的為疏水性組分。步驟(5)中，對所采集的三維熒光數據進行背景扣除優選在MATLAB軟件中以去離子水為空白，對所采集的三維熒光數據進行空白及噪聲扣除。與現有技術相比，本發明的技術方案具有下述有益效果：1、確定了分離過程中流動相的成份、濃度及其洗脫梯度，實現了溶解性有機質的最大程度分離；2、實現低總有機碳濃度水體溶解性有機質pH值中性條件下的分離，真實呈現了自然環境中有機質的親/疏水性比例及其含量。3、通過多發射波段熒光光譜信號的采集，實現了環境中溶解性有機質的同步分離和定量分析。附圖說明圖1是本發明實施例1的地表水溶解性有機質色譜分離圖。圖2是本發明實施例2的城鎮污水廠二級出水溶解性有機質色譜分離圖。具體實施方式溶解性有機質是一類結構復雜且非均質的混合物，主要由腐殖酸、富里酸及親水性組分組成。以往的分離及定量檢測分析方法均存在一定缺陷。為了盡量客觀呈現水體中溶解性有機質的組成情況，本發明的發明人經過大量的探究實驗，對樣品預處理的步驟進行了創新和優化，還對檢測設備的參數選擇和具體檢測條件進行了創新和優化，各項因素最終組合在一起之后，再經過大量的反復應用驗證之后，被證實具有理想的效果。本發明的技術方案在本發明之前還沒有被任何現有技術述及過，具有較高的創新性。為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施例1過濾除雜：采集的2L地表水樣，分別用醫用紗布、濾紙、孔徑為2μm、0.45μm的醋酸纖維膜過濾，收集濾液。濃縮配制：將收集濾液在-30℃，50Pa下進行冷凍干燥10小時，取凍干粉末配制成總有機碳含量為100mg/L的溶液樣品。色譜分離：在安捷倫色譜反相高效色譜系統中，分別注入10μL配制溶液樣品、去離子水空白樣品，采用乙腈-醋酸銨混合液樣品，按表1時間梯度進行洗脫10min。固定激發波長為220nm，采集多發射280～550nm多發射信號數據。組分鑒定：根據色譜分離系統及梯度洗脫時間，可鑒定出6個組分(如圖1所示)，分別為：I:Em/Time＝380～550nm/0～4min(親水性腐殖質)、II:Em/Time＝380～550nm/4～7min(過渡性腐殖質)、III:Em/Time＝380～550nm/7～10min(疏水性腐殖質)、IV:Em/Time＝330～380nm/0～4min(親水性色氨酸)、V:Em/Time＝330～380nm/4～7min(過渡性色氨酸)、VI:Em/Time＝330～380nm/7～10min(疏水性色氨酸)、VII:Em/Time＝280～330nm/0～4min(親水性酪氨酸)、VIII:Em/Time＝280～330nm/4～7min(過渡性酪氨酸)、IX:Em/Time＝280～330nm/7～10min(疏水性酪氨酸)。定量分析：通過工作站導出三維數據，在MATLAB軟件中對其進行空白和儀器噪聲扣除后，對其熒光強度進行積分定量分析，結果見表2。表1實施例1梯度洗脫時間表表2實施例1定量分析結果區域有機質類型含量/au-nm2-[mg·L-1C]比例/％I親水性腐殖質13437.542.28II過渡性腐殖質2891.39.10III疏水性腐殖質3091.19.73IV親水性色氨酸2048.26.44V過渡性色氨酸4221.413.28VI疏水性色氨酸1873.35.89VII親水性酪氨酸521.81.64VIII過渡性酪氨酸3074.89.68IX疏水性酪氨酸621.41.96溶解性腐殖質19419.961.11溶解性非腐殖質12360.138.89從表2可以看出，經安捷倫色譜反相高效色譜分離后，可發現所研究地表水體中溶解性有機質主要為溶解腐殖質，占總有機質的61.11％。溶解性腐殖質中主要以親水性組分為主，其次為疏水性組分。在溶解性非腐殖質組分中主要以過渡性組分為主，其次為疏水性組分。本發明的方法較以往的有機質分離定量方法而言，不僅能夠較好地分離溶解性腐殖質、溶解性非腐殖質及其物質組成，同時可辨別不同有機質組分的極性特征，并可進行定量分析，實現了環境中溶解性有機質的同步分離和定量分析，較好呈現了自然環境中有機質的親/疏水性比例及其含量。實施例2過濾除雜：采集的2L某城鎮污水廠二級出水，分別用醫用紗布、濾紙、孔徑為2.5μm、0.5μm的醋酸纖維膜過濾，收集濾液。濃縮配制：將收集濾液在-30℃，30Pa下進行冷凍干燥12小時，取凍干粉末配制成總有機碳含量為80mg/L的溶液樣品。色譜分離：在安捷倫色譜反相高效色譜系統中，分別注入20μL配制溶液樣品、去離子水空白樣品，采用乙腈-醋酸銨混合液樣品，按表3時間梯度進行洗脫15min。固定激發波長為230nm，采集多發射280～550nm多發射信號數據.組分鑒定：根據色譜分離系統及梯度洗脫時間，可鑒定出9個組分(如圖2所示)，分別為I:Em/Time＝380～550nm/0～5min(親水性腐殖質)、II:Em/Time＝380～550nm/5～9min(過渡性腐殖質)、III:Em/Time＝380～550nm/9～15min(疏水性腐殖質)、IV:Em/Time＝330～380nm/0～5min(親水性色氨酸)、V:Em/Time＝330～380nm/5～9min(過渡性色氨酸)、VI:Em/Time＝330～380nm/9～15min(疏水性色氨酸)、VII:Em/Time＝280～330nm/0～5min(親水性酪氨酸)、VIII:Em/Time＝280～330nm/5～9min(過渡性酪氨酸)、IX:Em/Time＝280～330nm/9～15min(疏水性酪氨酸)。定量分析：通過工作站導出三維數據，在MATLAB軟件中對其進行空白和儀器噪聲扣除后，對其熒光強度進行積分定量分析，結果見表4。表3實施例2梯度洗脫時間表時間(min)乙腈(％)20mM乙酸銨(％)流速(mL/min)02.597.51559519208011540601表4實施例2定量分析結果從表4可以看出，經安捷倫色譜反相高效色譜分離后，可發現所研究污水二級出水中溶解性有機質主要為溶解性非腐殖質，占總有機質的58.69％。溶解性腐殖質中主要以親水性組分為主，其次為過渡性組分。在溶解性非腐殖質組分中主要以色氨酸組分為主，其中親水性組分含量最高，疏水性組分次之。本發明的方法較以往有機質分離定量方法而言，不僅能夠較好地分離溶解性腐殖質和溶解性非腐殖質，同時可辨別不同有機質組分的極性特征，并可進行定量分析，實現了環境中溶解性有機質的同步分離和定量分析，較好呈現了自然環境中有機質的親/疏水性比例及其含量。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3