液相色譜—串聯(lián)質譜測定印染廢水中3種堿性染料

馬振英　郭浩

摘 要：建立了液相色譜-串聯(lián)質譜法（LC-MS/MS）測定印染廢水中堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種堿性染料的檢測方法。采用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1）萃取堿性染料，經(jīng)凝膠滲透色譜凈化濃縮，液相色譜-串聯(lián)質譜儀測定，結果表明：3種堿性染料在5.0～100.0 ng/mL范圍內，線性關系良好，相關系數(shù)（R2）大于0.999 6；檢出限在2.5～5.0 g/L之間；回收率在88.6%～98.4%之間，相對標準偏差（RSD）在1.3%～2.7%之間。該方法自動化程度高、樣品前處理簡單、靈敏度高、檢出限低、結果準確可靠、回收率和重現(xiàn)性良好，可用于印染廢水中三種堿性染料殘留量的同時測定。

關 鍵 詞：液相色譜-串聯(lián)質譜法；印染廢水；堿性橙2； 堿性橙21； 堿性橙22

中圖分類號：TQ 610.9；X703 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1494-04

Determination of Three Kinds of Basic Dyes in Dyeing Wastewater

by Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

MA Zhen-ying1， GUO Hao2

（1. Zaozhuang Environmental Protection Science Research Institute Co.， Ltd.，Shandong Zaozhuang 277100， China；

2. Zaozhuang Environmental Monitoring Station， Shandong Zaozhuang 277100， China）

Abstract： A determination method of basic orange 2， basic orange 21 and basic orange 22 in dyeing wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry was developed. The basic dyes were extracted with a mixture of ethyl acetate and cyclohexane （volume ratio 1：1）， and purified and concentrated by gel permeation chromatography， and detected by liquid chromatography tandem mass spectrometry. The results show that the linear ranges of three basic dyes are from 5.0 ng/mL to 100.0 ng/mL， and R2 is no less than 0.999 6， and the detection limits are from 2.5 g/L to 5.0 g/L， and the recovery rates are from 88.6% to 98.4%， and the relative standard deviations are from 1.3% to 2.7%. The method has high automation， simple sample preparation， high sensitivity， low detection limit， the accurate and reliable result， high recovery rate and good reproducibility， and can be used for determination of residues of basic dyes in printing and dyeing wastewater.

Key words： Liquid chromatography tandem mass spectrometry； Dyeing wastewater； Basic orange 2； Basic orange 21； Basic orange 22

堿性染料（basic dyes），亦稱鹽基性染料，在水溶液中能解離生成陽離子色素的染料，包括堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22，主要用于紡織、紙張、木制品、皮革、文教用品的著色，是印染廢水中的主要污染成份，對人體有致突變、致癌、致畸等影響[1-3]。若印染廢水中堿性染料未經(jīng)有效處理而排入水體中，可對水體、土壤、生物等生態(tài)系統(tǒng)造成危害，并直接威脅飲用水和人體健康安全。

目前關于堿性染料的檢測方法有氣相色譜法（GC）[4]、紅外光譜法[5]、薄層色譜法[6]、液相色譜法（HPLC）[7，8]、液相色譜-串聯(lián)質譜法（LC-MS/MS）[9，10]等，其中LC-MS/MS具有化合物定性能力強，靈敏度高，選擇性好，可有效測定低濃度待測化合物而被廣泛應用，分析對象主要集中在水樣、食品、紡織品、土壤等介質，而對印染廢水中堿性染料的檢測研究較少，且由于印染廢水基質的復雜性和堿性染料在印染廢水中濃度較低的特點，檢測前需進行目標物富集和凈化等處理。為有效監(jiān)控堿性染料在印染廢水中的殘留量，本文采用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1∶1）萃取堿性染料，經(jīng)凝膠滲透色譜（Gel Permeation Chromatography，GPC）凈化濃縮，建立液相色譜-串聯(lián)質譜法（LC-MS/MS）測定印染廢水中堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種堿性染料的檢測方法，該方法自動化程度高、樣品前處理簡單、靈敏度高、檢出限低、結果準確可靠、回收率和重現(xiàn)性良好，適用于印染廢水中背景基質復雜、目標物濃度低等樣品分析，可用于印染廢水中三種堿性染料殘留量的同時測定，為印染廢水排放監(jiān)管提供檢測技術。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿質譜儀（Waters Acquity UPLC XEVO TQ MS型，美國沃特世公司）、全自動凝膠滲透色譜儀（J2 Accuprep型，美國J2公司）、電子分析天平（XS-205型，賽多利斯北京有限公司）、超純水器（Milli-Q型，美國Millipore公司）、氮吹儀（HGC-24型，天津恒奧科技有限公司）、旋轉蒸發(fā)儀（R-210/215型，瑞士BUCHI公司）、超聲波清洗器（KQ-2200型，昆山市超聲儀器有限公司）；離心機（Legend RT型，德國Heraeus公司）。

乙酸乙酯、環(huán)己烷、丙酮、二氯甲烷、甲醇、乙腈、甲酸為色譜純（德國默克公司）；堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種標準物質，純度均≥89.0%，購自德國Dr Ehrenstorfer GmbH公司 ，具體信息見表1。實驗用水為超純水。

堿性染料標準儲備溶液：分別精確稱取適量堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22標準品，用甲醇溶解配制成1.00 mg/mL的堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22標準儲備溶液，-20℃冰箱避光保存。

堿性染料標準工作溶液：取各標準儲備溶液1 mL于10 mL容量瓶中，分別配制為濃度5、10、20、50、100 ng/mL，用甲醇定容至刻度，混勻備用。

1.2 色譜條件

色譜柱：Waters ACQUITY UPLC BEH C18，規(guī)格2.1×150 mm×1.7 ?m；流動相：A相為0.1%甲酸水溶液，B相為純乙腈；柱溫：35 ℃；流速：0.2 mL/min；進樣體積：10 ?L；洗脫方式：梯度洗脫，具體梯度洗脫程序見表2。

1.3 質譜條件

離子化模式：電噴霧離子源（ESI）；分析模式：正離子模式；檢測方式：多反應監(jiān)測（MRM）；離子源溫度：150 °C；脫溶劑氣：氮氣，750 L/Hr，350 °C；錐孔氣：氮氣，40 L/Hr；碰撞氣：氬氣；噴霧電壓：30 kV；其它相關參數(shù)見表1。

1.4 GPC凈化

GPC凈化柱：300 mm×10 mm（柱長×內徑），填料為Bio-Breads S-X3；洗脫液：乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1）；泵流速：4.7 mL/min；上樣體積：5 mL；檢測波長為254nm。GPC運行程序：收集15～20min組份，35 ℃真空蒸發(fā)近干，用1 mL乙腈溶解定容后過0.22 ?m有機濾膜，供LC-MS/MS上機測定。

1.5 樣品前處理

稱取印染廢水5 g（精度0.1 mg）樣品于50 mL聚四氟乙烯離心管中，加入10 mL乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1），渦旋均勻后超聲提取10 min，10 000 r/min離心5 min，收集上清液；殘渣再用10 mL乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1）重復萃取一次，合并兩次上清液，35 ℃真空蒸發(fā)近干后，用乙酸乙酯溶解，定容至5 mL，待GPC凈化。

2 結果與討論

2.1 質譜條件的優(yōu)化

分別將1.0 μg/mL堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22標準溶液，采用蠕動泵流動注射的方式在電噴霧離子源（ESI）下進行正負離子掃描，確定其準分子離子峰；然后以分子離子峰作為碰撞誘導裂解的母離子，對噴霧電壓、離子源溫度、脫溶劑氣流量等質譜參數(shù)進行優(yōu)化，再進行二次質譜掃描。試驗結果表明：堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22均在正離子模式下具有豐度較高的準分子離子峰[M+H]+及其子離子。各目標化合物中選擇豐度最大的母離子及對應的響應值最高的子離子為定性離子對，以靈敏度最高、基質干擾小的子離子為定量離子對，并進行多反應監(jiān)測（MRM）參數(shù)優(yōu)化（表1）。

2.2 色譜條件的選擇和優(yōu)化

以Waters ACQUITY UPLC BEH C18作為分析柱，考察甲醇/乙腈-水、甲醇/乙腈-0.1%甲酸水、甲醇/乙腈-乙酸銨溶液等作為流動相時，三種堿性染料在不同流動相體系中的分離情況。試驗結果表明：以甲醇/乙腈-0.1%甲酸水作為流動相時，三種堿性染料響應值高于甲醇/乙腈-水、甲醇/乙腈-乙酸銨溶液，這可能是由于水溶液中加入少量甲酸有助于三種堿性染料的離子化，從而提高其響應值，且由于流動相中添加了0.1%甲酸而抑制微生物的滋生，從而延長了流動相使用期限；乙腈-0.1%甲酸水溶液體系能有效地分離三種堿性染料，且分離度大于1.5，基線平穩(wěn)、峰型尖銳且對稱（圖1），經(jīng)優(yōu)化后的流動相梯度洗脫程序見表2。因此流動相選擇乙腈-0.1%甲酸水溶液。

2.3 提取溶劑的選擇

根據(jù)堿性染料的溶解特性和相似相容性原理，考察了乙酸乙酯、環(huán)己烷、丙酮、二氯甲烷、乙腈作為提取溶劑對三種堿性染料的提取效率（圖1）。試驗結果表明：1）依照三種堿性染料平均提取率大小順序依次為：乙酸乙酯（91.2%）>環(huán)己烷（83.1%）>乙腈（76.9%）>二氯甲烷（68.2%）>丙酮（47.4%），其中丙酮、二氯甲烷對三種堿性染料的提取率在70%以下，提取效率不高，且提取液存在色素等雜質；環(huán)己烷對三種堿性染料的提取率平均值83.1%，提取液澄清；乙酸乙酯對三種堿性染料的提取率較高，提取率在89.3%～93.4%之間，平均值91.2%，但提取時共提物較多，提取液中脂肪較多，增加了凈化的壓力。2）當使用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1）作為提取溶劑時，三種堿性染料的提取率在90.4%～94.7%之間，平均值92.3%，高于單一溶劑提取效率，這肯能是由于乙酸乙酯和環(huán)己烷之間的溶劑效應，從而引起提取率的提高。因此提取溶劑選擇乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1：1）。

2.4 GPC凈化條件的選擇

印染廢水經(jīng)乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1∶1）提取，使大量高分子有機物被共同提取出來，需經(jīng)有效凈化后，才能使目標物富集和凈化，以避免污染色譜柱和質譜儀。本文采用填料為Bio-Breads S-X3的GPC凈化柱（300 mm×10 mm）對印染廢水進行凈化，洗脫液采用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1∶1），泵流速為4.7 mL/min。以堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種堿性染料標準比較沖洗時間與回收率的關系，試驗顯示：當收集15～20 min組份時，三種堿性染料的回收率在92.4%～98.7%。故選擇GPC收集時間為15～20 min。

2.5 線性方程與檢出限

將堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種堿性染料混合標準溶液逐級稀釋，按上述色譜-質譜條件進行測定，以各目標組分選擇特征離子峰面積（y）對質量濃度（x）繪制標準曲線，求回歸方程。試驗結果顯示：在5.0～100.0 ng/mL范圍內，線性關系良好，相關系數(shù)（R2）大于0.999 6，三種堿性染料的線性回歸方程、相關系數(shù)和線性范圍見表3。

依據(jù)信噪比S/N=3求檢測限，將配制好的混標溶液成倍稀釋，當堿性橙2濃度為5.0 g/L時，得S/N= 2.91，故其檢出限為5.0 g/L；同理得堿性橙21和堿性橙22的檢出限分別為5.0 g/L和2.5 g/L。

2.6 加標回收率與精密度

對于空白印染廢水樣品，分別添加堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22混合標準溶液低、中、高三個濃度水平，進行回收率與精密度試驗（表4）。從表4中可知，三種堿性染料在加標濃度為5.0～100.0 μg/L范圍內，平均回收率分別為88.6%～98.4%，相對標準偏差（RSD）為1.3%～2.7%。

2.7 實際樣品的測定

隨機選取不同的印染企業(yè)廢水處理池出水口廢水試樣10份，按照本文前處理和儀器條件進行上機測定，結果表明：不同來源的10份印染廢水中，4份檢出堿性橙2，含量在53.7～374.1 μg/L之間；3份檢出堿性橙21，含量在47.2～184.3 μg/L之間；5份檢出堿性橙22，含量在37.5～594.6 μg/L之間。這說明在實際的印染企業(yè)廢水中存在著堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22等堿性染料殘留量，若這些印染廢水中堿性染料未經(jīng)有效處理而排入水體中，可對水體、土壤、生物等生態(tài)系統(tǒng)造成危害，并直接威脅飲用水和人體健康安全，環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)管部門應對堿性染料排放進行監(jiān)督管理。

3 結 論

本文采用乙酸乙酯-環(huán)己烷混合溶液（體積比1∶1）萃取堿性染料，經(jīng)凝膠滲透色譜（Gel Permeation Chromatography，GPC）凈化濃縮，建立液相色譜-串聯(lián)質譜法（LC-MS/MS）測定印染廢水中堿性橙2、堿性橙21、堿性橙22三種堿性染料的檢測方法。結果表明：3種堿性染料在5.0～100.0 ng/mL范圍內，線性關系良好，相關系數(shù)（R2）大于0.9996；檢出限在2.5～5.0 g/L之間；回收率在88.6%～98.4%之間，相對標準偏差（RSD）在1.3%～2.7%之間。該方法自動化程度高、樣品前處理簡單、靈敏度高、檢出限低、結果準確可靠、回收率和重現(xiàn)性良好，可用于印染廢水中三種堿性染料殘留量的同時測定，為印染廢水排放監(jiān)管提供檢測技術。

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