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硕十论文富营养化水体异味物质分布形态及藻类厌氧代谢产物的研究 摘要 采用顶空固相微萃取气相色谱质谱( h s s p m e g c m s ) 分析方法测定典型富营养 化水体中9 种溶解态和颗粒态异味化合物，研究了其分布形态和变化规律。 首先选择其中5 种异味物质对颗粒态物质的测定方法作了验证，结果表明该方法的 相对标准偏差小于6 ，加标回收率在9 0 1 2 0 的范围内，方法的精密度和准确度符 合分析的要求。在此基础上，对2 0 0 9 年太湖m 水域处和x 水厂水源地水样中滤后水和 悬浮物中的异味物质进行了测定，发现不同类异味物质在水相和悬浮物中的分布形态和 变化规律存在差异，同一物质在不同地点水体中的分布形态和变化规律也有异同。夏季 太湖水体中存在大量的颗粒态异味物质，9 种异味物质的颗粒态含量均在7 、8 月份达到 高峰，颗粒态异味物质的含量与藻类的含量呈现正相关。 在1 5 、3 0 、4 5 条件下进行藻类厌氧密封培养实验，研究藻类分解过程中产生 代谢产物的变化规律，发现各类物质的变化规律之间存在着显著的差异，而某些物质的 变化规律与温度的高低密切相关。脂肪酸类物质出现2 次高峰期，随着温度升高，丁酸 和乙酸的高峰期提前、产量增大，而丙酸的高峰期延后，在3 0 下有最高产量；氢气和 二氧化碳出现2 次高峰期，高峰期随温度升高而提前，甲烷出现3 次高峰期，出现的时 间与温度高低无显著对应关系，三种气体都在3 0 下有最高产量；在藻类分解过程中， 有二甲基硫类物质、2 甲基异茨醇、土味素和1 3 紫罗兰酮的生成，其后这些物质又被降 解，而d 环柠檬醛和间二甲苯在整个过程中直接被降解，且提高温度能促进异味物质的 生成和降解。 关键词：富营养化水体，太湖，异味物质，分布形态，藻类 a b s t t a c t 硕士论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , d i s s o l v e da n dp a r t i c u l a t eo d o u r o u sc o m p o u n d si nw a t e rw e r ed e t e r m i n e d b yh e a d s p a c es o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o nc o u p l e d 、i t l l g a sc h r o m a t o g r a p h y m a s s s p e c t r u m ( h s s p m e - g c m s ) t h ed i s t r i b u t i o na n dv a r i a t i o no f9o d o u r o u sc o m p o u n d si na t y p i c a le u t r o p h i cw a t e rb o d yw e r es t u d i e d 5c o m p o u n d sw e r es e l e c t e dt ov a l i d a t et h ea n a l y s i sm e t h o df o rp a r t i c u l a t ec o m p o u n d s ， t h er s dw e r el e s st h a n6 ，t h er e c o v e r yv a l u ew e r eb e t w e e n9 0 a n d12 0 t h er e s u l t s s h o wt h a tt h em e t h o dh a sg o o dp r e c i s i o na n da c c u r a c yf o ra n a l y s i s b a s e do nt h ea b o v e r e s u l t s ，o d o u r o u sc o m p o u n d si n f i l t e r e dw a t e ra n ds u s p e n d e ds o l i d sf r o mt a i h ul a k ew e r e d e t e r m i n e dt h r o u g h2 0 0 9 d i f f e r e n tc o m p o u n d ss h o w e dd i f f e r e n td i s t r i b u t i o na n dv a r i a t i o n ， a n ds a m p l i n gs i t e sa l s oi m p a c t e dt h e i rc h a r a c t e r s i ns u m m e r , ag r e a td e a lo fp a r t i c u l a t e o d o u r o u sc o m p o u n d se x i s t e di nt a i h ul a k e t h e9c o m p o u n d sa c h i e v e dt h e i rh i g h e s t p a r t i c u l a t ec o n t e n t si nj u l ya n da u g u s t p a r t i c u l a t ec o n t e n t so ft h e s ec o m p o u n d sh a da s i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t ht h eq u a n t i t yo fa l g a e si nt a i h ul a k e w h e na l g a e sd e c o m p o s e di na na n a e r o b i cc o n d i t i o na t15 ，3 0 a n d4 5 ，d i v e r s e p r o d u c t i o n ss h o w e dt h e i ro w nv a r i a t i o nt r e n d , a n ds o m eo ft h e mr e l a t e dt ot e m p e r a t u r e i n t e n t l y t h ec o n c e n t r a t i o no ff a t t ya c i d sr e a c h e dt w op e a k s p e a k so fb u t y r i ca c i da n da c e t i c a c i da p p e a r e de a r l i e ra tah i g h e rt e m p e r a t u r e ，a n dt h e i rc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d 淅mt h er i s i n g o ft e m p e r a t u r e p e a k so fp r o p i o n i ca c i da p p e a r e dl a t e rw h e nt e m p e r a t u r ew a sh i g h e r , a n di t h a dt h eh i g h e s tc o n c e n t r a t i o na t3 0 。c h ea n dc 0 2r e a c h e dt w oc o n t e n tp e a k s ，a n dt h e i rp e a k s a p p e a r e de a r l i e ra tah i g h e rt e m p e r a t u r e c i - 1 4r e a c h e dt h r e ec o n t e n tp e a k s ，b u tt h e yd i d n t r e l a t et ot e m p e r a t u r er e m a r k a b l y h e ，c 0 2a n dc h 4h a dt h e i rh i g h e s tc o n t e n ta t3 0 d m s ， d m d s ，d m t s ，m i b ，g e oa n d1 3 - i o n o n ew e r ep r o d u c e da n dt h e nd e g r a d e dd u r i n gt h e m e t a b o l i z i n go fa l g a e s 1 3 - c y c l o c i t r a la n dm x y l e n ew e r ed e g r a d e dt i g h t l yd u r i n gt h ep r o c e s s r i s i n gt e m p e r a t u r ew a sp r o p i t i o u st ob o t hp r o d u c t i o na n dd e g r a d a t i o no fo d o u r o u s c o m p o u n d s k e yw o r d s ：e u t r o p h i cw a t e rb o d y , t a i h ul a k e ，o d o u r o u sc o m p o u n d s ，d i s t r i b u t i o n ，a l g a e s l i 声明尸明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本 学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或 公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使 用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文 中作了明确的说明。 研究生签名：2 4 0 年白月2 0 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或 上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并 授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密 论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：如胗年6 月2 d 日 硕士论文富营养化水体异味物质分布形态及藻类厌氧代谢产物的研究 1 绪论 我国第三大淡水湖一太湖是富营养化湖泊的典型代表。2 0 世纪6 0 年代，太湖呈贫 营养状态，1 9 8 1 年时仍属于中营养湖泊，此后太湖富营养化指数持续上升【。自9 0 年 代中后期，太湖西部、北部开始频繁暴发蓝藻水华，水质持续恶化，目前全湖处于富营 养到重富营养状态。根据2 0 0 5 年- 2 0 0 6 年江苏省环境监测中心记录，从2 0 0 0 年以来， 太湖的富营养化状况有加重趋势【2 1 。 1 1 太湖富营养化的成因 太湖富营养化的一个天然成因是太湖的地理位置。地处长江下游三角洲南翼平原上 的太湖，发育在长江洪泛平原之上，它的形成演化与河网水系的变迁密切相关。由于长 江的冲刷带来大量的营养物质沉积于此，太湖的水质与土壤十分肥沃，特殊的自然地理 条件是太湖发生富营养化现象的天然成因。 太湖富营养化的另外一个成因是其浅水湖泊的特征。太湖是一个典型的大型浅水湖 泊，其平均水深仅约2 m ，位于季风气候区并受台风的影响较大。太湖水沉积物界面由 于长期受到风浪和湖流作用，经常处于不稳定的状态，沉积物容易扰动而发生再悬浮的 现象，营养物质随之大量地释放进人水体中。据估算，一次大的风浪过程会使水体总氮 和总磷浓度分别增加0 0 1 2 m g l 、0 0 0 5 m g l t 引。频繁的风浪扰动使得浅水湖泊内源营 养盐不断地循环释放，太湖水体内营养盐维持在一个较高的水平。 太湖富营养化的最大成因是太湖流域的人为污染。随着太湖流域经济的高速发展和 人口的急剧增加，大量的工农业废水和生活污水源源不断地排入太湖。据统计，从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年，太湖流域的g d p 值年均增长率达1 1 6 ，太湖流域总人口年均增长率为 1 0 3 ，流域社会用水量年均增长率为1 5 t 4 。1 9 8 7 年太湖流域工农业、生活废污水排 放量为3 6 亿m 3 ，1 9 9 9 年增至4 9 亿m 3 ，到2 0 0 0 年达5 3 3 亿m 3 。根据中国科学院南京 地理与湖泊研究所与江苏省环境监测中心的共同调查，2 0 0 7 年太湖梅梁湾水域湖水中总 氮从8 0 年代初的1 m g l , 一2 m g l 增加到5 m g l - - , 6 m g l ，平均浓度劣于v 类，总磷从 0 0 3 m g l , - - 0 0 5 m g l 增加到o 1 m g l 0 2 m g l ，平均浓度达到类标准【5 1 。 1 2 太湖蓝藻水华的暴发 湖泊富营养化的一个直接后果是蓝藻水华暴发。长期以来，有关蓝藻水华暴发的机 制一直不是很清楚，概括而言，既有环境因子的原因，也有蓝藻生理生态特性方面的原 因，但是最主要的是营养盐的富集。环境因子包括水体的面积和体积、水的滞留时间、 水体的垂直混合程度、光的衰减特性、底泥的再悬浮作用等；蓝藻自身的生理与生态因 l 1 绪论硕。i 二论文 子有如伪空泡、无机碳浓缩机制、固氮能力、抗拒紫外伤害和低光胁迫的藻胆体等【6 】。 孔繁翔等通过太湖野外长期观测，提出了蓝藻水华形成的四阶段假设，该假设认为，蓝 藻的生长与水华的形成可以将其分为越冬、复苏、生长和上浮集聚形成水华4 个彼此相 对独立但又相互连续的阶段。不同阶段具有不同的主导生态因子，特定湖区中蓝藻水华 是已经确立了优势的蓝藻在合适的水文气象条件下的水平漂移集聚的结果，并非是生物 量在短时间内的暴发增长。因此只要确定影响蓝藻在越冬、复苏、生长和上浮漂移形成 水华等不同阶段的主导生态因子及其阈值，就有可能对蓝藻水华进行预测预警1 7 l 。 气象部门通过卫星遥感技术对2 0 0 7 年全年的太湖蓝藻发生发展情况进行了监测【8 j ， 发现太湖蓝藻的暴发具有周期性特征，严重时蓝藻发生面积可占湖区面积的5 0 以上； 气象条件搭配对蓝藻暴发有利的是春末夏初和夏末秋初2 个时段；蓝藻的暴发过程并不 是渐进的，而是具有突然暴发的特点；蓝藻的生长发育主要与水温有关，可以通过气温 与水温的关系，由气温推算出对应的水温 9 1 ，分析水温对蓝藻生长发育的影响。 太湖蓝藻水华的暴发带来了不容忽视的灾难性后果：尤其是2 0 0 7 年的三次规模性 暴发引发了无锡市的供水危机【l0 1 。大批市民家中自来水水质突然恶化并伴有难闻的气 味，无法正常饮用，市民纷纷抢购纯净水、桶装水，全市工农业生产和居民生活用水发 生困难。 1 3 太湖水中的藻类与异味物质 自太湖臭水事件以来，社会各界对水体污染更加重视，特别是饮用水水源地的保护 措施得到了进一步的加强，同时也对水污染事件的原由进行了多方面的讨论与研究。蓝 藻的暴发带来了水中难闻的气味，破坏了水的感官性状、降低了饮用水的质量，引起了 用户的关注和不满。水中常见的异味有：土霉味、腐殖臭、青草味、药品味、臭鸡蛋味、 焦油臭、鱼腥臭等u 。 1 3 1 太湖水中的藻类 近2 0 年来，太湖中藻类在演替的过程中逐渐出现了可危害水体的藻类，这些可使 水体发生异昧，分泌藻毒素的有蓝绿藻、硅藻、鞭毛藻等5 9 种1 8 属l l 引。相关研究表明， 夏季太湖的藻类主要有蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、裸藻和隐藻6 大门。蓝藻、绿藻和硅 藻占浮游藻类个体总量的9 9 以上，其中尤以蓝藻占绝对优势【1 3 1 。微囊藻又是蓝藻门的 优势种，占蓝藻个体总量的9 0 以上，在生长过程中可以向环境释放大量的有毒肽类物 质，对水中生物的生长繁殖以及周边人类的生存健康带来严重危害【1 4 】。微囊藻毒素对脾 脏、肝脏有一定的毒性，可能引起心脏输出量下降、血管扩张、血压降低以及多巴胺和 异丙肾上腺素分泌等血液动力学的改变和激素的分泌【l 5 1 。 1 3 2 异味物质与藻类的关系 2 硕 j 论文 富营养化水体异味物质分布形态及藻类厌氧代谢产物的研究 水中异味物质的来源非常广泛复杂。根据相关的文献总结，主要的来源可以归纳为 以下几个方面：水中的天然有机物、微生物及藻类的新陈代谢、工农业废水和生活污水、 消毒副产物1 1 6 1 。 在地表水源中，湖泊和水库发生异味的原因主要是放线菌和藻类的生长。放线菌、 真菌、细菌等在新陈代谢过程中会产生土味素和2 甲基异茨醇等气味化合物，使水体产 生异味【1 7 】。水华在生长和腐败的过程中会合成、贮存和释放具有潜在危害的化合物，使 水体产生异味，几乎所有的浮游性藻类都能产生异味化合物【l 引。近几年来，它们受到了 越来越多的关注，特别是那些对人体有毒有害的或能产生异味的化合物，包括萜类、硫 化物、芳族化合物、长链碳氢化合物、胺、生物碱、脂多糖以及缩氨醚1 9 】。因此在研究 水体异味来源的时候，有必要同时考虑放线菌、真菌和藻类。 水源污染引起水中的藻类繁殖，许多藻类都能产生异嗅异味。目前世界各地已研究 发现链霉菌等多种真菌、放线菌、青霉类微生物能产生土腥味和霉味物质；产生异味的 藻类有颗粒直蓝球藻、舟形藻、链硅藻、蓝纤维藻、针杆藻、菱形藻、席藻、颠藻、栅 藻、鱼腥藻等。当浮游藻类总生物量质量浓度达1 2 7 m g l - - - 1 8 1 m g l 时，水体便会产 生轻微异味，但当此浓度达4 2 9 m g l - - 9 4 8 m g l 时，水体异味严重【2 0 】。 异味化合物产生的气味在化学和生物上受多种因素的影响。个别化合物的气味随浓 度和同分异构体不同而改变，原水中的气味化合物或物种的混合可能产生相似的或不同 的气味，这些生物化学组分可能出现在一年的不同时间或同一水源的不同地剧2 1 】。在某 些时间，这些生物中的一种或多种能产生多种气味化合物，某些异味化合物只由一种藻 或细菌产生，而某些化合物则是由这些藻或细菌共同产生的，藻类化合物的产生形式随 生长期和环境不同而有所不同。尽管不是所有的藻类都产生可检测的气味副产品，但共 生的藻类可能会产生相近的或不同的气味化合物瞄j 。 1 4 异味物质的检测分析方法 水体异味问题已经成为全球性的突出问题，要解决水体异味问题就必须对异味物质 的种类、来源、成因、生物代谢过程进行相关的研究，这就需要有快速、准确、有效的 检测分析技术。目前，对水中异味物质的检测分析方法主要分为感观检测法和仪器分析 法。对异味的强度、嫌恶性、公害原因等可以用感观检测加以鉴定和评价，但若需要分 析异味的成分、浓度、结构，探索异味物质的控制对策，进行异味污染状况的调查等， 就需要用仪器分析，所以目前这两种方法都在使用，互为补充【2 引。 1 4 1 感官检测法 气味的感官检测是依靠人的嗅觉系统评价水质情况，判断气味的类别和强度，近年 来得到了广泛的发展。由于气味分析的特殊性，目前还没有统一的标准，应用较广泛的 1 绪论硕士论文 感官检测法有：气味强度指数法( o i i ) 、嗅阈检测法( t o n ) 和气味层次分析法( f p a ) 。其中 f p a 分析方法目前应用最广泛。 气味层次分析法( f l a v o rp r o f i l ea n a l y s i s ，f p a ) 作为一种半定量方法被自来水公司广泛 采用。美国水和废水标准检验法第1 7 版已将f p a 作为标准方法1 2 4 。该方法最初应 用在食品行业，1 9 8 1 年在美国水行业开始采用，并且结合水行业的特点逐渐加以改进1 2 5 1 。 气味层次分析法又叫气味轮廓分析法，是通过建立一个气味分析小组( 又叫f p a 小组) ， 针对水中的异味物质对小组成员进行培训，筛选出嗅觉比较灵敏的组员对水中异味物质 作浓度分析1 2 6 1 。与t o n 法不同的是，f p a 分析不需要稀释水样，避免了由于稀释而造 成水的组份损失和口感改变。f p a 法对气味感知员有较高的要求，需进行严格的训练， 并经常用专门的嗅味物质来校正其嗅觉反应，能给出比较可靠的、有用的气味信息，并 可据此粗略推测水中大致的气味化合物。 于建伟、杨敏等阿介绍了f p a 法的培训程序及其在饮用水嗅味识别中的应用案例， 按照f p a 方法选择并培训的测试小组，对于实际水样中的异嗅异味能够进行明确的定性 和定量分析，表明f p a 法可较好地用于评价水厂工艺对常见嗅味物质的处理效果，能够 为水厂的运行提供可靠的感官分析手段。殷守仁等【2 8 】利用感官检测法对鲤土腥味进行了 检测试验，确定了土腥味感官与实际含量间的对应关系，制定了对土腥味感官检测的标 准，研究发现土腥味随m i b 含量的增大而增强，建立了土腥味含量与品尝人员味觉反 应之间的定量关系。 尽管感官分析法近年来发展较为迅速，特别是f p a 法得到了较好的发展，但由于目 前还缺乏实用的嗅觉理论，方法上难以有新的突破。感觉主体虽然可以分辨出嗅味的种 类和强度，但常常受到主观因素的影响，很难定量感觉强度；不同的分析者得出的感觉 强度通常会有所差异，而且人们对嗅味的敏感度各不相同，水样处理的温度也可能不同， 数据客观性不足，不同时间、不同地点的数据不能进行比较；对于混合气味，由于不同 气味间的协同和中和效应，感官分析法难以将其区别开来，对气体难以恰当描述，确定 产生气味的化合物更困难。但以上差异可以通过严格系统的培训来减小，使得测定结果 在误差允许范围之内。 1 4 2 仪器分析法 仪器分析法以气相色谱法最为常用，多采用火焰离子化检测器( f i d ) 和质谱( m s ) 检 测器。色质联用( g c m s ) 是分析痕量有机物的有效手段，可以很好地完成挥发性和半挥 发性有机物的定性定量，此法测定结果的选择性强、灵敏度高，故在美国、日本等国家 被普遍采用【2 9 】。然而随着分析技术的发展，特别是使用了一些新的预处理方法后，如液 液萃取法( l l e ) 、吹扫捕集法( p & t ) 、封闭循环吹脱法( c l s a ) 、蒸汽蒸馏萃取法( s d e ) 、 固相萃取法( s p e ) 、固相微萃取法( s p m e ) 、搅拌棒吸附法( s b s e ) 等，有关水体异味的研 4 硕十论文富营养化水体异味物质分布形态及藻类扶氧代谢产物的研究 究才取得了进一步的突破。由于异味物质的仪器分析法一般都是先对异味物质采用不同 的预处理方法富集，再和g c f i d 或g c m s 联合来分析，分析方法的灵敏度主要取决 于预处理方法对异味物质的富集效率。 1 4 2 1 液液萃取法 液液萃取法( l l e ) 也称溶剂萃取，是一种传统的水样预处理方法，也是应用十分广 泛的分离和浓缩方法，可萃取水中多种不同极性、挥发性和溶解性的有机物。采用与水 互不相溶的有机溶剂将目标待测物从水样中萃取出来，然后直接对有机相进行g c 进样 分析，测定其中目标待测物的含量【3 0 1 。常用的有机溶剂有正已烷、正戊烷等。 袁仲、杨继远1 3 l j 采用二氯甲烷对两种国产食醋进行l l e 预处理，应用g c m s 对 其定性定量分析，结果表明能够明确定性食醋中的9 6 种香味成分。b a o 等【3 2 】以正己烷 为萃取剂j 研究了利用液液萃取法预处理、g c m s 分析m i b 、g e o 等物质的效果，结 果表明对于m i b 和g e o ，纯水加标回收率随n a c l 加入量的增加而增大，当n a c i 的加 入量( 质量分数) 分别为0 、5 、1 0 、1 5 时，m i b 和g e o 的回收率为6 7 、8 3 、 9 6 、9 4 和6 5 、8 0 、9 3 、9 5 。另外s h i n 等田j 也采用液液萃取法对水样进行预 处理，用正戊烷作为萃取剂，将水样富集2 0 0 倍后取有机相进行g c m s 分析，质谱采 用电子轰击e i 离子源、选择离子检测模式( s i s ) ，以氟苯为内标物，实验结果发现该方 法可检测水中的多种异味物质，而且有较低的检测限，此方法的回收率也较高，对于 m i b 和g e o 两种物质，回收率可达7 5 以上，同时还发现当m i b 和g e o 在水中的质 量浓度为5 0 n g l - - 2 0 0 n g l 时，其回收率接近常数。 液一液萃取法存在一定的缺点，一方面操作烦琐、费时，萃取时容易产生乳化而使 分析结果偏低，另一方面该方法还需采用大量的有机溶剂，导致新的环境污染或增加处 理水样的操作和成本【3 刖。同时多步操作容易引起被测物质的流失，影响痕量分析的结果， 另外，由于萃取痕量有机物对萃取剂的纯度要求很高，这又造成了分析成本大大提高。 1 4 2 2 吹扫捕集法 吹扫捕集法( p & t ) 也称自动顶空，由于其有较高的富集效率和无有机溶剂再污染的 优点并被列为美国e p a 标准分析方法【3 5 1 。常与g c 联用测定水和废水中的痕量挥发性 有机物化合物【3 酬。p & t 可用于各种样品中多种有机化合物的分析测定，有着较高的灵 敏度，该方法的原理是使吹洗气体连续通过待测样品，将其中的挥发组分吹脱后，使其 在吸附剂或冷阱中被捕集，再进行分析测定，因而是一种非平衡态连续萃取方法。这种 方法几乎能全部地将被测物质萃取出来，不但有很高的萃取效率，而且可以浓缩被测物， 使灵敏度进一步提高。g e o r g e 等【37 l 改进了p & t 方法，他们用5 0 0 m l 的水样吹扫捕集后， 得到m i b 和g e o 的检测限都低于5 n g l 。张晓晖1 3 州采用p & t - g c m c 检测地表水中的 2 1 种挥发性有机物，水样的加标回收率为8 6 1 1 2 ，检测限为0 0 8ug l 0 2 9ug m ， r s d 值小于5 o ，线性相关系数大于0 9 9 8 。 1 绪论 硕士论文 吹扫捕集法适用于水样中大多数挥发性异味化合物的富集。但是，它也存在一定的 局限性，对于挥发性较低、极性较强或者易溶于水的有机化合物提取效率却不高。 1 4 2 3 封闭循环吹脱法 封闭循环吹脱法( c l s a ) 3 乙称闭环捕集法，是嗅味分析技术应用最为成功的样品预 处理方法，为美国e p a 挥发性物质标准分析方法。具体过程是，首先用循环气流把中 等分子量的挥发性有机物从水中吹脱出来，然后用活性炭使其从气体中被吸附去除，再 采用二硫化碳将有机物从活性炭中洗脱出来，并注入g c m s 的毛细管柱中进行定性、 定量分析。虽然用c l s a g c m s 分析法可检测含量低达n g l 的微量物质，但实际可检 测到的最低浓度取决于目标检测物的吹脱效果以及g c m s 的工作状况，一般通过提高 吹脱温度或者使用脱盐技术可以提高该方法的吹脱效果。由于不同化合物有其独特的色 谱质谱行为，这就保证了鉴定被吹脱化合物种类的可靠性，但也存在一些化合物的同分 异构体不能用色谱分析来分析的情况。 h a s s e t t 等【3 9 】曾经尝试用硅胶代替炭滤层检测饮用水中的嗅味物质，目标待测物被 萃取后热解吸进入g c m s 进行分析，这种富集方法不同于使用炭吸附质需要溶剂进行 洗脱，因此环路可以重复使用。z a n d e r 、a m y 等【4 0 j 改进了c l s a 使用微孔疏水纤维中 空膜作为闭路循环系统的水气接触设备，称为中空纤维捕捉分析法( h f s a ) ，能够检测到 的g e o 浓度为1 8 n g l ，同时发现h f s a 在低挥发性物质的检测方面比c l s a 更加具有 优势，重现性好，并且可以避免c l s a 法中易发生的泡沫现象。 1 4 2 4 蒸汽蒸馏萃取法 蒸汽蒸馏萃取法( s d e ) 又叫伺时蒸馏萃取法，是用溶剂蒸汽来萃取水样中的有机物， 与液液萃取法原理相同。经典方法是将3l 水用5 0 m l 二氯甲烷蒸馏萃取3 - - 4 小时后， 用k - d 浓缩器或氮吹仪浓缩至数百微升进样g c 或g c m s 分析1 4 。王伟君掣4 2 】使用 s d e g c m s 测定发酵乳中挥发性风味物质，在嗜热链球菌发酵乳中共鉴定出1 3 种相关 风味成分。丁芳林等【4 3 j 人建立了s d e g c m s 分析法测定茶叶中的挥发性成分，表明红 茶、黑茶和毛尖这3 种茶叶的香气成分有较大的区别。由于s d e 费时费力，而且要耗 费大量的溶剂，故很少被用于水中痕量挥发性有机异味物质的检测分析。 1 4 2 5 固相萃取法 固相萃取法( s p e ) 是利用固体吸附剂将水样中的目标待测物吸附，使其与样品基体 和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或者热解吸，达到分离和富集目标化合物的目 的，洗脱液通常需要经过除水、浓缩后进样g c 或g c m s 分析测定。有时进样前还需 要进行溶剂转换，如当采用e c d 检测器时，若洗脱剂为二氯甲烷，为避免电负性物质 对检测结果的影响，需要把溶剂转换为正己烷等不具电负性的溶剂后，再浓缩、测定。 p a l m e n t i e r 等人j 采用a m e b e rs o r b5 7 2 作为吸附剂，二氯甲烷作为洗脱剂，萃取水 中的痕量有机物，并采用气相色谱高效质谱( g c h r m s ) 联用分析萃取液，质谱采用电 6 硕十论文富营养化水体异味物质分布形态及藻类厌氧代谢产物的研究 子轰击e i 离子源、s i s 选择离子检测模式进行检测，由于水样中两种物质的回收率变化 都比较大，因此采用d 3 m i b 和d 3 g e o 进行同位素稀释定量分析，两种物质的检测限 均达2 0 n g l 。郁建栓1 4 5 j 利用x a d 2 和x a d 8 树脂吸附富集、有机溶剂洗脱、g c m s 分析，从福建九龙江流域水体中检测出1 3 8 种半挥发性有机化合物。 固相萃取技术是一种环境友好的分离富集技术，它具有有机溶剂用量少、分离效果 好、操作简单、省时省力、便于自动化等优点。但其缺点在于处理含有大量污染物的未 知样品时，可能因柱穿透而给准确分析带来困难，并且需进行多步操作，富集效率受水 样过柱速度影响较大，样品的前处理时间较长。 1 4 2 6 固相微萃取法 固相微萃取法( s p m e ) 是在固相萃取法( s p e ) 的基础上开发的新技术，利用均匀涂覆 在石英纤维上的吸附剂涂层进行萃取，萃取完成后直接通过热解吸使被萃取的化学物质 进入色谱柱分析。目前，s p m e 在饮用水嗅味物质检测中应用得最为广泛。 李大鹏、李伟光1 4 6 1 采用固相微萃取气相色谱分析法对s 市s z 水库原水中的嗅味物 质进行了分析研究，结果表明原水中存在一种嗅味物质i $ - c y c l o c i t r a l ，未检测到m i b 、 g e o 等其他异昧物质，原水中嗅昧的主要来源是藻类的新陈代谢。s u s a n 等1 47 j 对顶空固 相微萃取定量分析水中痕量土霉味物质进行了研究，证明顶空固相微萃取具有很好的重 现性，比较了多个萃取条件：纤维涂层、温度、n a c l 的有无和萃取时间以及基质影响， 并对实际水样进行了测定，发现采用此法分析水样中待测物质浓度在l n g l 8 0 0 n g l 的 范围内具有较好的灵敏度。方菲菲、于建伟等1 4 8 】采用顶空固相微萃取气相色谱质谱联 用的方法对水中嗅味物质二甲基三硫醚进行了测定并优化了条件：采用c a r p d m s ( 8 5 “m ) 纤维头、在水样中加入2 5 ( w ) 的n a c i 、6 5 水浴下顶空萃取3 0 m i n ，该方法的 检出限为5 n g l ，相对标准偏差为2 2 7 1 ，加标回收率为7 1 5 8 7 3 ，同时利 用该方法对不同水样的检测发现，不同水源水中均有一定程度的二甲基三硫醚被检出 ( 9 n g l - - - ，4 0 n g l ) 。王利平等f 4 9 1 通过固相微萃取富集，并采用气相色谱质谱联用测定了 水中常见的两种异味化合物m i b 和g e o ，并对富营养化水体中的挥发性物质进行了初 步分析，结果表明，m i b 和g e o 的线性范围为0 5 n g l - - - - 5 0 0 n g l 、1 0 n g l - 5 0 0 n g l ， 检出限分别为0 1 n g l 、0 4 n g l 。用该方法对富营养化水源水进行监测，发现对m i b 和 g e o 的分析结果的r s d 值及加标回收率分别为3 3 5 、7 6 8 和1 0 5 0 、8 8 3 。张 锡辉、伍婧娉等1 5 0 j 采用优化实验条件下的h s s p m e g c f i d 测定水中的典型嗅味物质， 结果显示，5 种嗅味物质的峰面积与其浓度有较好的相关性，该方法对5 种嗅味物质的 检出限较低，改进后的方法适用于气相色谱仪，操作简单省时，对于推广嗅味物质的检 测具有重要的实际意义。l i nt - f 掣”l 研究发现水样中存在余氯时会降低m i b 和g e o 的浓度，余氯的浓度越高，用s p m e 测量m i b 和g e o 的实验误差越大。 固相微萃取法集采样、萃取和富集于一体，其优点是：不需采用任何有机溶剂、对 7 l 绪论硕士论文 环境友好、需要的样品量少、操作步骤少、简单快速易行。s p m e 已经成功地被应用于 环境、食品、生物样品中气、液、固三态的挥发性以及半挥发性有机化合物的预处理过 程。 1 4 2 7 搅拌棒吸附法 搅拌棒吸附法( s b s e ) i 扫b a l t u s s e n 等【5 2 j 提出，原理与固相微萃取类似，将涂渍聚二甲 基硅氧烷( p d m s ) 的搅拌棒对水样进行吸附预处理，搅拌棒带有磁性，同玻璃套熔为一 体，外面镶有一层p d m s ，将搅拌棒深入液体水样内部，搅拌吸附，吸附完成后脱附进 样。脱附方式有热脱附装置及用程序升温进样技术( p t v ) 。 b e n a n o u 等【5 3 】用搅拌棒吸附萃取热脱附气质感观检测法分析了水中m i b 、g e o 和 t c a s 等异味物质，并对一些未知异味物质进行了总结。n a k a m u r a 等【5 4 】也利用搅拌棒吸 附萃取法测定了水中的m i b 和g e o ，发现s b s e 方法灵敏，用它测量河水中m i b 和 g e o 的检测限分别为o 15 n g l 和0 3 3 n g l ，对2 n g l 的m i b 和g e o 的重现度( n = 5 ) 分 别为9 2 和3 7 。韩业慧等【5 5 】利用s b s e g c m s 方法检测苹果酒中的挥发性物质，并 优化了条件，共检测出8 0 种挥发性物质，并对其中4 9 种物质进行了定量，发现该方法 检出限为0 0 1ue d e n 6 3 7ue ：l ，回收率在7 0 9 1 1 1 4 的范围，r s d 均小于1 0 ，线 性相关系数均大于0 9 9 。 搅拌棒吸附法是一种新型的非溶剂萃取方法，由于搅拌棒上的p d m s 较s p m e 的 含量高，因此具有更高的灵敏度和回收率。 1 4 3 感官仪器结合分析法 将感官分析法与仪器分析法相结合，目前主要利用感观气相色谱法( s e n s o r yg a s c h r o m a t o g r a p h y ，s e n s o r y g c ，s g c ) 。样品预处理后经色谱柱分离，柱出口同时连接 f i d ( 或其他检测器) 和气味鉴定出口装置( 如闻测器) ，同时分别获得色谱峰和感知气味。 混合气味随着混合物在色谱柱中分离而分离，于是有机物质的气味和色谱峰之间便有一 种对应关系，通过这种对应关系可找到气味的化合物来源，同时可进行定量分析。研究 证明，s e n s o r y g c 对致嗅物质的灵敏度远远好于其他化学仪器1 56 。然而，s e n s o r y g c 在致嗅物质的质量控制和保证方面还需要改进，例如灵敏度和重现性，及时减少漂移和 自动校准等。 近年来，感观气相色谱法用于水中异味物质检测也得到了发展。y o n g 等【5 。7 】在气相 色谱仪上装上两根色谱柱，其中一根连接质谱检测器进行定量，另一根连接闻测器进行 气味定性检测，并利用封闭循环吹脱法作为预处理方法分析了2 2 种异味化合物。v a n r u t h t 5 8 】比较了检测频率法和知觉强度法在定量时的优劣，研究表明，检测频率法在重复 性方面具有较大优势而知觉强度法却有更好的区分能力，但这两种方法有相当的灵敏 度，实验还表明，各物质有相当的线性范围，线性相关系数均在0 8 8 0 9 9 之间。f e r r e i r a 8 硕士论文富营养化水体异味物质分布形态及藻类厌氧代谢产物的研究 等【5 9 】用感观气相色谱法对1 5 种气味化合物进行了定量分析。该方法利用一种简明定量 标度对不同浓度所产生的气味强度进行标记，建立了含有9 个浓度梯度的校正曲线，实 验表明，方法灵敏度极大程度上取决于化合物的性质，在较好的情况下浓度变化2 0 就 会被检测到，然而有些情况下，在浓度变化了一个数量级时也不能被检测到。 尽管感官气相色谱法对水样的检测还未十分成熟，它仍然是检测水中单个有机化合 物气味的高灵敏和精确的方法，并可由气味得知产臭化合物，再有目的地作色谱定量检 测。值得特别指出的是，对于某些用通常的色谱检测器不能获得信号的极低浓度有机物， 气味感知员却可感觉出来，甚至还有较强的信号。因此对于那些在色谱检测器上不是十 分灵敏但气味强烈的有机物质，找到了一种有效的分析途径。 1 5 藻类及异味物质的分布 富营养化水体中的藻类和异味物质发生通常有一定的时空分布规律，但不同的湖 泊，异味发生的时空分布规律有所不同，且同一湖泊在不同年份的规律也有所不同。 朱广伟等【删在作了大量调查数据的基础上，分析了太湖水质的时空分异特征，探讨 了太湖不同湖区、不同季节水质差异的原因，发现北部的入湖河口区、几个湖湾、湖心 区、西南湖区、东部湖区水体的透明度、高锰酸盐指数、氮、磷、叶绿素等富营养化指 标差异显著；入湖河口区的高锰酸盐指数和营养盐含量高于南部湖区数倍也明显高于北 部湖湾区；不同季节太湖水质指标也差异显著，冬春期( 1 2 月份次年5 月份) 水体的氮 含量高于夏秋季( 6 月份, - - - - 1 1 月份) 近1 倍；研究还表明太湖水质的时空异质性既受太湖 湖泊形态特征本身的影响，也更多受到外源污染的影响，想要解决太湖的蓝藻水华问题， 首先要在太湖的外源污染控制方面取得突破。袁信芳掣6 1j 在2 0 0 4 年和1 2 月选取太湖湖 泊的草型、藻型及过渡型区域为研究对象，对不同类型湖泊中着生藻类的分布情况进行 调查，结果表明，在种群分布上，着生藻类以绿藻f 3 ( 4 4 7 4 ) 最多，硅藻门( 3 4 2 1 ) 和 蓝藻f - j ( 1 8 4 2 ) 次之，黄藻门( 2 6 3 ) 相对较少，各采样点的优势种主要集中在硅藻门。 在季节分布上，着生藻类以春季种类和数量最多而冬季最少。在空间分布上，藻型湖泊 区域的种类明显少于草型和过渡型区域，而数量分布为藻型湖泊 过渡型 草型。根据各 种藻类对水体生态环境的响应情况，在太湖不同区域筛选出不同的生态敏感指示着生藻 类。谭啸、孔繁翔等f 6 2 】采用显微观察和p c r d g g e2 种方法分析太湖( 河口、梅梁湾湾 心、湖湾交汇处和湖心h 个代表性区域微囊藻群落的季节变化，研究太湖中微囊藻群落 的变化规律，显微形态分析未发现微囊藻属的主要优势种铜绿微囊藻、惠氏微囊藻和水 华微囊藻存在明显的季节变化规律；d g g e 条带测序结果的亲缘分析表明，太湖夏季和 冬季样品中的微囊藻彼此分离成2 大特征类群，而春季和秋季样品中的微囊藻彼此混杂； 遗传距离分析结果显示，同一季节内微囊藻的遗传距离小于不同季节间的遗传距离，太 湖夏季水华主要由亲缘关系很近的微囊藻类群构成。 q l 绪论硕士论文 徐盈、黎雯等【6 3 j 以自制的开环吹脱捕捉( o l s a ) 装置富集东湖营养水体中的藻菌异 味性次生代谢产物，并对化合物进行鉴定和周年监测( 1 9 9 5 5 1 9 9 6 4 ) ，同时计数水样中 的藻、菌生物量，研究发现东湖水体产生土霉味的主要成分为m i b ，它来源于席藻和放 线菌的次生代谢，其随季节变化的规律为一年有1 月、4 月和9 月3 个高峰期，且m i b 的浓度与水体富营养化程度以及席藻和放线菌的生物量呈现正相关。原嫒、汪善全等【叫 通过对北京市地表水源密云水库微生物相变化对水质及嗅味的影响的研究，发现密云水 库细菌密度和种类相对稳定，2 0 0 5 - 2 0 0 6 密云水库有机碳含量明显增加，而总氮、总磷 含量变化不大，年平均细菌密度约3 0 0 m l 一；密云水库藻类生长与水质嗅味呈正相关性， 年平均浮游微藻密度为6 5 5 x 1 0l ，全年藻类生长高峰期为5 月( 藻密度9 8 8 1 0l o ) 和9 月( 藻密度1 6 6 5 x 1 0l - 1 ) ，高峰期水库中出现大量蓝绿藻和颗粒直链藻，直接导致水体嗅 味。李林、万能等1 6 5 j 对武汉大莲花湖藻类及异味化合物与环境因子的日变化进行了研究， 结果表明，夏季大莲花湖藻类以微囊藻占优势，水中日平均颗粒态的m i b 、1 3 - c y c l o c i t r a l 、 1 3 - i o n o n e 分别占各自总含量的7 0 9 、7 4 4 、8 1 4 ，这三种异味化合物在水体中主要 以颗粒态存在，同时还发现溶解性、颗粒态、总f i - c y c l o c i t r a l 均与总藻、微囊藻日变化 显著相关，颗粒态1 3 - c y c l o c i t r a l 和f l - i o n o n e