对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法技术

一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法，包括利用GC×GC‑TOFMS法对至少一土壤样品中非靶标有机污染物进行分离和质谱分析；根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行KMD分析而确定同系物；根据质谱分析数据进行谱库检索得到多个有机污染物的可能分子式列表，从可能分子式列表中筛选满足质谱匹配要求的有机污染物清单；对有机污染物清单中有机污染物的元素组成进行分析，筛选待可视化分析的元素组成；结合同系物确定结果对筛选后元素组成对应的有机污染物进行可视化分析。本发明专利技术简化了复杂环境样本中未知、多组分物质的分析过程，获得污染区域土壤中有机污染物的概貌，为发现高环境风险的有机污染物提供依据。

【技术实现步骤摘要】
对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法
本专利技术涉及环境分析化学领域，尤其涉及对污染区域土壤中非靶标的非极性半挥发性有机污染物的分类。
技术介绍
现有的土壤有机污染物分析，通常是以化学品清单为基础进行的。而对于土壤中的非靶标有机污染物，由于受到复杂环境介质的干扰、仪器分析条件的限制，往往无法对典型污染区域土壤中多组分物质进行高效的分析。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少一种。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法，所述方法包括以下步骤：利用全二维气相色谱-飞行时间质谱法对至少一土壤样品中非靶标有机污染物分别进行分离和质谱分析，得到质谱分析数据；根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行质量亏损分析而确定同系物；根据质谱分析数据进行谱库检索得到所述多个有机污染物的可能分子式列表，从所述可能分子式列表中筛选获得满足质谱匹配要求的有机污染物清单；对所述有机污染物清单中的有机污染物的元素组成进行分析，筛选待可视化分析的元素组成；以及结合同系物确定结果对筛选后元素组成对应的有机污染物进行可视化分析，以对土壤中有机污染物分类进行可视化展示。基于上述技术方案，本专利技术针对污染区域土壤中有机污染物分类的方法具有以下优点：1、本专利技术的方法利用全二维气相色谱可以实现对复杂土壤样品中有机污染物的同时快速分离，并利用高分辨率的飞行时间质谱对分离的有机污染物进行质谱分析，能够较为准确地确定有机污染物的同系物和分子式；2、本专利技术基于有机污染物的分子式进行元素组成分析，可以快速地筛选出污染区域土壤中占比较重的元素组成，有助于了解和确定对于污染区域的土壤产生主要影响的元素组成，由此可以针对该元素组成进行可视化分析；3、利用同系物可以进一步确保用于可视化分析的具有特定元素组成的有机污染物的可靠性，由此结合同系物对元素组成的特征进行可视化分析，可获得污染区域土壤中有机污染物的概貌；4、本专利技术通过有机污染物清单的筛选以及元素组成的筛选，在了解对污染区域的土壤产生主要影响的有机污染物类型分布的同时，大大减少了对有机污染物的分析数据，使得数据处理方便快速，运行成本低。附图说明图1为本专利技术的对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法流程图；图2为本专利技术实施例1利用GC×GC-TOFMS进行分离后得到的某土壤样品总离子流图；图3为本专利技术实施例1某土壤中有机化合物的KMD分析；图4A为本专利技术实施例1对污染区域多个土壤样品中有机污染物的元素组成分析的箱线图；图4B为本专利技术实施例1对有机污染清单中出现频率较高的有机污染物的元素组成分析的饼图；图5A为本专利技术实施例1针对元素组成为CHO的有机污染物进行可视化分析得到的VanKrevelen图；图5B为本专利技术实施例1针对元素组成为CHO的有机污染物进行可视化分析得到的碳原子数-不饱和度分布图；图5C为本专利技术实施例1针对元素组成为CHN和CHON的有机污染物进行可视化分析得到的碳原子数-不饱和度分布图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术利用全二维气相色谱(GC×GC)-飞行时间质谱(TOFMS)的复杂多组分化学物质分离技术和分析技术、基于MassDefect的同系物筛选分类方法、元素组成分析与特征官能团识别，提供了一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法。在对土壤中有机污染物分类的过程中，利用了全二维气相色谱-飞行时间质谱(以下简称GC×GC-TOFMS)的高分辨能力和强大的分离能力。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：步骤A：利用GC×GC-TOFMS法对至少一土壤样品中非靶标有机污染物分别进行分离和质谱分析，得到质谱分析数据；由于GC×GC-TOFMS法并不适合土壤中极性难挥发性有机污染物的分离，因此本专利技术的方法是基于对非极性半挥发性有机污染物的分离和分析，由此在此之前先建立GC×GC-TOFMS分析土壤中非极性半挥发性有机污染物分离方法：通过对GC×GC色谱的进样口温度、升温程序、调制器周期等仪器参数进行优化，达到对污染区域单个土壤样品中非靶标有机污染物的同时快速分离。这种分离方法在单个样品中可以分离出2000-5000个以上的色谱峰。在分离后经质谱分析得到的质谱分析数据包括全二维谱图及对应的质谱图，其中全二维谱图为二维的总离子流图，总离子流图中的每一色谱峰都对应有一质谱图，并且在理想分离条件实现完全分离的情况下每一色谱峰分别对应一有机污染物。步骤B：根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行质量亏损分析而确定同系物。由于现有用于谱库检索的目标质谱数据库中的目标化合物有限，因此存在的大量未知有机污染物难以直接得到有机污染物清单，由此利用Kendrick质量亏损(以下简称KMD)对分离出的有机污染物分析确定同系物，从而可由一已知有机污染物推测出具有相同母体结构、包含不同取代数的其他未知有机污染物，确保其分子式可靠性。而KMD分析仅适用于分辨率高于20000的高分辨质谱，例如TOFMS、傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICRMS)等，由此本专利技术利用高分辨TOFMS质谱仪器对样品中元素组成相差若干个CH2(即具有相同KMD值)的同系物进行提取分析，从而可以推测出具有相同母体结构、包含不同取代数的其他未知化合物。但是值得注意的一点是，相同一类化合物具有相同KMD值，但并不表示具有相同的KMD值的化合物是同一类化合物，因此还需要结合全二维谱图的出峰规律及其他数据处理方法对化合物类型和结构进行判断。具体而言，本步骤包括以下子步骤：子步骤B1：从被分离的多个有机污染物中每个有机污染物的质谱图中获取IUPAC质量数，由IUPAC质量数计算KMD值，其计算过程如下式所示，其中常规Kendrick质量数为精确Kendrick质量数的整数部分：KMD＝常规Kendrick质量数-精确Kendrick质量数。子步骤B2：将具有相同的Kendrick质量亏损值且满足全二维谱图的同系物出峰规律的有机污染物确定为同系物。步骤C：根据质谱分析数据进行谱库检索得到多个有机污染物的可能分子式列表，从可能分子式列表中筛选获得土壤样品中满足质谱匹配要求的有机污染物清单。需要说明的是，本步骤是通过利用现有质谱分析中的附加软件功能中解卷积和谱库检索功能实现，由于目标质谱数据库中的化合物种类有限，因此对于单个土壤样品中非极性半挥发性有机污染物而言，并不能确定匹配得到的可能分子式列表与实际结构一致，因此还需根据相似度、峰面积、可能性等参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法，所述方法包括以下步骤：/n利用全二维气相色谱-飞行时间质谱法对至少一土壤样品中非靶标有机污染物分别进行分离和质谱分析，得到质谱分析数据；/n根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行质量亏损分析而确定同系物；/n根据质谱分析数据进行谱库检索得到所述多个有机污染物的可能分子式列表，从所述可能分子式列表中筛选获得满足质谱匹配要求的有机污染物清单；/n对所述有机污染物清单中的有机污染物的元素组成进行分析，筛选待可视化分析的元素组成；/n结合同系物确定结果对筛选后元素组成对应的有机污染物进行可视化分析，以对土壤中有机污染物分类进行可视化展示。/n

【技术特征摘要】
1.一种对污染区域土壤中非靶标有机污染物分类的方法，所述方法包括以下步骤：
利用全二维气相色谱-飞行时间质谱法对至少一土壤样品中非靶标有机污染物分别进行分离和质谱分析，得到质谱分析数据；
根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行质量亏损分析而确定同系物；
根据质谱分析数据进行谱库检索得到所述多个有机污染物的可能分子式列表，从所述可能分子式列表中筛选获得满足质谱匹配要求的有机污染物清单；
对所述有机污染物清单中的有机污染物的元素组成进行分析，筛选待可视化分析的元素组成；
结合同系物确定结果对筛选后元素组成对应的有机污染物进行可视化分析，以对土壤中有机污染物分类进行可视化展示。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机污染物为非极性半挥发性有机污染物。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述利用全二维气相色谱-飞行时间质谱对土壤样品中非靶标有机污染物进行分离和质谱分析之前还包括：
对全二维气相色谱的进样口温度、升温程序、调制器周期进行优化，以建立土壤样品中非靶标有机污染物的分离方法。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述质谱分析数据包括全二维谱图及对应的质谱图，所述根据质谱分析数据对被分离的多个有机污染物进行质量亏损分析而确定同系物包括：
从被分离的多个有机污染物中每个有机污染物的质谱图中获取IUPAC质量数，由IUPAC质量数计算Kendrick质量亏损值；
将具有相同的Kendrick质量亏损值且满足全二维谱图的同系物出峰规律的有机污染物确定为同系物。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述质谱分析数据包括全二维谱图及对应的质谱图，所述根据质谱分析数据进行谱库检索得到所述多个有机污染物的可能分子式列表包括：
对所述多个有机污染物中每个有机污染物的质谱图进行解卷积，得到解卷积成分谱图；
将所述解卷积成分谱图与目标质谱数据库中的参考谱图进行谱图比对以确定可能分子式，得到的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丽荣，黄帝，郑明辉，乔林，徐驰，
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