近日，生态环境部华南环境科学研究所（生态环境部生态环境应急研究所）土壤与农村生态环境研究中心、华南生态环境监测分析中心科研人员在环境领域知名期刊Environmental Science & Technology（中科院一区Top期刊，影响因子：11.4）发表论文“Application of Nontarget High-Resolution Mass Spectrometry Fingerprints for Qualitative and Quantitative Source Apportionment: A Real Case Study”。华南所（应急所）夏迪为第一作者。论文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06688。
研究基于液相色谱-高分辨率质谱技术，对广州市某城市水体中的新污染物进行定性及定量溯源分析。通过非靶向筛查结合稀释曲线筛选，构建三种不同来源（主干流、支流及雨水径流）的非靶向分子指纹图谱，有效评估了各来源对下游的贡献，该技术可为地表水和地下水中新污染物的精准溯源及源头管控等工作提供有效技术支撑。
近年来新污染物及其环境风险研究已成为社会关注的热点，环境中新污染物被高频检出，其对人类健康与生态系统构成较大的威胁。由于水体系统的复杂性及众多污染源的共存，精确区分并量化水环境中新污染的来源面临巨大挑战。传统的源追踪技术多依赖特定的指示性化合物，虽然这些技术对于选定的污染物展现出高灵敏度和特异性，但难以覆盖非目标列表中的其他污染物，并受限于缺乏相应新污染物的标准品。相比较而言，基于液相色谱或气相色谱串联高分辨质谱的非靶向筛查可以同时检测几百到几千种有机物，大大提高了检测通量，为阐明样品的复杂化学成分和追踪污染物来源提供了重要机会。
本研究基于华南生态环境监测分析中心前期研究建立的高分辨质谱非靶向筛查技术方法，首先对广州市某城市水体13个点位的水样进行了全面分析，识别出26860个特征化合物，通过与数据库匹配，共鉴定出254个具有不同置信度的特征化合物，并对其中46种化合物（置信度为1）的浓度进行了半定量分析。结合各采样点位化合物浓度的变化，分析了三种不同来源（上游、支流及雨水径流）组成的差异以及支流和雨水径流的汇入对水体中污染物浓度的影响，初步探讨了不同来源对特定污染物的贡献，为后续更全面的研究奠定了基础。通过分析上游（C3）和支流两个点位（T1和T2）水样中提取出的特征化合物，发现在C3点位的5050个特征化合物中，33%（即1689个）的化合物未在支流中检出，据此建立了上游C3点位的1689个特有的非靶向分子指纹。同样的，通过聚类分析筛选出1317个支流的分子指纹及15759个雨水径流的分子指纹。在为每个来源建立独特的分子指纹后，进一步分析了这些指纹从上游到下游的分布情况，发现上游分子指纹数量呈现递减趋势，支流和雨水径流的分子指纹受混合不均匀等因素的影响呈现先升高后降低的趋势。但三种来源的指纹在下游C9点位都呈现明显的降低趋势,这主要是由于其他支流的汇入，导致所有分子指纹被大量稀释。
图2 三种不同来源分子指纹筛选结果及在各点位的分布特征为更精确地评估各水源对污染物浓度的贡献，首先对来自C3、T2和R1的水样进行了稀释曲线分析。基于已建立的定性分子指纹及稀释结果分析，通过设置不同的条件筛选出用于定量分析的特征化合物。筛选条件包括：化合物必须在至少三个最高稀释水平（100%、40%和16%）中均有检出；化合物的峰面积与其稀释比例之间具有较强的相关性（R² ≥ 0.80，斜率 ≥ 0.30）；以及在相似的保留时间（± 0.2分钟）和质量（± 0.015 Da）范围内，该化合物的峰面积至少是其他样本中相应峰面积的5倍。通过一系列的筛选步骤，最终为C3、T2和R1分别建立了32、55和3142个定量指纹。基于筛选出用于定量分析的分子指纹，根据检测到的峰面积计算每种化合物的单个来源贡献，根据中位值估算最终贡献值。结果表明。在C4点位，上游（C3）和支流（T2）的贡献分别为96%和12%，三个来源的累计贡献在C6至C8点位之间为103%至114%，与实际情况对应。在C9点位，其他支流的加入导致大部分指纹化合物显著稀释，从而使所有来源的贡献均显著减少。这些结果充分展示了非靶向技术在分析和量化水环境中各个来源的贡献方面的能力，即使在多数已知污染物浓度低于检测限的情况下也有效。这种方法能够揭示不同水源在不同地点对污染物的贡献，为理解和示踪污染物的来源提供了一种强有力的工具。图 3 三种不同来源非靶向定量指纹的筛选情况（左）及对各点位的贡献评估结果（右）通过非靶向高分辨率质谱技术，不仅识别了水样中的新污染物，还创新性利用了非靶向分子指纹用于定量评估不同源在复杂混合系统中的贡献。此方法不需要对化合物进行鉴定，可通过构建潜在来源的指纹图谱对不同来源的贡献进行评估，展示了非靶向筛查技术在污染源识别、环境管理等方面的实用性与全面性，有助于制定更有效的污染控制策略。目前该技术仍处于发展阶段，未来将进一步探索各种因素包括基质效应、非靶向化合物的持久性及源组成的时间变化对源分配准确性的影响，以期提高对复杂环境系统的理解和管理能力，最终有助于生态环境保护。
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