水节霉发生地河水中主要有机污染物种类研究

雷书凤，王海燕* ，苑泉，王业耀，赵华，杨耀军

1.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，北京 100012

2.中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心，北京 100012

3.中国环境监测总站，北京 100012

在东北某河流的支流，2006年由于水污染造成 大量的水节霉滋生，发生了水节霉污染饮用水源地事件，当时采取了应急措施，水节霉得到了有效控制。但每年1—2月在某支流水节霉发生地断面仍有少量水节霉滋生。水节霉是一种污水真菌［1］，国内外对水节霉发生地水质的常规检测(COD 和BOD5等)较多［2-3］，对有机化合物污染，尤其是痕量有毒有机物的检测较少，为了解水节霉高发期(2月)发生地河水中有机物的污染状况，2月在该发生地断面采集水样，进行分析测定。

目前河流水样前处理方法有固相萃取(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］、顶 空 技 术(headspace analytical method，HAM)和免疫萃取(immunity affinity solid-phase extraction，IASPE)［5-8］等，较常用的前处理方法是LLE 法和SPE 法。LLE法是发展最早、最经典的萃取技术［5］，能分离出河流水样中的碱性、酸性和中性化合物［6-7］，对仪器设备的要求较低，但溶剂消耗多、毒性较大并易发生乳化［6，9-10］。SPE 法是目前实验室使用越来越多的一种方法［11-16］，被用于河流水样中医药品、个人护理品［13-15］、多环芳烃［16］等有机物分析的前处理，检测限可达ng/L 级［14］，能显著减少溶剂的用量，处理过程中不会产生乳化。SPE 法所需时间为LLE 法的1/2，费用为LLE 法的1/5，但SPE 法目标化合物的回收率要低于LLE 法［8］。

笔者采用LLE 法和SPE 法提取某河流水节霉发生地断面河水中有机物，并用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行测定，研究分析水节霉高发期(2月)发生地河水中的有机物种类。

1 材料和方法

1.1 样品采集

在东北某河流的支流水节霉发生地，选择水节霉呈明显成熟“缩缢”态的2月，根据HJ/T 91—2002《地表水和污水监测技术规范》［17］在水节霉发生地断面左中右3 个采样点采样，将3 个采样点水样等体积放入铁锌桶内，7 h 内运回实验室，立刻过滤，2 周内完成前处理［11，15］。

1.2 试剂与仪器

Supelco C18SPE 小 柱(0.5 g/6 mL，美 国)，Supelco 固相萃取装置(美国)，1 L 分液漏斗(聚四氟乙烯节门，北京欣惠泽奥科技有限公司)，7890/5975 GC-MS(美国安捷伦)，7683B 自动进样器(美国安捷伦)，KL512 氮吹仪(北京康林科技有限公司)，溶剂过滤器，whatman 玻璃纤维素膜(直径47 mm，GF/C，英国)，R 系列旋转蒸发器(上海申生科技有限公司)，试验所用二氯甲烷、丙酮和正己烷，甲醇等试剂均为农残级。

1.3 样品前处理方法

1.3.1 LLE法

取0.45 μm 玻璃纤维素滤膜过滤后的水样各1 L 分别加入3 个1 L 的分液漏斗中，每个分液漏斗加入30 g 的NaCl 至其完全溶解。1 个分液漏斗中加入0.06 L 二氯甲烷，液液萃取30 min，静置10 min，转移有机相到锥形瓶中;另外2 个分别调节pH ＞11和pH ＜2，重复上述萃取步骤，合并3 次萃取所得的有机相［18］。在有机相中加入足量经400℃烘干6 h 并冷却的无水硫酸钠干燥脱水。脱水后的洗脱液倒入装有2 cm 高的无水硫酸钠，并用玻璃棉堵住进口的漏斗中，用旋转蒸发瓶收集流出液。在35 ℃水浴中进行旋转蒸发，样品浓缩至1 ～2 mL，转移至K-D 管中，用6 ～8 mL 二氯甲烷分3 次冲洗旋转蒸发瓶，并转移至K-D 管中。将K-D管固定在氮吹仪上于30 ℃水浴中氮吹，当氮吹至小于0.5 mL 时，用1 ～2 mL 二氯甲烷润洗管壁，继续氮吹至0.2 mL，用正己烷定容至1 mL，将样品转移到2 mL 样品瓶中［6，19-21］。

1.3.2 SPE法

用棕色玻璃瓶盛放3 L 经0.45 μm 玻璃纤维素滤膜过滤后的水样，并加入21 mL 甲醇(7 mL/L)混匀［22］。1)活化SPE 柱:针对萃取装置上的3 个C18SPE 小柱，分别加入6 mL 的二氯甲烷、甲醇和超纯水，平衡5 min 后开阀让溶液自然流下，避免SPE 柱流干进入气泡。2)样品富集:在SPE 柱中加入满管的超纯水，用大体积采样器连接水样和SPE 柱，在真空下富集水样，流速为5 mL/min，避免柱子流干进入气泡。富集结束后，继续抽真空，氮吹走SPE柱内的水珠。3)洗脱SPE 柱:在SPE 柱内依次分别加入5 mL 二氯甲烷、二氯甲烷/正己烷混合液(体积比为1∶1)和正己烷，平衡5 min 后打开阀让溶液自然流下，每种洗脱液重复操作3 次。将所有洗脱液混合，后续处理步骤与LLE 法相同。

1.4 色谱和质谱条件

采用Agilent 7890/5975 GC-MS 测定。

色谱条件:7683B 系列自动进样器进样，选用HP-5MS 型色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);进样口温度250 ℃，进样量1 μL，不分流进样，载气为氦气(纯度99.999%)，流速1 mL/min，辅助通道温度为250 ℃，扫描质量为35 ～650 u。升温程序为起始温度40 ℃，保持1 min，后以10 ℃/min 升温到250 ℃，保持3 min。

质谱条件:离子源230 ℃，四极杆150 ℃，全扫描(scan)模式。

2 结果与讨论

2.1 水节霉发生地水样LLE－GC－MS 检测

采用LLE 法前处理，经GC-MS 检测得到水节霉水样的总离子流图(图1)。所得质谱图与美国国家标准技术研究院(NIST)质谱图数据库进行比对，共鉴定出有机物151 种，采用峰面积比法进行半定量，主要有机物为未知化合物、有机酸类、酞酸酯类、烃类、有机酸酯类、杂环类、多环芳烃类、有机酸酐、酮类、酚和醇类等(表1)。根据联合国世界卫生组织(WHO)对有毒有机物的五级分级标准，这些有机物中具有高毒的为8-羟基喹啉(0.18%，以峰面积比计，全文同);具有中等毒性的为2，6-二叔丁基对甲酚(0.82%)、咖啡因(0.25%)、7-乙酰-6-乙基-1，1，4，4-四甲基四氢萘(0.40%)和邻苯二甲酸丁苄酯(0.29%);具有低等毒性的为环戊烯(0.10%)、 dl-薄荷醇(0.45%)、 丁 酸 丁 酯(0.46%)、邻苯二甲酸二甲酯(0.20%)、邻苯二甲酸二乙酯(0.89%)、荧蒽(0.24%)和十二烯基丁二酸酐(0.27%);具有微毒的为3-甲基吲哚(0.23%)和菲(0.18%)。其中属于美国国家环境保护局(US EPA)优先控制的污染物为5 种，包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸丁苄酯、荧蒽和菲。属于我国优先控制的污染物为2 种，包括荧蒽和邻苯二甲酸二甲酯。

图1 LLE 法前处理水节霉发生地水样的GC－MS 总离子流图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 法前处理水节霉发生地水样GC－MS 检测出的主要污染物种类Table 1 The GC-MS organic pollutants of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the LLE pretreated method

(续表1)

2.2 水节霉发生地水样SPE－GC－MS 检测

采用SPE 法前处理，经GC-MS 检测得到水节霉水样的总离子流图(图2)。所得质谱图与NIST质谱图数据库进行比对，共鉴定出有机物104 种，采用峰面积比法进行半定量，有机物主要有未知化合物、烃类、其他酯类、酞酸酯类、杂环类、酮类、酚类、有机酸类、有机酸酯、醇类和醌类(表2)。根据WHO 对毒性物质的五级分级标准，这些有机物中具有中等毒性的为2，6-二叔丁基对甲酚(0.15%)和咖啡因(0.33%);具有低毒的为丁酸丁酯(0.35%)、乙酰苯(0.35%)、dl-薄荷醇(0.12%)、萘(0.05%)、邻苯二甲酸二甲酯(0.13%)、邻苯二甲酸二乙酯(0.47%)、邻苯二甲酸二丁酯(0.67%)和荧蒽(0.29%);具有微毒的为3-甲基吲哚(0.07%)和菲(0.26%)。这些有机物中属于美国EPA 优先控制的污染物为6 种，包括萘、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、荧蒽和菲。属于我国优先控制的有机物为4 种，包括萘、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯和荧蒽。

图2 SPE 法前处理水节霉发生地水样的GC－MS 总离子流图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 法前处理水节霉发生地水样GC－MS 检测出的主要污染物种类Table 2 The GC-MS organic pollutants of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the SPE pretreated method

(续表2)

2.3 水节霉发生地河水中有机物种类鉴定

采用LLE 法和SPE 法前处理均能萃取出水节霉发生地水样中未知化合物、有机酸类、酞酸酯类、烃类、有机酸酯类、杂环类、多环芳烃类、酮类、酚和醇类，从鉴定结果发现SPE 法还提取出了一些酰苯类污染物，说明2 种方法都能提取出样品中广谱性的有机物(表1 和表2)。但2 种方法对不同种类有机物的提取又具有偏向，如LLE 法对4.29、4.42、4.71、4.76、5.44、5.54、9.40、9.51、9.65、9.88 和17.39 min 出现的11 种未知化合物，以及硬脂酸、邻苯二甲酸二异辛酯的提取效率明显优于SPE 法(图3);而SPE 法对12.72 和19.96 min 出现的2 种未知化合物，以及正十一烷、1-十八烯的提取明显优于LLE 法。由表1 和表2 可知，2 种方法均检测出了6种主要有机物，分别为正十七烷、菲、咖啡因、邻苯二甲酸异丁基辛基酯、7，9-二叔丁基-1-氧杂螺(4，5)十溴-6，9-二烯-2，8-二酮和荧蒽，其他检出的主要有机物种类均不同。因此，为全面鉴定水节霉发生地断面水样中的有机物，宜采用2 种萃取方法联合分析。

针对水节霉发生地水样，LLE 法共鉴定出有机物151 种，主要有机物55 种(表1);SPE 法共鉴定出有机物104 种，主要有机物43 种(表2);LLE 法鉴定出的物质种类比SPE 法多47 种。采用SPE 法和LLE 法测定水节霉发生地水样，2 种方法共同鉴定出的有机物19 种，二者合计鉴定出的有机物236种，与西班牙加耶戈河采用GC-MS 检出220 种有机物种类数接近［23］，另外在长江江阴段采用GC-MS 方法也曾检出有机物154 种［24］。2 种方法鉴定出水节霉发生地主要有机物共92 种(峰面积比大于0.07%)，其中峰面积比大于1%的主要有机物为硬脂酸(5.82%)、邻苯二甲酸二异辛酯(2.88%)、邻苯二甲酸异丁基辛基酯(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 种未知化合物，共计26 种(图3)。峰面积比大于1%的已知有机物为8 种，均不属于毒性有机物及US EPA 优控污染物和我国优控污染物，侧面反映出在水节霉爆发的2月，主要有机物均为无毒有机物。18 种未知化合物是未来水节霉发生地有机物进一步研究的重点。

图3 LLE和SPE法前处理水节霉发生地水样测得有机物种类Fig.3 The organics of the sample from the river growing Leptomitus Lacteus using the LLE and SPE pretreated

峰面积比为0.18% 的1 种有机物(8-羟基喹啉)属于高毒物质;峰面积比为0.25% ～0.82%的4种有机物(2，6-二叔丁基对甲酚、咖啡因、7-乙酰-6-乙基-1，1，4，4-四甲基四氢萘和邻苯二甲酸丁苄酯)属于中等毒性物质;峰面积比为0.1% ～0.89%的11 种有机物(环戊烯、dl-薄荷醇、丁酸丁酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、荧蒽和十二烯基丁二酸酐)属于低毒物质;峰面积比为0.23% ～0.26%的2 种有机物(3-甲基吲哚和菲)属于微毒物质。其中有7 种有机物属于US EPA 优控的污染物，4 种有机物属于我国优控的污染物。对于上述有机物种类是否由水节霉爆发所产生，还需进一步深入研究非爆发期水样的有机物种类，进行对比分析来确定。

3 结论

(1)LLE 法和SPE 法前处理水节霉发生地断面水样中的有机物均能获得广谱性的提取，并且有所偏向，建议采用2 种萃取方法联合分析，以全面揭示水节霉发生地中的有机物种类。

(2)水节霉发生地水样中共检测出的有机物236 种，主要有机物92 种(峰面积比大于0.07%)，峰面积比较高的主要有机物(大于1%)为有机酸类、烃类、酞酸酯类、其他酯类及未知化合物，均不属于有毒有机物及US EPA 优控污染物和我国优控污染物。从侧面反映出在水节霉爆发的2月，主要有机物均为无毒有机物，未造成有毒有机物污染。

(3)峰面积比低于1%的有机物中，1 种属于高毒物质;4 种属于中等毒性物质;11 种属于低毒物质;2 种属于微毒物质。上述物质中有7 种属于US EPA 优控的污染物，4 种属于我国优控的污染物。

［1］EMERSON R，WESTON W H. Aqualinderella fermentans gen. et sp. nov.，a phycomycete adapted to stagnant waters:Ⅰ.morphology and occurrence in nature source［J］. American Journal of Botany，1967，54(6):702-719.

［2］周晏敏，张文韬. 嫩江齐齐哈尔段水节霉(Leptomitus Lacteus Agardh)成因研究［J］.环境科学，1992，14(2):85-89.

［3］HENRY G S，JANHURST S，HORSNELL G.Some effects of pulp and paper wastewater on microbiological water quality of a river［J］.Water Research，1982，16(7):1291-1295.

［4］DEAN J R. Extraction methods for environmental analysis［M］.England:John Wiley ＆ Sons Inc，1998:23-94.

［5］江桂斌.环境样品前处理技术［M］.北京:化学工业出版社，2004:18-23.

［6］郁亚娟，黄宏，王格慧，等.水中痕量有机污染物的富集与分离方法［J］.环境科学与技术，2004，27(4):104-106.

［7］张月琴，吴淑琪.水中有机污染物前处理方法进展［J］. 分析测试学报，2003，22(3):106-109.

［8］王立，汪正范.色谱分析样品处理［M］. 北京:化学工业出版社，2001:9-41.

［9］YRIEIX C，GONZALEZ C，DEROUX J M，et al. Countercurrent liquid/liquid extraction for analysis of organic water pollutants by GC/MS［J］.Water Research，1996，30(8):1791-1800.

［10］YONG F Z，DING Y F，ZI P L. Elimination of interference of manganese(Ⅱ)in the analysis of aqueous samples using US EPA methods 625 and 8270［J］Journal of Chromatographic Science，1995，33(6):303-308.

［11］LOOS R，LOCORO G，CONTINI S. Occurrence of polar organic contaminants in the dissolved water phase of the Danube River and its major tributaries using SPE-LC-MS2analysis［J］. Water Research，2010，44(7):2325-2335.

［12］JUGAN M L，OZIOL L，BIMBOT M，et al.In vitro assessment of thyroid and estrogenic endocrine disruptors in wastewater treatment plants，rivers and drinking water supplies in the greater Paris area(France)［J］.Science of the Total Environment，2009，407(11):3579-3587.

［13］POSTIGO C，LÓPEZ de ALDA M J，BARCELÓ D，et al.Drugs of abuse and their metabolites in the Ebro River basin:occurrence in sewage and surface water，sewage treatment plants removal efficiency，and collective drug usage estimation［J］. Environment International，2010，36(1):75-84.

［14］YOON Y，RYU J，OH J，et al.Occurrence of endocrine disrupting compounds，pharmaceuticals，and personal care products in the Han River (Seoul，South Korea)［J］. Science of the Total Environment，2009，408(3):636-643.

［15］LOOS R，GAWTIK B M，LOCORO G，et al. EU-wide survey of polar organic persistent pollutants in European river waters［J］.Environmental Pollution，2009，157(2):561-568.

［16］GUO W，HE M C，YANG Z F，et al.Distribution，partitioning and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in Daliao River water system in dry season，China［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，164(2/3):1379-1385.

［17］国家环境保护总局.HJ/T 91—2002 地表水和污水监测技术规范［S］.北京:国家环境保护总局，2002.

［18］中国环境监测总站.全国重点城市饮用水源地监测调查作业指导书［M］.北京:中国环境监测总站，2005.

［19］但德忠.环境分析化学［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［20］盛龙生，何丽一，沈文斌.药物分析［M］.北京:化学工业出版社，2003.

［21］欧阳平凯，胡永红. 生物分离原理与技术［M］. 北京:化学工业出版社，2003.

［22］张兰英，饶竹，刘娜.环境样品前处理技术［M］.北京:清华大学出版社，2008:56-61.

［23］INFANTE A P，GUAJARDO N C，ALONSO J S，et al. GC/MS analysis of organic water pollutants isolated by XAD-2 resins and activated carbon in the Gallego River，Spain［J］. Water Research，1993，27(7):1167-1176.

［24］包志成，张尊.长江(江阴段)水体有机物鉴定与分析［J］.环境化学，1990，9(4):1-8. ○