超高效液相色譜-串聯(lián)質譜法檢測飲用水中二氯乙酸和三氯乙酸

陳 際，周永芳，杜雙雙，詹子寬

(溫州市公用事業(yè)投資集團有限公司水質檢測中心，國家城市供水水質監(jiān)測網(wǎng)溫州監(jiān)測站，浙江溫州 325000)

飲用水水質與人們的身體健康密切相關。二氯乙酸、三氯乙酸是飲用水氯化消毒處理過程中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物[1-2]，這二種有機酸因其環(huán)境毒性及潛在的致癌性引起了人們的普遍關注[3]。因此，準確、快速地測定水中二氯乙酸、三氯乙酸已成為人們關注的重點。

目前，在我國的國家標準及行業(yè)標準中常用的有機酸測定方法主要有氣相色譜法[4-7]、氣相色譜-質譜法[8-9]、高效液相色譜法[10]、毛細管電泳法[11]、離子色譜法[12-16]等。生活飲用水標準GB/T 5750.10—2006中說明，采用氣相色譜法測定生活飲用水中二氯乙酸、三氯乙酸的含量，該方法水樣預處理衍生時間較長，衍生化試劑有毒，對環(huán)境產(chǎn)生污染，且低濃度加標回收率不理想。毛細管電泳法需要進行固相萃取，且回收率較低。用離子色譜法測定，未能達到理想的檢出限，且分離效果不是很佳。本文主要介紹超高效液相-串聯(lián)質譜法快速測定水中二氯乙酸、三氯乙酸。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Waters ACQUITY UPLC系統(tǒng)、電噴霧離子源、ACQUITY CSH色譜柱(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、超聲波清洗器、Millipore Q超純水機、Peak氮氣發(fā)生器、乙睛：色譜純(默克)、乙酸：色譜純(阿拉丁)、二氯乙酸(國家標準物質研究中心)、三氯乙酸(國家標準物質研究中心)、針式過濾器：聚偏氟乙烯(PVDF)(孔徑0.22 μm)。

1.2 色譜條件

色譜柱：ACQUITY CSH柱1.7 um×2.1 mm×50 mm；流動相A：0.05%乙酸水；流動相B：乙腈。梯度洗脫程序：1～3 min，40%B～60%B；3～3.1 min，60%B～100%B；3.1～3.5 min，100%B～40%B；3.5～4.5 min，40%B～40%B。流速：0.4 mL/min；柱溫：20 ℃；進樣量：10 μL。

1.3 質譜條件

離子源：電噴霧離子源；掃描方式：負離子；定量檢測方式：多反應監(jiān)測；毛細管電壓：3.0 kV；錐孔電壓：16 V；脫溶劑氣溫度：350 ℃；脫溶劑氣：1 000 L/h；錐孔氣：50 L/h；碰撞氣：0.18 L/h；碰撞能：8 eV；離子源溫度：100 ℃。

1.4 標準溶液的配制

鹵乙酸工作曲線由鹵乙酸標準使用液(ρ=100 μg/mL)，用超純水稀釋，配制成2.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/L的標準溶液。

2 結果與討論

2.1 質譜條件的優(yōu)化

根據(jù)待測物的性質，分別配制1 mg/L的兩種標準溶液，在ESI負離子模式下分別進行質譜條件優(yōu)化。第一步進行母離子掃描，確定母離子，并優(yōu)化毛細管電壓。采用子離子掃描方式進行二級質譜分析，對子離子進行優(yōu)化選擇，選取豐度相對最強的子離子為定量離子，其次為定性離子。然后根據(jù)選擇的離子對，將源溫度、脫溶劑氣溫度及流量和錐孔氣流量進行優(yōu)化，使目標物質的離子化效率達到最佳。由于二氯乙酸、三氯乙酸的熱穩(wěn)定性差，試驗中分別就離子源溫度、脫溶劑氣溫度不同作了比較，發(fā)現(xiàn)高濃度的三氯乙酸在源溫150、120、100 ℃時隨著源溫的降低，響應值提高了3.5倍，二氯乙酸響應值提高不明顯。脫溶劑氣溫度在250、300、350 ℃時，隨著溫度的升高，DCAA響應明顯提高；直到500 ℃時，DCAA響應達到最佳，但TCAA不出峰。通過多次條件優(yōu)化，最終選取源溫100 ℃，脫溶劑氣溫度350 ℃，結果如表1所示。

表1 二氯乙酸、三氯乙酸質譜條件Tab.1 MS Conditions of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.2 色譜條件的優(yōu)化

2.2.1 色譜柱的選擇

試驗中對Waters BEH C18(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、ACQUITY CSH(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、HSS T3(1.8 μm×2.1 mm×50 mm)進行了考察，發(fā)現(xiàn)二氯乙酸、三氯乙酸在Waters BEH C18上無保留或保留較弱而無法檢測。在HSS T3、CSH柱上均能達到較好的分離效果，HSS T3柱出峰時間較CSH早，但峰形響應值不如CSH柱。綜合考慮，最終采用CSH柱進行水中鹵乙酸的檢測。本研究還考察了柱溫對分離度和分析時間的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的降低，鹵乙酸分離度變好，但較低的柱溫會延長分析時間，不利于快速分析。因此，為兼顧分離度和分離速度，本試驗選擇柱溫為20 ℃。

2.2.2 流動相的選擇

流動相的組成不僅會影響目標化合物的保留時間和峰形，還會影響離子化效率，從而影響到靈敏度。本試驗同時考察了純水和乙腈，純水和甲醇，0.05%、0.5%甲酸水溶液和乙腈，0.05%、0.5%甲酸水溶液和甲醇，0.05%、0.5%乙酸水溶液和乙腈或甲醇組成的流動相體系的分離效果。結果顯示：甲酸或乙酸的加入可以提高目標物的靈敏度，改善其峰形；二者相比較，加乙酸效果優(yōu)于甲酸。流動相中含有0.05%乙酸時與流動相中含有0.5%乙酸相比較，目標物二氯乙酸響應值提高了60%，三氯乙酸響應基本相同。乙腈的分離效果明顯優(yōu)于甲醇，同時乙腈的洗脫能力更好，提高了分析效率。因而，選用0.05%乙酸水溶液和乙腈。由此，通過優(yōu)化質譜條件和流動相確定最終的采集方法，然后通過標準物質采集獲得二種鹵乙酸的分子特征提取色譜，如圖1所示。

圖1 二氯乙酸、三氯乙酸的多反應監(jiān)測色譜圖Fig.1 MRM Chromatograms of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.3 線性關系、檢出限和定量限

參照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》(HJ/T 168—2010)中A.1.1規(guī)定，按照樣品分析的全部步驟，對濃度或含量為估計方法檢出限2～5倍的樣品進行11次平行測定。計算11次平行測定的標準偏差，按公式MDL=t(n-1,0.99)×S計算方法檢出限。二氯乙酸檢出限MDL=t(n-1,0.99)×S=2.764×0.15=0.41 μg/L。以4倍檢出限濃度作為測定下限，即4×MDL =4×0.41=1.64 μg/L。三氯乙酸檢出限MDL=t(n-1,0.99)×S=2.764×0.24=0.66 μg/L。以4倍檢出限濃度作為測定下限，即

4MDL=4×0.66=2.64 μg/L(表2)。為了方便工作曲線的配制，故取二氯乙酸、三氯乙酸的測定下限為2.0 μg/L。

同時結合目標物的響應值和儀器的飽和效應，分別配制了2.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/L的標準系列。以目標物在MRM模式下定量離子的響應面積對相應目標物的濃度進行線性回歸，得到二種化合物的線性范圍及線性相關系數(shù)。試驗表明，各目標化合物在2～100 μg/L線性關系良好，線性回歸系數(shù)均在0.999以上，結果如表3所示。

表2 二氯乙酸、三氯乙酸檢出限及定量限Tab.2 Limit of Detection(LOD) and Limit of Quantitation (LOQ) of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

表3 二氯乙酸、三氯乙酸線性范圍、保留時間、回歸方程、相關系數(shù)Tab.3 Linear Range,Retention Time,Regression Equation and Correlation Coefficients of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.4 方法的精密度和回收率

為驗證方法的可靠性，在純水空白樣品中分別添加低、中、高3個濃度的混合標準溶液。每個水平進行6次平行試驗，基底匹配標準曲線定量。結果表明：二氯乙酸低濃度相對標準偏差為1.06%，中濃度相對標準偏差為1.00%，高濃度相對標準偏差為0.81%；三氯乙酸低濃度相對標準偏差為2.62%，中濃度相對標準偏差為2.39%，高濃度相對標準偏差為2.29%，符合檢測要求。在純水、出廠水、水源水中加入低、中、高3個濃度的標準物質，測定其加標回收率，二氯乙酸加標回收率為98.9%～113.0%，三氯乙酸加標回收率為96.4%～102.7%。試驗證明，此方法完全能夠滿足實際分析的要求(表4、表5)。

表4 二氯乙酸實際水樣回收率Tab.4 Actual Sample Recovery Rate of Dichloroacetic Acid in Sample

表5 三氯乙實際水樣回收率Tab.5 Actual Sample Recovery Rate of Trichloroacetic Acid in Sample

表6 管網(wǎng)水中二氯乙酸、三氯乙酸含量Tab.6 Content of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid in Tap Water Samples

2.5 實際樣品的測定

采用本方法，對不同區(qū)域的6個管網(wǎng)水水樣進行測定。采樣后加入10 mg/L的抗壞血酸去除余氯，針式過濾器過濾后直接上機檢測，試驗結果如表6所示。

3 結論

本研究建立了測定水中二種鹵乙酸的UPLC-ESI-MS/MS分析方法。通過采用電噴霧離子源負離子模式實現(xiàn)了對二氯乙酸、三氯乙酸的檢測。本方法檢測速度快，靈敏度高，選擇性好，回收率較高，能夠滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5750—2006)中對自來水鹵乙酸的檢測要求。

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