離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定4類水質(zhì)中7種極性有機(jī)磷

楊小紅，朱紅霞，劉進(jìn)斌，袁 懋

1.西藏自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，西藏 拉薩 850000 2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

常見極性有機(jī)磷農(nóng)藥有草甘膦(GLY)、草銨膦(GLUF)等除草劑，殺木膦(FOMA)、乙烯利(CEPA)和增甘膦(GLYP)等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，這些農(nóng)藥的廣泛使用，帶來(lái)了環(huán)境介質(zhì)中極性有機(jī)磷的殘留。除相關(guān)農(nóng)藥外，某些降解產(chǎn)物或前體物也有殘留和檢出，如氨甲基膦酸(AMPA)[1]和雙甘膦(PMIDA)[2]。

草甘膦是占全球除草劑市場(chǎng)份額30% 的內(nèi)吸傳導(dǎo)型廣譜滅生性除草劑[3]，其主要代謝物為氨甲基膦酸，可引起人體乙酰膽堿酯酶活性降低和紅細(xì)胞活性氧增加[4]，導(dǎo)致干擾牛的卵巢功能[5]和大鼠肝損傷[6]。2017年國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將草甘膦歸為2A類致癌物[7]，可能引起淋巴腺癌。雙甘膦是草甘膦的中間體，是草甘膦生產(chǎn)過(guò)程中的主要副產(chǎn)物[2]，相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)廢水中會(huì)有殘留。草銨膦為磷酸類非選擇性觸殺型除草劑，以好吸收和高活性等特點(diǎn)成為世界第二大轉(zhuǎn)基因作物耐受除草劑，可通過(guò)植物蒸騰作用在植物木質(zhì)部之間傳導(dǎo)，速效性在百草枯和草甘膦之間[8]。殺木膦、乙烯利和增甘膦為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，殺木膦又名調(diào)節(jié)磷或安果，可作用于植物分生組織，抑制細(xì)胞分裂與延長(zhǎng)，抑制植物光合作用與蛋白質(zhì)合成[9]；乙烯利具有增進(jìn)植物乳液分泌,加速成熟、脫落、衰老以及促進(jìn)開花的生理效應(yīng)[10]；增甘膦可用于甘蔗的增糖、催熟劑，也可用于西瓜的增糖、增產(chǎn)劑[11]。有機(jī)磷除草劑或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的大量和任意使用，使殘留部分會(huì)通過(guò)植物進(jìn)肉、奶等畜產(chǎn)品，進(jìn)而通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人的健康。

現(xiàn)階段我國(guó)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)[12]和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)[13]中僅有對(duì)草甘膦的限值要求，推薦的測(cè)定方法為衍生化液相色譜[14-15]或衍生化液相色譜-質(zhì)譜法[16]，同時(shí)相關(guān)方法標(biāo)準(zhǔn)中也有草甘膦的測(cè)定方法，包括《水質(zhì) 草甘膦的測(cè)定 高效液相色譜法》(HJ 1071—2019)的柱前衍生方法和《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 農(nóng)藥指標(biāo)》(GB/T 5750.9—2006)的柱后衍生方法，檢出限分別為2 μg /L和25 μg /L。此外，常用檢測(cè)極性有機(jī)磷的方法還有氣相色譜法[17]、氣相色譜-質(zhì)譜法[18-21]、離子色譜法[22-25]和離子色譜-質(zhì)譜法[26]等，這些方法中離子色譜法和離子色譜-質(zhì)譜法不需要衍生化處理，可直接進(jìn)樣完成檢測(cè)。另外何書海等[1]研究了直接進(jìn)樣超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法測(cè)定草甘膦、草銨膦、氨甲基膦酸和乙烯利，使用的色譜柱為離子色譜柱，淋洗液為不含有機(jī)相的碳酸氫銨-氨水溶液，草甘膦的測(cè)定下限為0.32 μg/L，高于I類地下水對(duì)草甘膦的限值要求(0.1 μg/L)?；诒緦?shí)驗(yàn)室前期研究成果[26]，針對(duì)地下水、地表水、生活污水和工業(yè)廢水4類實(shí)際水樣中的7種極性有機(jī)磷進(jìn)行分析測(cè)定，本法適用于水質(zhì)中7種極性痕量有機(jī)磷的同時(shí)測(cè)定，無(wú)需繁瑣的衍生化前處理過(guò)程，靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，可滿足相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DIONEX ICS-2000型抑制型離子色譜儀(美國(guó)賽默飛公司)，DIONEX AS-DV型進(jìn)樣器，電導(dǎo)檢測(cè)器；ARES 4 mm 電化學(xué)抑制器，抑制電流139A，再生液為純水；Agilent G6400型串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀,美國(guó)Agilent 公司，配ESI源(大氣壓電噴霧離子源)；Milli-Q超純水；電子天平，精確到0.000 1 g；NaOH，顆粒，優(yōu)級(jí)純；草甘膦，純度≥98.6%，德國(guó)Dr．Ehrenstorfer公司；氨甲基膦酸，純度≥99.9% ；草銨膦，上海Aladdin公司；殺木膦，純度≥96.8%，德國(guó)Dr．Ehrenstorfer公司；乙烯利、雙甘膦，純度≥99.4%，德國(guó)Dr．Ehrenstorfer公司；增甘膦，純度≥96.7%，德國(guó)Dr．Ehrenstorfer公司。

1.2 離子色譜條件

Ion Pac AS11-HC(250 mm× 2 mm)色譜柱，柱溫35 ℃，流速0.25 mL/min，進(jìn)樣量100 μL，淋洗液為氫氧化鈉溶液。梯度淋洗程序：0～10 min，10 mmol/L；12～18 min，35 mmol/L；18～21 min，60 mmol/L；25～30 min，10 mmol/L。

1.3 質(zhì)譜條件

電噴霧離子源(ESI)，4～18.2 min 負(fù)離子模式掃描(Delta EMV 550)，18.2～30 min 正離子模式掃描(Delta EMV 400)；質(zhì)譜掃描方式：多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)；離子源溫度：350 ℃；干燥氣溫度：350 ℃；干燥氣流速：12 L/min；霧化器壓力：40 psi；毛細(xì)管電壓：正離子和負(fù)離子模式均為4000 V。7種有機(jī)磷對(duì)應(yīng)的定性離子對(duì)、定量離子對(duì)、破碎電壓、碰撞能量以及正負(fù)離子掃描模式見表1。

表1 7種有機(jī)磷的質(zhì)譜參數(shù)Table 1 Mass parameters of 7 kinds of organic phosphines

1.4 水樣保存及前處理

環(huán)境水樣按照《地下水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 164—2020)、《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)和《污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 91.1—2019)的相關(guān)規(guī)定采集后，避光4 ℃冷藏保存，并在24 h內(nèi)完成分析。臨用前，用Na柱和Ba柱過(guò)濾。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件優(yōu)化

配制1 mg/L的7種有機(jī)磷單標(biāo)，通過(guò)離子色譜進(jìn)樣，根據(jù)不同有機(jī)磷在離子色譜柱上的保留時(shí)間，設(shè)置不同濃度淋洗液條件。采用MS2 Scan掃描模式、選擇離子監(jiān)測(cè)模式、母離子掃描、子離子掃描和正離子/負(fù)離子MRM(多重反應(yīng)監(jiān)測(cè))，設(shè)置不同破碎電壓、離子源溫度、干燥氣溫度及流速、碰撞能量等參數(shù)條件進(jìn)行優(yōu)化，使7種有機(jī)磷的母離子、子離子和特征碎片離子對(duì)的信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到最佳。根據(jù)綜合比較后選擇響應(yīng)強(qiáng)度高、基線噪聲低和抗干擾能力強(qiáng)的離子對(duì)，分別作為定性和定量離子對(duì)，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜掃描結(jié)果，草甘膦、雙甘膦和增甘膦在正離子掃描模式下靈敏度較高，故優(yōu)化后草甘膦、雙甘膦和增甘膦采用正離子掃描模式，其他4種采用負(fù)離子掃描模式。優(yōu)化后參數(shù)見表1。

2.2 離子色譜條件優(yōu)化

2.3 pH的影響

選用7種有機(jī)磷的低濃度標(biāo)準(zhǔn)混合溶液(GLY 0.05 mg/L、GLUF 0.50 mg/L、AMPA 1.00 mg/L、FOAM 0.50 mg/L、ETH 0.50 mg/L、PMIDA 0.05 mg/L、GLYP 1.00 mg/L)，用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)pH至2～13，用優(yōu)化好的儀器條件進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算每種有機(jī)磷在不同pH條件下的回收率。具體如圖1所示。從圖1可以看出，在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿條件下，7種有機(jī)磷的回收率均偏低；pH為5～8，回收率保持在80%～120%。故7種有機(jī)磷在中性或弱酸弱堿條件下穩(wěn)定，測(cè)定實(shí)際樣品時(shí)，需要關(guān)注體系的pH。

圖1 不同pH對(duì)低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液中7種有機(jī)磷的影響Fig.1 Effects of pH on 7 kinds of organicphosphines in low concentrationstandard solution

2.4 離子凈化柱的影響

水樣中常見濃度較高的氯離子和硫酸根離子可能會(huì)因?yàn)榕c目標(biāo)物不能完全分離，在質(zhì)譜上產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)干擾，游離重金屬和非極性有機(jī)物在離子色譜柱上的累積會(huì)影響離子色譜柱壽命，為避免離子凈化柱對(duì)7種有機(jī)磷測(cè)定的影響，需要先通過(guò)純水加標(biāo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。選用與第2.3節(jié)相同的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用市售不同凈化作用的離子凈化柱處理，比較過(guò)柱后與過(guò)柱前目標(biāo)物的回收率差異，具體如表2所示，其中Na柱用于去除重金屬，Ba柱用于去除硫酸根，C18柱用于去除非極性有機(jī)物，AgNa柱是去除氯離子和重金屬的混合柱，BaAgH柱是同時(shí)去除硫酸根、氯離子和重金屬的混合柱。

表2 離子凈化柱對(duì)7種有機(jī)膦回收率的影響Table 2 Effects of ion purification column on recovery of 7 kinds of organic phosphines

由表2可以看出，除氨甲基膦酸外，5種離子凈化柱對(duì)其他6種有機(jī)磷的測(cè)定的回收率為86.3%～118%，可以判斷不產(chǎn)生測(cè)定干擾。水中氨甲基膦酸通過(guò)Na、Ba和C18柱時(shí)回收率為95.8%～114%，但在通過(guò)AgNa柱和BaAgH柱后回收率明顯下降，僅為63.8%和43.7%，有可能含Ag的前處理柱對(duì)小分子氨甲基膦酸產(chǎn)生吸附，故為保證7種有機(jī)磷的同時(shí)測(cè)定，需避免使用含Ag凈化柱，在離子色譜條件優(yōu)化時(shí)需保證氯離子與目標(biāo)物完全分離。由于實(shí)際水樣測(cè)定時(shí)質(zhì)譜測(cè)定的基質(zhì)效應(yīng)較為嚴(yán)重，故推薦樣品前處理時(shí)用Na柱、Ba柱和C18柱進(jìn)行凈化后再進(jìn)質(zhì)譜測(cè)定。

2.5 校準(zhǔn)

稱取一定質(zhì)量的有機(jī)磷標(biāo)準(zhǔn)樣品，用純水溶解配制成1 000 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)貯備液?jiǎn)螛?biāo)，再用純水分別稀釋成1.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用液，用標(biāo)準(zhǔn)使用液配制高濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。用優(yōu)化好的色譜和質(zhì)譜條件測(cè)定，以目標(biāo)物的質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)，峰高或峰面積(y)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，外標(biāo)法定量，目標(biāo)物濃度范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)見表3，目標(biāo)物總離子流圖見圖2。

表3 校準(zhǔn)曲線相關(guān)信息Table 3 The information of calibration curve

圖2 7種有機(jī)磷標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流譜圖Fig.2 Total ion chromatograms of 7 kinds of organic phosphines

2.6 方法檢出限及測(cè)定下限

按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168—2020)中的檢出限計(jì)算方法，對(duì)低濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定7次，7種有機(jī)磷的方法檢出限及測(cè)定下限見表4。

表4 7種有機(jī)磷的方法檢出限和測(cè)定下限Table 4 Detection and quantification limits of 7 kind of organic phosphines

2.7 精密度和準(zhǔn)確度

對(duì)每種目標(biāo)物低、中、高濃度的空白加標(biāo)溶液進(jìn)行平行6次測(cè)定，具體如表5所示。GLY、GLUF、AMPA、FOAM、ETH、GLY、PMIDA 和 GLYP的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果分別為6.1%～8.0%、4.7%～5.2%、5.0%～14.8%、5.4%～20.0%、8.3%～15.9%、3.0%～6.5%、7.8%～12.5%。

表5 空白加標(biāo)溶液精密度和準(zhǔn)確度測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of precision and accuracy of blank spiked solution

2.8 實(shí)際樣品測(cè)定

采集北京某地地下水、地表水、生活污水和工業(yè)廢水，將水樣用Na柱、C18和Ba柱進(jìn)行過(guò)濾，去除水樣中的重金屬、非極性有機(jī)物和硫酸根，降低基質(zhì)效應(yīng)，按照優(yōu)化后的儀器條件進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收，平行測(cè)定6次，計(jì)算不同濃度加標(biāo)樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、回收率等各項(xiàng)參數(shù)，具體如表6所示。由表6可以看出，水樣本底中的7種有機(jī)磷均為未檢出，4種水樣中7種目標(biāo)物回收率結(jié)果為70.8%～121%、78%～113%、80.0%～111%、64.2%～108%。

表6 實(shí)際樣品加標(biāo)測(cè)試結(jié)果Table 6 Spiked test results of actual samples

3 結(jié)論

建立了離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜同時(shí)測(cè)定地下水、地表水、污水處理廠出口水和工業(yè)廢水中 GLY、GLUF、AMPA、FOAM、ETH、GLY、PMIDA 和 GLYP 7種極性有機(jī)磷的方法，經(jīng)水系微孔濾膜、Na型和Ba型離子凈化柱預(yù)處理過(guò)濾，離子色譜柱分離，采用大氣壓電噴霧串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀的負(fù)離子和正離子多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式檢測(cè)，外標(biāo)法定量。結(jié)果表明，GLY檢出限可達(dá)0.01 μg/L，測(cè)定下限0.04 μg/L，滿足地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)I類水中GLY的限值(0.10 μg/L)要求。適用于水質(zhì)中7種極性有機(jī)磷的同時(shí)測(cè)定，避開了繁瑣的衍生化過(guò)程，提高了靈敏度，操作簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)。