一种饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源的检测方法及应用

技术领域

本发明属于水质分析技术领域，涉及饮用水中多组分非靶向指纹图谱的构建方法，尤其是饮用水非靶向阴离子指纹图谱及其标准指纹图谱的构建方法。具体来说是一种饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源检测方法及应用。

背景技术

当前，饮用水水质分析方法大多集中于单指标成分的定性定量分析以及常规理化性质及元素含量分析，对水质整体质量控制是有所欠缺的，同时存在样品前处理繁琐、检测成本高、测试效率低等问题，而且对于水源地溯源及真伪鉴定技术仍属空白。

目前水体溯源技术多应用于对水体污染物进行溯源分析，其中常用的方法有硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源技术、水化学特征分析技术、三维荧光光谱特征分析技术等。而水质良好的饮用水不应该含有污染物，这就限制了上述技术在饮用水水源追溯及质量控制方面的应用。非靶向分析技术基于色谱质谱设备，结合数据统计分析，依靠图谱信息库，实现样品中多组分无差识别，得到样品全组分特征峰信息，是解析样品化学信息的重要手段。

本项目拟采用离子色谱技术构建饮用水阴离子指纹图谱体系，以饮用水体中多种痕量离子组份特征峰为基础，应用非靶向分析联合指纹图谱技术，为饮用水溯源监测及质量控制提供新的思路及技术。该体系的建立能够规范饮用水生产企业的产品质量标准，还可以为饮用水水源地溯源及真伪鉴定技术提供依据和参考，规范市场秩序，保护名优产品的正常销售。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现饮用水溯源管理及水质监测方法的不足，而提供一种饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源检测方法。该方法通过离子色谱技术，获得饮用水非靶向阴离子指纹图谱，为饮用水水源鉴别以及水质监测提供可靠依据和技术方法。

本发明一种饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源的检测方法，其特征在于：

该方法按如下的步骤进行：

（1）饮用水样品经0.45μm微孔滤膜过滤；

（2）C18固相萃取小柱经10ml甲醇活化、15ml超纯水淋洗，平衡20min；将过滤后的饮用水样品以2 ml/min速度通过C18固相萃取小柱，再用10ml超纯水淋洗，室温下干燥15-20 min；注入10ml甲醇洗脱，收集洗脱液、室温下由氮气吹干浓缩至0.5ml，再以50%甲醇溶液定容至1ml，经0.45μm微孔滤膜过滤后待上机检测；

（3）离子色谱分析体系：色谱柱为：DIONEX Ion Pac AS11，保护柱：DIONEX IonPac AG11；流动相为甲醇和KOH水溶液；流动相采用多重梯度淋洗方式，其中时间梯度：0→20 min→50 min→60 min→65 min，甲醇浓度梯度：0%→10%→20%→25%→0%，KOH水溶液浓度梯度：5mM→7 mM→20 mM→35mM→5mM，流动相流速梯度：0.5 ml/min→0.7 ml/min→0.8ml/min→1.0ml/min→0.5ml/min；进样量50 μL；在上述条件下分析饮用水样品，得到样品的非靶向阴离子指纹图谱。

本发明还提供上述饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱。

将10批次饮用水样品，由上述方法进行前处理及离子色谱分析检测，使用国家药典委员会的《中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004版》软件分析，得到饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱。该方法确定了17个指纹特征峰，其保留时间分别为：9.784 min、10.177min、11.227 min、14.558 min、15.456 min、17.765 min、23.912 min、25.369 min、34.682min、35.202 min、37.388 min、42.571min、45.121 min、47.387 min，50.707min，55.246min，58.456min，相对标准偏差（RSD）<3%，这些指纹特征峰组成了饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱。

本发明进一步公开了饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源检测方法在用于饮用水溯源及水质监测方面的应用。实验结果显示，17个指纹特征峰保留时间和峰面积的精密度，稳定性和重复性均较为理想，饮用水样品与其标准指纹图谱的相似度高，对不同水源地的饮用水样品辨识度较强。

本发明主要解决了饮用水水源地溯源及全面质量控制难题，重点考察了饮用水阴离子特征峰指纹精密度、稳定性、重复性及非靶向阴离子指纹图谱准确性等，主要的难点在于获得稳定、有效的饮用水非靶向阴离子指纹图谱及其标准指纹图谱。

本发明公开的饮用水非靶向阴离子指纹图谱溯源检测方法及应用与现有技术相比所具有关键之处在于：

（1）本发明针对饮用水溯源难点，基于非靶向阴离子指纹图谱技术，具有监测范围大、特征峰信息丰富、分析效率高、分辨能力强等特点，是识别饮用水水源地的有效途径；

（2）本发明构建的离子色谱体系稳定性好，精密度高，重复性好；

（3）本发明能够在较大程度上挖掘饮用水阴离子特征峰指纹信息，在此基础之上建立的饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱为水源地识别及监测提供了新的溯源手段和参考路径；

（4）本发明相较于常规离子色谱技术本发明获得的指纹特征峰信息较多，既解决了符合饮用水标准的样品因不存在有机污染物，而难以使用荧光光谱特征分析等手段进行溯源的问题，又可以有效获取到除常规阴离子（如氟离子、氯离子、溴离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根）之外的阴离子组份，为建立饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱提供了较为丰富的指纹信息；

（5）本发明基于非靶向阴离子指纹图技术，在分析饮用水中非定向阴离子组份检测方面具有全景式信息分析和轮廓式特征识别特点，与常规水质检测技术相比具有通量高、灵敏度高、辨识性强等优势，可以有效提升饮用水监管中水源地溯源及水质风险监测和预警能力。

附图说明

图1是饮用水非靶向阴离子指纹图谱；

图2是饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱。

实施方式

下面结合实施例说明本发明，这里所述实施例的方案，不限制本发明，本领域的专业人员按照本发明的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为在本发明的范围内，本发明的范围和实质由权利要求来限定。所用各种原料均有市售。

实施例1

饮用水非靶向阴离子指纹图谱的建立方法，该方法步骤如下：

（1）共10批次饮用水样品经0.45μm微孔滤膜过滤；

（2）C18固相萃取小柱经10ml甲醇活化、15ml超纯水淋洗，平衡20min；将过滤后的饮用水样品以2 ml/min速度通过C18固相萃取小柱，再用10ml超纯水淋洗，室温下干燥15-20 min；注入10ml甲醇洗脱，收集洗脱液、室温下由氮气吹干浓缩至0.5ml，再以50%甲醇溶液定容至1ml，经0.45μm微孔滤膜过滤后待上机检测；

（3）离子色谱分析体系：色谱柱为：DIONEX Ion Pac AS11，保护柱：DIONEX IonPac AG11；流动相为甲醇和KOH水溶液；流动相采用多重梯度淋洗方式，其中时间梯度：0→20 min→50 min→60 min→65 min，甲醇浓度梯度：0%→10%→20%→25%→0%，KOH水溶液浓度梯度：5mM→7 mM→20 mM→35mM→5mM，流动相流速梯度：0.5 ml/min→0.7 ml/min→0.8ml/min→1.0 ml/min→0.5 ml/min；进样量50μL；在上述条件下分析饮用水样品，得到样品的非靶向阴离子指纹图谱；

将饮用水样品在上述色谱分析体系下经离子色谱仪分离检测，得到饮用水非靶向阴离子指纹图谱,见图1。

（4）为验证饮用水非靶向阴离子指纹图谱准确性，在上述色谱分析体系下分别对指纹特征峰保留时间和峰面积进行精密度，稳定性和重复性实验。

将同一批次饮用水样品在上述色谱分析体系下连续进样5次进行检测，考察指纹特征峰保留时间和峰面积精密度。结果表明，各指纹特征峰保留时间RSD<1%，峰面积RSD<3%，精密度良好，见表1，2。

将同一批次饮用水样品分别在室温条件下放置0、2、4、8、12、24h在上述色谱分析体系下进样检测，考察指纹特征峰保留时间和峰面积稳定性。结果表明，各指纹特征峰保留时间RSD<2%，峰面积RSD<3%，24h内稳定性良好，见表3，4。

将5份同一批次饮用水样品在上述色谱分析体系下进样检测，考察指纹特征峰保留时间和峰面积重复性。结果表明，各指纹特征峰保留时间RSD<2%，峰面积RSD<3%，重复性良好，见表5，6：

实施例2

饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱的建立方法，该方法步骤如下：

（1）共10批次饮用水样品经0.45μm微孔滤膜过滤；

（2）C18固相萃取小柱经10ml甲醇活化、15ml超纯水淋洗，平衡20min；将过滤后的饮用水样品以2 ml/min速度通过C18固相萃取小柱，再用10ml超纯水淋洗，室温下干燥15-20 min；注入10ml甲醇洗脱，收集洗脱液、室温下由氮气吹干浓缩至0.5ml，再以50%甲醇溶液定容至1ml，经0.45μm微孔滤膜过滤后待上机检测；

（3）离子色谱分析体系：色谱柱为：DIONEX Ion Pac AS11，保护柱：DIONEX IonPac AG11；流动相为甲醇和KOH水溶液；流动相采用多重梯度淋洗方式，其中时间梯度：0→20 min→50 min→60 min→65 min，甲醇浓度梯度：0%→10%→20%→25%→0%，KOH水溶液浓度梯度：5mM→7 mM→20 mM→35mM→5mM，流动相流速梯度：0.5 ml/min→0.7 ml/min→0.8ml/min→1.0 ml/min→0.5 ml/min；进样量50μL；在上述条件下分析饮用水样品，得到样品的非靶向阴离子指纹图谱；

（4）重复上述（1）至（3），使用国家药典委员会的《中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004版》软件对10批次饮用水非靶向阴离子指纹图谱进行分析，确定了17个指纹特征峰，其保留时间分别为：9.784 min、10.177 min、11.227 min、14.558 min、15.456 min、17.765min、23.912 min、25.369 min、34.682 min、35.202 min、37.388 min、42.571 min、45.121min、47.387 min，50.707 min，55.246 min，58.456 min，这些指纹特征峰组成了饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱。

表7提供的是《中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004版》软件相似度计算结果，各样品与标准指纹图谱的相似度均达到0.99以上，说明本发明构建的饮用水非靶向阴离子标准指纹图谱是准确的。

实施例3

华北地区某水源地饮用水样品和东北地区某水源地饮用水样品进行非靶向阴离子溯源检测分析，该方法步骤如下：

（1）饮用水样品经0.45μm微孔滤膜过滤；

（2）C18固相萃取小柱经10ml甲醇活化、15ml超纯水淋洗，平衡20min；将过滤后的饮用水样品以2 ml/min速度通过C18固相萃取小柱，再用10ml超纯水淋洗，室温下干燥15-20 min；注入10ml甲醇洗脱，收集洗脱液、室温下由氮气吹干浓缩至0.5ml，再以50%甲醇溶液定容至1ml，经0.45μm微孔滤膜过滤后待上机检测；

（3）离子色谱分析体系：色谱柱为：DIONEX Ion Pac AS11，保护柱：DIONEX IonPac AG11；流动相为甲醇和KOH水溶液；流动相采用多重梯度淋洗方式，其中时间梯度：0→20 min→50 min→60 min→65 min，甲醇浓度梯度：0%→10%→20%→25%→0%，KOH水溶液浓度梯度：5 mM→7 mM→20 mM→35 mM→5 mM，流动相流速梯度：0.5 ml/min→0.7 ml/min→0.8 ml/min→1.0 ml/min→0.5 ml/min；进样量50 μL；

（4）分别将不同水源地样品，在上述色谱条件下经离子色谱分离检测，得到相应样品的非靶向阴离子指纹图谱。不同水源地样品非靶向阴离子指纹图谱以《中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004版》软件进行相似度分析，结果见表8。其中S1为华北地区某水源地饮用水样品非靶向阴离子标准指纹图谱，S2、S3、S4为华北地区某水源地饮用水样品，S5、S6、S7为东北地区某水源地饮用水样品。相似度分析结果显示，华北地区某水源地饮用水样品与其非靶向阴离子标准指纹图谱相似度均大于0.99，最高为0.999，可以确定其样品来源且该地区水质较为稳定；而东北地区某水源地饮用水样品与东北地区某水源地饮用水样品均低于0.60。

结论：

通过以上分析可见利用本发明方法可以有效进行饮用水水源地溯源鉴别，并能全面、准确地评价饮用水水质。