親水色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法分析水中肼、甲基肼和偏二甲肼

徐林楠，張 旭，趙 坦，賈冬雪，李 俊

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 100074）

0 引言

以肼（hydrazine，Hy）、甲基肼（monomethylhydrazine，MMH）及偏二甲肼（unsymmetrical dimethylhydrazine，UDMH）為代表的部分肼類化合物具有強(qiáng)還原性、高活性和高能量密度，是航天液體推進(jìn)劑中最為常用的一類燃料［1-2］。然而，肼類化合物具有較高的毒性，可通過多種暴露途徑對(duì)人體健康產(chǎn)生危害［3-4］。因此，國(guó)家相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)肼類化合物的含量作出了明確的規(guī)定，例如航天推進(jìn)劑水污染物中肼、甲基肼和偏二甲肼的最高允許排放濃度分別為0.1，0.2，0.5 mg·L-1［5］。

水樣中肼類化合物的含量常用分光光度法進(jìn)行分析［6-7］。由于肼類化合物自身不具有紫外/可見光吸收，因而對(duì)肼類化合物的分光光度分析需要借助于肼類化合物與特定顯色試劑之間的反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，上述基于顯色反應(yīng)的肼類化合物分光光度分析方法存在很多的問題［8-9］：首先，方法選擇性較差，由于肼類化合物性質(zhì)的相似性，在分光光度法測(cè)定中3 種肼類化合物之間存在著嚴(yán)重的相互干擾，使得此類方法在同時(shí)含有多種肼類化合物的水樣分析中準(zhǔn)確性較差。其次，方法分析時(shí)間較長(zhǎng)，肼類化合物與顯色劑之間的反應(yīng)需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間以保證反應(yīng)完全進(jìn)行，影響方法的分析效率。最后，3 種肼類在分光光度測(cè)定中需使用不同的反應(yīng)試劑及反應(yīng)條件，使得分光光度法無法同時(shí)對(duì)水樣中所含的多種肼類化合物進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。

高效液相色譜法具有分離機(jī)理多樣、選擇性好、適用范圍寬、分析速度快等特點(diǎn)，在水中肼類化合物分析方法開發(fā)中有著良好的應(yīng)用前景。反相色譜是高效液相色譜最為常用的分離模式，但強(qiáng)極性肼類化合物在反相色譜中無法實(shí)現(xiàn)有效分離，仍需預(yù)先對(duì)肼類化合物進(jìn)行衍生化處理［10-11］。相比之下，親水色譜則提供了一種更為理想的選擇［12-13］。一方面，親水色譜能夠?yàn)闃O性小分子化合物及離子化合物提供良好的分離能力，可直接應(yīng)用于肼類化合物的分離分析，而無需在分離前對(duì)樣品進(jìn)行衍生化處理。另一方面，親水色譜的分離流動(dòng)相可使用含揮發(fā)性有機(jī)溶劑和揮發(fā)性緩沖鹽的弱酸性溶劑，因而親水色譜可通過電噴霧接口實(shí)現(xiàn)與高靈敏度、高選擇性的質(zhì)譜檢測(cè)器的聯(lián)用。

前期工作中，研究人員對(duì)親水色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法分析新型推進(jìn)劑中硝酸羥乙基肼含量的方法進(jìn)行了研究［14］。但對(duì)于水樣中微量的肼、甲基肼和偏二甲肼分析而言，還存在一些需要解決的問題：（1）水樣中的肼類化合物濃度低，原有的分析條件，特別是樣品制備方式無法滿足高靈敏度分析的要求；（2）被分析物（特別是肼）具有更高的反應(yīng)活性，其與親水色譜分析中常用的溶劑和流動(dòng)相條件的相容性有待研究；（3）肼在質(zhì)譜電噴霧離子源處的離子化效率未知，可能影響其分析靈敏度。

綜合上述問題，本研究嘗試建立水中肼類化合物的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，考察優(yōu)化了樣品配制和進(jìn)樣量、流動(dòng)相組成、質(zhì)譜測(cè)試條件，對(duì)樣品中有機(jī)溶劑的種類和比例、進(jìn)樣量、特征質(zhì)譜信號(hào)識(shí)別和選擇等影響分析準(zhǔn)確性和靈敏度的關(guān)鍵條件進(jìn)行了研究和分析，并對(duì)所建立的分析方法進(jìn)行了方法學(xué)驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及材料

乙腈（ACN）（色譜級(jí)）、異丙醇（色譜級(jí)）、甲醇（色譜級(jí)）、甲酸銨（質(zhì)譜級(jí)）購(gòu)自Merck。甲酸（色譜級(jí)）購(gòu)自Dikma。水為超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。無水肼、甲基肼、偏二甲肼自制。

1.2 樣品制備

在針對(duì)于樣品配制條件優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)中，將無水肼、甲基肼和偏二甲肼使用含一定比例乙腈、甲醇或異丙醇的0.1%甲酸溶液稀釋至所需濃度并分析。分析實(shí)際樣品時(shí)，使用4 倍于樣品體積的含0.125%甲酸的異丙醇溶液稀釋樣品進(jìn)行分析。

1.3 液相色譜-質(zhì)譜分析

樣品分析使用Agilent 1260 高效液相色譜儀聯(lián)用6120 質(zhì)譜儀完成。色譜柱為Agilent Poroshell 120 HILIC-Z，2.1 mm×150 mm，2.7 μm。流動(dòng)相使用乙腈和水的混合溶劑，分別考察流動(dòng)相不同乙腈比例、甲酸銨溶度和pH 下的分離效果，優(yōu)化得到如下流動(dòng)相條件：流動(dòng)相A：乙腈/水（V乙腈/V水=10/90），10 mmol·L-1甲酸銨，pH=3.5；流動(dòng)相B：乙腈/水（V乙腈/V水=90/10），10 mM 甲酸銨，pH=3.5；流動(dòng)相A 和B 以VA/VB=25/75的比例進(jìn)行混合。柱溫30 ℃，流速0.2 mL·min-1。考察不同進(jìn)樣體積下的分離效果和分析靈敏度，選擇進(jìn)樣體積為10 μL。

質(zhì)譜離子源為電噴霧離子源。質(zhì)譜分析在正離子模式下進(jìn)行，毛細(xì)管電壓4000 V。干燥氣流速8 L·min-1，霧化氣壓力20 psi，干燥氣溫度300 ℃。利用掃描模式或選擇離子監(jiān)測(cè)（SIM）模式進(jìn)行分析。掃描模式下掃描范圍20～150 Da；選擇離子監(jiān)測(cè)模式下根據(jù)優(yōu)化結(jié)果選擇待測(cè)離子及碰撞誘導(dǎo)解離參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品配制及進(jìn)樣量

在使用親水色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行分析時(shí)，樣品中溶劑的組成對(duì)被分析物在親水色譜上的分離效果有一定的影響。在親水色譜上，水是強(qiáng)洗脫溶劑，當(dāng)樣品溶劑中僅含水而不含有機(jī)溶劑時(shí)，較大的進(jìn)樣體積可能會(huì)引起被分析物色譜峰峰形變差，進(jìn)而影響其分離效果和檢測(cè)靈敏度。故對(duì)于含肼水樣的分析，需要在進(jìn)樣前向樣品中摻入一定比例的有機(jī)溶劑。

2.1.1 樣品中添加的有機(jī)溶劑種類

在選擇有機(jī)溶劑時(shí)需滿足如下條件：1）有機(jī)溶劑與水混溶以保證樣品的均勻性；2）有機(jī)溶劑不與肼類化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以避免對(duì)分析過程造成干擾；3）有機(jī)溶劑應(yīng)在親水色譜上具有較弱的洗脫能力以降低樣品溶劑整體的洗脫強(qiáng)度。

分別嘗試使用乙腈、甲醇和異丙醇作為樣品中摻入的有機(jī)溶劑。乙腈是親水色譜流動(dòng)相中最為常用的有機(jī)洗脫溶劑。相比于醇類有機(jī)溶劑，乙腈的洗脫能力更弱，用于樣品溶劑配制時(shí)可很大程度上降低樣品溶劑的洗脫強(qiáng)度。然而在本研究中，當(dāng)使用乙腈作為有機(jī)溶劑時(shí)，除檢測(cè)到肼的信號(hào)，還檢測(cè)到保留時(shí)間與肼不同的另一化合物的信號(hào)。該化合物質(zhì)譜信號(hào)的質(zhì)荷比為74，依保留時(shí)間判斷其極性弱于肼，依同位素分布判斷其分子式為C2N3H7，推測(cè)為肼與乙腈的加成反應(yīng)產(chǎn)物乙亞胺酰肼（ethanimidic hydrazide，EIH）（Scheme 1）。向含肼樣品中加入乙腈，分別在加入乙腈后0、0.5、1、3、6、24 h 進(jìn)樣分析，記錄肼及乙亞胺酰肼不同時(shí)間的色譜圖，如圖1 所示。可見加入乙腈后，隨肼和乙腈加成反應(yīng)的進(jìn)行，所檢測(cè)到的肼的峰面積迅速下降。若使用乙腈作為添加的有機(jī)溶劑，則肼含量的測(cè)試會(huì)受到樣品配制時(shí)間的干擾。因此，在進(jìn)行肼類化合物分析時(shí)，乙腈不適合作為添加至樣品中的有機(jī)溶劑。

圖1 不同反應(yīng)時(shí)間下肼及乙亞胺酰肼的提取離子流圖Fig.1 Extracted ion chromatograms of hydrazine and ethanimidic hydrazide under different reaction time

Scheme 1 Speculated product of reaction between hydrazine and acetonitrile

甲醇、異丙醇等醇類溶劑不會(huì)與肼類被分析物發(fā)生反應(yīng)，因而可作為樣品溶劑使用。在親水色譜上，異丙醇比甲醇極性低，相比下具有更弱的洗脫強(qiáng)度，理論上更適合作為樣品中添加的有機(jī)溶劑使用。向含3 種肼類化合物的樣品中分別添加70%甲醇和70%異丙醇并進(jìn)樣4 μL 進(jìn)行分析，經(jīng)色譜分離后，3 種肼類化合物的柱效如表1 所示。使用甲醇時(shí)，肼的色譜峰出現(xiàn)了分叉，并且甲基肼和偏二甲肼的柱效均低于使用異丙醇時(shí)的結(jié)果。相比之下，使用異丙醇作為樣品添加的有機(jī)溶劑能夠獲得更高的柱效，也即意味著更好的分離效果和更高的檢測(cè)靈敏度。因此，選擇異丙醇作為樣品溶劑中添加的有機(jī)溶劑。

表1 分別使用甲醇和異丙醇作為樣品添加有機(jī)溶劑時(shí)的柱效Table 1 Column efficiency with methanol / isopropanol as organic solvent additive in samples

2.1.2 樣品中異丙醇添加比例及進(jìn)樣量

向樣品中添加高比例異丙醇有助于分離效果的改善，但同時(shí)也會(huì)引起樣品過度稀釋，影響分析方法的靈敏度。與之類似，樣品進(jìn)樣量也同樣會(huì)對(duì)分析靈敏度及分離效果產(chǎn)生作用相反的影響：大進(jìn)樣量可以提高分析過程中實(shí)際進(jìn)入分析系統(tǒng)的被分析物含量，從而提高方法的靈敏度。但過大的進(jìn)樣體積會(huì)導(dǎo)致被分析物色譜峰出現(xiàn)展寬、拖尾、分叉等不利于化合物分離的情況。對(duì)異丙醇的添加比例和進(jìn)樣量進(jìn)行了考察優(yōu)化。為消除不同異丙醇添加比例對(duì)進(jìn)樣量的影響，對(duì)不同異丙醇添加比例的樣品使用不同的進(jìn)樣量，以保證進(jìn)行比較的實(shí)際進(jìn)樣體積（即實(shí)際進(jìn)入分析系統(tǒng)的不含異丙醇的樣品溶液體積）一致。分別向樣品溶劑中添加50%、70%和80%異丙醇，并考察實(shí)際進(jìn)樣體積為1.5、2、3 μL 時(shí)肼的分離效果（相比于甲基肼和偏二甲肼，肼在親水色譜中更容易發(fā)生峰分叉的現(xiàn)象，影響其分離和定量檢測(cè)），結(jié)果如表2 所示。

由表2 可見，當(dāng)實(shí)際進(jìn)樣體積為3 μL 時(shí)，肼的色譜峰均出現(xiàn)分叉的情況，無法用于肼含量的分析。當(dāng)實(shí)際樣品進(jìn)樣量為2 μL 時(shí)，向樣品中添加70%異丙醇（稀釋后樣品進(jìn)樣量為6.67 μL）或添加80%異丙醇（稀釋后樣品進(jìn)樣量為10 μL）時(shí)肼均為單譜峰，其中添加80%異丙醇時(shí)肼的色譜峰具有更高的柱效。相比于1.5 μL 的實(shí)際進(jìn)樣體積，采用2 μL 實(shí)際進(jìn)樣體積可在保證分離效果的基礎(chǔ)上獲得更高的進(jìn)樣量和分析靈敏度。綜上，選擇80%作為異丙醇添加比例，并選擇10 μL 作為稀釋后樣品的進(jìn)樣體積。

表2 不同異丙醇添加比例和不同進(jìn)樣量條件下肼的柱效分析Table 2 Column efficiency with different isopropanol percentage and different injection volume

2.2 流動(dòng)相組成

流動(dòng)相組成是影響肼類化合物在親水色譜上分離效果的決定性因素，同時(shí)也會(huì)對(duì)被分析物在電噴霧質(zhì)譜上的檢測(cè)靈敏度產(chǎn)生顯著的影響。親水色譜的流動(dòng)相通常由水、有機(jī)溶劑、揮發(fā)性小分子有機(jī)弱酸及其鹽組成，其中有機(jī)溶劑通常使用洗脫強(qiáng)度相對(duì)較弱的乙腈。盡管前述實(shí)驗(yàn)中觀察到肼會(huì)與乙腈發(fā)生反應(yīng)，但由于肼在色譜中的保留時(shí)間較短（～4 min），且保留時(shí)間具有高度的重現(xiàn)性，因此肼與流動(dòng)相中乙腈的反應(yīng)對(duì)肼含量的影響并不顯著，且可通過外標(biāo)法進(jìn)行校準(zhǔn)，故本方法中使用乙腈作為流動(dòng)相中的有機(jī)溶劑。

2.2.1 流動(dòng)相中乙腈的比例

流動(dòng)相中乙腈的比例影響到被分析物在親水色譜上的保留時(shí)間。提高乙腈的比例通常能夠帶來更好的分離效果，但過高的乙腈比例也會(huì)延長(zhǎng)被分析物的保留時(shí)間，從而影響方法的分析效率。

本研究對(duì)流動(dòng)相中乙腈的比例進(jìn)行了考察優(yōu)化，以在保證色譜完全分離和質(zhì)譜高靈敏檢測(cè)的基礎(chǔ)上，縮短樣品分析所需的時(shí)間。3 種肼類化合物保留時(shí)間tR及分離度R隨流動(dòng)相中乙腈含量的變化分別如圖2a和圖2b 所示?？梢婋S乙腈比例的提高，3 種肼類化合物的保留時(shí)間和分離度均逐漸增大。在所試驗(yàn)最低的流動(dòng)相乙腈比例下，3 種組分在譜圖上的分離度即均滿足R≥1.5 的基線分離要求。

繼續(xù)考察流動(dòng)相不同乙腈比例對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響。3 種肼類化合物在色譜圖上的峰高隨流動(dòng)相中乙腈含量的變化如圖2c 所示?？梢娖纂潞图谆略谝译婧?0%時(shí)具有最高的檢測(cè)靈敏度，而肼的檢測(cè)靈敏度在試驗(yàn)范圍內(nèi)隨流動(dòng)相乙腈比例的提高而下降。綜合考慮分離效果、檢測(cè)靈敏度、單次分析時(shí)間等因素，選擇70%作為流動(dòng)相中乙腈的比例。在該乙腈比例下，3 種被測(cè)組分能夠?qū)崿F(xiàn)完全分離，單次分析時(shí)間較短，且3 種肼類化合物均能獲得較高的檢測(cè)靈敏度。

圖2 不同流動(dòng)相乙腈比例下3 種被分析物的分離效果Fig.2 Separation efficiency of three analytes with different ACN ratio in mobile phase

2.2.2 流動(dòng)相pH

作為一類弱堿性化合物，肼類化合物的電離形式會(huì)隨溶液pH變化而改變。同時(shí)，親水相互作用色譜固定相表面的電荷分布情況也會(huì)受溶液pH影響。因此，流動(dòng)相pH條件會(huì)對(duì)肼類化合物的分離效果產(chǎn)生影響。

由于肼類化合物結(jié)合氫離子獲得正電荷后才能夠被質(zhì)譜檢測(cè)到，因此需要流動(dòng)相保持在弱酸性條件下。本研究中使用甲酸-甲酸銨緩沖對(duì)提供流動(dòng)相所需的弱酸性條件。通過調(diào)節(jié)流動(dòng)相中甲酸和甲酸銨的相對(duì)比例，可在一定范圍內(nèi)為流動(dòng)相提供不同的pH 條件。在pH為2.5～4.5范圍內(nèi)，考察了不同pH下3種肼類化合物分離效果，其結(jié)果如圖3a 和3b 所示?？梢娫谒囼?yàn)的范圍內(nèi)流動(dòng)相pH對(duì)分離效果的影響并不十分顯著。

繼續(xù)考察流動(dòng)相pH 對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響。由圖3c可見，在pH 2.5～3.5 的范圍內(nèi)，3 種肼類化合物的峰高變化不顯著；當(dāng)pH＞3.5 時(shí)，3 種肼類化合物的峰高則呈現(xiàn)隨pH 升高緩慢下降的趨勢(shì)?？紤]到在2.5～3.5 的范圍內(nèi)pH 對(duì)3 種肼類化合物的檢測(cè)靈敏度沒有顯著影響，且較高的流動(dòng)相pH 能夠減少流動(dòng)相配制過程中高純甲酸的用量，故選擇3.5 作為流動(dòng)相pH。

圖3 不同流動(dòng)相pH 下3 種被分析物的分離效果Fig.3 Separation efficiency of three analytes with different mobile phase pH

2.2.3 流動(dòng)相中甲酸銨的濃度

在親水色譜中，向流動(dòng)相中摻入一定濃度的緩沖鹽有助于改善被分析物的峰形，提高檢測(cè)靈敏度。但流動(dòng)相中過高的緩沖鹽濃度也會(huì)影響被分析物在質(zhì)譜離子源處的離子化效率，降低被分析物的檢測(cè)靈敏度。

本研究考察了流動(dòng)相中甲酸銨濃度對(duì)分離效果和檢測(cè)靈敏度的影響，分別在甲酸銨濃度為5、10、15、20、25 mmol·L-1的流動(dòng)相中對(duì)含有3 種肼類化合物的同一樣品進(jìn)行分析。3 種肼類化合物的保留時(shí)間及分離度隨甲酸銨濃度的變化關(guān)系如圖4a 和圖4b 所示。值得注意的是，當(dāng)甲酸銨濃度為5 mM 時(shí)，肼的色譜峰出現(xiàn)的分叉的情況，因此無法確定其保留時(shí)間。這也表明過低的緩沖鹽濃度并不適合于肼的分析。在10～25 mM 的范圍內(nèi)，緩沖鹽濃度對(duì)保留時(shí)間無顯著影響。隨緩沖鹽濃度的升高，偏二甲肼-甲基肼的色譜分離度緩慢升高，而甲基肼-肼的色譜分離度則呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。

圖4 不同流動(dòng)相甲酸銨濃度下3 種被分析物的分離效果Fig.4 Separation efficiency of three analytes with different ammonium formate concentration in mobile phase

相比于分離效果，甲酸銨濃度對(duì)肼類化合物的檢測(cè)靈敏度的影響則十分顯著。由圖4c 可見，隨著甲酸銨濃度的逐漸提高，3 種肼類化合物的峰高都明顯下降，表明其檢測(cè)靈敏度隨甲酸銨濃度的提高而下降。這是由于高濃度甲酸銨的存在會(huì)干擾肼類化合物在離子源處的離子化效率，導(dǎo)致可被檢測(cè)到的化合物絕對(duì)量減少。綜合考慮分離效果和檢測(cè)靈敏度，選擇10 mM 作為流動(dòng)相甲酸銨的濃度。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定的流動(dòng)相條件為70%乙腈、10 mM 甲酸銨、pH=3.5。

2.3 質(zhì)譜測(cè)試條件

2.3.1 質(zhì)譜信號(hào)選取

被分析物分子結(jié)合氫離子發(fā)生質(zhì)子化，是電噴霧離子源中最常見的離子化方式［15］。對(duì)于大多數(shù)被分析物，質(zhì)子化被分析物的質(zhì)譜信號(hào)是譜圖上強(qiáng)度最高、最適合用于被分析物檢測(cè)和定量的信號(hào)。通過對(duì)質(zhì)荷比20～150 范圍內(nèi)的全掃描分析可知，質(zhì)子化甲基肼（［MMH+H］+，m/z=47）和質(zhì)子化偏二甲肼（［UDMH+H］+，m/z=61）分別為甲基肼和偏二甲肼強(qiáng)度最高的質(zhì)譜信號(hào)，故選擇質(zhì)荷比47 和61 分別作為甲基肼和偏二甲肼的質(zhì)譜檢測(cè)信號(hào)。

但對(duì)于肼，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)肼質(zhì)子化形成的質(zhì)荷比為33的信號(hào)在質(zhì)譜上的強(qiáng)度和靈敏度極差。相比之下，在低碰撞能條件下對(duì)肼進(jìn)行分析時(shí)，則檢出質(zhì)荷比為74的高強(qiáng)度信號(hào)（如圖5 所示）。通過對(duì)分析系統(tǒng)中所存在化合物及對(duì)同位素峰相對(duì)豐度的分析確定，該信號(hào)來自于肼-乙腈-氫離子所形成的非共價(jià)加合物（［Hy+ACN+H］+，m/z=74）。與前述3.1.1 中所描述的肼與乙腈發(fā)生加成反應(yīng)生成乙亞胺酰肼不同的是，在質(zhì)譜上所檢測(cè)到的加合物中肼與乙腈并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅在質(zhì)譜離子源處通過非共價(jià)相互作用結(jié)合而被一同檢測(cè)出來。由圖5 中兩質(zhì)荷比的離子流圖可知，該非共價(jià)加合物的質(zhì)譜信號(hào)與質(zhì)子化肼的質(zhì)譜信號(hào)具有相同的保留時(shí)間（～4.5 min），表明二者為同一物質(zhì)（肼）在質(zhì)譜中的不同存在形式。由于該加合物信號(hào)能夠提供更高的肼檢測(cè)靈敏度，故選擇質(zhì)荷比74 作為肼的檢測(cè)信號(hào)。

圖5 肼在不同監(jiān)測(cè)離子下的離子流圖Fig.5 Ion chromatograms of hydrazine under different monitored ion

2.3.2 源后碰撞能

源后碰撞能也是質(zhì)譜分析中的關(guān)鍵參數(shù)。質(zhì)譜中的碰撞是利用惰性氣體分子以一定的能量與進(jìn)入離子源中的目標(biāo)化合物發(fā)生碰撞，借助于碰撞的能量破壞目標(biāo)化合物中的共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵。碰撞過程可以有效消除溶劑分子、緩沖鹽離子之間形成的各類干擾被分析物分析的加合離子，一定程度上提高被分析物的檢測(cè)靈敏度。但過高的碰撞能則會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)化合物及其加合離子的碎裂，影響被分析物的檢出。

本研究考察了源后碰撞能在0～200 eV 范圍內(nèi)對(duì)3 種肼類化合物質(zhì)譜峰面積的影響，其結(jié)果如圖6 所示。對(duì)于甲基肼和偏二甲肼，當(dāng)碰撞能小于100 eV 時(shí)，隨著碰撞能的提高，流動(dòng)相中的離子化組分（主要是由乙腈與銨根離子形成非共價(jià)加合物離子，［ACN+NH4］+，m/z=59）逐漸減少，甲基肼和偏二甲肼的離子化效率逐漸提高，因而其質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)碰撞能大于100 eV 時(shí)，甲基肼和偏二甲肼的共價(jià)鍵會(huì)在高能量碰撞下碎裂，導(dǎo)致實(shí)際可檢測(cè)到的質(zhì)子化甲基肼和質(zhì)子化偏二甲肼減少。根據(jù)其信號(hào)強(qiáng)度與源后碰撞能的變化關(guān)系，選擇信號(hào)強(qiáng)度最高的100 eV 作為甲基肼和偏二甲肼質(zhì)譜檢測(cè)信號(hào)的源后碰撞能。但對(duì)于肼而言，由于其檢測(cè)的信號(hào)離子為非共價(jià)加合物，該加合物更容易在碰撞過程中發(fā)生解離。當(dāng)碰撞能高于50 eV時(shí)，質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度即隨碰撞能的提高而下降，故選擇50 eV 作為肼質(zhì)譜檢測(cè)信號(hào)的源后碰撞能。

圖6 3 種被分析物信號(hào)峰面積隨源后碰撞能的變化關(guān)系圖Fig.6 Relationship between peak area of three analytes and post-source collision energy

最終確定的質(zhì)譜檢測(cè)分析條件列于表3。

表3 3 種化合物的質(zhì)譜檢測(cè)條件Table 3 Mass spectrometry parameters for three analytes

2.4 線性范圍和檢出限

在0.01～2 mg·L-1的濃度范圍（含80%異丙醇的樣品濃度）內(nèi)測(cè)試3 種肼類化合物峰面積與濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定其工作曲線的濃度范圍及線性響應(yīng)關(guān)系。工作曲線的確定采用最小二乘法，所給出的工作曲線的范圍通常不小于一個(gè)數(shù)量級(jí)。為避免低濃度點(diǎn)在工作曲線擬合中權(quán)重過小影響低濃度范圍內(nèi)的樣品測(cè)定準(zhǔn)確度，采用濃度的倒數(shù)作為權(quán)重因子進(jìn)行加權(quán)線性回歸分析。所得3 種肼類化合物的線性范圍及其線性回歸方程如表4 所示。

表4 3 種被分析物的線性范圍Table 4 Linear range of three analytes

測(cè)試低濃度下3 種肼類化合物的信噪比，以三倍信噪比下被分析物濃度確定其檢出限。對(duì)于直接用于進(jìn)樣分析的樣品，肼、甲基肼和偏二甲肼的檢出限分別為0.008、0.001、0.005 mg·L-1?？紤]到樣品中加入了80%異丙醇以改善分離效果，實(shí)際應(yīng)用于水樣分析的方法檢出限分別為0.04、0.005、0.025 mg·L-1。

2.5 加標(biāo)回收率

分別向純水和含肼水樣中加入3 種肼類化合物，測(cè)定加標(biāo)濃度以計(jì)算加標(biāo)回收率，所得結(jié)果如表5 所示。依據(jù)方法的線性范圍選擇加標(biāo)濃度，其中肼和偏二甲肼的加標(biāo)濃度介于0.1～7.5 mg·L-1，甲基肼的加標(biāo)濃度介于0.25～0.75 mg·L-1，進(jìn)樣前均按照樣品制備流程進(jìn)行稀釋。分別測(cè)量加標(biāo)前后水樣中3種肼類化合物的濃度，并計(jì)算加標(biāo)被分析物的測(cè)定值和方法回收率?？梢姺椒▽?duì)于3 種肼類化合物的加標(biāo)回收率介于92%～115%之間，且被分析物濃度不低于0.5 mg·L-1時(shí)，方法回收率介于96%～104%之間。該結(jié)果表明該方法對(duì)于水樣中微量肼類化合物的分析具有較高的分析準(zhǔn)確度。

表5 加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果Table 5 Recovery of spiked samples

3 結(jié)論

針對(duì)水樣中微量肼類化合物含量的快速分析需要，開發(fā)了基于親水色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的水中肼、甲基肼、偏二甲肼分析方法。該方法使用80%異丙醇-0.1%甲酸溶液作為樣品溶劑，并進(jìn)樣10 μL 進(jìn)行分析；以70%乙腈-10 mmol·L-1甲酸銨、pH=3.5 的混合溶劑作為流動(dòng)相，使用親水色譜柱進(jìn)行分離；分別選取質(zhì)子化肼-乙腈非共價(jià)加合物，質(zhì)子化甲基肼、質(zhì)子化偏二甲肼作為檢測(cè)離子，并分別采用50、100、100 eV 源后碰撞能對(duì)肼、甲基肼和偏二甲肼進(jìn)行質(zhì)譜分析。所建立的分析方法在一定的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)關(guān)系，可用于水樣中3 種肼類化合物的定量分析；方法具有高檢測(cè)靈敏度和良好的準(zhǔn)確性，3 種肼類化合物的方法檢出限均不超過0.04 mg·L-1，測(cè)定方法回收率為92%～115%，其中對(duì)于濃度不低于0.5 mg·L-1樣品的加標(biāo)回收率為96%～104%。

該方法統(tǒng)一了不同肼類化合物的分析條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同肼類化合物的同時(shí)分析；消除了不同肼類化合物之間的相互干擾，提高了方法在復(fù)雜樣品中的分析準(zhǔn)確度；無需進(jìn)行樣品衍生化等繁瑣、耗時(shí)的樣品預(yù)處理過程，很大程度上縮短了分析時(shí)間，提高了分析效率。目前，該方法已應(yīng)用于肼類推進(jìn)劑廢水及水處理樣品的快速高通量分析中。