離子色譜法同時(shí)測定飲用水中一碘乙酸、二碘乙酸

王存進(jìn)，代文彬，鐘志雄

（1.青島睿譜分析儀器有限公司，青島 266000； 2.廣東省疾病預(yù)防控制中心，廣州 510000）

隨著城市化水平的不斷提高和城市集中供水方式的發(fā)展，生活飲用水的水質(zhì)問題逐漸引起人們的注意。對生活飲用水進(jìn)行消毒可以殺死致病細(xì)菌，降低致病致死概率，但也產(chǎn)生了一些消毒副產(chǎn)物。消毒副產(chǎn)物主要包括三鹵甲烷、鹵代乙酸、鹵代乙腈、亞氯酸鹽、氯酸鹽和溴酸鹽等，其中鹵代乙酸包括一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸、三溴乙酸、氯溴乙酸、一溴二氯乙酸、二溴一氯乙酸等［1-2］，由于其生殖毒性、發(fā)育毒性、肝臟毒性、誘變性以及潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)已引起人們的廣泛關(guān)注。為了降低飲用水中鹵代乙酸對人體的危害，美國環(huán)保署實(shí)施了兩階段控制法案［3］，規(guī)定第一階段5 種鹵代乙酸（一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸和二溴乙酸）最高允許濃度為60 μg／L，三氯乙酸應(yīng)小于30 μg／L，且不應(yīng)形成二氯乙酸；我國生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 5749-2006［4］規(guī)定飲用水中二氯乙酸和三氯乙酸的最高允許濃度分別為50 μg／L 和100 μg／L。目前我國99%的飲用水消毒方式仍為氯化消毒［5］，因此在一定時(shí)期內(nèi)鹵代乙酸是我國水質(zhì)評價(jià)的重要指標(biāo)。

向紅［1］曾在2009 年對飲用水中鹵代乙酸的測定方法進(jìn)行過綜述，主要有衍生-氣相色譜-電子捕獲檢測器、衍生-氣相色譜-質(zhì)譜法、離子色譜法（包括離子交換色譜、離子排斥色譜和離子對色譜法）、毛細(xì)管電泳等。離子色譜法測定的優(yōu)點(diǎn)是直接進(jìn)樣，無需萃取和衍生，不使用有毒衍生試劑，不足之處是樣品中高濃度氯離子、硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽會產(chǎn)生干擾，靈敏度略低。劉建勇等［2］選擇AS9-HC 色譜柱，以28 mmol／L Na2CO3為流動相，采用500 μL 進(jìn)樣體積，同時(shí)分離測定了9 種鹵代乙酸和6 種無機(jī)陰離子，高濃度的流動相導(dǎo)致背景值較高，靈敏度偏低，以兩倍的信噪比計(jì)算三溴乙酸檢出限為49.98 μg／L。蘇宇亮等［6］使用AS9-HC色譜柱，7 mmol／L Na2CO3為流動相，采用500 μL進(jìn)樣體積，同時(shí)分離測定了一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、亞氯酸鹽、氯酸鹽、溴酸鹽和常見陰離子，使用外加水抑制方式可以降低噪聲，提高靈敏度，3 種鹵代乙酸的檢出限在2.96～26.26 μg／L 之間。孫迎雪等［7］選用AS16 色譜柱，以NaOH 梯度淋洗，同時(shí)分離測定了5 種鹵代乙酸，AS16 是一款強(qiáng)親水性固定相，流動相中不添加反相溶劑也可以使易極化陰離子獲得尖銳對稱的峰形［8］，萃取液經(jīng)Ba 柱、Ag 柱、H 柱除去高濃度的硫酸鹽和氯離子，并采用LiChrolut EN 柱將痕量離子溶液濃縮至25 倍，除一溴乙酸外，其它鹵代乙酸檢出限均低于2.0 μg／L。鐘新林［9］采用超支化固定相AS19 同時(shí)分離了亞氯酸鹽、氯酸鹽、溴酸鹽、二氯乙酸和三氯乙酸，評價(jià)了溫度以及高濃度氯離子對二氯乙酸分離的影響，發(fā)現(xiàn)26℃時(shí)二氯乙酸可以與氯離子、亞硝酸鹽較好地分離。

碘代消毒副產(chǎn)物是一類新發(fā)現(xiàn)的消毒副產(chǎn)物，主要由工業(yè)污染和海水侵襲帶來的高濃度碘離子與氯化、溴化消毒副產(chǎn)物在一定條件下相互作用而形成，包括碘代酸、碘代三鹵甲烷、碘代乙腈和碘代乙酰胺等［10］。碘代消毒副產(chǎn)物的濃度雖然比氯化、溴化消毒副產(chǎn)物低得多，但碘原子的親脂性較強(qiáng)，因此其細(xì)胞毒性和遺傳毒性明顯強(qiáng)于后兩者，例如碘乙酸的遺傳毒性是溴乙酸的2.95 倍，氯乙酸的48 倍［11］。目前采用離子色譜法測定鹵代乙酸大多集中于氯代乙酸和溴代乙酸或氯溴混合取代乙酸，尚未發(fā)現(xiàn)采用離子色譜法測定一碘乙酸和二碘乙酸的報(bào)導(dǎo)。筆者基于已有文獻(xiàn)，通過優(yōu)化色譜條件，建立了同時(shí)分離測定一碘乙酸和二碘乙酸的離子色譜法，該方法靈敏度較高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：RPIC-2017 型，配有動態(tài)量程電導(dǎo)檢測器和KOH 淋洗液發(fā)生器，青島睿譜分析儀器有限公司；

分析天平：BSA124S 型，精度為0.1 mg，德國賽多利斯公司；

RP 柱：1 mL，材質(zhì)為聚苯乙烯-二乙烯基苯，青島睿譜分析儀器有限公司；

Na 柱：1 mL，材質(zhì)為聚苯乙烯-二乙烯基苯的磺酸鈉鹽，青島睿譜分析儀器有限公司；

尼龍濾膜：0.22 μm，青島睿譜分析儀器有限 公司；

移液槍：規(guī)格分別為10～100 μL，100～1 000 μL，1 000～5 000 μL，大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器(北京)有限公司；

一碘乙酸：純度99%，淮安市百靈威化學(xué)試劑有限公司；

二碘乙酸：純度98%，加拿大多倫多研究化學(xué)品公司；

實(shí)驗(yàn)用水為Millipore 純水機(jī)制得超純水，電阻率大于18.2 MΩ·cm。

1.2 溶液配制

混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：分別稱取0.101 0 g 一碘乙酸、0.102 0 g 二碘乙酸，以去離子水溶解并定容至100 mL 棕色容量瓶中，得到一碘乙酸和二碘乙酸的質(zhì)量濃度為1 000 mg／L 的溶液。用移液槍分別移取200 μL 上述一碘乙酸、二碘乙酸混合溶液，以去離子水定容至100 mL 棕色容量瓶中，得到一碘乙酸和二碘乙酸的質(zhì)量濃度為2 mg／L 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。

系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：用移液槍分別移取10，25，50，125，250，500 μL 一碘乙酸、二碘乙酸溶液，以去離子水定容至100 mL 棕色容量瓶中，得到一碘乙酸、二碘乙酸的質(zhì)量濃度均分別為0.002，0.005，0.01，0.025，0.05，0.1 mg／L 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，于4 ℃冰箱中保存。

1.3 樣品前處理

黃河水樣品：收集黃河水存放于聚乙烯塑料瓶中，4℃避光保存。分析時(shí)用移液槍迅速移取適量樣品并定容至100 mL 棕色容量瓶中，以RP 柱、Na 柱和0.22 μm 濾膜過濾后直接進(jìn)樣分析。

自來水樣品：以自來水反復(fù)沖洗聚乙烯塑料瓶3 次，并收集適量自來水存放于聚乙烯塑料瓶中，4 ℃避光保存。分析時(shí)用移液槍迅速移取適量樣品并定容至100 mL棕色容量瓶中，以RP柱、Na柱和0.22 μm 濾膜過濾后直接進(jìn)樣分析。

1.4 色譜條件

色譜柱：AS19 ［4.0 mm×250 mm，7.5 μm，賽默飛世爾科技(中國)有限公司］；流動相：KOH 淋洗液，流量為1.00 mL／min，洗脫程序見表1；進(jìn)樣體積：250 μL；色譜柱及檢測器溫度：25℃。

表1 KOH 淋洗液梯度洗脫程序

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件優(yōu)化

一碘乙酸、二碘乙酸具有明顯的陰離子特征，適合于陰離子交換分離、抑制電導(dǎo)檢測。鹵代乙酸與固定相之間可能存在疏水吸附作用，導(dǎo)致保留時(shí)間長，峰形拖尾，超支化的固定相具有極低的疏水性，能夠?qū)Ⅺu代乙酸快速洗脫，并獲得尖銳對稱峰形［12］。Ionpac AS24 和Ionpac AS26 色譜柱是專門為分離多種鹵代乙酸而研制的超支化固定相［13-14］，推薦分離溫度為15℃，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室控制溫度通常為25℃，因此選用Ionpac AS19 色譜柱作為分離柱。

使用AS19 色譜柱分離兩種鹵代乙酸，當(dāng)溫度為30℃時(shí)二碘乙酸難以和硝酸鹽分離，即使用5 mmol／L KOH 淋洗液也難以基線分離，因此考慮調(diào)整分離溫度，提高選擇性。保持5 mmol／L KOH 淋洗液濃度不變，當(dāng)溫度降低至25℃時(shí)二碘乙酸與溴離子、硝酸鹽分離良好，繼續(xù)降低溫度則二碘乙酸與溴離子難以分離，且二碘乙酸峰面積重現(xiàn)性變差，因此選擇25℃作為檢測溫度，選擇5 mmol／L KOH淋洗液分離一碘乙酸、二碘乙酸與大多數(shù)一價(jià)離子，當(dāng)二碘乙酸洗脫后選用45 mmol／L KOH 淋洗液將碳酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽等強(qiáng)保留離子洗脫。

2.2 線性方程與檢出限

在1.4 色譜條件下，將經(jīng)過前處理的黃河水和自來水注入離子色譜儀進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃河水和自來水中均未檢出一碘乙酸和二碘乙酸。向黃河水和自來水中分別加入質(zhì)量濃度均為20.0 μg／L的一碘乙酸和二碘乙酸混合溶液，經(jīng)過前處理后注入離子色譜儀進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1 所示。從圖1中可以看出，一碘乙酸、二碘乙酸在35 min 內(nèi)與F-，乙酸鹽，甲酸鹽，Cl-，NO2-，ClO3-，Br-，NO3-，CO32-，SO42-和草酸鹽等離子同時(shí)分離測定。

圖1 黃河水中加入一碘乙酸、二碘乙酸混合溶液色譜圖

圖2 自來水中加入一碘乙酸、二碘乙酸混合溶液色譜圖

對系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行分析，以待測組分的質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，色譜峰面積（y）為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得到線性方程與相關(guān)系數(shù)。以0.002 mg／L 一碘乙酸、二碘乙酸混合溶液進(jìn)樣7次的色譜峰面積標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限［15］。一碘乙酸、二碘乙酸的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限結(jié)果見表2。

表2 線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)以及最低檢出限

從表2 中可以看出，兩種鹵代乙酸的質(zhì)量濃度在0.002～0.1 mg／L 范圍內(nèi)與色譜峰面積呈現(xiàn)較好的線性，一碘乙酸、二碘乙酸相關(guān)系數(shù)分別為0.999 3 和0.999 2。兩種鹵代乙酸的檢出限均不大于0.5 μg／L，該方法具有較高的靈敏度，。

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

取100 mL 黃河水和自來水樣品各8 份，分別加入低、中、高3個(gè)濃度的一碘乙酸和二碘乙酸混合溶液，按照1.3 前處理方法處理樣品，并進(jìn)行色譜分析，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果如表3 和表4 所示。

表3 自來水加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

表4 黃河水加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

從表3、表4 可知，該方法測定自來水和黃河水回收率在85.25%～115.00%之間，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差0.49%～3.77%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩種鹵代乙酸在低濃度加標(biāo)時(shí)精密度比較低，中高濃度加標(biāo)時(shí)重現(xiàn)性相對較高，這可能是由于兩種鹵代乙酸在低濃度時(shí)受樣品基體干擾較大所致。

2.4 方法比較

將所建立的方法與其他使用離子色譜法測定飲用水中鹵代乙酸的色譜條件及檢出限進(jìn)行比較，結(jié)果列于表5。

由表5 可知，使用電導(dǎo)檢測器時(shí)，氫氧根淋洗液由于抑制產(chǎn)物背景低，因此靈敏度高，是測定低濃度鹵代乙酸的首選流動相。為了提高靈敏度一般選用大體積進(jìn)樣，因此推薦使用高容量色譜柱。

3 結(jié)語

建立了離子交換色譜法測定飲用水中-碘乙酸和二碘乙酸的方法，以氫氧根梯度淋洗并改變溫度實(shí)現(xiàn)了一碘乙酸、二碘乙酸與其它陰離子的高選擇性分離。選用氫氧根淋洗液抑制背景低靈敏度高，兩種碘代乙酸的檢出限達(dá)到μg／L 級。自來水和黃河水中兩種碘代乙酸均未檢出，回收率和精密度良好。所建立的方法是檢測新型碘代酸消毒副產(chǎn)物的可靠方法。