基于极性快速分析法的亚硝胺前体物解析技术体系研究与应用

It is very essential to understand the nitrosamine precursors for effective controlling the formation of these carcinogenic disinfection by-products in water and wastewater treatment. However, the lack of highly-selective and sensitive isolation and fractionation tool has been the bottleneck in study of nitrosamine precursors due to their complexity and diversity. This proposal suggests establishing a promising characterization tool for nitrosamine precursor isolation and fractionation based on the polarity rapid assessment method (PRAM). PRAM would make use of different selective solid phase extraction cartridges to catch the nitrosamine precursors which have been concluded as polar, hydrophilic, positive charged and containing the secondary amine functional group. Other technique, such as ultrafiltration membrane separation, UV-visible spectroscopy, 3D EEM fluorescence, gas chromatography, liquid chromatography and tandem mass spectroscopy will also be applied to fractionate and explore the structure of nitrosamine precursors. This combined fractionation technology will be tested and modified by real water samples. This combined fractionation technology could locate the dense conglomerate of nitrosamine precursors more precisely in the complex organic matrix and illustrate their dynamic along the water treatment processes, which eventually benefit the water engineers to control nitrosamine yield in the finished water.

识别亚硝胺前体物是控制水处理中亚硝胺类消毒副产物生成的重要基础。但是 亚硝胺前体物的成分十分复杂，种类较多，研究难度很大；尤其是缺乏具有高度选择性的解 析方法一直是亚硝胺前体物研究的瓶颈。本项目在全面分析已知亚硝胺前体物的共同结构性 质的基础上，将极性快速分析法用于亚硝胺前体物的富集和分类，用不同针对性的固相萃取小柱来实现对亚硝胺前体物基本特性（具有二烷基胺官能团、极性/亲水性、带正电）的定性和定量响应；并与分子量分级技术、紫外和可见光谱、三维荧光光谱、气相色谱、液相色谱和串联质谱等分析技术联用，建立亚硝胺前体物解析技术体系，在实际水样测试中进行检验和校正。该解析技术体系有望更精确地定位复杂有机物基质中的亚硝胺活性成分，研究亚硝胺前体物各组分在水处理工艺过程中的变化，为供水行业应对亚硝胺问题提供重要借鉴。

亚硝胺是一类高致癌性消毒副产物，在自来水、污水、再生水处理中普遍存在。识别前体物是控制水处理中亚硝胺类消毒副产物生成的重要基础。但是亚硝胺前体物的成分十分复杂，种类较多，研究难度很大；尤其是缺乏具有高度选择性的解析方法一直是亚硝胺前体物研究的瓶颈。.经过4年的研究，本项目获得了多项重要成果和关键数据：（1）开发了基于极性快速分析法的亚硝胺前体物解析方法，与传统树脂富集分类法相比具有高得多的选择性；进一步验证了亚硝胺前体物同时具有正电性和非极性的基本结构特点；发现了水中带正电有机物是最为重要的亚硝胺前体物来源，其单位质量的的亚硝胺前体物强度是平均水平的50倍左右。（2）利用该解析方法，首次确定了臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解等供水主流工艺对亚硝胺前体物的去除机理；确定生物活性炭过滤是去除亚硝胺前体物的最有效净水工艺，其处理机理包括活性炭吸附和生物降解两方面，随运行时间存在此消彼长的情况。（3）开发了基于阳离子交换的亚硝胺前体物富集浓缩方法，该方法可以将水中痕量的亚硝胺前体物浓度浓缩几十倍至上百倍；建立了前体物富集与高分辨质谱相结合的亚硝胺前体物筛查方法，在四个城市水源水中发现了22种亚硝胺的前体物质，主要来自化工产品、农药、药品。（4）开发了基于阳离子交换的亚硝胺前体物去除技术，发现通过预先调节pH值，阳离子交换树脂可以高效去除质子化的亚硝胺前体物，水中的钙、镁等高价阳离子对离子交换去除亚硝胺前体物的效果有显著的影响。（5）开展了在全国采样范围最大、水样类型最丰富、最为系统全面的亚硝胺调查结果，发现我国供水系统存在远高于欧美的亚硝胺风险，调查数据对全面评估我国饮用水中亚硝胺风险具有十分重要的价值。.项目圆满实现了研究目标，部分内容有突破性的进展，取得了国际同行认可的成果，在国内供水行业也进行了多次交流，对于我国供水行业控制亚硝胺具有十分重要的应用价值。