【摘要】 正如本综述和案例研究所证明的那样，核磁共振具有巨大的潜力，可以帮助人们更好地了解废水中化合物的结构、相互作用、过程和毒性。

核磁共振波谱可以说是研究分子结构和相互作用的最强大工具，并且越来越多地应用于环境研究，例如废水研究。由于地球上超过 97% 的水是咸水，三分之二的淡水被冻结在冰盖和冰川中，因此非常需要维护和再利用剩余的 1%，这是一种宝贵的资源，对于可持续发展至关重要地球上大多数生命。废水的卫生和再利用是节约用水的重要方法，特别是在干旱地区，这使得对废水本身及其处理过程的了解成为环境研究的一个高度相关的领域。

 

Fig. 1. The 1H spectrum of (A) freeze-dried water DOM, compared to that of (B) whole water (direct analysis of water). Both spectra were acquired at 400 MHz. Reproduced【1】

 

图 1 就是一个例子，它比较了来自流水和非浓缩水的冻干 DOM 的光谱。虽然总体概况相似，但各个峰的强度存在显着差异，这表明即使像冻干这样简单（并且可以说是“温和”）的程序也可能导致样品改变。差异可能是由于以下因素综合造成的：挥发物损失、过滤损失、化学不稳定物质的分解以及生物变化（例如样品内的降解、代谢）。另一种常用的方法是反渗透（RO）。

 

在这项技术中，利用高压“迫使”水通过半透膜，浓缩溶解的物质[110]。该技术不需要对样品进行任何化学处理，但必须注意确保经常更换任何过滤/交换膜，以保持有效运行。例如，RO 已应用于天然水（实现了 25 倍浓缩）和废水，其中预浓缩（约 10-15 倍）足够有效，以至于 DOM 开始沉淀。废水文献中也报道了离心真空浓缩器（通常称为 SpeedVac）的使用。该技术结合使用离心、真空和加热来去除溶剂并浓缩样品。

 

Fig. 2. 500 MHz 1 H spectra of a water suppression standard (2 mM sucrose) without water suppression (A), using presaturation (B) and using SPR-W5- WATERGATE (C). The arrows indicate peaks attenuated by the suppression sequence. 【1】

 

图 2 显示了未抑制、预饱和抑制和 SPR-W5-WATERGATE 抑制光谱之间的比较。总体而言，WATERGATE 序列具有出色的抑制效果，但显示出附近共振的一些衰减。

 

正如本综述和案例研究所证明的那样，核磁共振具有巨大的潜力，可以帮助人们更好地了解废水中化合物的结构、相互作用、过程和毒性。在这篇综述中，申请是根据研究核心（1 H、13C等）进行组织的，并且在每个部分的末尾，都对未来的方向进行了彻底的讨论，因此没有必要在这里重新审视它们。

 

作为一个一般领域，核磁共振在废水中的应用可能会沿着两个不同但互补的轨迹出现分歧。第一个很可能会继续努力更好地解释废水的化学和生物学，并提供其他分析技术无法获得的独特信息。如此苛刻的研究将需要最佳的光谱色散和灵敏度，并且应采用不断增加的磁场强度和灵敏度改进方法（例如冷冻探针动态核极化/超极化、微线圈） 、新颖的靶向和基于混合物的 NMR 方法。第二条轨迹可能会导致使用低场核磁共振对废水进行实时现场监测，因为它的经济性、便携性和易用性。如果浓度足够高，系统可以直接采样和分析水中的有机指纹，而不太丰富的物种可以使用在线自动 SPE 进行预浓缩。由于低场核磁共振在环境和水研究中具有巨大的应用潜力，并且这些技术正在复兴，因此该主题值得在此进行简短的进一步讨论。

 

【1】Maryam Tabatabaei Anaraki, Daniel H. Lysak, Katelyn Downey, Flávio Vinicius Crizóstomo Kock, Xiang You, Rudraksha D. Majumdar, Andersson Barison, Luciano Morais Lião, Antonio Gilberto Ferreira, Venita Decker, Benjamin Goerling, Manfred Spraul, Markus Godejohann, Paul A. Helm, Sonya Kleywegt, Karl Jobst, Ronald Soong, Myrna J. Simpson, Andre J. Simpson,NMR spectroscopy of wastewater: A review, case study, and future potential,Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy,Volumes 126–127, 2021,Pages 121-180,ISSN 0079-6565

 

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