雙抑制離子色譜法同時檢測生活飲用水中9種陰離子

陳微，謝宏斌，徐小娜，林茜，李菲菲，肖福兵，梁好，楊勝園

(1.南華大學 公共衛生學院，湖南 衡陽 421001；2.衡陽市疾病預防控制中心，湖南 衡陽 421001)

隨著飲用水安全受到廣泛關注，對飲用水進行消毒是確保飲用水安全的有效措施。在消毒處理時，消毒劑[1-3]與水中的自然有機物和人為污染物發生反應，形成溴酸鹽[4]、亞氯酸鹽和氯酸鹽[5]等消毒副產物(DBPs)[6]。這些DBPs對人體健康存在不良影響，《生活飲用水衛生標準》把這些物質[6]列為常規檢測指標[7]。除此之外，飲用水中其他陰離子含量過高，也會對人體健康產生危害[8-9]。因此，監測水中無機陰離子的濃度對維護人類健康非常重要。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

無水碳酸鈉、碳酸氫鈉均為優級純；氟離子(GSB 04-1771-2004，1 000 μg/mL)；亞硝酸鹽離子(GSB 04-2839-2011，1000 μg/mL)；硝酸鹽離子(GSB 04-1772-2004，1 000 μg/mL)；氯化物(GSB 04-1770-2004，1 000 μg/mL)；磷酸鹽離子(GSB 04-2835-2011，1 000 μg/mL)；硫酸鹽(GSB 04-1773-2004(a)，1 000 μg/mL)均來自國家有色金屬及電子材料分析測試中心；亞氯酸鹽(o2si-062016-0101，1 000 μg/mL)和氯酸鹽(o2si-062014-01-01，1 000 μg/mL)均來自美國o2si；溴酸鹽(GBW 08676，1 000 μg/mL)來自中國計量科學研究院；實驗用水為超純水(電阻率 18.2 MΩ·cm)；水系過濾膜(0.22 μm)。

930型瑞士萬通離子色譜儀；MagIC Net色譜工作站；863自動進樣器；A Supp7陰離子分析柱(250 mm×4 mm)；A Supp5 Guard(5 mm×4 mm)；882 Compact IC plus 1 化學抑制型電導檢測器；Milli-Q超純水機；過濾器(天津市津騰實驗設備有限公司)。

1.2 儀器工作條件

分離柱為A Supp7陰離子分析柱；保護柱為A Supp5 Guard陰離子保護柱；檢測器為電導檢測器；定量環體積100 μL；抑制器為化學抑制器MSM(50 mmol/L H2SO4)和二氧化碳抑制器(MCS)；色譜柱溫度45 ℃；流動相淋洗液濃度4.0 mmol/L Na2CO3+1.7 mmol/L NaHCO3；流動相流速0.8 mL/min。

1.3 樣品采集與測定

采用密封性好、硬質的聚乙烯瓶采集樣品，置于4 ℃冰箱避光保存，用0.22 μm濾膜過濾后直接進樣，等儀器基線達到平衡，上機測定，以保留時間定性，峰面積定量。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 色譜柱的選擇 根據待測的9種物質的特性，選擇高分辨率的Metrosep A Supp 7 (250/4.0 mm) 柱，可以滿足同時測定常見陰離子和消毒副產物，并具有優秀的分離性能和指示靈敏度。

2.1.2 淋洗液濃度的選擇 結合選定的色譜柱的性質，本實驗選用Na2CO3-NaHCO3體系的淋洗液。為了得到最佳分離效果，考察在不同淋洗液濃度下9種陰離子的分離情況。結合文獻[12]，初步固定NaHCO3濃度為1.7 mmol/L，考察Na2CO3濃度在1.8～4.5 mmol/L之間各離子的分離情況。不同Na2CO3濃度下各離子的分離圖譜見圖1(a)。由圖1(a)可見，9種陰離子的出峰時間均隨碳酸鈉濃度的增加而減少，其中磷酸鹽和硫酸鹽變化明顯，其他離子變化不明顯。當以分離度(Rs) 表示分離效果時，Rs>1.5，相鄰離子分離，表明能準確定量[13]。隨著碳酸鈉濃度從1.8 mmol/L增加到4.5 mmol/L，各離子之間的分離度逐漸降低。在Na2CO3濃度為4.5 mmol/L時，亞氯酸鹽和溴酸鹽之間的分離度為0.26，溴酸鹽和氯離子之間分離度為0.46，這3種物質分離效果不好。在Na2CO3濃度為4.0 mmol/L時，各離子之間的分離度為1.55～7.82，分離度均大于1.5，可準確定量，能很好分離且分析時間較短，在21 min內9種陰離子全部出峰。綜合分析，選擇Na2CO3濃度為4.0 mmol/L。

然后固定Na2CO3濃度為4.0 mmol/L，探討NaHCO3濃度在1.0～2.3 mmol/L之間各離子的分離情況。不同NaHCO3濃度下各離子的分離圖譜見圖1(b)。由圖1(b)可見，除了硫酸鹽和磷酸鹽隨著NaHCO3濃度增大出峰時間減小且變化>1 min，其他物質出峰時間均變化不大。在不同碳酸氫鈉濃度下，各離子間的分離度均大于1.5，當碳酸氫鈉濃度為1.7 mmol/L時，亞氯酸鹽和溴酸鹽的分離度為1.56。綜合考慮分離度和保留時間，選擇最優淋洗液濃度為4.0 mmol/L Na2CO3+1.7 mmol/L NaHCO3。

圖1 不同Na2CO3(a)、NaHCO3(b)濃度下各離子的分離圖譜

2.1.3 柱溫度的選擇 在25～55 ℃范圍內研究柱溫對分離效果的影響，發現柱溫越低，泵壓力越大，過高的壓力會影響色譜柱的使用壽命。柱溫為25 ℃時泵壓力達到14 MPa，硝酸鹽和硫酸鹽的分離度為1.37，不能準確定量。色譜柱柱溫為50 ℃和55 ℃時，亞氯酸鹽和溴酸鹽的分離度分別是0.85和0.94，小于1.5，不能準確定量。不同溫度下各離子的分離圖譜見圖2。由圖2可知，當柱溫從25 ℃升到55 ℃時，多價離子如磷酸鹽和硫酸鹽的滯留時間延長。其他陰離子隨著溫度的升高，保留時間稍微縮短，但硝酸鹽是一個例外，可以看出硝酸鹽的保留時間明顯減少，同時峰形的對稱性得到明顯的改善。在色譜柱柱溫低于35 ℃時，磷酸鹽比硝酸鹽出峰快。在柱溫溫度為35 ℃時，磷酸鹽和硝酸鹽的峰重疊，兩者分不開。當色譜柱柱溫大于35 ℃時，硝酸鹽比磷酸鹽出峰快。在色譜柱柱溫45 ℃時，9種陰離子均很好的分離，并且總的出峰時間為19.76 min。綜合所述，選擇最佳色譜柱柱溫為45 ℃。

圖2 不同溫度下各離子的分離圖譜

2.1.4 淋洗液流速的選擇 實驗優化淋洗液流速在0.6～1.0 mL/min范圍內對分離效果的影響。當流速在0.6～1.0 mL/min之間時，流速越低，各陰離子間分離越好，但分析時間變長；流速越快，分析時間越短，但分離變差。因亞氯酸鹽和溴酸鹽的分離度是9種離子中最低的，可以用亞氯酸鹽和溴酸鹽的分離度來判斷流速對分離度的影響。當流速大于0.8 mL/min時，亞氯酸鹽和溴酸鹽的分離度小于1.5，不能準確定量。因此，選定最佳淋洗液流速為0.8 mL/min。

2.1.5 進樣體積的選擇 實驗優化100 μL和200 μL 兩種定量環體積，當定量環體積為200 μL時，痕量溴酸鹽的標準曲線線性不理想。而選擇100 μL 的定量環時，溴酸鹽的標準曲線線性大于0.999且對溴酸鹽標準系列最高點的分離度有很大改善，同時在本方法線性范圍內對其他物質的分離和出峰時間影響不大，也不會造成高濃度的常量分析物致色譜柱過載。綜合考慮，選擇100 μL定量環來作為進樣體積，可同時滿足痕量和常量物質的同時分析。

2.2 色譜分離

在上述優化條件下，9種陰離子分離度為1.55～7.82，各離子分離良好，無相互干擾，且基線平穩，峰型對稱(如圖3所示)。氟離子、亞氯酸鹽、溴酸鹽、氯離子、亞硝酸鹽、氯酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽9種陰離子保留時間依次為5.62，7.55，7.90，8.61，10.50，13.80，15.17，17.00，19.98 min在21 min 內依次出峰。

圖3 9種陰離子標準溶液色譜圖

2.3 回歸方程、檢出限和精密度

在已優化的實驗條件下，取接近空白濃度的重復測定11次，求出標準偏差，按照公式CL=3Sb和CQ=10Sb計算得到9種陰離子的檢出限和定量限。9種無機陰離子的線性回歸方程、線性范圍、相關系數、檢出限和定量限見表1。由表1可知，9種離子的線性相關系數r均大于0.999，表明相關性好。對低、中和高濃度的混合標準溶液進行精密度實驗，分別平行測定7次，計算相對標準偏差(RSD)。實驗結果表明，9種無機陰離子的相對標準偏差在0.04%～4.82%，具有較好的重現性。

表1 9種無機陰離子的線性回歸方程、線性范圍、相關系數、檢出限和定量限

2.4 加標回收率測定

以去離子水和實際樣品為本底，分別加入低、中、高三個濃度的混合標準溶液，平行測定7次。計算加標回收率，結果見表2。由表2可知，9種陰離子的空白樣品平均加標回收率為90.0%～102.6%，相對標準偏差為0.12%～2.19%，而實際樣品的平均加標回收率為89.7%～105.6%，相對標準偏差均小于5%，可滿足實際樣品的分析要求。

表2 9種被測物的加標回收率(n=7)

2.5 實際樣品測定

由于自來水廠的消毒工藝不一，所以不同水廠中陰離子含量會有所不同。根據本方法測定衡陽市4個自來水廠中出廠水的目標物濃度，結果見表3。

表3 4個自來水廠的出廠水中目標污染物的濃度

注：“-”表示低于檢測限。

由表3可知，4個自來水廠都有氯酸鹽檢出，說明是可能采用了二氧化氯消毒工藝，濃度范圍在0.01～0.03 mg/L之間，均在限值范圍內，符合國家對飲用水消毒工藝的要求。

3 結論