一种化学衍生的高盐有机废水中极性化合物的检测方法

本发明属于工业废水处理过程的水质检测领域，尤其涉及一种化学衍生的高盐有机废水中极性化合物的检测方法。

背景技术：

1、随着我国化工行业的迅速发展，医药、食品加工、石油开采、纺织印染农药、造纸、精细化工等行业产生了大量的高盐有机废水。高盐有机废水通常定义为有机物含量(cod浓度)大于10000mg/l和溶解性固体(tds)不少于3.5％，以氯化钠的量表示的含盐质量分数不少于1％的废水。由于生产过程中产品多样且精细，该类废水具有盐度高、色度大、有机物含量高、化学成分复杂、酸碱性强、毒性大、可生化性差等特点。不同行业/生产工艺产生的高盐有机废水的水质各异，有机物的性质差异很大，气相色谱(gc)与各种检测器(如火焰离子化检测器fid、电子捕获检测器ecd或质谱ms等)联用易于分析废水中挥发性和半挥发性的化合物。然而，工业废水处理过程中有机物的分解和转化，产生大量含有极性官能团(如羟基、氨基、羧基等)的高水溶性和极性低分子量的化合物，识别废水和废水处理过程中的极性化合物，对深入认识污染物的迁移转化过程和降解机理具有非常重要的意义。

2、高盐有机废水中的极性污染物的分析具有很大的挑战。通常废水中极性化合物的挥发性很低，需要利用化学衍生技术增加有机物分子的挥发性才能用气相色谱技术进行检测。液相色谱是分析极性有机物的主要技术手段，然而极性污染物在常规反相固体吸附剂上的吸附能力弱，保留时间短，难以和干扰物质分离，且多数极性污染物缺乏生色/助色基团，质谱离子化效率低，仪器分析的灵敏度较低。废水的高含盐量可能会改变有机物的存在形态，极性化合物易与金属离子络合形成复合物，干扰污染物的高灵敏检测；此外，采用亲水作用色谱分离水中极性化合物时往往需要在流动相中添加缓冲盐，非挥发性盐一方面会影响有机物的离子化效率，另一方面容易在质谱的管路和离子源上沉积，堵塞管路和毛细管喷针等质谱配件。

3、化学衍生化是通过特殊设计的化学衍生化试剂与样本中含有特定官能团的目标分子发生衍生化反应，对待测物质的某个官能团进行结构修饰，在保证其骨架结构基本不发生改变的情况下，使其理化性质发生改变，从而改善极性分子的色谱行为和提高离子化效率，降低基质抑制和减少无机盐的干扰，是提高极性组分分析灵敏度常用的方法。但是关于高盐废水中有机物的分析主要利用中等极性或非极性溶剂进行萃取，然后用气相色谱质谱分析挥发性和半挥发性化合物，极少能分析水中的极性组分，目前还没有针对高盐废水中覆盖具有多种官能团极性组分的方法。针对所述情况，我们提出一种基于化学衍生的高盐废水中覆盖多种官能团的极性组分分析方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种化学衍生的高盐有机废水中极性化合物的检测方法，所述方法为一种适用于高盐有机废水(例如，所述高盐有机废水为兰炭废水或有机磷农药生产)中极性化合物的检测方法，使其用于检测高盐有机废水及其解毒过程中极性化合物，为了解污染物的迁移转化过程、解毒机理以及高盐有机废水处理方案优化提供依据。该方法可广泛用于高盐废水中极性酸性和碱性化合物的分离分析。

2、为了实现所述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种化学衍生的高盐有机废水中极性化合物的检测方法，通过调节废水ph至强酸性(ph<1)，消除高盐有机废水(盐度>1wt％)中有金属离子与极性有机物形成稳定的络合物对污染物衍生化反应的影响；通过柱前化学衍生结合固相萃取样品前处理方法，对高盐有机废水中的极性物质进行分离分析；

4、包括如下步骤：

5、s1，高盐(盐度>1wt％)有机废水样品预处理：将废水用膜过滤，用盐酸(hcl)将ph调至强酸性(ph<1)，然后用碱调ph至6～7或调ph至2～3；优选地，s1，高盐有机废水样品预处理：将废水用0.45μm玻璃纤维滤膜过滤，用6m盐酸(hcl)将ph调至强酸性，然后用6m氢氧化钠(naoh)调ph至6～7或调ph至2～3；

6、当ph为6～7时，所述方法还包括：s2，碱性化合物的衍生化反应：所述的碱性化合物含伯胺和仲胺基团，量取ph 6～7水样，加入硼酸盐、芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)和乙腈，进行衍生化反应；优选地，量取50mlph 6～7水样，加入硼酸盐、芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)和乙腈，进行衍生化反应；

7、s3，fmoc-衍生物萃取及反应副产物的去除，具体步骤如下：

8、1)固相萃取柱用二氯甲烷、甲醇和1v/v％～5v/v％甲酸(fa)水溶液活化平衡；优选地，二氯甲烷、甲醇和fa活化平衡体积比为：1～2:1～3:1～3；

9、2)用甲酸将步骤s2，衍生化反应后溶液的ph调节至1.5～3.0，加载到固相萃取柱，流速控制在2.5ml/min以下；

10、3)用二氯甲烷清洗固相萃取柱，负压下干燥固相萃取柱；

11、4)用甲醇洗脱衍生物；

12、5)洗脱液在氮气流下干燥，用初始流动相定容，过滤膜，待超高效液相色谱质谱(uplc-q-tof ms)分析；优选地，洗脱液在氮气流下干燥，用初始流动相定容到500μl，过0.22μm滤膜，待uplc-q-tof ms分析；

13、当ph为2～3时，所述方法还包括：s4，极性化合物的萃取和硅烷化衍生，具体步骤如下：

14、1)量取ph 2～3水样，用固相萃取柱富集萃取；优选地，量取水样体积为100ml；

15、2)固相萃取柱先用乙酸乙酯，甲醇和超纯水(ph≤3.0)顺次活化、平衡；优选地，乙酸乙酯、甲醇和超纯水的体积分别为6ml、6ml和6ml；

16、3)将样品以2～3ml/min的速度加载到固相萃取柱上，然后用超纯水(ph≤3.0)清洗，在负压下干燥固相萃取柱；优选地，用于清洗的超纯水体积为6ml；

17、4)上样结束，用二氯甲烷和乙酸乙酯洗脱，洗脱液在缓和氮气流下浓缩至干；优选地，用于洗脱的二氯甲烷体积为4ml，乙酸乙酯的体积为6ml；

18、5)向4)萃取物中加入硅烷化衍生剂和吡啶，涡旋混匀，然后将其放置在50～95℃水浴锅中，反应10～60min；

19、6)待5)溶液冷却至室温后，用溶剂定容，待gc-ms分析。

20、具体地，一种化学衍生的高盐有机废水中极性化合物的检测方法，具体步骤如下：

21、步骤一：高盐有机废水用0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤，用6m hcl将ph调节至1.0左右。

22、步骤二：将步骤一的水样用6m naoh将ph调节至6～7或ph调节至2～3。

23、当ph为6～7时，所述方法还包括：步骤三：碱性(含伯胺和仲胺基团)化合物的衍生：量取50mlph 6～7水样，加入硼酸盐、芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)和乙腈，进行衍生化反应。

24、步骤四：采用固相萃取柱净化反应副产物和fmoc-衍生物萃取，具体步骤如下：

25、1)固相萃取柱用5ml二氯甲烷、5ml甲醇和5ml 1v/v％fa活化平衡；

26、2)用甲酸将步骤三反应后溶液的ph调节至1.5～3.0，加载到固相萃取柱，流速控制在2.5ml/min以下；

27、3)用二氯甲烷清洗固相萃取柱，负压下干燥固相萃取柱；

28、4)用甲醇洗脱衍生物；

29、5)洗脱液在缓和氮气流下干燥，用初始流动相定容到500μl，过0.22μm滤膜，待uplc-q-tof ms分析。

30、当ph为2～3时，所述方法还包括：步骤五：极性化合物的萃取和硅烷化衍生，具体步骤如下：

31、1量取100mlph 2～3水样，用固相萃取柱富集萃取；

32、2)固相萃取柱先用乙酸乙酯(2ml×3)，甲醇(2ml×3)和超纯水(2ml×3，ph≤3.0)顺次活化、平衡；

33、3)将样品以2～3ml/min的速度加载到固相萃取柱上，然后用2ml×3超纯水(ph≤3.0)清洗，在负压下干燥固相萃取柱；

34、4)上样结束，用二氯甲烷(2ml×2)和乙酸乙酯(2ml×3)洗脱，洗脱液在缓和氮气流下浓缩至干；

35、5)向4)萃取物中加入硅烷化衍生剂和吡啶，盖好样品瓶盖，涡旋混匀，然后将其放置在50～95℃水浴锅中，反应10～60min；

36、6)待5)溶液冷却至室温后，用适当溶剂定容至一定体积，待gc-ms分析。

37、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤一中高盐有机废水用6m盐酸调节ph至1.0以下。

38、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤三中加入的硼酸盐为2.5g/l的四硼酸钠。

39、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤三中芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)的浓度为6g/l。

40、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤三中乙腈加入量为25％。

41、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤三中反应条件为避光室温(22℃)条件下反应2小时。

42、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤四中使用固相萃取柱为waters oasis hlb(200mg/6cc)。

43、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤四3)中，二氯甲烷的用量为6ml。

44、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤四4)中，甲醇的用量为3ml×3。

45、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤四5)中，uplc-q-tof ms分析方法为：色谱柱：waters beh c18(2.1mm×100mm,1.7μm)；柱温：35℃；进样量：10μl；流动相：0.2v/v％甲酸溶液(a)，乙腈(b)；洗脱梯度：0min 50％a,4.5min 35％a,5.0min,35％a,7.0min 5％a，9.0min 50％a；离子源：esi；电离模式：正离子模式；离子源温度：120℃；毛细管电压：3.0kv；脱溶剂气温度：400℃；脱溶剂气流量：800l/h，锥孔反吹气流量：50l/h；检测方式：ms scan灵敏度模式；扫描m/z范围：100～1050da；扫描时间：0.15s；质量校正溶液：2ng/ml亮氨酸脑啡肽(le)溶液；校准液m/z：556.2771；校正频率：30s。

46、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五中使用固相萃取柱为waters oasis hlb(200mg/6cc)。

47、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五5)中，加入的硅烷化衍生剂为n,o-双-(三甲基硅基)三氟乙酰胺+1％三甲基氯硅烷(bstfa+1wt％tmcs)。

48、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五5)中，加入硅烷化衍生剂的量为100μl。

49、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五5)中，加入吡啶的量为20μl。

50、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五5)中，硅烷化衍生条件为70℃水浴30min。

51、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五6)中，硅烷化衍生样品的定容溶剂为二氯甲烷，定容体积为500μl。

52、所述高盐有机废水中极性化合物的衍生化方法，优选的是，步骤五6)中，硅烷化衍生物gc-ms测试方法为：进样口温度为280℃，分流比为10：1，色谱柱升温程序为：40℃(保持3min)，以0.8℃/min升至300℃(保持5min)。离子源温度为250℃，传输线温度为280℃，离子源电压为70ev，载气为高纯氦气(纯度≥99.999％)。

53、进一步地，s2中，以水样、硼酸盐、芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)和乙腈的总质量计，硼酸盐的浓度为0.5～5.0g/l(例如0.5g/l、0.6g/l、0.7g/l、1.0g/l g/l、1.2g/l、1.6g/l、1.8g/l、2g/l、2.5g/l、3g/l、3.5g/l、4g/l、4.5g/l或5.0g/l)的四硼酸钠，芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)的浓度为2.5～10.0g/l(例如，2.5g/l、3g/l、3.5g/l、4g/l、4.5g/l、5.0g/l、5.5g/l、6g/l、6.5g/l、7g/l、7.5g/l、8g/l、8.5g/l、9g/l、9.5g/l或10g/l)，乙腈加入量为15～50wt％(例如，15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％)；优选地，以水样、硼酸盐、芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)和乙腈的总质量计，硼酸盐的浓度为2.5g/l的四硼酸钠，芴甲氧羰酰氯(fmoc-cl)的浓度为6g/l，乙腈加入量为25wt％。

54、本发明的有益效果如下：

55、(1)本发明通过调节废水ph至强酸性，消除高盐有机废水中有大量金属离子与极性有机物形成稳定的络合物对污染物衍生化反应的影响。

56、(2)本发明通过柱前化学衍生结合固相萃取样品前处理方法，可以对高盐有机废水中的极性物质进行有效的分离分析。

57、(3)本发明通过化学修饰技术对极性化合物上的oh(醇、酚、羧酸、肟、磺酸、硼酸、磷酸、烯醇)、nh(胺、酰胺、酰胺)和sh(硫醇、硫代羧酸)基团中的活性h原子进行取代，实现衍生化处理，改变其物理化学特点，改善色谱行为，提高离子化效率，降低基质干扰，便于色谱分离和质谱检测，实现对高盐有机废水中极性化合物的高通量识别。

58、(4)与现有的针对高盐有机废水中有机成分分析的方法相比，本发明能够实现高盐有机废水中极性化合物组分的高通量分析。