在線固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法快速測定地表水中超痕量阿特拉津

沈 斐, 許燕娟, 宋 挺, 陳 靜, 王 曄

(1. 無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站, 江蘇 無錫 214121; 2. 江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院, 江蘇 無錫 214122)

光系統(tǒng)是光合生物中能夠吸收光能,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的多蛋白質(zhì)復(fù)合物,分為光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ。阿特拉津能夠通過干擾光系統(tǒng)Ⅱ來抑制雜草生長,是目前應(yīng)用最廣泛的除草劑之一[1]。阿特拉津具有一定的生物毒性,長期攝入高濃度的阿特拉津會造成心臟和肝臟的損傷,因此歐盟自2004年開始便禁止了阿特拉津的使用[2]。目前,水環(huán)境中阿特拉津的測定方法主要有氣相色譜法[3-5]和高效液相色譜法[6,7],其方法檢出限僅為μg/L級[8,9],無法滿足超痕量測定的需求。

本文建立了在線固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(on line SPE-UPLC-MS/MS)快速測定地表水中超痕量阿特拉津的分析方法,僅需11 min即可完成樣品富集到測定的全部過程。本文還對在線固相萃取條件、液相色譜條件、質(zhì)譜條件進(jìn)行了優(yōu)化,為阿特拉津的準(zhǔn)確測定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑及材料

AQUITY UPLCTM超高效液相色譜儀、2777C全自動在線前處理系統(tǒng)、Acquity BEH 130色譜柱(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm)、HLB Direct Connect HP在線固相萃取柱(30 mm×2.1 mm, 20 μm)、0.22 μm親水性聚丙烯濾膜(美國Waters公司); API 4000+串聯(lián)質(zhì)譜儀(美國AB Sciex公司); Milli-Q去離子水發(fā)生器(美國Millipore公司)。

甲醇、乙腈(德國Merck公司);甲酸(美國Sigma-Aldrich公司);阿特拉津(CAS No. 1912-24-9, 100 μg/mL,北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司)。

1.2 樣品采集及前處理

采集：用100 mL棕色玻璃瓶采集滿瓶地表水樣品,不留頂空,采集后于4 ℃避光保存,當(dāng)天分析。

前處理：取10 mL地表水樣品,直接通過0.22 μm濾膜,待測。

1.3 分析條件

1.3.1在線固相萃取條件

流動相A: 2%(v/v)氨水溶液;流動相B: 0.5%(v/v)甲酸水溶液;流動相C:含0.1%(v/v)甲酸的乙腈-甲醇(90∶10, v/v)溶液;流動相D:甲醇；進(jìn)樣量:5 mL。梯度洗脫程序見表1。

A: 2% (v/v) ammonia; B: 0.5% (v/v) formic acid aqueous solution; C: acetonitrile-methanol (90:10, v/v) containing 0.1% (v/v) formic acid; D: methanol.

1.3.2色譜條件

分析柱:Acquity BEH 130色譜柱;柱溫:40.0 ℃;流動相A1：0.1%(v/v)甲酸水溶液;流動相B1:含0.1%甲酸(v/v)的甲醇溶液。梯度洗脫程序:0～3.8 min, 5%B1,流速0.4 mL/min; 3.8～4.1 min, 5%B1,流速0.01 mL/min; 4.1～7.0 min, 5%B1～95%B1,流速0.4 mL/min; 7.0～9.0 min, 95%B1,流速0.4 mL/min; 9.0～9.5 min, 95%B1～5%B1,流速0.4 mL/min; 9.5～11.0 min, 5%B1,流速0.4 mL/min。阿特拉津的保留時間為6.78 min。

1.3.3質(zhì)譜條件

離子源為電噴霧電離源正離子模式(ESI+);掃描模式為多反應(yīng)監(jiān)測(MRM)模式;噴霧電壓為 5 500 V;氣簾氣壓力為1.75×105Pa;霧化氣(GS1)壓力為3.79×105Pa;輔助加熱氣(GS2)壓力為3.45×105Pa;噴針溫度(TEM)為500 ℃;去簇電壓(錐孔電壓)均為65 V。母離子為m/z216,子離子為m/z174和146;碰撞電壓為20 V(m/z174)和40 V(m/z146)。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的優(yōu)化

分析阿特拉津時常用反相體系乙腈-水作為流動相[6]。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),流動相中的有機(jī)相改為甲醇時,能夠提高阿特拉津的響應(yīng)強(qiáng)度(見圖1);起始流動相的改變對于目標(biāo)物色譜峰形和響應(yīng)強(qiáng)度也有影響(見圖2),梯度洗脫在0～4.1 min時,隨著含0.1%(v/v)甲酸的甲醇溶液比例的升高,保留時間前移,色譜峰響應(yīng)變小,峰形變差,甚至出現(xiàn)峰分裂的現(xiàn)象。因此,本文采用0.1%(v/v)甲酸水溶液和含0.1%(v/v)甲酸的甲醇溶液作為流動相。優(yōu)化條件下阿特拉津標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.5 μg/L)的色譜圖見圖3。

圖 1 不同洗脫溶劑對阿特拉津(1.5 μg/L)響應(yīng)強(qiáng)度的影響Fig. 1 Effect of different gradient elution solvents on the intensity response of atrazine (1.5 μg/L)

圖 2 起始流動相對阿特拉津(2.5 μg/L)色譜峰形及響應(yīng)強(qiáng)度的影響Fig. 2 Effect of initial mobile phase on the chromatographic peak shape and intensity response of atrazine (2.5 μg/L) B1： methanol containing 0.1 (v/v) formic acid.

圖 3 阿特拉津標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.5 μg/L)的色譜圖Fig. 3 Chromatogram of the atrazine standard solution (2.5 μg/L)

2.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

采用流動注射泵連續(xù)進(jìn)樣,在正離子模式下對阿特拉津的質(zhì)譜條件進(jìn)行優(yōu)化,阿特拉津母離子的m/z為126,子離子的m/z分別為174和146,兩對離子均為定性離子,選擇其中相對豐度較高的m/z174作為定量離子。

2.3 在線固相萃取條件的優(yōu)化

本方法使用HLB Direct Connect HP柱為在線固相萃取小柱,填料為二乙烯苯和N-乙烯基吡咯烷酮共聚物,對于極性和非極性化合物有很好的保留,具有載樣量更大和pH耐受范圍更寬等優(yōu)點(diǎn)。甲醇常被用于阿特拉津固相萃取的洗脫溶劑[10],具有良好的水溶性,非常適合作為在線固相萃取的洗脫溶劑。因此本文在樣品上樣完成后采用甲醇作為洗脫溶劑(流動相D),取得了良好的洗脫效果。對阿特拉津含量較高的加標(biāo)樣品(2.5 μg/L)分析后進(jìn)行空白測試,結(jié)果顯示,阿特拉津洗脫效果良好,無殘留發(fā)生。采用2%(v/v)氨水溶液為柱平衡流動相,0.5%(v/v)甲酸水溶液和含0.1%(v/v)甲酸的乙腈-甲醇(90∶10, v/v)溶液為柱清洗流動相,以保證固相萃取小柱的使用壽命及效果。

圖 4 不同進(jìn)樣量對阿特拉津峰面積的影響(n=7)Fig. 4 Effect of injected volumes on the peak area of the atrazine (n=7)

進(jìn)樣量是在線固相萃取吸附和解吸過程中的重要考慮因素[11]。實(shí)驗(yàn)考察了不同進(jìn)樣量(1、2和5 mL)對阿特拉津色譜峰峰面積的影響(n=7)。如圖4所示,隨著進(jìn)樣量的增大,阿特拉津色譜峰的峰面積也隨之增加,但樣品和峰面積的比值并未發(fā)生變化，說明上樣過程中,待測物并沒有因?yàn)檫M(jìn)樣量的增大而發(fā)生穿透現(xiàn)象。但是隨著進(jìn)樣量的增大,阿特拉津色譜峰峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差有所增加,但均符合日常測定要求?？紤]到進(jìn)樣量的增加使目標(biāo)物的色譜峰響應(yīng)更強(qiáng),靈敏度也更高,因此選擇5 mL為最終進(jìn)樣量。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限(MDL)

對100 mg/L 的阿特拉津標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行不同倍數(shù)的稀釋,以阿特拉津的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x, ng/L)、峰面積為縱坐標(biāo)(y)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸方程為y=9.1×103x-4.2×105,線性范圍為1.0～5 000 ng/L,相關(guān)系數(shù)(r)為 0.998 9。

在不含待測物的地表水樣品中添加標(biāo)準(zhǔn)溶液,按1.2節(jié)描述前處理后,以公式MDL=t(n-1, 0.99)×S計算方法檢出限[12]。其中,t(n-1, 0.99)為置信度99% 、自由度(n-1)時的t值;n為重復(fù)樣品數(shù);S為標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)n=7時,方法檢出限為0.2 ng/L,定量限為0.8 ng/L(4倍檢出限),滿足阿特拉津超痕量分析的測試要求。

2.5 準(zhǔn)確度和精密度

在地表水樣品中添加不同水平的阿特拉津標(biāo)準(zhǔn)溶液,按1.3節(jié)方法進(jìn)行測定,每個水平行測定7次,計算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明,不同加標(biāo)水平(0.8、12.5、250和 1 000 ng/L)下阿特拉津的平均回收率分別為87.2% 、84.4% 、83.0%和105.1% , RSD分別為5.3% 、1.6% 、3.4%和2.1% ,滿足日常測定要求;當(dāng)加標(biāo)水平為0.2 ng/L 時,阿特拉津的平均回收率為105.3% , RSD為9.7% 。

2.6 與其他方法比較

近年來國際上也開發(fā)了許多阿特拉津富集及測定的新方法(見表2)。與其他方法相比,本方法靈敏、高效,符合阿特拉津痕量分析的要求。

2.7 實(shí)際樣品分析

采集江蘇無錫某地表水樣品,進(jìn)行實(shí)際樣品分析。結(jié)果表明,所有水樣中均有阿特拉津的檢出,含量為45.4～131 ng/L。因此,人們需對地表水中阿特拉津的污染應(yīng)給予重視,切實(shí)保障水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境安全。

3 結(jié)論

本文采用在線固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法快速測定地表水中超痕量阿特拉津。該方法簡便快捷,靈敏度高,克服了傳統(tǒng)方法萃取過程時間長,溶劑消耗量大的問題,同時全自動化操作提高了測定的精密度和準(zhǔn)確度,減少了人員操作的隨機(jī)誤差,適合阿特拉津污染的快速定性定量測定及大批量樣品的快速監(jiān)測需求,同時為水環(huán)境中微有機(jī)污染物的測定提供參考。