污水分析与检测

近年来，全球变暖、空气/水污染等环境问题引起了国际社会的广泛关注。 为什么我们需要测量污水中的水分含量？ 近年来，全球变暖、空气/水污染等环境问题引起了国际社会的广泛关注。 世界多地政府已颁布相应的法律和法规来保护我们的环境。 在水污染控制领域，城市污水处理是一个重要方面。 通常，废水经过水处理过程产生污泥，一种半固体浆液。 然后将污泥脱水，然后在垃圾填埋场处置。 从两个角度来看，快速测定水分含量在废水处理过程中至关重要。 第一，污泥的质量需要符合规定。 法规中明确规定了脱水后污泥的含水率要求。 例如，在中国国家标准中，污泥含水率需要低于80%。 处理含水量大于 80% 的污泥可能面临严重的行政处罚。 第二，废水处理成本与固体重量直接相关。 对于脱水 2000 平方米污泥的工厂，-0.5% 的固体重量变化可能每年可节省数万美元的絮凝剂成本。 因此，准确测量废水和污泥中的水分含量至关重要。 如何测量污水的水分含量？ 测量废水中水分含量的标准方法是烘箱法，持续至少几个小时。 但是，使用快速水分测i当以，只需 5-20 分钟。 更好的是，不需要根据湿重和干重计算水分含量。 为了确保准确测量废水中的水分含量，我们需要特别注意两件事。 首先，废水是一种含有悬浮固体的液体物质。 良好的样品制备过程至关重要。 其次，能够提供准确且可重复的测试结果的功能强大的水分测定仪也是一个关键因素。 样品制备1. 采样 从废水罐收集样品。 样本需要具有代表性。 2. 样品制备 收集样品后，小心混合样品直至其均匀状态，然后将其放置在样品杯中。 使用滴管或者移液器从烧杯中移取最具代表性的样品。 3. 样品铺至在玻璃纤维滤纸上 当我们将液体样品放在盘上时，由于液体的表面张力，它往往会在盘上产生液滴形状。 这会阻止水分排出，导致测量过程缓慢。 建议使用玻璃纤维滤纸。 滴在滤纸表面，表面张力降低，总表面积增加，这确保了更快的测量过程和可重复的结果。 快速水分测定仪 良好的样品制备只是成功分析水分的一部分。 可靠的水分测定仪是另一个关键因素。 客户选择奥豪斯 MB120 用于他们的水处理过程，因为它能够获得准确、可重复和快速的测试结果。奥豪斯 MB120 提供卤素加热系统，最高加热温度为 230°C。 这实现高效烘干。 此外，奥豪斯 MB120 具有 0.01% 的可读性和 0.015% 的重复性，确保了准确和可重复的测试结果。 并且，奥豪斯 MB120 上的全彩触摸屏显示详细信息，可实现非常简单轻松的人机交互。 综上所述，奥豪斯MB120 具有良好的样品制备能力，可提供快速、简单和可靠的水分分析体验。准确的水分含量大大有助于废水处理设施的成本节约和高效运行。

城市生活污水中毒品成分监测分析工作是科学、客观评价当地毒情发展态势的有效手段，是禁毒工作决策的重要依据。根据检测结果、污水处理厂当日潜水流量等参数，得到城市日均毒品消耗量、城市人口日毒品吸食总量和平均人口毒品暴露水平，用来追踪毒品滥用随时间的变化情况，城市非法药物和毒品贩制情况、以及城市的非法药品使用滥用情况，实现实时毒情监测。在此背景下，仪器信息网特别建立“质谱在毒品分析领域的技术应用进展”话题，聚焦质谱技术在毒品检测领域的最新应用，以增强业界质谱专家和技术人员、司法公安相关机构工作者之间的信息交流，同时向仪器用户提供毒品分析领域更丰富的质谱产品、技术解决方案。本文邀请到SCIEX公司应用技术专家孙小杰经理谈谈污水验毒相关的技术及解决方案。SCIEX公司 应用技术专家孙小杰经理污水中毒品及其代谢物的浓度测定是污水分析法评估毒品使用量的关键。方法的基本思路是对污水中的毒品及代谢物进行检测，但毒品代谢物进入污水系统后与生活污水进行混合，其中的化合物含量有可被稀释上千倍，浓度在ng/L级别，同时污水中复杂的基质也对仪器的抗污染能力提出较高要求。相比传统的离线固相萃取方式，在线固相萃取（On-line SPE）具有样品利用率高、所需样品少；全体积自动在线萃取、解吸、进样，通量高、可大大节约人力及时间成本；同时前处理交叉污染相对较少等特点。因此在实际污水验毒工作中深受一线检测人员欢迎。基于此，我们开发了SCIEX On-line SPE-MS/MS 系统对污水中12种毒品及代谢物进行定性与定量分析方法。本方法具有以下特点：1、速度快：无需复杂前处理过程，一针进样只需15分钟，同时结合重叠进样（Load Ahead）功能，可极大的减少样品等待时间，提高检测效率。2、抗污染：SCIEX专利的Turbo VTM离子源可耐受长期、大量的污水检测工作，无需频繁的清洗和维护，有效减少工作量，提高定量准确度。3、兼容性好：设备可以在On-line SPE-MS/MS和常规的UPLC-MS/MS之间无缝切换，在做污水验毒项目时不影响其他项目的检测。试验方法1.样品前处理取10mL污水，加入同位素内标制得25ng/L的溶液，10000rpm转速下离心10min，取上清，待上样分析。2. 液相条件液相：SCIEX Exion LC 20ADTM系统大体积进样器：CTC PAL3 进样系统分析柱及流动相条件：Phenomenex Kinetex Biphenyl（2.1*100 mm, 2.6μm），流速0.4mL/min，流动相A：水（0.02%甲酸+2mM甲酸铵）；B：乙腈（0.02%甲酸+2mM甲酸铵），梯度见表1。SPE柱及流动相条件：HLB（2.1*30mm, 20μm），流速2mL/min，A：水；B：甲醇，梯度见表2。柱温：40 ℃上样量：2mL梯度洗脱条件：表1 表2 实验结果12种毒品及代谢产物的典型色谱图采用空白污水样本加标，配置浓度在1-500ng/L范围内的系列标准曲线，内标加入浓度为25ng/L，全部12种化合物线性关系良好，见图2。图 2 12种毒品及代谢物的线性关系曲线总结建立了一种CTC On-line SPE系统和SCIEX Triple QuadTM 4500系统联用，分析污水中12种常见毒品及代谢物的分析方法。该方法前处理操作简单，可有效地节约时间和人力成本，提高工作效率；方法的灵敏度高、重复性好、准确度高，经过多批次的实际样品测定，结果稳定可靠。通过多目标物的在线自动富集，可有效提高方法的检测灵敏度，更好的应对污水验毒工作。打击防范毒品违法犯罪是一项复杂、艰巨、长期的系统工程。针对毒情新形势新变化，加强禁毒技术研究，推进禁毒科技创新，才能牢牢掌握同毒品违法犯罪作斗争的主动权，推动禁毒工作不断取得新成效。

污水分析技术并非仅仅用于毒品检测，而是起源于20世纪90年代美国环境保护署 (EPA) 的环境监测项目。当时，EPA 希望通过分析污水中残留的药物和化学物质，评估人类活动对环境的影响，并监测水体的健康状况。随后，科学家们发现污水分析技术可以用于流行病学研究，即通过分析污水中残留的药物代谢产物，了解特定区域内人群的用药情况，例如抗生素、止痛药、避孕药等。这一发现为禁毒工作带来了新的思路。由于毒品使用者会在体内代谢产生特定的代谢产物，并通过尿液排出体外，这些代谢产物会进入污水系统。因此，通过分析污水中特定毒品代谢产物的浓度，可以推断出特定区域内人群的毒品使用情况，为禁毒情报工作提供重要的数据支持。2023年，我国共缴获毒品25.9吨，而污水排放量高达645亿吨。将缴获的毒品融入生活用水中，其浓度仅为40kg/亿吨，难以通过传统方法检测。为了应对这一挑战，污水毒品检测技术应运而生，成为打击毒品犯罪、维护社会安全的重要手段。污水毒品检测利用了药物代谢动力学原理。人体服用毒品后，会在体内代谢产生各种代谢产物，并最终通过尿液排出体外。这些代谢产物会进入污水系统，并在一定程度上反映出当地居民的吸毒情况。自2021年起，污水毒品检测的行业标准规范数量增加，由上海司法鉴定科学研究院与同济大学联合起草的团体标准T/SHSFJD 0001-2021中规范了生活污水采样及常见毒品检测的原理、试剂、仪器和材料、操作方法及分析结果评价。如上图可见，标准中规定了生活污水中14种目标化合物分析的检出限，那么生活污水样品中毒品及代谢物的检出限为0.5ng/L是如何得出的?（下方为标准中检出限指标可能的制定考量，污水中每种毒品的含量数据其实是无法做到精确计算的，所以标准中所有毒品的检出限是参考值）1)目前污水中毒品检出限：0.5ng/L,即0.5kg/亿立方米，即0.5kg/亿吨。2)以2023年为例，全年共缴获毒品25.9吨(《2023年中国禁毒形势报告》),我国污水排放量645亿吨，将缴获的毒品融 入生活用水中，浓度计算如下：25.9吨毒品/646亿吨=40kg/亿吨。3)考虑到毒品进入人体后代谢有折算校准系数，需要在如上的浓度中除以该系数得到污水中代谢后毒品浓度，系数以甲基苯 丙胺为最大，取其系数，计算得浓度为0.85kg/亿吨；因此，0.5ng/L的毒品检出限可满足现有污水中毒品含量的检测。随着仪器分析技术的发展，高灵敏度和低检测限的质谱技术出现，使得对污水中痕量目标物的检测成为现实。国内多以液相色谱－质谱/质谱联用（LC-MS/MS）仪器分析污水复杂基质体系中的待测物，大大提高了分析的专一性和灵敏度，保证结果的准确性。目前针对污水中毒品检测制定的主要标准如下：《生活污水采样及常见毒品检测技术规范》团体标准主要是规定了采样点、采样方式（采样量）、采样后处理、存储要求、实验室样品处理方法、检测方法和检出限。生活污水样品中13种毒品及代谢物的检出限为0.5ng/L，定量下限为1ng/L；《GA/T 2059-2023 法庭科学 水样中吗啡等10种毒品及代谢物检验 液相色谱-质谱法》规定了法庭科学水样检材中10种毒品和代谢物的液相色谱-串联质谱（LC-MS）检验方法。可以看到，污水中毒品检出限0.5ng/L，当前实验室LCMS检出限为0.1ng/ml，目前采用的技术主要是固相微萃取，其萃取能力对预浓缩的水量提出了要求，需要对500ml的污水进行预浓缩，且单次萃取时间在30分钟以上。每次采集500ml,每隔两小时采样一次，将24h内采集的样品等比例混合，取500mL样品进行预浓缩。每天需要采集6L的水，如1个月进行一次集中运输，每月需要存储和运输的水量为180L。图源公安部第三研究所金洁副研究员报告《毒品快速检测及污水/废液毒品监测技术发展》可以说，污水毒品检测技术面临挑战：低浓度检测）毒品在污水中的浓度极低，需要高灵敏度的检测技术才能准确测量。复杂基质干扰）污水成分复杂，各种杂质和干扰物会影响检测结果，需要有效的样品前处理和信号处理技术。数据解读）污水毒品检测结果需要结合流行病学、社会学等多学科知识进行解读，才能得出可靠的结论。污水毒品检测技术的兴起，为禁毒工作提供了新的思路和方法。相信随着技术的不断进步和完善，污水毒品检测将成为守护清水之源、构建无毒社会的有力武器。仪器信息网特别举办“第三届法医毒物与毒品分析技术进展”主题网络会议，点击了解精彩报告。