水中嗅味物質(zhì)檢測

水中嗅味物質(zhì)檢測隨著水環(huán)境的逐漸惡化，飲用水嗅味問題已成為關(guān)注的熱點(diǎn)。今天咱們就聊一聊飲用水中嗅味物質(zhì)的來源、分類、危害及其分析方法，著重從感官分析法、儀器分析法、酶聯(lián)免疫法(ELISA)以及綜合分析法這4個(gè)方面介紹了國內(nèi)外對飲用水嗅味評價(jià)及嗅味物質(zhì)檢測分析技術(shù)的研究進(jìn)展，就各檢測方法的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及今后的研究方向進(jìn)行了簡要介紹和總結(jié)。近年來，水環(huán)境逐漸惡化，多個(gè)水源地暴發(fā)藍(lán)藻水華現(xiàn)象，致使水體產(chǎn)生嗅味，引起了人們的高度關(guān)注。飲用水中的嗅味問題是目前供水行業(yè)面臨的重要問題，美國于1985年最早發(fā)現(xiàn)嗅味問題，國內(nèi)部分水源水中也同樣存在嗅味問題，2007年我國太湖水出現(xiàn)突發(fā)性藍(lán)藻水華，導(dǎo)致無錫市民家中自來水產(chǎn)生嗅味物質(zhì)，一度引起了較大的社會(huì)效應(yīng)。雖然飲用水中的致嗅物質(zhì)多數(shù)情況下并不會(huì)威脅人類的身體健康，但當(dāng)水體存在異味時(shí)，人們會(huì)通過感官反應(yīng)排斥這些不良味道，從而放棄飲用甚至使用。致嗅物質(zhì)明顯降低了飲用水的品質(zhì)，讓人產(chǎn)生不悅感，當(dāng)嗅味物質(zhì)進(jìn)一步產(chǎn)生某些具有毒害的嗅味化合物時(shí)，會(huì)直接損害人體健康，揮發(fā)性硫醒類有機(jī)化合物便是其中的一類，它們具有很強(qiáng)的毒性，易造成呼吸系統(tǒng)的損傷。根據(jù)飲用水的生產(chǎn)過程，我們可以將嗅味的來源劃分為以下3個(gè)方面。(1)原水在進(jìn)入自來水廠前就含有嗅味物質(zhì)。一方面隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)步伐也逐漸加快，大量污廢水未經(jīng)治理或者未治理達(dá)標(biāo)便排人天然水體，其中，部分化學(xué)制品、礦物鹽、無機(jī)氮化物以及硫化物均會(huì)使天然水體產(chǎn)生嗅味物質(zhì)。另一方面是原水中含有的藻類放線菌和真菌的分泌物以及腐殖質(zhì)等有機(jī)物、生物殘?bào)w均會(huì)產(chǎn)生一系列的嗅味，包括典型的二甲基異碳醇(2-methylisobomeOl)土臭素(geosmin)等較為常見水體嗅味物質(zhì)。藻類是導(dǎo)致水體產(chǎn)生嗅味的“兇手”之一，大多數(shù)藻類都會(huì)產(chǎn)生嗅味，不同類型的藻類所產(chǎn)生的嗅味不相同，大多數(shù)硅藻會(huì)釋放魚腥味物質(zhì)，藍(lán)綠藻以及放線菌會(huì)產(chǎn)生土霉味物質(zhì)。(2)原水在輸送至水廠后，經(jīng)人工消毒處理所產(chǎn)生的異味、嗅味。原水在處理過程中，水廠會(huì)向其投加化學(xué)藥劑，藥劑同原水中相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而產(chǎn)生嗅味(氯味、臭氧味等)。水處理工藝中關(guān)鍵性環(huán)節(jié)屬消毒工藝，次氯酸鈉是目前國內(nèi)大多數(shù)水廠投加的消毒物質(zhì)，投加過量的消毒劑會(huì)使飲用水產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，散發(fā)刺激性氣味，嚴(yán)重影響飲用口感。(3)經(jīng)處理后的自來水通過市政管網(wǎng)輸送至用戶家中，往往會(huì)因管網(wǎng)老化引入雜質(zhì)，從而致使嗅味產(chǎn)生。飲用水嗅味輪圖是目前針對嗅味物質(zhì)最為全面的劃分方式，如圖1所示。此分類方法將飲用水中的嗅味分嗅覺、味覺以及口感三大類，同時(shí)又將其進(jìn)一步細(xì)分為13種嗅味類型，其中易于被人體識別，可產(chǎn)生較大危害的要數(shù)土霉、油脂、魚腥、草木、爛菜、氯化物、化學(xué)品及藥味這8種典型味道。該圖最外圈部分列出了40多種與不同味別相對應(yīng)的物質(zhì)，部分味別暫未找到與之對應(yīng)的典型代表物質(zhì)。說說嗅味物質(zhì)的分析方法要想徹底改變水中的嗅味問題，必須對水中嗅味物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析，但水環(huán)境中嗅味組成特別復(fù)雜，絕大多數(shù)致嗅物質(zhì)的嗅閾值（OTC）都很低，這些問題給致嗅物質(zhì)的定量分析帶來極大的阻力，如何徹底解決飲用水中的嗅味問題，嗅味物質(zhì)的綜合分析已然成為突破性技術(shù)。當(dāng)前，針對水中嗅味的定性定量分析方法有多種，以感官分析法、酶聯(lián)免疫法、儀器分析法和綜合分析法最為常見。1、感官分析法感官分析法是指通過人的感官來對水質(zhì)進(jìn)行辨別評價(jià)分析，主要有以下3種分析方法。嗅閾值法（TON）是以有嗅味的水樣經(jīng)無嗅水稀釋至嗅味不被明顯感知的1臨界點(diǎn)時(shí)的稀釋倍數(shù)來表示嗅味的大小。進(jìn)行TON分析，要求選出不少于5人的檢測評定人員在無異嗅味的環(huán)境中開展。檢測前15min,全部評定人員應(yīng)避免受外界氣味干擾，并確保身體無異?，F(xiàn)狀。嗅閾值的計(jì)算如式（1）。嗅味層次分析法（FPA）是指經(jīng)嚴(yán)格訓(xùn)練的分析者取水樣和煮沸稍冷后的水樣，用合適的文字總結(jié)概括所聞樣品嗅味，并按感知的級數(shù)（2~12級）記錄嗅味強(qiáng)度。FPA是一種粗略的檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，成本較低，能直接評價(jià)水中的嗅味強(qiáng)度；缺點(diǎn)是該方法易受個(gè)體差異及水樣基體的影響，無法精確地對嗅味定性和定量分析。嗅味等級描述法（FRA）最早應(yīng)用于美國，此法是通過經(jīng)嚴(yán)格訓(xùn)練的分析者對未知水樣特性及其嗅味強(qiáng)度開展整體評定。此法優(yōu)點(diǎn)在于即使原樣不經(jīng)過稀釋，分析者也可對嗅味的類別及其強(qiáng)度進(jìn)行粗略的分析，過程快捷簡單，歐美許多國家已開始采用，但此方法對分析者提出了較高要求，測試前需經(jīng)過專門的培訓(xùn)。同時(shí)，此法也存在一定的缺陷，由于人的嗅覺都有不同的敏感度，且受外界環(huán)境影響較大，同一樣品不同分析者的聞測結(jié)果必定存在差距，聞測結(jié)果受主觀性影響較大，重復(fù)性差。目前，中國科學(xué)研究院以及同濟(jì)大學(xué)等科研院所已成功建立此方法，但并未在國內(nèi)推廣。2、酶聯(lián)免疫法（ELISA）ELISA是基于抗原一抗體反應(yīng)原理建立的一種全新的檢測分析方法，近年來在生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)是具有較高的靈敏度，適用于特定物質(zhì)的檢測分析，且操作簡便快速。但此法在運(yùn)用于嗅味領(lǐng)域時(shí)也存在一些缺陷，嗅味化合物的分子質(zhì)量較小（一般不到300u）,抗原物質(zhì)不容易得到高效價(jià)的抗體，因此限制了多數(shù)嗅味物質(zhì)分析方法的建立。3、儀器分析法飲用水中致嗅物質(zhì)的產(chǎn)生多數(shù)是有機(jī)物造成的，致嗅物質(zhì)濃度一般在納克每升。測定飲用水中嗅味物質(zhì)含量要求測定方法具有高分辨率和高靈敏度，樣品預(yù)處理過程也是一個(gè)主要的環(huán)節(jié)，水樣的預(yù)處理是分析的關(guān)鍵，它決定了所能分析的化合物種類、分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度。目前，對于揮發(fā)性有機(jī)物的分析測定，多通過液液萃?。↙LE）、吹掃捕集（P&T）、攪拌棒吸附萃?。⊿BSE）、固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）等預(yù)處理方式富集后，結(jié)合氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）進(jìn)行分析測定。（1）液一液萃取法（LLE）LLE是一種較為成熟的試驗(yàn)方法，其基本原理是利用與水互不相容的有機(jī)溶劑，將目標(biāo)物質(zhì)從原樣中抽離出來，然后再將混合有機(jī)相進(jìn)樣分析。該法較為成熟，但需要使用大量的有機(jī)溶劑，不僅增加了試驗(yàn)成本，還易對操作人員健康產(chǎn)生損害，同時(shí)造成環(huán)境污染；萃取過程操作復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。目前，使用該法開展嗅味測定較少。（2）吹掃捕集法（P&T）吹掃捕集法用于嗅味分析是一種動(dòng)態(tài)頂空技術(shù)，利用流動(dòng)氣體（高純氮?dú)猓悠分械男嵛段镔|(zhì)“吹脫”出來，出口處利用捕集器將吹脫后的嗅味物質(zhì)進(jìn)行吸附，最后將吸附的嗅味物質(zhì)熱解析送人儀器進(jìn)行測定。（3）固相萃取法（SPE）SPE是一種較為常用的樣品富集方法，現(xiàn)被廣泛用于水樣預(yù)處理。此方法原理是利用特定的固體吸附劑將水樣中目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行吸附，脫離樣品本身以及干擾化合物，吸附后的目標(biāo)化合物在經(jīng)過洗脫液洗脫或者熱解析，使目標(biāo)化合物達(dá)到分離、富集的目的。雖然SPE檢測水樣中致嗅物質(zhì)時(shí)，能夠減少有機(jī)溶劑的消耗量以及廢液的產(chǎn)生量，過程中不會(huì)出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，雜質(zhì)干擾少，有利于完成自動(dòng)化操作；但回收率和精密度較低。含有大量污染物的未知樣品在處理過程中，時(shí)常會(huì)因?yàn)橹┩付斐蓸悠窊p失，在一定程度上限制了SPE的應(yīng)用。（4）固相微萃取法（sPME）SPME是在SPE基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，1990年由Anhur等首創(chuàng)，該法對樣品的前處理相對簡單，樣品用量少且無需有機(jī)溶劑，試驗(yàn)回收率好，靈敏度高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于飲用水中嗅味物質(zhì)的分析測定。利用SPME測定各嗅味受萃取纖維頭（吸附材料）影響較大，不同厚度的吸附涂層對萃取效果也有較大影響。（5）攪拌棒吸附萃取法（SBSE）SBSE是Baltussen等于1999年建立的一種新型樣品預(yù)處理技術(shù)，該技術(shù)由固相微萃取技術(shù)發(fā)展而來，操作的基本流程是利用帶有特定纖維涂層攪拌棒將樣品溶液進(jìn)行攪拌，待樣品中的目標(biāo)物質(zhì)吸附于特定纖維涂層后，再將目標(biāo)化合物解析至GC-MS進(jìn)行分析測定。SBSE操作簡單、能萃取大體積溶液、無需外加有機(jī)溶劑、可避免競爭性吸附、靈敏度高，回收率好，且所萃取目標(biāo)物質(zhì)能被攪拌棒中吸附材料固定的時(shí)長充足，給野外采樣以及運(yùn)輸爭取了較多時(shí)間。該方法關(guān)鍵在于攪拌棒的表面涂層，現(xiàn)廣泛運(yùn)用的商用涂層為PDMS,但單一涂層PDMS對極性成分萃取能力不足，有學(xué)者研制了一種新型固定相，通過改變涂層極性極大地改變了PDMS萃取能力。也有報(bào)道稱研發(fā)了多個(gè)整體材料用作SBSE涂層，此類材料多用于對水樣中污染物的吸附萃取。4、綜合分析法感官分析法因其簡便快捷特別適用于確定飲用水是否有異味存在以及評價(jià)人們對飲用水使用的接受程度，經(jīng)驗(yàn)豐富的評定人員通過感官分析法能夠大大降低分析成本、提高效率，但感官分析法由于靈敏度差不能對嗅味物質(zhì)進(jìn)行精確定量。儀器分析法具有較高的靈敏度，不僅能夠定性而且還能定量分析水中嗅味物質(zhì)的含量，但其缺點(diǎn)是檢測設(shè)備較為昂貴，分析時(shí)間較長，受富集、儀器精度等眾多條件影響，另外多數(shù)嗅味物質(zhì)的儀器分析方法仍在開發(fā)建立過程中。目前，較為合理的分析方式可以先通過感官分析方法對樣品進(jìn)行定性分析，初步確定飲用水致嗅的物質(zhì)，如有需要可進(jìn)一步通過儀器進(jìn)行測定，對嗅味物質(zhì)及其含量進(jìn)行定量分析。結(jié)論1、嗅味問題已成為國內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的問題，也是當(dāng)前水務(wù)行業(yè)以及水務(wù)人所面臨的重要問題，水體嗅味物質(zhì)嚴(yán)重影響了飲用水品質(zhì)，部分致嗅化合物給人體帶來危害，需引起廣泛重視。2、對嗅味物質(zhì)進(jìn)行全面的分析是解決飲用水中嗅味問題的關(guān)鍵性任務(wù)，是改善飲用水品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國在水中嗅味