[發(fā)明專利]高分辨質(zhì)譜非靶向分析水體污染源識別與溯源方法

有效

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• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116263444B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫衛(wèi)玲;呂軼韜;陳倩;常志兵;郭芳;張愛靜;倪晉仁
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué);中國南水北調(diào)集團中線有限公司
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/86;G01N30/72
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張浩

一種高分辨質(zhì)譜非靶向分析水體污染源識別與溯源方法，包括：采集目標(biāo)區(qū)域水體樣品、預(yù)處理、提取痕量有機污染物；對所得樣品進行超高效液相色譜?高分辨質(zhì)譜非靶向數(shù)據(jù)采集；對原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，獲得高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)集；進行統(tǒng)計分析，以空間分異規(guī)律識別污染源位置信息；基于不同樣點高分辨質(zhì)譜信息差異，獲得污染源的特征圖譜；依據(jù)污染源位置和特征圖譜以及高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)集，利用統(tǒng)計算法定量計算源貢獻；利用數(shù)據(jù)庫鑒定污染物結(jié)構(gòu)，并結(jié)合目標(biāo)區(qū)域信息追溯污染源類型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明（1）在未知污染源信息的情況下，準(zhǔn)確識別污染源的位置和特征圖譜；（2）初步確定污染源的類型，并定量評估其對水體的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高分辨質(zhì)譜非靶向分析水體污染源識別與溯源方法。

背景技術(shù)

痕量有機污染物帶來的水體環(huán)境污染問題日益突出，因很多有機污染物具有持久性、生物累積性、致癌性、致畸性等多種生物毒性，逐漸成為威脅水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵問題。這些污染物濃度低、來源廣、成分復(fù)雜，給污染源的識別和源貢獻解析帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，建立針對痕量有機污染物來源的識別和溯源方法，可為后續(xù)治理技術(shù)的研發(fā)、監(jiān)測計劃和管理策略的制定提供依據(jù)。

目前常用的污染源解析的方法多基于靶向分析方法，如特征化合物、同位素分析、主成分分析-多元線性回歸、化學(xué)質(zhì)量平衡模型和正定矩陣因子分解等。這些方法對各污染源的指紋圖譜區(qū)分不明顯或描述不全面，無法實現(xiàn)污染源的精準(zhǔn)識別，污染源追溯困難。

現(xiàn)有技術(shù)文件1（CN114295749B）公開了一種水體有機污染智能化溯源方法及系統(tǒng)，包括：獲取受污染水體自上游至下游的若干水樣的高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜的有機物分析檢測數(shù)據(jù)；根據(jù)分析檢測數(shù)據(jù)，對水樣中的有機物進行高通量篩查，確認水體中的污染物；根據(jù)所確定的污染物，通過網(wǎng)絡(luò)分析識別污染源。

值得注意的是，現(xiàn)有技術(shù)文件1在儀器分析結(jié)束后立刻用數(shù)據(jù)庫對物質(zhì)進行鑒定，最終僅僅利用鑒定得到的132種物質(zhì)做后續(xù)的溯源，丟失了非靶向分析90%以上的信息，使得污染源指紋圖譜大幅簡單化，可能導(dǎo)致污染源的丟失。更進一步地，現(xiàn)有技術(shù)文件1用隨機森林得到的量化貢獻并沒有實際的物理含義，僅僅代表模型中某參數(shù)對該模型的重要程度，不代表該參數(shù)（即某種污染物）對某一環(huán)境水體的實際貢獻。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種高分辨質(zhì)譜非靶向分析水體污染源識別與溯源方法及系統(tǒng)，在未知污染源信息的情況下，準(zhǔn)確識別污染源的位置和特征圖譜；初步確定污染源的類型，并定量評估其對水體的影響。

本發(fā)明的第一方面提供了高分辨質(zhì)譜非靶向分析水體污染源識別與溯源方法，包括以下步驟：

步驟1：采集目標(biāo)區(qū)域多個點位水體樣品，進行預(yù)處理，提取痕量有機污染物；其中，多個點位水體樣品中包括背景樣品；

步驟2：對步驟1所得多個樣品進行超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜非靶向數(shù)據(jù)采集；

步驟3：對步驟2所得高分辨質(zhì)譜非靶向分析的原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，獲得包含物質(zhì)質(zhì)荷比、保留時間、峰高、峰面積的高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)集；

步驟4：對步驟3所得高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)集進行統(tǒng)計分析，以空間分異性識別污染源位置信息，獲得質(zhì)譜數(shù)據(jù)異常的受污染樣品點位，判定污染源所在采樣點位區(qū)間；

步驟5：基于步驟4所得受污染樣品、背景樣品和受污染樣品的前一個樣品高分辨質(zhì)譜信息差異，獲得污染源的特征圖譜；

步驟6：依據(jù)步驟4所得污染源位置區(qū)間和步驟5所得污染源特征圖譜以及高分辨質(zhì)譜數(shù)據(jù)集，定量計算源貢獻；

步驟7：利用數(shù)據(jù)庫鑒定污染物結(jié)構(gòu)，并結(jié)合目標(biāo)區(qū)域信息追溯污染源類型。

優(yōu)選地，步驟1中，使用棕色玻璃容器采集水樣，以源頭水代表不受污染的背景樣品；