水中污染物的非靶向分析方法与流程

本发明涉及一种水中污染物的非靶向分析方法。

背景技术：

1、我国工业在近几十年的飞速发展过程中，生产、使用并排放了大量的有机合成化学品，这些有机化合物在被排放进入水体后成为了环境中有毒污染物的重要来源。目前，在河流、湖泊以及近海区域等多种水环境中已经被广泛地检出。除了已经收录在各种数据库或者化学品名录中的化合物，每年都会有近百种新的化学物质上市。这些化合物的排放对环境造成了比较严重的污染，因而需要对水环境中的有机污染物进行筛查、识别和监测。

2、而目前对于水环境中的污染物的分析方法，通常都是针对目标清单中的特定的污染物进行分析和识别。但是，真实环境中来源自不同地区、不同行业的污染物截然不同，实际上水环境中的污染物种类非常庞杂，而且还有未知的化合物存在，采用常规的分析方法来仅仅聚焦在有限的几类污染物显然无法满足环境管理的要求。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题在于克服了现有技术中无法有效地对水中的多种污染物以及新的污染物和未知污染物进行分析、识别的缺陷，而提供了一种水中污染物的非靶向分析方法。本发明的方法提高了对水环境中已知的污染物以及未知的高风险污染物的检测和识别能力。

2、本技术提供一种水中污染物的非靶向分析方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、获取多个待测水体样品的质谱数据，提取所述多个待测水体样品的质谱数据中的分子特征，所述分子特征包括一级质谱信息；

4、步骤s2、将所述待测水体样品的所述分子特征通过筛选方法得到筛选后的分子特征，所述筛选方法包括方式一和方式二：

5、所述方式一为，将所述待测水体样品的所述分子特征的一级质谱信息与污染物筛查清单进行比对，筛选得到与所述污染物筛查清单的一级质谱信息相匹配的所述分子特征；所述污染物筛查清单包括已知污染物的一级质谱信息；

6、所述方式二为，在未能与所述污染物筛查清单匹配的分子特征中，依据过滤原则，筛选出满足检测频率和峰强度高的分子特征；所述检测频率包括，所述分子特征在多个所述待测水体样品中的超过第一比例值的水样中被检出，所述第一比例值大于或等于50％；所述峰强度高为所述分子特征的峰强度超过10000；

7、步骤s3、对所述筛选后的分子特征进行识别，得到所述筛选后的分子特征对应的化合物结构信息，即识别出所述筛选后的分子特征对应的化合物；

8、步骤s4、根据环境风险排序方法筛选出具有高风险的化合物；

9、所述环境风险排序方法包括：获取所述步骤s3筛选后的化合物的ghs危害码，根据所述ghs危害码的危害等级分配不同数量级的危害分数。

10、本发明中，所述待测水体样品的样品数至少为两个。所述待测水体样品可为非强酸或强碱水体。

11、本发明中，第一比例值较佳地为70％、80％、90％或100％。

12、本发明中，所述峰强度高较佳地为所述分子特征的峰强度超过50000、80000、100000或150000。

13、本发明中，所述分子特征较佳地还包括二级质谱信息和保留时间信息。

14、本发明中，所述污染物筛查清单较佳地包括持久性有机污染物、内分泌干扰物和抗生素中的一种或多种。

15、本发明中，较佳地，所述污染物筛查清单的建立包括如下步骤：

16、k1、在资料库系统中检索与已知污染物相关的物质，得到清单a；

17、k2、依据筛选原则筛选出所述清单a的部分物质，得到所述污染物筛查清单；所述筛选原则包括：①筛选出分子量小于90da和大于1000da的物质；②筛选出只能由气相色谱仪串联质谱仪的检测精度准确检测到的物质；③筛选出无法或较难被电喷雾离子源电离的物质。

18、本发明中，较佳地，获取多个待测水体样品的质谱数据的步骤包括：采用超高效液相色谱仪串联高分辨率质谱仪对所述多个待测水体样品进行检测，

19、其中，更佳地，色谱条件为：

20、流动相为乙腈水溶液和乙酸铵，所述乙腈水溶液的浓度为40％～60％，例如为50％。所述浓度是指乙腈占所述乙腈水溶液的体积百分比；

21、所述流动相的流速为0.1-0.4ml·min-1，例如为0.3ml·min-1；柱温的选择范围为25℃-40℃；

22、一级质谱采集范围为50-1300m/z；

23、二级质谱采集范围为50-1000m/z。

24、本发明中，较佳地，所述提取所述多个待测水体样品的质谱数据中的分子特征的步骤包括：采用算法对所述质谱数据进行分析，提取各个样品中的全部分子特征；较佳地，所述算法为解卷积算法。

25、本发明中，较佳地，所述对所述筛选后的分子特征进行识别的获得包括，通过采用质谱数据库和分子特征识别软件进行识别；所述质谱数据库较佳地包括已知污染物的质谱数据库、pubchem化合物质谱数据库，和由模拟计算得到的扩展质谱数据库中的一种或多种。

26、其中，更佳地，所述已知污染物的质谱数据库较佳地包括14个化合物的包含354440种结构式二级质谱数据库。

27、其中，更佳地，所述扩展质谱数据库包括基于已知化合物和常规生化反应并通过计算和模拟而得到所生成的新的化合物及其质谱数据，所述扩展质谱数据库较佳地包括643307种结构式。

28、其中，更佳地，所述pubchem化合物质谱数据库较佳地包括超过6000万种结构式。

29、本发明中，较佳地，步骤s3还包括，基于步骤s3得到的化合物结构信息构建分子网络，基于所述分子网络筛选出高频检出的碎片离子。

30、本发明中，较佳地，还包括步骤s6：购买所述筛选出的具有高风险的化合物所对应的标准化学品，对所述标准化学品进行质谱分析，将得到的所述标准化学品的质谱数据与步骤s5的对应高风险化合物的质谱数据进行验证。

31、其中，更佳地，所述验证的条件包括，所述具有高风险的化合物的质谱数据中的主要碎片离子和所述标准化学品样本的质谱数据中的主要碎片离子相似，以及，所述具有高风险的化合物和所述标准化学品样本的质谱数据中的保留时间差异小于第一时间长度，所述第一时间长度为0.05min、0.1min、0.15min、0.18min或0.2min。

32、本发明一优选实施方式中，所述水中污染物的非靶向分析方法包括以下步骤：

33、步骤s1、建立污染物筛查清单；所述污染物筛查清单的物质包括持久性有机污染物、内分泌干扰物和抗生素；

34、步骤s2、获取多个待测水体样品的质谱数据，提取所述多个待测水体样品的质谱数据中的分子特征，所述分子特征包括一级质谱信息、二级质谱信息和保留时间信息；

35、步骤s3、将所述多个待测水体样品的所述分子特征通过筛选方法得到筛选后的分子特征，所述筛选方法包括方式一和方式二：

36、所述方式一为，将所述待测水体样品的所述分子特征的一级质谱信息与污染物筛查清单进行比对，筛选得到与所述污染物筛查清单的一级质谱信息相匹配的所述分子特征；所述污染物筛查清单包括已知污染物的一级质谱信息；

37、所述方式二为，在未能与所述污染物筛查清单匹配的分子特征中，依据过滤原则，筛选出满足检测频率和峰强度高的分子特征；所述检测频率包括，所述分子特征在多个所述待测水体样品中的超过第一比例值的水样中被检出，所述第一比例值大于或等于50％；所述峰强度高为所述分子特征的峰强度超过10000；

38、步骤s4、使用质谱数据库对筛选后的分子特征进行识别，得到筛选后的分子特征对应的化合物结构信息，即识别出所述筛选后的分子特征对应的化合物；

39、步骤s5、基于步骤s4得到的化合物结构信息构建分子网络，基于所述分子网络筛选出高频检出的碎片离子；

40、步骤s6、根据环境风险排序方法筛选出具有高风险的化合物；所述环境风险排序方法包括：获取所述步骤s3筛选后的化合物的ghs危害码，根据所述ghs危害码的危害等级分配不同数量级的危害分数。

41、本发明的方法通过提取水样中的分子特征，并且基于包括模拟的质谱数据库的筛查用质谱数据库，识别出已知的污染物以及具有高检出频率的未知的化合物；并且通过在非靶向分析的基础上结合环境风险评估，从而提高了对未知的高风险污染物的识别准确度，并利用验证步骤进行确证，从而能够可靠地锁定危害性较强的污染物；同时，构造分子网络，能够快速梳理出高频检出的碎片离子，并对不同污染物之间的结构相似性进行分析，大大地提高了对于水环境中已知的污染物以及未知的高风险污染物的检测、识别能力。

42、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

43、本发明所用试剂和原料均市售可得。

44、本发明的技术方案具有如下有益效果：

45、1.本发明建立的污染物筛查清单涵盖范围广、包含数量多、更新频率快，全面整合了国际权威数据库中各方关注较多的污染物，尤其是新污染物。结构识别软件中嵌入了14个化合物的二级质谱数据库(包含354440种结构式)，并且可以连接到由计算机模拟计算的扩展质谱数据库(包含643307种结构式)和pubchem化合物质谱数据库(包含超过6000万种结构式)，为全面筛查污染物和识别未知化合物提供了海量数据资源。

46、2.本发明在非靶向分析的基础上结合了环境风险评估，提高了高风险污染物的识别准确度，即在分析结果中筛选出对于水环境可能产生不良影响的污染物，并通过重新测试对应的标准样对检测结果进行确证，提高了分析结果的准确性，从而能够锁定危害性较强的污染物。

47、3.本发明可以识别出污染物筛查清单之外的潜在污染物，这些未知污染物具有高检出频率或高浓度，对于水环境的影响程度未知，今后具有重要的研究意义。

48、4.本发明结合使用了分子网络技术，能够快速梳理出高频检出的碎片离子，并对不同污染物之间的结构相似性进行分析。