用于确定环境土壤和水样中持久性、迁移性和有毒物质的分析方法

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Analytical approach for the determination of persistent, mobile and toxic substances in environmental soil and water samples

本研究的目的是开发并验证一种高效的分析方法，用于检测灌溉用再生水中的持久、移动和有毒（PMT）化合物对土壤和周边水环境的影响。通过混合模式液相色谱-串联质谱联用技术（LC-MS/MS），结合QuEChERS土壤样品前处理和直接进样（DI）水样处理方法，成功测定了8种PMTs（包括苯氧苯酮-3、克拉霉素、甲苯磺酸等），其检测限分别为土壤5 ng/g和水中50 ng/L，回收率在70%-120%，相对标准偏差低于20%。实验验证了方法在真实地表水和地下水样本中的适用性，为评估再生水灌溉的生态风险提供了可靠工具。

　　在面对全球淡水资源日益紧张的背景下，农业用水需求占据了大部分的淡水消耗。特别是，在一些发展中国家，农业用水甚至占到了95%。因此，寻找替代水源成为解决这一问题的关键。再利用处理过的废水（WW）作为农业灌溉用水，被认为是可行的解决方案之一。这种做法不仅有助于缓解淡水资源短缺，还能有效处理大量产生的废水。然而，废水处理过程中往往无法完全去除一些持久、移动性强且有毒（PMT）的物质，这些物质可能通过土壤、排水水甚至接收水体进入环境，对生态和人类健康构成潜在威胁。

为了应对这一问题，本研究开发了一种基于混合模式液相色谱-串联质谱（MMLC-MS/MS）的分析方法，用于检测土壤和排水水中的八种PMT物质。这些物质包括一种紫外线吸收剂（苯甲酮-3）、三种药物（克拉霉素、甲硝咪唑、盐酸二甲双胍）和四种农药（磺吡酮、特布他嗪、替帕瑞德、曲马多）。选择这些化合物是因为它们具有不同的化学特性，同时它们的log Dow值小于4.5，表明它们在环境中具有较高的迁移性。此外，这些物质还具有一定的毒性和持久性，可能对环境和人体健康造成影响。

在土壤样本的处理过程中，研究采用了QuEChERS方法。QuEChERS是一种快速、高效、低成本的提取方法，常用于农药残留的检测。通过比较两种标准的QuEChERS提取套件（EN 15662和AOAC 2007.01），研究确定了最适合提取PMT物质的方案。这两种方法的主要区别在于使用的缓冲剂和pH值。EN 15662使用柠檬酸缓冲剂（pH 5–5.5），创造了一个更中性的环境，有利于pH敏感的分析物（如克拉霉素）的提取。而AOAC 2007.01则使用了更强的醋酸缓冲剂（pH 4.8），可能更适合某些特定的化合物。在实验过程中，研究人员发现，使用同位素标记的内标物可以有效校正基质效应和提取损失，从而提高分析结果的准确性。然而，对于替帕瑞德的检测，由于其在土壤中的提取效率较低，研究人员采用了不同的校正方法，以确保其定量分析的准确性。

在水样本的处理过程中，研究采用了直接注射（DI）方法。DI是一种快速、简便的分析方法，特别适合于高灵敏度的检测。随着现代液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）仪器的灵敏度不断提高，DI方法在近年来逐渐受到重视。研究人员对水样本进行了直接注入，结合MMLC-MS/MS技术，实现了对PMT物质的高效检测。通过这种方法，研究人员能够快速、准确地检测水中的多种污染物，为环境监测提供了有力支持。

本研究还验证了所开发的分析方法在环境水（包括地下水和地表水）中的适用性。验证结果显示，所有化合物的回收率在70–120%之间，相对标准偏差（RSD）小于20%。这表明所开发的分析方法具有良好的准确性和精密度。同时，所有化合物的定量限（LOQ）分别为5 ng/g（土壤）和50 ng/L（水），这使得研究能够检测到极低浓度的污染物，为环境评估提供了可靠的数据。

为了进一步验证分析方法的实用性，研究人员对实际收集的土壤和排水水样本进行了检测。这些样本来自使用处理过的废水灌溉的莴苣作物。此外，研究人员还对实际的地表水和地下水样本进行了检测，以展示分析方法在实际环境中的应用价值。这些实际样本的检测结果表明，所开发的分析方法能够有效地检测出PMT物质，并且能够准确反映这些物质在土壤-植物-水系统中的行为。

在农业灌溉过程中，PMT物质可能通过土壤渗入地下水，进而影响饮用水的质量。因此，对这些物质的检测和评估对于确保农业用水的安全性和可持续性至关重要。本研究开发的分析方法不仅能够检测土壤和水中的PMT物质，还能为未来的灌溉项目提供重要的环境数据。这些数据可以帮助研究人员更好地理解PMT物质在环境中的迁移和积累路径，从而制定更有效的管理策略。

通过本研究，研究人员发现，使用混合模式液相色谱-串联质谱技术能够有效分离和检测PMT物质。这种方法结合了反相、阴离子交换和阳离子交换三种保留机制，能够适应不同极性的化合物。此外，QuEChERS方法和直接注射方法的结合，使得研究人员能够在土壤和水样本中实现快速、高效的检测。这些方法的验证结果表明，它们具有良好的准确性和精密度，能够满足环境监测的需求。

本研究的成果不仅为农业灌溉过程中PMT物质的检测提供了新的工具，还为未来的环境研究和管理提供了重要的参考。通过分析这些物质在土壤和水中的行为，研究人员能够更好地评估它们对环境和人类健康的影响，并为相关政策的制定提供科学依据。此外，本研究还强调了在环境监测中，采用多种分析方法和优化实验条件的重要性，以确保检测结果的准确性和可靠性。

综上所述，本研究通过开发和验证基于MMLC-MS/MS的分析方法，成功实现了对八种PMT物质在土壤和环境水中的检测。这些方法的高灵敏度和准确性，使得研究人员能够有效地评估PMT物质在农业灌溉过程中的潜在影响。此外，本研究还展示了这些方法在实际环境中的应用价值，为未来的环境研究和管理提供了重要的数据支持。通过这些研究，我们能够更好地理解PMT物质在环境中的行为，从而制定更有效的措施，保护生态环境和人类健康。