高效液相色譜-電噴霧離子源-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法分析地表水中高氯酸鹽

謝永洪，楊 坪，錢(qián) 蜀，姚 歡，謝振偉，萬(wàn) 旭，葛 軍

四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 成都 610041

高氯酸鹽被廣泛用于軍工、核電、紡織印染、電鍍工作等領(lǐng)域［1］，具有強(qiáng)穩(wěn)定性、易溶于水等特點(diǎn)，且在大多數(shù)土壤和礦物質(zhì)上的吸附性很弱，一旦進(jìn)入水體會(huì)持續(xù)遷移，從而導(dǎo)致大范圍的地表水源和地下水受到污染，需要十幾年才能降解［2-3］。但高氯酸鹽是一種甲狀腺毒素，它會(huì)干擾碘的吸收，抑制激素生成，從而干擾正常的新陳代謝，影響胎兒、兒童腦部的發(fā)育，甚至造成腦部的損傷［4-6］。鑒于高氯酸鹽的危害性及其一旦污染造成的廣泛性，高氯酸鹽的研究引起了科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。

文獻(xiàn)報(bào)道的方法主要有離子色譜電導(dǎo)法［7-9］、離子色譜-質(zhì)譜法(IC-MS)［10-12］、液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)［13-15］。其中，直接進(jìn)樣離子色譜電導(dǎo)法靈敏度較低;采用在線(xiàn)濃縮/基體消除技術(shù)的二維離子色譜電導(dǎo)法檢出限能達(dá)ng/L，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分析時(shí)間長(zhǎng);IC-MS法靈敏度高，但該儀器價(jià)格昂貴，不普及，就目前而言，國(guó)內(nèi)僅幾家機(jī)構(gòu)配有該儀器;LC-MS法主要采用C18或C8等反相柱，但高氯酸鹽親水性強(qiáng)，在反相柱上保留很弱，很難與地表水基體中大量的其他陰離子進(jìn)行分離，即使采用了高選擇性的質(zhì)譜法進(jìn)行分析，也很難徹底消除基體的干擾。因此，這類(lèi)方法往往要求樣品基體單一或用萃取、過(guò)前處理小柱等方法去除基體離子。

該法采用離子交換柱作為分析柱，以能直接進(jìn)質(zhì)譜的0.056%弱堿性氨水與5 mmol/L乙酸銨混合液為流動(dòng)相，在50 μL進(jìn)樣的情況下，直接進(jìn)樣-負(fù)離子模式電噴霧離子化-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜法實(shí)現(xiàn)地表水中高氯酸鹽的測(cè)定。該法靈敏度高，能對(duì)亞微克每升級(jí)濃度水平的樣品進(jìn)行測(cè)定，高中低不同濃度樣品連續(xù)進(jìn)樣的精密度好、準(zhǔn)確度高，無(wú)需復(fù)雜前處理即能對(duì)地表水樣品進(jìn)行直接測(cè)定。同時(shí)，液相色譜質(zhì)譜儀在國(guó)內(nèi)已經(jīng)比較普遍，相較于IC-MS法更容易推廣。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

甲醇為HPLC級(jí);乙酸銨為HPLC級(jí);氨水為優(yōu)級(jí)純;高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為1 000 mg/L;超純水電阻率為18.2 MΩ·cm，美國(guó)。

高效液相色譜(LC-20A型)-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜(4000 QTRAP型);針式過(guò)濾器(天津)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 色譜條件

IonPac AG 20型離子交換色譜柱(4 mm×50 mm，美國(guó))，流動(dòng)相為0.056%氨水/5 mmol/L乙酸銨，1.0 mL/min流速，柱溫為35℃，進(jìn)樣量為50 μL。

1.2.2 質(zhì)譜條件

電離源為電噴霧離子源，負(fù)離子模式為MRM模式，母離子m/z為99.0，子離子m/z為82.9，氣簾氣 1.72×106Pa，碰撞氣為 high，噴霧電壓－3 500V;噴霧溫度650℃;霧化氣4.48×106Pa;輔助氣2.76×106Pa，射入電壓－7V;碰撞池射出電壓0 V，碰撞能量－36.83 V，錐孔電壓－66.98 V。

1.2.3 樣品預(yù)處理

地表水樣過(guò)0.22 μm聚醚砜針式過(guò)濾器后直接進(jìn)樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件的選擇

由于純水進(jìn)入質(zhì)譜會(huì)影響霧化效果，從而影響靈敏度，因此在1 mg/L水配制的高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入與水大致相等體積的甲醇，通過(guò)質(zhì)譜直接進(jìn)樣，Q1全掃尋找［M-H］分子離子峰，然后選擇該母離子在碰撞池碰撞后進(jìn)行二級(jí)子離子碎片全掃。獲得母離子和子離子后，在多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式下針對(duì)選定的母離子和子離子優(yōu)化射入電壓、碰撞池射出電壓、碰撞能量、錐孔電壓，優(yōu)化后質(zhì)譜條件如表1所示。高氯酸鹽的母離子和子離子全掃質(zhì)譜圖如圖1所示。

表1 MRM優(yōu)化質(zhì)譜條件

圖1 高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液Q1和MS2全掃圖

MRM模式優(yōu)化后，短接分析柱，連接0.1%氨水流動(dòng)相，以0.7 mL/min的流速，由自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)200 μg/L高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液10 μL，進(jìn)行離子源參數(shù)的優(yōu)化，優(yōu)化時(shí)候發(fā)現(xiàn)，由于流動(dòng)相中沒(méi)有有機(jī)相，因此當(dāng)碰撞氣選擇medium時(shí)，色譜峰毛刺較多，而當(dāng)選擇High時(shí)，得到的色譜峰則很光滑，如圖2所示。其他離子源參數(shù)的選擇主要體現(xiàn)在對(duì)靈敏度的影響上，優(yōu)化后的離子源參數(shù)如表2所示。

圖2 Medium和High碰撞氣條件下50 μg/L高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜峰

表2 離子化參數(shù)

2.2 色譜柱的優(yōu)化

高氯酸根在水溶液中以陰離子的形式存在，可以采用陰離子交換機(jī)理對(duì)其進(jìn)行分離。分別選擇 IonPac AG7(2 mm ×50 mm)、IonPac AG16(4 mm×50 mm)和 IonPac AG20(4 mm ×50 mm)陰離子交換色譜柱為分析柱，以0.1%氨水為流動(dòng)相，流速0.7 mL/min，10 μg/L標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣。結(jié)果表明，采用IonPac AG7柱保留太強(qiáng)，很難將高氯酸鹽洗脫;相比IonPac AG16，采用IonPac AG 20色譜柱時(shí)所出的色譜峰保留時(shí)間較短，且響應(yīng)信號(hào)明顯大于采用IonPac AG16所出的色譜峰。因此，選擇IonPac AG20(4 mm×50 mm)作為分析用色譜柱。

2.3 流動(dòng)相的選擇

由于陰離子交換色譜常用的氫氧化鉀、碳酸鈉等無(wú)機(jī)洗脫液不適合直接進(jìn)質(zhì)譜，因此選用能直接進(jìn)質(zhì)譜的具有弱堿性的氨水作為流動(dòng)相。實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，以0.1%氨水為流動(dòng)相，基線(xiàn)噪音較大，因此減少氨水量以改善基線(xiàn)噪音;但為了保證洗脫能力，在流動(dòng)相中加入乙酸銨。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)采用氨水體積分?jǐn)?shù)為0.056%，乙酸銨濃度為5 mmol/L時(shí)，高氯酸鹽分析靈敏度較好，分析時(shí)間較短。

2.4 方法的線(xiàn)性范圍、檢出限和精密度

將標(biāo)準(zhǔn)品用超純水稀釋得到一濃度系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)上述系列濃度各測(cè)定3次后，取其峰面積的平均值，以峰面積為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)，其線(xiàn)性范圍為0.2 ～50 μg/L，線(xiàn)性回歸方程為y=16 326+26 509x，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.999 4。

按照《HJ 168—2010分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定的檢出限實(shí)驗(yàn)方法，以質(zhì)量濃度0.2 μg/L連續(xù)進(jìn)樣7次考察方法的檢出限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法靈敏度高，0.2 μg/L的樣品進(jìn)樣仍能得到較高的相應(yīng)信號(hào)，檢出限低至0.043 μg/L。

在低濃度樣品中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液以獲得較高濃度的樣品，并與低、中濃度水平的地表水樣品連續(xù)進(jìn)樣進(jìn)行方法低、中、高濃度的精密度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。低、中、高濃度的地表水樣品連續(xù)進(jìn)樣10次得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.47%、4.55%和0.49%，可見(jiàn)，該法對(duì)于低、中、高濃度的不同地表水樣品的分析均具有較好的精密度。

表3 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將該法與EPA314.0的離子色譜電導(dǎo)法進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果見(jiàn)表4。由于離子色譜法(檢出限0.53 μg/L)靈敏度相對(duì)低一些，對(duì)低濃度的測(cè)定可能存在一定誤差，但總體而言，兩者分析結(jié)果基本吻合。

表4 比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.6 樣品分析

分析時(shí)，為了進(jìn)一步對(duì)樣品定性，利用儀器的Q-Trap增強(qiáng)型子離子掃描(EPI)功能，在進(jìn)行樣品MRM定量分析的同時(shí)將用于定量的母離子所產(chǎn)生的二級(jí)子離子的信號(hào)增強(qiáng)并對(duì)其進(jìn)行全掃，樣品和標(biāo)準(zhǔn)的EPI掃描的色譜峰與質(zhì)譜圖如圖3所示?？梢?jiàn)樣品和標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的m/z為99.0的二級(jí)碎片離子組成完全一致，定性準(zhǔn)確。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品色譜圖及質(zhì)譜圖

地表水樣品過(guò)0.22 μm聚醚砜針式過(guò)濾器后直接進(jìn)樣，按第1.2節(jié)色譜和質(zhì)譜條件進(jìn)行測(cè)定，外標(biāo)法定量，分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 樣品分析結(jié)果

3 結(jié)論

利用離子交換色譜柱Dionex AG20進(jìn)行分離，MRM定量檢測(cè)99.0/82.9離子對(duì)，質(zhì)譜儀的Q-Trap功能對(duì)用于定量的母離子進(jìn)行EPI掃描監(jiān)測(cè)以進(jìn)一步定性，建立了高效液相色譜-負(fù)離子模式電噴霧離子化-串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜測(cè)定地表水中高氯酸鹽的方法。方法定性能力強(qiáng)、精密度好、靈敏度高、線(xiàn)性范圍廣，檢出限達(dá)0.043 μg/L，能對(duì)環(huán)境水樣中的高氯酸鹽進(jìn)行直接測(cè)定，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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