飲用水中消毒副產(chǎn)物3種氯乙酸的測定與分析

■ 楊創(chuàng)濤 楊 穎 彭 鷺 林 青

飲用水中消毒副產(chǎn)物3種氯乙酸的測定與分析

■ 楊創(chuàng)濤 楊 穎 彭 鷺 林 青

采用氯氣消毒是國內(nèi)飲用水最主要的消毒方式，但氯與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成的很多消毒副產(chǎn)物對人體有直接或間接的危害。消毒副產(chǎn)物中的鹵乙酸已經(jīng)被證實(shí)對囁齒類動物有致癌、致畸變、致突變作用，其致癌風(fēng)險占消毒副產(chǎn)物總致癌風(fēng)險的90%以上，已經(jīng)被美國EPA定義為人類潛在的致癌物。氯乙酸，即指β-碳原子上的一個或多個氫原子被氯原子取代的乙酸，是鹵乙酸的主要形式。其中二氯乙酸（DCA）和三氯乙酸（TCA）含量最高，致癌風(fēng)險最大，其致癌風(fēng)險分別是三氯甲烷的50倍和100倍。流行病學(xué)研究和動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，長期飲用加氯消毒的飲用水，會加大死于消化和泌尿系統(tǒng)癌癥的風(fēng)險。

世界各國對飲用水中氯乙酸規(guī)定了相應(yīng)濃度限值。其中我國GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，二氯乙酸不得超過50μg/L，三氯乙酸不得超過100μg/L，一氯乙酸（MCA）暫并未列入標(biāo)準(zhǔn)?！妒澜缧l(wèi)生組織飲用水質(zhì)量指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定一氯乙酸不得超過20μg/L?！睹绹嬘盟|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求最為嚴(yán)格，規(guī)定鹵乙酸總量不得超過60μg/L?？梢?，隨著人們對飲用水安全的要求不斷提升，針對氯乙酸的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將愈發(fā)嚴(yán)苛。

美國EPA公布的552系列方法是發(fā)達(dá)國家測定飲用水中氯乙酸普遍采用的方法，該方法使用甲基叔丁基醚萃取水中氯乙酸，再用疊氮甲烷將其酯化為氯乙酸甲酯，再用GC進(jìn)行檢測。而我國發(fā)布的GB/T 5750.10-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》，方法原理與EPA 552類似?？偟膩碚f，由于氯乙酸揮發(fā)性較差，GC檢測需涉及衍生化處理，樣品前處理操作較為復(fù)雜。近年來，陸續(xù)有學(xué)者對液相色譜質(zhì)譜串聯(lián)儀檢測飲用水中氯乙酸開展研究，此方法具有檢測速度快、靈敏度高、前處理簡單等特點(diǎn)。但運(yùn)用LC-MS/MS同時檢測多種氯乙酸的方法仍在摸索階段，在實(shí)際使用過程還存在著色譜峰分離較差，一氯乙酸及二氯乙酸回收率不理想的情況，液相和質(zhì)譜條件仍有待優(yōu)化。

本研究在液相分離流動相條件、質(zhì)譜條件、樣品除氯和保存等重要方面均進(jìn)行了全新的探索和試驗(yàn)，以建立一套適用于飲用水中一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸等3種氯乙酸同時測定的液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

ACQUITY超高效液相色譜儀-TQD三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，配有ESI離子源；色譜柱：ACQUITY UPLC CSH氟苯基色譜柱；Milli-Q超純水系統(tǒng)；甲醇、乙腈為色譜純試劑；色譜純乙酸；分析純硫代硫酸鈉；分析純抗壞血酸；標(biāo)準(zhǔn)溶液：MCA（M-552A-2）DCA（M-552A-3）和TCA（M-552A-4）均為AccuStandard的有證標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度均為100mg/L，甲醇介質(zhì)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，以去離子水為溶劑將標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋至一氯乙酸C=4.00mg/L；二氯乙酸C=1.00mg/L；三氯乙酸C=2.00mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間液。然后再用去離子水逐級稀釋為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.3 水樣的處理

自來水樣品添加硫代硫酸鈉去除余氯（每100mL水樣添加2mg）；樣品經(jīng)0.22μm親水PTFE濾膜過濾后，取約2mL直接上機(jī)檢測。

1.4 液相色譜/質(zhì)譜條件

1.4.1 液相色譜條件

色譜柱：ACQUITY UPLC CSH氟苯基色譜柱（50mm× 2.1mm，1.7μm）；柱溫箱溫度：35℃；進(jìn)樣量：10μL；流動相：0.1%乙酸水（A相）/0.1%乙酸乙腈（B相）；梯度洗脫程序見表1。

1.4.2 質(zhì)譜條件

電離方式：ESI，負(fù)離子模式；毛細(xì)管電壓：3.00kV；離子源溫度：120℃；脫溶劑氣溫度：400℃；脫溶劑氣流量：800L/h；反吹氣流量：20L/h。多離子反應(yīng)監(jiān)測方式（MRM），質(zhì)譜參數(shù)見表2。

表1 液相色譜流動相梯度洗脫程序

表2 3種氯乙酸多離子反應(yīng)監(jiān)測質(zhì)譜參數(shù)

1.5 測定

本方法采用外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件優(yōu)化

將3種氯乙酸標(biāo)液用甲醇配制成1.0mg/L的調(diào)諧液，以質(zhì)譜注射直接進(jìn)樣的方式，確定分子離子對及優(yōu)化毛細(xì)管電壓、錐孔電壓、透鏡電壓、碰撞能量及質(zhì)譜分辨率等質(zhì)譜參數(shù)。圖1結(jié)果表明，氯乙酸作為含羧基結(jié)構(gòu)的弱酸性氯代有機(jī)物，在ESI-電離方式下，獲得較高豐度的［M-H］-母離子。子離子碎片中，DCA和TCA主要以［M-COO］-的形式存在，存在少量的［Cl］-；而MCA由于分子較小較難破碎，子離子碎片主要以［Cl］-為主。

2.2 色譜條件優(yōu)化

2.2.1 色譜柱的選擇

本實(shí)驗(yàn)考察了Waters ACQUITY UPLC BEH C18、ACQUITY UPLC HSS T3和ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl三種不同色譜柱對氯乙酸的分離效果，詳見圖2。結(jié)果表明，采用Waters ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl時，目標(biāo)物分離效果、峰形和保留強(qiáng)度都優(yōu)于其他兩種。因此最終采用Waters ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl作為最佳色譜分析柱。

2.2.2 流動相體系選擇

參考李宗來等人的研究成果可知，采用含0.005%乙酸和乙腈作為流動相時，氯乙酸的分離效果和響應(yīng)值都較好。為強(qiáng)化檢測結(jié)果的穩(wěn)定性，在水相和有機(jī)相中同時添加乙酸，并考察了含不同比例乙酸的水和乙腈作為流動相時，氯乙酸的分離保留效果和基質(zhì)干擾情況，詳見圖3。結(jié)果表明，在流動相中加入一定比例的乙酸有助于提高氯乙酸在色譜柱上的保留效果，改善峰形，但當(dāng)乙酸比例達(dá)到0.15%時，三氯乙酸出現(xiàn)一定程度的峰展寬。在實(shí)際水樣檢測時，流動相中添加乙酸有利于抵制水體基質(zhì)效應(yīng)，流動相體系中乙酸比例達(dá)0.1%時，基質(zhì)效應(yīng)基本消失。因此，最終選擇0.1%乙酸水溶液和0.1%乙酸乙腈溶液作為流動相。

圖1 氯乙酸ESI-二級質(zhì)譜掃描圖（*為定量離子對，#為輔助定性離子）

圖2 不同色譜分析柱對氯乙酸分離效果

2.3 樣品除氯劑的選擇

為避免余氯與水中有機(jī)物反應(yīng)繼續(xù)生成氯乙酸，自來水樣品需添加除氯劑以去除水中余氯。本實(shí)驗(yàn)通過自來水考察了硫代硫酸鈉和抗壞血酸兩種常用除氯劑對自來水加標(biāo)樣品回收率的影響，結(jié)果詳見圖4。測試結(jié)果表明，抗壞血酸對一氯乙酸檢測有干擾，隨著其加入量的增加，一氯乙酸回收率明顯降低；三氯乙酸回收率出現(xiàn)異常升高趨勢，分析樣品提取離子流圖可知，抗壞血酸對三氯乙酸定量離子對有明顯的干擾。而以硫代硫酸鈉為除氯劑時，當(dāng)其含量為20mg/L時，三種氯乙酸回收率良好?；诹虼蛩徕c和氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式（Na2S2O3+4Cl2+5H2O=2NaCl+2H2SO4+6HCl）可知，單位體積內(nèi)20mg/L的硫代硫酸鈉理論上可去除35.9mg/L的氯氣。國標(biāo)GB5749-2006規(guī)定了出廠水中游離氯的限值為4mg/L，采用20mg/L硫代硫酸鈉作為水樣中的除氯劑，可滿足絕大多數(shù)飲用水水樣除氯的需要。因此，本標(biāo)準(zhǔn)采用20mg/L硫代硫酸鈉作為飲用水中氯乙酸檢測的除氯劑。

圖3 流動相中乙酸含量對氯乙酸分離效果和基質(zhì)干擾的影響出峰順序依次為MCA（40.0μg/L）-DCA（10.0μg/L）-TCA（20.0μg/L）

2.4 方法學(xué)驗(yàn)證

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

為考察方法線性范圍，本實(shí)驗(yàn)按照表1的濃度范圍配置了三種氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)系列曲線，相關(guān)系數(shù)R＞0.997，滿足常規(guī)檢測工作質(zhì)控要求，實(shí)際工作中應(yīng)依據(jù)實(shí)際需要制定合理的曲線濃度范圍。按照HJ 168-2010標(biāo)準(zhǔn)中空白實(shí)驗(yàn)中未檢出目標(biāo)物質(zhì)的檢出限測定方法，配制7份模擬水樣進(jìn)行平行測試后計(jì)算方法檢出限和測定下限，結(jié)果見表3。

表3 三種氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

2.4.2 精密度和回收率

對空白樣品進(jìn)行三種濃度水平的添加，每個濃度水平配制7份平行樣品進(jìn)行測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.0%，結(jié)果見表4。選取室內(nèi)自來水樣品進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度測試，每個濃度水平配制7份平行樣品進(jìn)行測定，樣品的平均加標(biāo)回收率在98.4%～104.3%之間，結(jié)果見表5。

圖4 樣品中添加兩種除氯劑后的回收率測試結(jié)果（n=3）

表4 三種氯乙酸精密度測試（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=7）

3 結(jié)論

本研究建立了飲用水中一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸的超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法。該方法水樣僅需簡單過濾處理即可直接上機(jī)檢測，通過ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl色譜柱分離，超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測，具有前處理簡單、分析速度快、靈敏度高、準(zhǔn)確性好的特定，能夠滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值檢測要求，適用于飲用水中氯乙酸的快速測定。

（作者單位：廣東粵港供水有限公司）

珠三角區(qū)域飲用水新興痕量污染物檢測和安全控制技術(shù)項(xiàng)目（2013B090500132）