離子色譜串聯四極桿質譜聯用法快速檢測飲用水中9種鹵代乙酸

2020-09-03 08:28:40任潔芳姜振邦張慧敏張東雷

分析儀器 2020年4期

任潔芳姜振邦王瑾張慧敏朱巖張東雷 *

(1.浙江省產品質量安全檢測研究院，杭州 310028；2.上海愛博才思分析儀器貿易有限公司，北京 100015；3.浙江大學，杭州 310028)

飲用水中的鹵代乙酸(HAAs)是水質消毒過程中產生的一種有害物質。目前使用的臭氧消毒方法相比于傳統消毒方法，產生的總消毒副產物含量下降，但HAAs卻顯著增加，主要包氯取代、溴取代和氯溴混合取代的乙酸等三類。早在1987年，Herren Freund等研究就已表明二氯乙酸和三氯乙酸可引起小鼠肝腫瘤，此后不斷有報道氯代乙酸對嚙齒類動物有致癌作用[1-3]，方城等研究表明，二溴乙酸可以導致小鼠和大鼠產生DNA[4]，有研究證明二溴乙酸比二氯乙酸和三氯乙酸具有更強的DNA損傷性[5]。因此長期飲用含鹵代乙酸的水可產生致癌風險。美國國家環保局公布的飲用水第一階段控制法中規定5種HAAs的最大運行濃度為60 ng/mL[6]。我國也有相關標準對二氯乙酸和三氯乙酸做出限量要求，《國家城市供水水質標準》要求此兩種氯乙酸不高于60 ng/mL[7]，《生活飲用水衛生標準》要求二氯乙酸不高于50 ng/mL，三氯乙酸不高于100 ng/L[8]。

由于HAAs極性較大，目前飲用水中HAAs的測定方法主要有衍生化氣相色譜法[9,10]，高效液相色譜法[11]，液相色譜質譜法[12]，離子色譜法[13]和離子色譜質譜聯用法[14]。其中離子色譜法非常適用于鹵代乙酸這類化合物，其極性較大，在常規反向液相色譜柱無保留行為，而是使用特殊固定相的液相色譜柱(如五氟苯基柱等)雖有部分改善，但往往柱效下降較快，壽命短，此外HAAs結構簡單無紫外吸收，使用離子色譜法無需進行萃取衍生等繁瑣前處理，通過微孔濾膜過濾后可直接進樣檢測。本文基于離子色譜和三重四極桿串聯質譜法建立了9種鹵代乙酸的快速檢測方法。本方法簡單、快速、靈敏度高、穩定性好，可為進一步提升飲用水安全監控提供有效技術支持。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：ICS-1100型離子色譜儀，配自動進樣器，AXP型外置泵，Thermo Fisher公司； TripleQuad 5500型三重四極桿質譜儀，SCIEX公司；MS105DU型分析天平(十萬分之一精度)，METTLER-TOLEDO公司；Milli-Q?Direct純化水儀，Millipore公司。

試劑與耗材：碳酸鈉(優級純，上海國藥公司)；實驗用水為超純水，自制；鹵代乙酸類 9種標準品，均購自Sigma公司(信息見表1)，OnGuard II Ba/Ag/H小柱(2.5cc)賽默飛世爾科技公司。

表 1 化合物信息物信息表

1.2 標準溶液配制

分別準確稱取10 mg(精確至0.01 mg，以實際稱取質量為準)標準品粉末，溶解于 10 mL 超純水中配制成1000 mg/L的標準儲備液，放置于4 ℃冰箱待用，30天穩定。以超純水作為溶劑，將9種鹵代乙酸按照0.1 、0.5、1、5、10、20、50和100 ng/mL濃度水平配制成混合系列標準溶液(以實際計算數量為準)，配制后于4 ℃保存，48小時內使用，考察線性關系。

1.3 樣品前處理方法

礦泉水樣品經0.22 μm微孔濾膜過濾后轉移至2 mL進樣小瓶，直接進樣分析。市政自來水或氯消毒飲用水經過Ba/Ag/H小柱過濾，棄去初濾液5 mL，續濾液轉移至2 mL進樣小瓶后進樣分析。

1.4 儀器條件

(1)色譜條件

使用ThermoFisher IonPac AS22-Fast(150× 4 mm)陰離子交換色譜柱，配保護柱 IonPac AG22-Fast(30 ×4 mm)；柱溫：35 ℃；進樣量：10 μL；流動相為10 mmol/L Na2CO3，流速1.2 mL/min等度洗脫9 min；AERS 500型抑制器(4mm)，抑制電流40mA，抑制器后配備CRD 300型二氧化碳抑制器(4mm)，電化學抑制器與二氧化碳抑制器使用外接水模式。

(2)質譜條件

使用電噴霧離子源(ESI)，負離子掃描模式；噴霧電壓： -4500 V；選擇多反應監測(MRM)；離子源溫度：550 ℃；氣簾氣壓力：25 psi；霧化氣壓力：55 psi；加熱輔助氣壓力：50 psi；碰撞氣：6；選擇反應監測離子對信息及其他參數見表 2。

表 2 9種鹵代乙酸的質譜采集參數

2 討論與實驗結果

2.1 質譜參數考察

本實驗使用Analyst的自動優化功能，使用注射泵(syringe pump)進樣，優化得到母離子、子離子、去簇電壓、碰撞能量等參數并建立MRM采集方法。通過離子色譜質譜聯用模式，使用20 ng/mL濃度水平的混合標準溶液考察了噴霧電壓和離子源溫度兩個主要參數，其中9種鹵代乙酸的響應均隨噴霧電壓增加而增加，因此選定最大值-4500 V為噴霧電壓，而各鹵代乙酸的響應隨溫度呈現不同變化趨勢，在550～600 ℃呈現最大響應區間，綜合考慮，選定550 ℃為本試驗最佳離子化溫度(如圖1所示)。

圖1 9種鹵代乙酸離子源溫度考察

2.2 干擾因素考察

考察水中常見陰離子對鹵代乙酸的干擾，對其中與9種鹵代乙酸保留時間相近的氯離子和硫酸根離子進行考察。本實驗使用“1.4”項下儀器條件進樣考察，分別在含有氯離子和硫酸根離子濃度為0、2.5、5、10、20和50 μg/mL的溶液中配制20 ng/mL濃度水平的混合標準溶液進樣，其中一氯乙酸、二氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸和一氯一溴乙酸因保留時間與氯離子接近，隨氯離子濃度增大響應顯著降低，三氯乙酸保留時間與硫酸根離子接近，隨硫酸根離子濃度增大響應略有降低。這是因為氯離子和硫酸根離子電負性較大，對共洗脫的其他負離子形成離子化基質抑制，造成響應信號降低。使用Ba/Ag/H復合過濾柱對含氯離子和硫酸根離子0和50 μg/mL的模擬樣品進行過濾后進樣考察，發現Ba/Ag/H復合過濾柱可以完全除去水中氯離子和硫酸根離子，鹵代乙酸響應信號強度與超純水配制樣品無顯著差別，因此在前處理中，對市政自來水和使用氯消毒的飲用水應使用Ba/Ag/H復合過濾柱過濾后進樣分析(如圖2所示)。

圖2 9種鹵代乙酸在不同濃度氯和硫酸根離子溶液中考察

2.3 專屬性考察

采用上述儀器分析方法，9種鹵代乙酸在 9分鐘內均可獲得良好的色譜峰，圖 3、圖4為空白超純水和9種鹵代乙酸在10 ng/mL濃度水平處的選擇離子流提取圖，各化合物在出峰時間處均無干擾，專屬性良好。

圖3 4 超純水的提取離子色譜圖

圖4 9種鹵代乙酸的提取離子色譜圖(10 ng/mL)

2.4 線性范圍測試

采用上述儀器分析方法，對 9種鹵代乙酸進行線性范圍測試，線性相關系數r2均大于 0.99，線性關系良好。9種鹵代乙酸線性方程、線性范圍及線性相關系數結果見表 3。

表 3 9種鹵代乙酸線性方程

2.5 精密度考察

采用上述儀器分析方法，對 9種鹵代乙酸進行精密度測試(5 ng/mL濃度水平 n=9)，實驗結果證明 9種鹵代乙酸的相對標準偏差RSD% 均小于 10%，9種鹵代乙酸LOD(S/N>3)、 LOQ(S/N>10)及RSD(n=9)結果見表4。

表 4 9 種鹵代乙酸的LOD、LOQ和RSD

2.6 樣品測試及加標回收率

對XX市自來水和來自超市采購的6個品牌瓶裝飲用水按試驗方法進行測試，其中市政自來水中檢出一氯乙酸，含量為2.62 ng/mL。其他8種鹵代乙酸均低于檢出限，6個品牌瓶裝飲用水均未檢出鹵代乙酸。分別使用市政自來水和某品牌瓶裝飲用水進行加標回收率試驗，每種樣品平行制作6份，分別按2.0、10和50 ng/mL濃度水平加標，結果為9種鹵代乙酸平均回收率在97% ～103%之間。