CN111781284A - 利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法 - Google Patents

利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用质量数‑丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，包括以下步骤：⑴将轻水、重水标准试剂、重氧水标准试剂分别采用气相色谱质谱联用技术获得色‑质谱图，并分别采用质量选择检测器MSD获得所有样品中的质量数和丰度，建立质量数丰度表；⑵分别建立轻水、重水、重氧水样品质量数丰度重现汇总表；⑶建立质量数分子归纳表；⑷采用质量数丰度比值法分别建立轻水、重水、重氧水质量数丰度比值表；⑸建立质量数丰度比值对比表；⑹对未知水样品采用步骤⑴的方法获得质量数和丰度，将其分别与质量数分子归纳表、质量数丰度比值对比表进行比对，即可确定该未知水样品的类型。本发明可建立数字化指纹库，有效判别未知水样品类型。

Description

利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法
技术领域
本发明涉及水源、深海、地质、气象、石油、核科学、人体医学、动植物研究等技术领域，尤其涉及利用质量数-丰度比值法判识轻水（H2O）、重水（D2O）、重氧水（H2 18O）的方法。
背景技术
普通水（H2O）称为轻水。重水(Deuterium oxide)是由氘和氧组成的化合物。分子式D2O，相对分子质量20.0275，比水（H2O）的相对分子质量18.0153高出约11%，因此叫做重水。在天然水中，重水的含量约占0.02%。由于氘与氢的性质差别极小，因此重水和普通水也很相似。
重氧水是一种化学物质，又称氧18水，是天然丰度的氢和100%18O的化合物。其分子量20.01496，为无色无臭、无味液体。一些物理性质与普通水略有差异。
虽然重水与重氧水均有标准试剂销售，但当面临未做任何标识的轻水、重水、重氧水时，由于三者的差异太小，目前尚无有效方法进行识别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法。
为解决上述问题，本发明所述的利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，包括以下步骤：
⑴将轻水、重水标准试剂、重氧水标准试剂各10个样品，每个样品量为1.0µL，分别采用气相色谱质谱联用技术获得轻水色-质谱图、重水色-质谱图、重氧水色-质谱图，并分别采用质量选择检测器MSD获得所有样品中的质量数和丰度，建立轻水样品质量数丰度表、重水样品质量数丰度表、重氧水样品质量数丰度表；
⑵分别对10个轻水样品、10个重水样品、10个重氧水样品中的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中某质量数有10次重现的予以保留，分别建立轻水样品质量数丰度重现汇总表、重水样品质量数丰度重现汇总表、重氧水样品质量数丰度重现汇总表；
⑶根据所述轻水样品质量数丰度重现汇总表、所述重水样品质量数丰度重现汇总表、所述重氧水样品质量数丰度重现汇总表建立质量数分子归纳表；
⑷根据所述轻水样品质量数丰度重现汇总表、所述重水样品质量数丰度重现汇总表、所述重氧水样品质量数丰度重现汇总表中共有的质量数分子的丰度值，采用质量数丰度比值法分别建立轻水质量数丰度比值表、重水质量数丰度比值表、重氧水质量数丰度比值表；
⑸根据所述轻水质量数丰度比值表、所述重水质量数丰度比值表、所述重氧水质量数丰度比值表中平均值这一项质量数丰度比值，建立质量数丰度比值对比表；
⑹对未知水样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器MSD获得所述未知水样品中的质量数和丰度，将该质量数和质量数丰度比值分别与所述质量数分子归纳表、所述质量数丰度比值对比表进行比对，即可确定该未知水样品的类型。
所述步骤⑴或所述步骤⑹中气相色谱质谱联用技术的条件是指：色谱柱为内径3mm且柱长4.0m的多孔高聚物小球柱；载气为H2；柱温为恒温 100℃；进样口温度为130℃；柱流速为30~40mL/min；MS检测器温度为250℃；进样量为1.0µL；进样方式为手动注射器。
所述步骤⑴或所述步骤⑹中质量选择检测器MSD的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为EI；离子化能为70eV；质量数扫描范围为2~220。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、质量数-丰度比值法是由质量数和质量数丰度比值二种方法合并的统称。本发明采用质量数-丰度比值法不但在质量数分子分布上对轻水(H2O)、重水(D2O)、重氧水(H2 18O)可以起到数字化模型指纹比对的作用，而且在质量数丰度比值上对轻水(H2O)、重水(D2O)、重氧水(H2 18O)有数字化模型量值比对的作用，可应用于水源、深海、地质、气象、石油、核科学、人体医学、动植物研究等领域中。
2、采用本发明方法，可建立轻水(H2O)、重水(D2O)、重氧水(H2 18O)的数字化指纹库用于相互比对，有效判别未做任何标识的水样品是轻水、重水，还是重氧水。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明轻水色-质谱图（图中深灰色阴影左侧线代表质谱扫描点）。
图2为本发明重水色-质谱图（图中深灰色阴影左侧线代表质谱扫描点）。
图3为本发明重氧水色-质谱图（图中深灰色阴影左侧线代表质谱扫描点）。
具体实施方式
以兰州市自来水作为轻水，重水标准试剂、重氧水标准试剂均为市售产品。
仪器：TRACE GC ULTRA气相色谱仪，MSD检测器以及配套使用的色谱、质谱工作站（美国Thermo公司）。
利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，包括以下步骤：
⑴将轻水、重水标准试剂、重氧水标准试剂各10个样品，每个样品量为1.0µL，分别采用气相色谱质谱联用技术获得轻水色-质谱图（如图1所示）、重水色-质谱图（如图2所示）、重氧水色-质谱图（如图3所示），并分别采用质量选择检测器MSD获得所有样品中的质量数和丰度，建立轻水样品质量数丰度表（参见表1）、重水样品质量数丰度表（参见表2）、重氧水样品质量数丰度表（参见表3）。其中：气相色谱质谱联用技术的条件是指：色谱柱为内径3mm且柱长4.0m的多孔高聚物小球柱；载气为H2；柱温为恒温 100℃；进样口温度为130℃；柱流速为30~40mL/min；MS检测器温度为250℃；进样量为1.0µL；进样方式为手动注射器。质量选择检测器MSD的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为EI；离子化能为70eV；质量数扫描范围为2~220。
表1 10个轻水H2O样品中的质量数丰度表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 10个重水D2O样品中的质量数丰度表
Figure 800335DEST_PATH_IMAGE002
表3 10个重氧水H2 18O样品中的质量数丰度表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
⑵分别对10个轻水样品、10个重水样品、10个重氧水样品中的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中某质量数有10次重现的予以保留，分别建立轻水样品质量数丰度重现汇总表（参见表4）、重水样品质量数丰度重现汇总表（参见表5）、重氧水样品质量数丰度重现汇总表（参见表6）。
表4 轻水样品质量数丰度重现汇总表
Figure 655159DEST_PATH_IMAGE004
表5 重水样品质量数丰度重现汇总表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6 重氧水样品质量数丰度重现汇总表
Figure 434896DEST_PATH_IMAGE006
⑶根据轻水样品质量数丰度重现汇总表、重水样品质量数丰度重现汇总表、重氧水样品质量数丰度重现汇总表建立质量数分子归纳表，如表7所示。
表7 质量数分子归纳表
Figure DEST_PATH_IMAGE007
从表7可看出，轻水(H2O)、重水(D2O)、重氧水(H2 18O)中质量数分子分布不同。
⑷根据轻水样品质量数丰度重现汇总表、重水样品质量数丰度重现汇总表、重氧水样品质量数丰度重现汇总表中共有的质量数分子（19、20、21、22）的丰度值，采用质量数丰度比值法分别建立轻水质量数丰度比值表（参见表7）、重水质量数丰度比值表（参见表8）、重氧水质量数丰度比值表（参见表9）。
表7 轻水质量数丰度比值表
Figure 767788DEST_PATH_IMAGE008
表8 重水质量数丰度比值表
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表9 重氧水质量数丰度比值表
Figure 519844DEST_PATH_IMAGE010
⑸根据轻水质量数丰度比值表、重水质量数丰度比值表、重氧水质量数丰度比值表中平均值这一项质量数丰度比值，建立质量数丰度比值对比表，如表10所示。
表10 质量数丰度比值对比表
Figure DEST_PATH_IMAGE011
从表10可看出，轻水(H2O)、重水(D2O)、重氧水(H2 18O)中质量数丰度比值是有差异的。
⑹对未知水样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器MSD获得未知水样品中的质量数和丰度，将该质量数和质量数丰度比值分别与质量数分子归纳表、质量数丰度比值对比表进行比对，即可确定该未知水样品的类型。其中气相色谱质谱联用技术的条件、质量选择检测器MSD的条件同步骤⑴。
由于同一地区不同时段的轻水存在差异，因此，本发明方法在使用时需根据当地水质情况定时进行质量数分子归纳表、质量数丰度比值对比表的调整，以确保判别的准确性。

Claims (3)

1.利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，包括以下步骤：
⑴将轻水、重水标准试剂、重氧水标准试剂各10个样品，每个样品量为1.0µL，分别采用气相色谱质谱联用技术获得轻水色-质谱图、重水色-质谱图、重氧水色-质谱图，并分别采用质量选择检测器MSD获得所有样品中的质量数和丰度，建立轻水样品质量数丰度表、重水样品质量数丰度表、重氧水样品质量数丰度表；
⑵分别对10个轻水样品、10个重水样品、10个重氧水样品中的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中某质量数有10次重现的予以保留，分别建立轻水样品质量数丰度重现汇总表、重水样品质量数丰度重现汇总表、重氧水样品质量数丰度重现汇总表；
⑶根据所述轻水样品质量数丰度重现汇总表、所述重水样品质量数丰度重现汇总表、所述重氧水样品质量数丰度重现汇总表建立质量数分子归纳表；
⑷根据所述轻水样品质量数丰度重现汇总表、所述重水样品质量数丰度重现汇总表、所述重氧水样品质量数丰度重现汇总表中共有的质量数分子的丰度值，采用质量数丰度比值法分别建立轻水质量数丰度比值表、重水质量数丰度比值表、重氧水质量数丰度比值表；
⑸根据所述轻水质量数丰度比值表、所述重水质量数丰度比值表、所述重氧水质量数丰度比值表中平均值这一项质量数丰度比值，建立质量数丰度比值对比表；
⑹对未知水样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器MSD获得所述未知水样品中的质量数和丰度，将该质量数和质量数丰度比值分别与所述质量数分子归纳表、所述质量数丰度比值对比表进行比对，即可确定该未知水样品的类型。
2.如权利要求1所述的利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，其特征在于：所述步骤⑴或所述步骤⑹中气相色谱质谱联用技术的条件是指：色谱柱为内径3mm且柱长4.0m的多孔高聚物小球柱；载气为H2；柱温为恒温 100℃；进样口温度为130℃；柱流速为30~40mL/min；MS检测器温度为250℃；进样量为1.0µL；进样方式为手动注射器。
3.如权利要求1所述的利用质量数-丰度比值法判识轻水、重水、重氧水的方法，其特征在于：所述步骤⑴或所述步骤⑹中质量选择检测器MSD的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为EI；离子化能为70eV；质量数扫描范围为2~220。
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