本发明专利技术公开了一种以ESI‑FT‑ICR‑MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其包括如下步骤：(1)将水样以微孔滤膜过滤后，调节滤液的pH值至2～3；(2)将经过步骤(1)处理后的水样通过固相萃取小柱进行富集；(3)以超纯水淋洗步骤(2)处理的固相萃取小柱进行除盐处理；(4)用含有不同浓度梯度的甲醇进行逐级洗脱，收集洗脱液；(5)将步骤(4)获得的洗脱液进行除甲醇浓缩，然后定容，即得到可用于ESI‑FT‑ICR‑MS分析的样品。相比较传统的一步洗脱方法，本发明专利技术的方法具有明显更高的分子检出范围，所检测出的分子数提高达50％以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以ESI-FT-ICR-MS(electrospray ionization-Fourier transform-ion cyclotron resonance-mass spectrometry，ESI-FT-ICR-MS，电喷雾-傅立叶变换-离子回旋共振质谱)分析天然可溶性有机质样品的前处理方法。
技术介绍
可溶性有机质(Dissolved Organic Matter，DOM)是生物代谢产生以及动植物残体经微生物分解释放出的可溶于水的天然有机质(Natural Organic Matter，NOM)。DOM在地球环境中无处不在，广泛分布于江河湖海、沼泽、地下水、土壤和沉积物间隙水及大气雾霾和云滴当中，是地球上有机碳最大的汇之一，对全球碳循环有着重要的意义。不仅如此，DOM具有很高的化学和生物活性，它对环境污染物及营养元素的迁移、转化和生物有效性有着重要的影响。由于DOM来源广泛，其化学结构和组成极为复杂，一直是地球化学和环境科学家关注的热点和难点。实际上DOM只是一个操作上的定义：它是具有不同分子量和不同分子结构的、能够通过0.45μm滤膜的有机物的混合物。从化学组成上来说，DOM主要包含腐殖酸和富里酸两类腐殖质成分，分子量在几千到十万之间。传统观点认为腐殖质是一类高分子聚合物，但更多研究者倾向于认为腐殖质不存在完整固定的分子结构，而是以多元酚和多元醌作为芳香核心随机聚集的多聚物。水体中腐殖质能够通过π键、氢键和范德华力等作用形成超分子集合体(supramolecular associations)，分子间作用力可能受外界水环境条件如pH和盐度等的影响而改变，因此是一个动态的结构。通常对于DOM结构组成分析所使用的方法包括紫外可见吸收光谱(Uv-vis)、用三维荧光激发-发射光谱(3DEEMs)、核磁共振(NMR)、衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和尺寸排阻色谱(SEC)。但这些方法还不能满足对DOM分子组分的化学组成与结构精确分析的要求。最近，一种具有超高质量分辨能力的新型质谱技术，傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)被用于天然有机质的分析当中，可以探测到复杂的DOM中成千上万个谱峰，能精确地确定由C、H、S、N、O及其主要同位素所组成的各种元素组合及化学式，为在分子水平研究DOM提供了可能。以电喷雾离子化(ESI)作为离子源可将分析物从溶液中离子化，生成的分子离子峰，能够最小程度的减少分子碎片的产生。近年来，ESI-FTICR-MS技术在DOM的分析中展现出前所未有的优势，已经成为表征天然有机质分子组成最有力的工具。由于自然水体中的DOM浓度通常较低，而且金属离子会严重干扰ESI-FTICR-MS的检测，且会对仪器造成不可逆的损伤，因此在测试之前需要对样品进行浓缩和除盐处理。目前广泛(几乎是全部)应用的前处理方法是通过固相萃取小柱(PPL、C18最为常用)对DOM样品进行富集，水洗除盐，之后用纯甲醇洗脱，最后将洗脱液浓缩，待ESI-FTICR-MS分析。但是，DOM分子组成复杂，异质性极强，这种一步洗脱浓缩分析的方法存在很大的局限性，导致大量DOM分子不能被检测出来，而这一现象没有被众多研究所认识到。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法。本专利技术提供的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法包括如下步骤：(1)将水样以微孔滤膜过滤后，调节滤液的pH值至2～3；(2)将经过步骤(1)处理后的水样通过固相萃取小柱进行富集；(3)以超纯水淋洗步骤(2)处理的固相萃取小柱进行除盐处理；(4)用含有不同浓度梯度的甲醇进行逐级洗脱，收集洗脱液；(5)将步骤(4)获得的洗脱液进行除甲醇浓缩，然后定容，即得到可用于ESI-FT-ICR-MS分析的样品。本专利技术中，步骤(1)为将水样以微孔滤膜过滤后，调节滤液的pH值至2～3。其中，所述的微孔滤膜可为本领域常规，优选尼龙滤膜，更优选孔径为0.22μm的尼龙滤膜。所述调节滤液的pH值优选调节至2.0；所述调节滤液的pH值优选以HCl进行调节。步骤(2)为将经过步骤(1)处理后的水样通过固相萃取小柱进行富集。其中，优选地，所述的固相萃取小柱为Agilent Bond Elut PPL固相萃取小柱(1g/6ml)；所述的固相萃取小柱在使用前分别用12ml质谱纯甲醇和pH＝2的超纯水活化。所述富集的流速优选2ml/min。步骤(3)为以超纯水淋洗步骤(2)处理的固相萃取小柱进行除盐处理。其中，所述的超纯水优选pH＝2的超纯水，所述除盐处理的流速优选5ml/min。步骤(4)为用含有不同浓度梯度的甲醇进行逐级洗脱，收集洗脱液。其中，所述不同浓度梯度的甲醇优选浓度分别为10％、50％和100％的甲醇，所述洗脱的流速优选5ml/min。步骤(5)为将步骤(4)获得的洗脱液进行除甲醇浓缩，然后定容，即得到可用于ESI-FT-ICR-MS分析的样品。其中，所述除甲醇浓缩的方法为本领域常规，优选地，对于100％甲醇的洗脱液直接以氮气吹干后定容，20％和50％甲醇的洗脱液用旋转蒸发仪除去甲醇后进行冷冻干燥，然后定容。所述定容优选以0.5mL 50％甲醇定容。本专利技术的一较佳实例如下：(1)将水样过0.22μm尼龙滤膜，滤液用1M HCl调节水样pH至2.0左右；(2)PPL固相萃取小柱(1g/6ml)分别用12ml质谱纯甲醇和pH＝2超纯水活化；(3)步骤(1)中水样通过步骤(2)处理过的Agilent Bond Elut PPL固相萃取小柱进行富集(流速2ml/min)；(4)用12ml超纯水(pH＝2)淋洗步骤(3)处理的固相萃取小柱进行除盐处理(流速5ml/min)；(5)分别用18ml 10％、50％和100％甲醇进行逐级洗脱(流速5ml/min)，收集洗脱液；(6)100％甲醇洗脱液直接氮气吹干后用0.5mL 50％甲醇定容，20％和50％甲醇洗脱液用旋转蒸发仪除去甲醇后，冷冻干燥，之后分别用0.5mL 50％甲醇定容，即得可用于ESI-FT-ICR-MS分析的样品。本专利技术取得了下述有益效果：本专利技术的样品前处理方法，通过不同浓度的甲醇洗脱实现复杂DOM分子组分的化学分级，结合ESI-FT-ICR-MS分析，提高了ESI-FT-ICR-MS对复杂DOM样品的分析灵敏度和分辨率，能够定性检测出DOM中更多的分子。相比较传统的一步洗脱方法，本专利技术的方法具有明显更高的分子检出范围，所检测出的分子数提高达50％以上，实现了预料不到的技术效果。附图说明图1为PL样品一步和分步洗脱各组分的ESI-FT-MS谱。图2为PL样品一步和甲醇梯度洗脱各组分的van Krevelen图。图3为PL样品一步和甲醇梯度洗脱方法分析所得CxHyOz分子个数(S/N≥6)。图4(A)和图4(B)为PL样品一步和甲醇梯度洗脱方法分析ESI-FT-MS谱局部放大(m/z＝547)。图5为SRFA样品一步和甲醇梯度洗脱各组分的van Krevelen图。图6为SRFA样品一步和甲醇梯度洗脱方法分析所得CxHyOz分子个数(S/N≥6)。图7为SRFA样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以ESI‑FT‑ICR‑MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)将水样以微孔滤膜过滤后，调节滤液的pH值至2～3；(2)将经过步骤(1)处理后的水样通过固相萃取小柱进行富集；(3)以超纯水淋洗步骤(2)处理的固相萃取小柱进行除盐处理；(4)用含有不同浓度梯度的甲醇进行逐级洗脱，收集洗脱液；(5)将步骤(4)获得的洗脱液进行除甲醇浓缩，然后定容，即得到可用于ESI‑FT‑ICR‑MS分析的样品。
【技术特征摘要】
1.一种以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)将水样以微孔滤膜过滤后，调节滤液的pH值至2～3；(2)将经过步骤(1)处理后的水样通过固相萃取小柱进行富集；(3)以超纯水淋洗步骤(2)处理的固相萃取小柱进行除盐处理；(4)用含有不同浓度梯度的甲醇进行逐级洗脱，收集洗脱液；(5)将步骤(4)获得的洗脱液进行除甲醇浓缩，然后定容，即得到可用于ESI-FT-ICR-MS分析的样品。2.根据权利要求1所述的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的微孔滤膜为尼龙滤膜，更优选孔径为0.22μm的尼龙滤膜；所述调节滤液的pH值是调节至2.0；所述调节滤液的pH值是以HCl进行调节。3.根据权利要求1所述的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的固相萃取小柱为Agilent Bond Elut PPL固相萃取小柱(1g/6ml)；所述富集的流速为2ml/min。4.根据权利要求3所述的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，所述的固相萃取小柱在使用前分别用12ml质谱纯甲醇和pH＝2的超纯水活化。5.根据权利要求1所述的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶性有机质样品的前处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的超纯水为pH＝2的超纯水，所述除盐处理的流速为5ml/min。6.根据权利要求1所述的以ESI-FT-ICR-MS分析天然可溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕继涛，张淑贞，罗磊，温蓓，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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