藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

南京理工大学

硕士学位论文

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

姓名：金星

申请学位级别：硕士

专业：环境科学

指导教师：王正萍

20090623

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究

摘要

目前，湖泊的富营养化现象越来越严重。由此导致了湖泊中藻类的大量繁殖，藻类不仅会消耗水中的溶解氧，同时还会产生大量有异味的代谢产物，引起水体的异味问题。藻源异味化合物引起的水体问题，是饮用水工业和水产养殖业长期关注热点。因此对于藻类代谢产物与水体异味的相关性研究具有重要的意义。

采用固相微萃取．气质联用技术（ＳＰＭＥ．ＧＣ／ＭＳ）对水样及藻样进行检测，筛选出典型的代谢产物为ｐ．环柠檬醛、ｐ．紫罗兰酮和吲哚，这三种物质为典型的异味化合物。同时对样品中这三种物质进行了定量分析。

本课题通过围格实验、藻类密封分解实验，确定了藻类与ｐ．环柠檬醛、Ｄ．紫罗兰酮、吲哚之间的关联性。

在藻类密封分解实验中，随着时间的延长，ｐ．环柠檬醛、Ｄ．紫罗兰酮呈现下降趋势。藻样中随着培养温度的升高，ｐ．环柠檬醛、ｐ．紫罗兰酮的分解率随之升高：Ｂ．环柠檬醛在培养温度为１５℃、２５℃、３５℃下的分解率为９８．６％、９９．９３％、９９．９６％；３－紫罗兰酮的分别为８７．６％、８９．６％、９４．２％；同时由于泥藻混合样中微生物的作用，使这两种异味化合物在藻样中的降解速度快于在泥藻混合样中的降解速度，在藻样中降解后的含量也低于在泥藻混合样中的含量。藻样中，藻类的分解产生大量吲哚，同时培养温度越高，吲哚的含量越大。而在泥藻混合样中，２５℃和３５℃的培养温度下，最有利于吲哚的降解。

在围格实验中，随着藻类含量的增多，水样中ｐ．环柠檬醛、Ｄ．紫罗兰酮的含量随之增大；同时由于时间的推移，藻类逐步死亡，这两种异味代谢产物的含量也逐渐降低。围格实验四组水样中ｐ．环柠檬醛的降解率都达到９９％；３－紫罗兰酮的降解率在藻类含量最少的一组中最低，为８３．５％，其余三组的降解率在９４．８０／０，．－９６．９％之间。

对太湖水样的分析表明，在８月份太湖中藻类繁殖的旺盛期，Ｄ．环柠檬醛和Ｂ．紫罗兰酮的含量最大，梅梁湾湾心和南泉水厂取水ＶＩ处，Ｄ．环柠檬醛的含量为１．４“ｇ／Ｌ、４．２嵋几，ｐ－紫罗兰酮的含量为０．２４９９／Ｌ、１．５鹏几。

结合围格实验水样和太湖实际水样过滤前后分析结果表明：异味物质ｐ．环柠檬醛和Ｂ．紫罗兰酮的存在形式以颗粒态为主，溶解于水中的含量极少。关键词：异味，藻类，ｐ．环柠檬醛，ｐ．紫罗兰酮，吲哚，围格实验，藻类分解实验

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｏｆｌａｋｅｓｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓ．Ｂｌｏｏｍｉｎｇａｇｌａｅｃｏｎｓｕｍｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎｉｎｗａｔｅｒ，ｒｅｌｅａｓｅｓｏｍｅｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｓｍｅｌｌｉｎｇｄｉｓｇｕｓｔｉｎｇ．Ｏｆｆ－ｆｌａｖｏｒｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｕｓｅｄｂｙａｌｇａｅ－ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｏｄｏｒｏｕｓｃｏｍｐｏｕｎｄｓｈａｖｅｂｅｅｎｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｅｓ

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ｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ

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ｐｏｌｄｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄａｌｇａｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．

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ｓａｍｐｌｅ，ｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅ

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ｍｃｒｅｓｌｎｇｏｆ１３－Ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌ，Ｄ－Ｉｏｎｏｎｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｉｎｗａｔｅｒｗ．ｅｒｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆａｌｇａｅｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｔｗｏｏｄｏｒｏｕｓｍｅｔａｂ０１ｉｔｅｓｗｅｒｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｇｒａｄｕａｌｄｅａｔｈｏｆａｌｇａｅ．Ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆ３－Ｃｙｃｌｏｃｉ删ｉｎｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｆｒｏｍｆｏｕｒ

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ＡｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｆｒｏｍＴａｉＬａｋｅｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔⅡｌｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆ１３－Ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌ，ＩＭｏｎｏｎｅ

Ｄ－Ｉｏｎｏｎｅ

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硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究

ＡｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗａｔｅｒｓａｍｐｌｅｓｂｅｆｏｒｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎａｎｄａｆｔｅｒｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｆｒｏｍＴａｉＬａｋｅａｎｄｐｏｌｄｅｒｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｆｏｒｍｏｆ１３－Ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌａｎｄ１３－Ｉｏｎｏｎｅｗｅｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｆｏｒｍｍａｉｎｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｐ—Ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌａｎｄ１３－Ｉｏｎｏｎｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｉｎｗａｔｅｒｗｅｒｅｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｆｆ－ｆｌａｖｏｒ，Ａｌｇａｅ，１３－Ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌ，１３－Ｉｏｎｏｎｅ，Ｉｎｄｏｌｅ，ＰｏｌｄｅｒＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ＡｌｇａｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔⅡＩ

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声明

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：一名匕节年‘月哆日

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：司年６月乡ａ

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硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究１绪论

１．１本课题研究的背景

２００７年５月２８日，因太湖水域蓝藻暴发，导致无锡部分地区自来水水质发生变化，居民生活用水出现异味，引发供水危机。各方监测数据显示：去年入夏以来，无锡市区域内的太湖出现５０年以来最低水位，加上天气连续高温少雨，太湖水富营养化较重，诸多因素导致蓝藻提前暴发，影响了自来水水源地水质。

近年来，随着人类生产生活污水的大量排放，水体富营养化问题目趋严重。在环境条件适宜时，富营养化水体中的一些浮游藻类能够快速生长、繁殖，在较短时间内成为优势种群，当达到一定细胞密度时，在水体表层大量聚集，形成肉眼可见的聚集体，即“水华＂。每年夏秋季节在一些淡水湖泊、河流和池塘中常可见到大面积的水华现象，其中以蓝藻水华最为常见。我国的一些大型淡水湖泊都有不同程度的蓝藻水华发生。水华的重大危害之一即水华藻类可代谢产生有害的次生代谢产物，释放到水体中，造成水体污染，严重影响水体的正常结构与功能。

蓝藻的暴发带来了水质难闻的气味，降低了饮用水的质量，严重的情况下，甚至会导致恶心、胸闷、腹泻等症状，所以通常会引起用户的抱怨及对水质的怀疑。

１．２本课题研究的目的及意义

在淡水水体中，藻类代谢分解产物中对水环境影响最大的是蓝藻毒素和异味物质

【ｌ。３１，由于蓝藻毒素对人类的健康有直接危害，针对毒素的研究工作相对较多。然而，随着人们生活水平的不断提高，对饮用水、水产品的质量要求越来越高。水体异味，特别是藻源异味问题已引起人们的重视卜¨。由藻类代谢产物引起的水体异味问题是一个严重且普遍存在的环境问题。国外自二十世纪五十年代就开始了对水体异味的研究，至今已成为当今世界水环境研究热点之一，而中国在这方面的研究相对较晚，相关研究工作也较少。

近几年来，中国的一些研究单位对我国一些湖泊水体异味问题的调查研究【８。１ｌ】表明，我国普遍存在着水体异味问题，尤其是在滇池、太湖、巢湖、东湖等富营养化湖泊中，一些有害藻类过度繁殖，在生长过程中产生具有异味的挥发性次生代谢产物，释放到水体中，使水质与水产品产生刺鼻难闻的气味，导致人类饮用水水质下降并对人体健康构成威胁。随着湖泊富营养化过程的加剧，水及水产品异味问题也日益严重，因此亟待加强对水体异味的成因和治理对策研究。目前水体中常见的气味有下列几种：泥土味、霉味、芳香味、青草味、腐殖臭、药

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ｌ绪论硕士论文品味、鱼腥臭、臭鸡蛋味、焦油臭、氯苯味等【１２１。美国加州大学Ｈ．（Ｍｅｌ）Ｓｕｆｆｅｔ教授对前人的工作进行了总结与补充，绘制出气味轮图【１３１，如图１所示：

图ｌ气味轮图

１．３气味来源

水中的气味有机物形成原因多种多样，其来源主要有以下几方面【１２】：水源水中的天然有机物。在供水行业常规水处理工艺下，水中有机物虽然被大量吸附除去，但一些残留有机物具有低嗅阈值，仍能发生明显的气味；工农业废水和生活污水。工业废水中的化学物质，如酚等不仅影响自来水厂净化效果，而且处理过程中可能又会产生新的有机物质，产生臭味和其他刺激性气味。

微生物活动的代谢产物和消毒副产物等是水体异味的主要原因。

此外，还有些原因也可导致生活用水中气味有机物的形成，如水源体中的人工水产养殖，能增加水体的有机物含量及有机体的腐蚀质等，使水体异味增加。２

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微生物致味物质，包括水中微生物或藻类的新陈代谢所产生的异味物质和一些天然有机物（如腐殖质）在微生物作用下的分解产物。

研究发现【１３Ｊ产生异味的藻类有颗粒直链硅藻、针杆藻、舟形藻、菱形藻、栅藻、蓝球藻、蓝纤维藻、颠藻、席藻、鱼腥藻等，其致异味质量浓度为０．０１ｍｇ／Ｌ－－３０ｍｇ／Ｌ。当浮游藻类总生物量质量浓度达到１２．７ｍｇ／Ｌ一１８．１ｍｇ／Ｌ时，水体产生轻微异味；当浮游藻类总生物量质量浓度达到４２．９ｍｇ／Ｌ－－９４．８ｍｇ／Ｌ时，水体异味严型１４】。

这些致味物质在水中的气味如表１．１所示。

表１．１水中的致昧物质【１５】

Ｔａｂｌｅ１．１Ｏｄｏｒｃｏｍｐｏｕｎｄｓｉｎｗａｔｅｒ

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１绪论硕士论文１．４气味类型

１．４．１鱼腥味

在某些地区，冬季时原水中以鱼腥味为主要的异味，ＦＰＡ强度可高达１２【１６】。而产生鱼腥味的主要原因是矽藻繁殖所造成的，水中常见的矽藻Ｓｙｎｅｄｒａ和Ｍｅｌｏｓｉｒａ均会造成鱼腥味【１７１。在各种臭味物质中，可能会造成鱼腥味的物质多是一些醛类及胺类，如ｎ－Ｘｅｎｘａｎａｌ、ｎ—Ｈｅｐｔａｎａｌ、Ｄｅｃａｄｉｅｎａｌ、Ｈｅｐｔａ．ａｎｄｄｅｃａｄｉｅｎａｌｓ。蓝绿细菌门中的微囊藻也会产生二甲基硫，具有鱼腥味的物质‘１引。

１．４．２土霉味４

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常见的土霉味物质包括Ｏｅｏｓｍｉｎ、２－ＭＩＢ、ＩＰＭＰ、ＩＢＭＰ和ＴＣＡ［１９之１１。已知蓝绿细菌门中的颤藻属、伊沙束丝藻属及鱼腥藻等都被发现能产生Ｇｅｏｓｍｉｎ。２－ＭＩＢ能从放线菌的培养基中分离得到。另外三种土霉味物质，ＩＰＭＰ可从青椒中分离，ＩＢＭＰ为土壤中微生物所产生，ＴＣＡ则为水厂加氯程序所产生【２２’２３１。

１．４．３氯味

氯味主要来自于净水消毒程序，主要形式为自由有效氯及氯胺【２４１。当某地供水系统中含氯量较低，则这个地区群众对氯的味道较为敏感，因此对于氯味之臭味阈值较低‘２５１。由于二氯胺的臭味阈值较一氯胺低很多，二氯胺的浓度到达０．５ｍｇ／Ｌ以上时，大部分人就会感受到不愉快的氯味【２６１。氯味对于臭味物质有遮蔽的效应，能够使其他的味道不易察觉【２７１。

１．５异味化合物的分析方法

水体异味的分析方法是水体异味研究的重要内容之一，许多早期文献所讨论的异味来源问题以及异味防治技术都因缺乏一种可靠的分析方法而受到限制。因此，发展灵敏可靠的异味物质的分析技术对进一步深入开展异味研究工作至关重要。目前，国内外对水体异味的监测方法可归纳为两种，即感官分析方法和仪器分析方法。对异味的强度、嫌恶性、公害原因等可以用感官分析方法加以鉴定和评价，但若分析异味的成分、浓度及结构、探索异味物质的控制对策、以及进行异味污染状况的调查，就需要用仪器分析方法，所以目前这两种方法都在使用，互为补充。

１．５．１感观分析方法

气味的感官分析是指通过人的嗅觉来判断气味的类别和强度。它的主要原理是嗅味物质通过各种途径进入鼻腔，从而刺激神经系统，使其产生信号，并将信号传送到大脑。某种异嗅能够被感觉，首先该物质的浓度必须高于嗅阈值，即人类的鼻子刚能感觉到的浓度。在早期，感官分析法比仪器法要灵敏，通常是ｐｐｍ级（甚至ｐｐｂ级）的异味就可以被人感知，而且检测时间短，操作容易，所以当时在各国采用较为普遍。

１．５．１．１嗅阈检测法

嗅阈检测法（ＴｈｒｅｓｈｏｌｄＯｄｏｒＮｕｍｂｅｒ，ＴＯＮ）就是通过把水样用无嗅水稀释到恰好可检测出嗅味，以确定产生嗅味的该物质的嗅阈的评定方法。使用嗅阈检测法首先需要一定数量的检测评定人员，人员的数目根据检测的目的、经济条件及可利用的检测评定人员数而定。嗅阈值的计算为公式１．１所示：

ＴＯＮ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｂ（１．１）式中Ｔ（）Ｎ－一嗅阈值；

Ａ——水样体积（ＩｎＬ）；Ｓ

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ｌ绪论硕士论文

Ｂ一用于稀释的无嗅水体积（ｍＬ）。

该方法适用于检测从几乎无异嗅的天然水到嗅阈值上千的工业废水。

ＴＯＮ法缺陷在于，水样在反复稀释的过程中易使挥发的组分损失，使数据不可靠，缺乏重现性，而且没有描述样品气味的具体特征，可能会失去一些有用的信息。

１．５．１．２气味层次法

由于早期的ＴＯＮ法存在难以准确划分异味的类型及无法测定低于ＴＯＮ值的异味化合物等缺点，加上异味多是呈复合异味形式，因此，国外一直在对异味的嗅觉分析进行深入的探讨和研究。经过多年的发展，已摸索出一些更好的异味分类分析方法，如气味层次法（ＦｌａｖｏｒＰｒｏｆｉｌｅＡｎａｌｙｓｉｓ，ＦＰＡ）。

ＦＰＡ是通过建立一个气味分析小组，针对饮用水中的异味物质对小组成员进行培训，挑选出嗅觉比较灵敏的组员来进行水中异味物质的浓度分析【２８，２９１。这种方法可对嗅味的种类及强度进行较精确的描述，且具有一定的定性和定量分析能力。该方法最初应用在食品工业，１９８１年在美国水行业开始采用【３０】，并且结合水行业的特点，逐渐加以改进，美国《水和废水标准检验法》第１７版已将ＦＰＡ作为标准方法【３１１。

一般情况下ＦＰＡ将检测水样的嗅味分为７个等级，如表ｌ所示：

表１．２ＦＰＡ法检测样品等级标准

Ｔａｂｌｅ１．２ｔｈｅｇｒａｄｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｏｆＦＰＡ

气味强度等级（Ｏ．Ｉ）

Ｏ

２

４

６

８

１０

１２感觉强度不易察觉非常微弱微弱中等偏弱中等中等偏高强烈

强度单位的符号通常采用数字表示，即：０表示阈值以下，２、４表示微弱强度，６、８表示中等强度，１０、１２表示高强度。一般而言，

符合Ｗｅｂｅｒ－ＦｅｃｈｎｅｒＬａｗ关系式，即：

Ｏ．Ｉ＝ａｌｎＣ＋ｂＦＰＡ嗅味强度结果与嗅味物质浓度（１．２）式中Ｏ．Ｉ——气味强度

Ｃ．＿气味物质浓度ａ、卜斜率及截距

ＦＰＡ培训过程共包含６项内容，具体分述如下【３２。５】：嗅觉辨识测试、不同水样辨认、标准溶液练习、嗅味阈值测试、嗅味强度训练、嗅味强度进阶训练。６

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根据饮用水异味轮状图的异味类型和对应的异味物质，据水样的异味类型，ＦＰＡ法还可粗略推测水中可能存在的异味化合物，从而为水体异味原因调查提供更多的信息。１．５．２仪器分析法

仪器分析法是依据异味物质的反应生成物颜色、发光和离子化原理，用气相色谱法、气质联用法、比色法、化学发光法等方法进行分析。其中，气相色谱法最为常用，多采用火焰离子化检测器和质谱检测器。十几年前，人类的鼻子曾经是最灵敏的仪器，胜过ＧＣ分析。然而随着分析技术的发展，特别是使用了一些新的前处理方法后，如蒸汽蒸馏萃取法（ＳＤＥ）、液一液萃取法（ＬＬＥ）、吹扫捕集法（ＰＴ）、闭环捕集法（ＣＬＳＡ）、开环捕集法（ＯＬＳＡ）、固相微萃取法（ＳＰＭＥ）等，有关水体异味的研究才取得了一定突破。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前处理方法富集，再和ＧＣ／ＦＩＤ或ＧＣ／ＭＳ组合来分析，分析方法的灵敏度主要取决于前处理方法对异味物质的富集效率。

１．５．２．１封闭循环吹脱法

封闭循环式吹脱法是嗅味分析技术应用最为成功的样品前处理方法，为美国ＥＰＡ挥发性物质标准分析方法。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吸附去除，采用二硫化碳将有机物从活性炭中洗脱，并注入ＧＣ／ＭＳ的毛细管柱中进行定性、定量分析。

虽然用ＣＬＳＡ．ＧＣ／ＭＳ分析法可检测质量浓度低达ｎｇ／Ｌ的微量物质，但实际可检测最低浓度取决于目标检测物的吹脱效果以及ＧＣ／ＭＳ的工作状况。提高吹脱温度和使用脱盐技术可提高吹脱效果。Ｈａｓｓｅｔｔ等１３６Ｊ尝试用硅胶代替炭滤层检测饮用水中嗅味物质，由于目标待测物被萃取后，热解吸进入ＧＣ／ＭＳ进行分析，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。Ａｍｙ等【３７】报道了利用中空纤维捕集法（ＨＦ．ＳＡ）测定水中挥发性和低挥发性有机物的实验。ＨＦ．ＳＡ是ＣＬＳＡ的改进方法，在密闭的双向循环系统中，使用微孔中空无水纤维膜做为气／水接触室。实验发现，ＨＦ．ＳＡ在低挥发性物质的检测方面，比ＣＬＳＡ具有优势，重现性好，并且可以避免ＣＬＳＡ法中易发生的泡沫现象。

１．５．２．２吹扫捕集法

吹扫捕集法一直受到环境科学与分析化学界的重视，并被列为美国ＥＰＡ标准分析方法，常与ＧＣ联用测定水和废水中痕量挥发性有机物分析方法【３引。它可用于各种样品中多种有机物的分析测定，是高灵敏度的分析方法之一，其原理是使吹洗气体连续通过样品，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。这种方法几乎能全部定量地将被测物萃取出来，不但萃取效率高，而且可以浓缩被测物，使灵敏度提高。７

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ｌ绪论硕士论文

以上两种前处理方法均基于吹扫捕集原理，它们适用于水样中大多数挥发性异味化合物的富集。但它们共有的局限性在于对低挥发性、强极性或易溶于水的有机物提取效率不高，对这类异味化合物就需要采用下面提到的前处理方法。

１．５．２．３液液萃取法

液液萃取（ＬＬＥ）可萃取水中多种不同极性、挥发性和溶解性的有机物，是一种常用的水样预处理方法。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ＧＣ进样分析，测定其中目标待测物的含量【３９】。Ｂｒｏｗｎｌｅｅ等【４０】采用正己烷对水样进行萃取，并利用气相色谱（火焰离子检测器）进行分析，结果发现该法对于弱极性的甲基萘的回收率较高，而对于溶解性较强的气味化合物，如ＭＩＢ和Ｇｅｏｓｍｉｎ的回收率较低，低于６０％，检测限大约为２０ｎｇ／Ｌ。Ｓｈｉｎ等…采用液．液萃取对水样进行前处理，正戊烷作为萃取剂，将水样富集２００倍；然后取有机相进行ＧＣ／ＭＳ分析，质谱离子源采用电子轰击ＥＩ，选择离子检测模式（ＳＩＭ），内标物为氟苯。该方法可检测水中多种异嗅物质，而且能达到较低的检测限。

１．５．２．４蒸汽蒸馏萃取法

蒸汽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５０“二氯甲烷蒸馏萃取３＂－－４小时后，用Ｋ．Ｄ浓缩器浓缩至数百微升进样分析［４２１。由于ＳＤＥ费时费力，且要耗费大量溶剂，故很少用于水中痕量挥发性有机异昧物质的分析。

１．５．２．５固相萃取法

利用固体吸附剂将水样中的目标待测物——气味化合物吸附，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，达到分离和富集化合物的目的。Ｐａｌｍｅｎｔｉｅｒ掣４３Ｊ采用Ａｍｅｂｅｒｓｏｒｂ５７２为吸附剂，二氯甲烷为洗脱剂，萃取水中痕量有机物，并采用气相色谱和高效质谱（ＧＣ／ＨＲＭＳ）联用分析萃取液，质谱离子源采用电子轰击Ｅｌ，ＳＩＭ选择离子检测模式进行检测。

固相萃取不需要大量的互不相溶的溶剂，处理过程中不会出现乳化现象，简化了处理过程，但是固相萃取的回收率和精确度要低于液液萃取法。

１．５．２．６固相微萃取法

２０世纪９０年代，在固相萃取（ＳＰＥ）的基础上开发了固相微萃取（ＳＰＭＥ）技术，利用均匀涂覆在石英纤维上的吸附剂涂层进行萃取，此法继承了固相萃取的优点，克服了其缺点。目前，在饮用水嗅味物质检测中应用最广泛。Ｒｅｂｅｃｃａ掣删将固相微萃取分析气味化合物的各种实验条件进行了对比，如萃取方式（直接萃取与顶空萃取），加盐浓度，水样体积，纤维涂层种类，萃取时间和萃取温度，对上述每个参数进行了系统研究，确定了最佳萃取条件。Ｓｕｓａｎ等【４５】对顶空固相微萃取定量分析水中痕量土霉味进行了研究，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、ＮａＣＩ８

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究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，发现此法水样中分析待测物质量浓度在大于ｌｎｇ／Ｌ小于８００ｎｇ／Ｌ的范围内具有较好的灵敏度。

１．５．３感官与仪器结合分析法

主要利用感观气相色谱法（Ｓｅｎｓｏｒｙｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ），感官气相色谱法以气相色谱法为基础与ＦＰＡ法相结合。这种方法６０年代就应用于香料与食品工业。最近又被引用到水的气味检测中。样品预处理后经色谱柱分离，柱出口同时连接ＦＩＤ（或其他检测器）和气味鉴定出口装置，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【４６，４７１。

通过将气味强度与相应有机物的浓度对应起来，可建立定量的关系，由气味强度来求得有机物的含量，这种量的对应关系依赖于气味强度与有机物浓度的相关性，因为气味强度的精确性受许多因素的制约，因此由气味强度来求得相应化合物浓度的方法还不很成功。同时某些物质从色谱柱出来后的气味与其纯物质的气味特性有差别，这是浓度差别造成还是色谱柱中物质的影响需进一步研究。

另一个客观困难是气味感知员在感知气味的过程中可能会出现疲劳现象，对于保留时间很接近的物质，要分辨它们存在着客观的困难。

尽管感官气相色谱法对水样的检测不十分成熟，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十分灵敏但气味强烈的有机物质，找到了一条有效的分析途径。

１．６藻类与气味化合物

研究表明１４引，太湖夏季的藻类主要由６大门类组成，分别为蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、裸藻和隐藻。蓝藻、绿藻和硅藻占浮游藻类个体总量的９９％以上，其中尤以蓝藻占绝对优势。由湖岸—湖湾一湖心，蓝藻逐渐减少，绿藻、硅藻等其它藻类逐渐增多，并且藻类种属也在逐渐增加。

蓝藻以微囊藻属的水华微囊藻Ｍ．ｆｌｏｓ．ａｑｕａｅ等为优势种，占蓝藻个体总量的９０％以上。绿藻以单角盘星藻Ｐ．ｓｉｍｐｌｅｘ等为主，硅藻以变异直链藻Ｍ．ｖａｒｉａｎｓ等为主。甲藻、裸藻和隐藻等适宜在营养盐质量浓度较高的水体生长，虽然数量不多，但是却反映出太湖严峻的富营养化形势。微囊藻在生长过程中，可以向环境中释放大量的有毒肽类物质，严重影响水质，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［４９１。藻类水华，尤其是微囊藻水华应该引起人们足够的重视。另外，蓝藻中的水华鱼腥９

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

ｌ绪论硕士论文藻Ａ．ｆｌｏｓ．ａｑｕａｅ、螺旋鱼腥藻Ａ．ｓｐｉｒｏｉｄｅｓ、铜绿微囊藻Ｍ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ，绿藻中的斜生栅藻Ｓ．ｏｂｌｉｑｕｕｓ、四尾栅藻Ｓ．ｑｕａｄｒｉｃａｕｄａ，硅藻中的普通等片藻Ｄ．ｖｕｌｇａｒｅ等指示严重污染环境的藻类种属在各点也广为分布‘５０１。

藻类与水体的气味存在着一定的联系。

１．６．１活藻

活藻可产生许多挥发性的和非挥发性的有机物质。这些有机物或者是简单的光合作用的产物，或者是由较简单的化合物合成为较复杂的化合物，变成异养有机体（如细菌和真菌）的食物。

给水系统中，这种细胞外的产物会引起异嗅和异味。而且藻的细胞外物质分解是另外一个潜在的引起嗅味的源泉。大部分产生嗅味的有机化合物是活藻释放的，包括小分子量和大分子量物质【５¨。

１．６．２死藻

死藻可以通过两个途径引起异嗅和异味。其一，死亡藻类（特别是无纤维素细胞壁藻类）细胞的解体，使得细胞内物质进人水中，释放出嗅味化合物；其二，死藻可作为放线菌等细菌的食物，放线菌可产生嗅味化合物。腐烂的蓝绿藻可以产生各种各样的嗅味硫化物，包括甲烷硫醇、异丁硫醇、ｎ．丁基硫醇、二甲基硫醚、三硫酸二甲酯【５¨。

活藻会释放代谢物。当藻腐烂时，藻的代谢产物就会释放出来。许多产物会引起嗅昧，特别是蓝绿藻产生的酚类化合物。但不是所有的产物都会引起嗅味，蓝绿藻产生挥发性化合物，其中许多会引起嗅味。

１．６．３藻类的界限浓度与嗅味产生

只有当藻类达到特定浓度时，其代谢产物才会发出不良气味。表１．３列出了一些产生嗅味代谢物的藻类的界限浓度。

表１．３产生嗅味代谢物的藻类的界限浓度川

Ｔａｂｌｅｌ．３Ｃｒｉｔｉｃａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆａｌｇａｅｗｈｅｎｉｔｐｒｏｄｕｃｅｓｏｄｏｒｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ１０

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究１．７本课题研究内容

本课题中所使用的水源水、藻类均采自太湖。

本课题采用固相微萃取技术对原水进行预处理，利用气质联用技术对水样进行检测，确定出水源水中典型的异味化合物。

根据水样过滤前后的分析，分析异昧化合物的存在形式。

根据确定的典型异味化合物，分析其与藻类的相关性。包括：

①异味化合物浓度随时间的变化趋势；

②异味化合物浓度与藻类浓度的相关性；

③异味化合物浓度与藻类培养温度的关系；④当存在其它微生物条件，异味化合物的变化趋势。

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

２理论部分ｍ±论女２理论部分

２．１周相微萃取的原理

周相微萃取（ｓｏｌｉｄ－ｐｈａｓｅｍｉｃｒｏｃｘｔｒａｅｔｉｏｎ，ＳＰＭＥ）技术是２０世纪９０年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术，它最先由加拿大Ｗａｔｅｒｌｏｏ大学的Ｐａｗｌｉｓｚｙｎ教授的研究小组于１９８９年首次进行开发研究，属于非溶剂型选择性萃取法。并且由美国的Ｓｕｐｅｌｃｏ公司在１９９３年实现商品化。

萃取过程：将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间，同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度，待平衡后将纤维头取出插入气相色谱汽化室，热解析涂层上吸附的物质。被萃取物在汽化室内解吸后，靠流动相将其导入色谱柱，完成提取、分离、浓缩的全过程。

固相微萃取装置主要由两部分组成：一是涂在ｌｃｍ长的熔融石英细丝表面的聚合物构成萃取头（ｆｉｂｅｒ），固定在不锈钢的活塞上：另一部分是手柄（ｈｏｌｄｅｒ），不锈钢的活塞就安装在手柄里，可以推动萃取头进山手柄，整个装置形如一微量进样器，立¨图２ｌ所示。

●“㈨Ⅲ…肖—¨卜，稚

图２ｌ

Ｆｉｇｕｒｅ２ＩＳＰＭＥｄｅｖｉｃｅ凰斟蘑ｒ一１一Ｆｉｂｅｒａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ２－Ｆｕｓｅｄｓｉｌｉｃａｆｉｂｅｒ困相微萃取装置１．萃取头２．坊融石英纤维

平时萃取头就收缩在手柄里，当萃取样品时．露出萃取头浸渍在样品中，或置ｒ样品上空进行顶空萃取，有机物就吸附在革取头上，经过２ｍｉｎ．３０ｍｉｎ后吸附达到平衡，萃取头收缩于鞘内，把同相微萃取装置撤离样品，完成样品萃取过程。将萃墩装置直接

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

硕士论文藻类代谢产物中异味物质及其变化规律研究引入气相色谱仪的进样口，推出萃取头，吸附在萃取头上的有机物就在进样口进行热解析，而后被载气送入毛细管柱进行分析测定。

为了进一步提高萃取的效果，可以采取以下几种方法：

１）搅拌。搅拌可以促进样品均一化和加快物质的扩散速度，有利于萃取平衡的建立。

２）加温。尤其在顶空固相微萃取的时候，适当加温可以提高液面上气体的浓度，一般加温５０℃＂－－９０℃。

３）加无机盐。在水溶液中加入硫酸铵、氯化钠等无机盐至饱和，可以降低有机化合物的溶解度，使分配系数提高。

４）调节ｐＨ值。萃取酸性或碱性化合物时，通过调节样品的ｐＨ值，可改善组分的亲脂性，从而可大大提高萃取效率。

２．２气相色谱．质谱联用技术原理

气相色谱．质谱联用（ＧＣ／ＭＳ）技术被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有ＧＣ的高分辨率和质谱的高灵敏度。首先利用气相色谱对物质进行分离，然后利用质谱仪检测。

质谱仪扫描方式采用全扫描和选择离子储存。

全扫描是对指定质量范围内的离子全部扫描并记录，得到的是正常的质谱图，这种质谱图可以提供未知物的分子量和结构信息，可以进行谱库检索。

选择离子储存（ＳｅｌｅｃｔｅｄＩｏｎＳｔｏｒａｇｅ，ＳＩＳ）是对选定的一个或多个离子、一定质量段的离子或多段质量段的离子进行跳跃式扫描，只记录特征的、感兴趣的离子，不相关的、干扰离子统统被排除。

２．３定量方法

由于异味物质的含量在自然水体中未知，因此需要测定高浓度和低浓度下两条标准曲线。同时测定标准曲线利用外标法。

用待测组分的纯品作对照物质，以对照物质和样品中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法称为外标法。此法可分为工作曲线法及外标一点法等。工作曲线法是用对照物质配制一系列浓度的对照品溶液确定工作曲线，求出斜率、截距。在完全相同的条件下，准确进样与对照品溶液相同体积的样品溶液，根据待测组分的信号，从标准曲线上查出其浓度，或用回归方程计算，工作曲线法也可以用外标二点法代替。通常截距应为零，若不等于零说明存在系统误差。

藻类代谢产物中典型异味物质及其变化规律研究

３实验部分硕士论文３实验部分

３．１实验试剂与仪器设备

３．１．１实验试剂

本实验所使用的主要试剂与材料如表３．１所示。

表３．１主要试剂与材料

Ｔａｂｌｅ３．１Ｍａｉｎｒｅａｇｅｎｔｓａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｓ

１）使用前需重新蒸馏；２）使用前在１００。Ｃ烘１２ｈ。

３．１．２仪器设备

本实验所使用的主要仪器设备如表３．２所示。

表３．２主要仪器设备

Ｔａｂｌｅ３．２Ｍａｉｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ

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