论文标题：High-molecular-weight disinfection byproducts in simulated drinking water: characterization and identification via matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry

期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者：Zi-Ang Zhang, Liangliang Han, Guang Huang, Peng Shi, Qing Zhou, Jingfan Qiu, Yang Pan

发表时间：8 May 2025

DOI：10.1007/s11783-025-2024-5

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近日，南京大学环境学院潘旸副教授和南京医科大学病原体生物学与免疫学学系邱静凡等在Frontiers of Environmental Science & Engineering期刊第19卷第8期发表了题为“High-molecular-weight disinfection byproducts in simulated drinking water: characterization and identification via matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry”的研究论文。

饮用水消毒是保障公共健康的重要环节，但消毒过程中消毒剂与水中天然有机物反应会生成消毒副产物（DBPs）。其中，高分子量消毒副产物（HMW DBPs）因占总有机卤素含量的50%左右，并存在致突变性，其健康风险近年来备受关注。然而，现有的检测方法存在明显局限性，其中气相色谱-质谱（GC-MS）适用于挥发性低分子量DBPs，电喷雾电离-高分辨质谱（ESI-HRMS）则因“低分子量偏差”难以准确分析HMW DBPs，导致其分子结构与毒性机制研究长期滞后。

本研究针对HMW DBPs的检测需求，系统优化了基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）的实验条件。通过对比反射/线性正负离子模式下的检测效果，发现反射正离子模式可显著提升信号强度；进一步筛选超-2,5-二羟基苯甲酸（super-DHB）、CHCA等6种基质后，确定super-DHB在正离子模式下电离效率最高且变异系数最低。在激光强度优化中，90%激光能量下信噪比达到峰值，而过高能量会导致样品燃烧。阳离子化试剂筛选显示，2 mg/mL三氟乙酸钠（NaTFA）可促进目标物形成[M + Na]⁺离子，峰强度显著高于硝酸银与氯化钾。沉积方法对比中，三明治法则通过两层基质包裹样品，获得了直径小于50 μm的均匀晶体，信噪比达134.9且变异系数仅3.8%，优于干燥液滴法等其他三种方法（图1）。

图1 200倍放大倍数下样品晶体的扫描电子显微镜图像。

基于优化条件（20 mg/mL super-DHB基质、2 mg/mL NaTFA、反射正离子模式、激光强度90%、三明治沉积法），团队在模拟饮用水中检测到了5组间隔162 Da（淀粉单体分子量）的特征峰（图2）。同位素模式分析显示，这些物质不含卤素原子；结合激光诱导解离（LIFT）模式串联质谱，观察到质荷比（m/z） 为185、347、509等系列寡糖碎片离子，提示其为淀粉氧化降解产物（图3）。进一步通过数据库对比与元素组成分析，最终确定这些HMW DBPs的分子组成为C₃₀H₅₁O₂₇Na、C₃₆H₆₁O₃₂Na等，均为末端羧基化的聚葡萄糖醛酸钠盐。结构解析表明，这些产物源于淀粉在氯化消毒过程中的选择性氧化——葡萄糖残基的C6位羟基转化为羧基，同时糖苷键断裂形成低聚糖链。

图2 优化条件下制备和检测的模拟样品基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱图。

图3 质荷比（m/z）1051.3018离子的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱激光诱导解离模式产物离子扫描谱图。

本研究建立了适用于HMW DBPs的MALDI-TOF MS分析方法，为HMW DBPs的结构解析提供了可行的技术。研究表明，饮用水中HMW DBPs主要为淀粉氧化生成的寡糖羧酸，其形成机制与传统低分子量DBPs存在差异。未来研究可进一步将该方法应用于实际饮用水样本，评估HMW DBPs的真实存在水平与分布特征；同时，需结合毒理学实验阐明其健康效应，为饮用水安全风险评估与控制技术开发提供科学依据。

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本文内容来自FESE期刊2025年第19卷第8期发表的研究论文“High-molecular-weight disinfection byproducts in simulated drinking water: characterization and identification via matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry”。通讯作者为南京大学环境学院潘旸副教授和南京医科大学邱静凡。

引用格式：Zi-Ang Zhang, Liangliang Han, Guang Huang, Peng Shi, Qing Zhou, Jingfan Qiu, Yang Pan. High-molecular-weight disinfection byproducts in simulated drinking water: characterization and identification via matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Front. Environ. Sci. Eng., 2025, 19(8): 104 https://doi.org/10.1007/s11783-025-2024-5

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊，聚焦环境领域前沿问题与研究成果，重点关注开创性、跨学科的研究，致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台，是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊。

主编：曲久辉院士，John Crittenden院士

期刊官网1（国内免费获取）

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期刊官网2

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