液相色谱-串联质谱法测定生活饮用水中4种卤代乙酸的含量

胡佳偲 ,冯晓青 ,霍宗利 ,张 昊*

(1.江苏省疾病预防控制中心,南京 210009;2.淮安市疾病预防控制中心,淮安 223003)

卤代乙酸是一类在生活饮用水氯化消毒过程中形成的消毒副产物,这类化合物具有遗传毒性、细胞毒性、生殖发育毒性等危害,是生活饮用水监测中被广泛关注的一类化合物[1]。GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中日常监测的氯代乙酸类化合物有二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA),同时一碘乙酸(MIAA)和二碘乙酸(DIAA)由于比氯代乙酸类化合物具有更强的生物毒性同样也受到关注[2]。

目前,生活饮用水中卤代乙酸的检测方法有气相色谱法[3-7]、离子色谱法[6-14]、液相色谱-串联质谱法[15]、离子色谱-串联质谱法[16-18]等。GB/T 5750—2006《生活饮用水标准检验方法》中采用气相色谱法测定生活饮用水中DCAA、TCAA 含量,但是该方法在前处理过程中需要进行衍生化,存在前处理时间长,操作繁琐等问题。离子色谱-串联质谱法由于其较高的灵敏度逐渐被用于生活饮水中卤代乙酸的测定,然而传统的离子色谱-串联质谱法利用KOH等淋洗液体系进行洗脱的分析时间相对较长。非抑制型离子色谱-串联质谱法则利用有机强碱甲胺代替氢氧根洗脱体系,从而实现卤代乙酸的分离和测定;但甲胺为易制毒化学品,购买困难,长期使用会残留在四极杆质谱仪中,严重抑制质谱的正离子检测信号,且该方法使用的色谱柱价格昂贵,成本较高。由于卤代乙酸具有极强的亲水性,采用液相色谱-串联质谱法测定时,普通的C18色谱柱或T3 色谱柱对这类化合物的保留较差,需要在流动相中添加有机酸达到提高保留的目的[15],但是会在一定程度上抑制化合物的电离。目前利用亲水作用色谱(HILIC)柱进行这类化合物测定的文献相对较少,常用的HILIC柱的填料为不带修饰基团的硅胶,对于亲水性化合物的保留主要依靠填料的吸附作用,色谱柱的重现性相对较差。

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因此,本工作采用具有末端官能团修饰的HILIC柱为色谱分离柱,提出了液相色谱-串联质谱法测定生活饮用水中DCAA、TCAA、MIAA、DIAA等4种卤代乙酸含量的方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Acquity I-CLASS PLUS 型超高效液相色谱仪;Xevo TQ-XS型质谱仪,配Masslynx数据处理系统。

DCAA、TCAA 单标准溶液:1 000 mg·L—1。

2.1.1 色谱柱

混合标准溶液:分别移取0.1 mL 4种卤代乙酸单标准溶液,用50%(体积分数,下同)乙腈溶液定容至10 mL,配制成4 种卤代乙酸质量浓度均为10 mg·L—1的混合标准溶液。使用时,用50%乙腈溶液稀释至所需质量浓度。

MIAA、DIAA 标准品的纯度均不小于98.0%;乙腈、乙酸铵、氨水均为色谱纯;试验用水为超纯水(电阻率不小18 MΩ·cm)。

低于12.2米的普通脚手架搭设仅需专业脚手架工在脚手架主管监督下搭设、更改及拆除即可，超过12.2米及其他的特殊脚手架搭设则需经过阿美批准的专业脚手架承包商进行。

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1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

DEA 色谱柱是一种填料末端为二乙胺基团的色谱柱,主要被应用于合相色谱和超临界流体的分离,近年来逐渐被应用于液相色谱的分离,尤其是对氯酸盐等亲水性化合物的分离。在本课题组利用DEA 色谱柱分离咖啡中高氯酸盐等极性化合物工作的基础上[19],试验选择以DEA 色谱柱作为分析柱,分离卤代乙酸这类小分子亲水性化合物。

Torus DEA 色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm);柱 温40 ℃,样品室温度4 ℃;流量0.3 mL·min—1;进样量2 μL;流动相A为含1.0 mmol·L—1乙酸铵的2.0%(体积分数,下同)氨水溶液,B 为乙腈;等度洗脱,体积比VA∶VB＝10∶90。

综上分析,适量的氨水可以促进卤代乙酸的电离,低浓度水平的乙酸铵以及合适的流动相比例能够使卤代乙酸维持较好的峰形,因此试验最终选择的水相为含1.0 mmol·L—1乙酸铵的2.0%氨水溶液,有机相为乙腈,水相与有机相体积比为10∶90。

这种种原因标明，利用Fizpatrick-Pathak皮肤分型来预测MED值是不可靠的，缺乏客观依据。

电喷雾离子(ESI)源,负离子(ESI—)模式;多反应监测(MRM)模式;离子源电压—2.4 k V;脱溶剂气温度600 ℃;脱溶剂气流量16 667 mL·min—1,锥孔气流量2 500 mL·min—1;碰撞气为氩气,流量0.16 mL·min—1;喷雾气压力0.7 MPa。其他质谱参数见表1,其中“*”代表定量离子。

1．3 统计学方法 计量资料的数据用x－±s表示；多个样本的比较用Kruskal－Wallis H 检验；然后应用有序Logistic回归分析方法研究Apgar评分与以上三项及其他相关指标的关系。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

1.3 试验方法

取5 mL水样于15 mL离心管中,涡旋混匀,用0.22μm 混合纤维素(MCE)针头式过滤器过滤,分取0.5 mL 滤液,与0.5 mL 乙腈混合后,按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

MIAA、DIAA 单标准溶液:分别称取0.01 g MIAA、DIAA 标准品,用甲醇溶解并定容至10 mL,配制成MIAA、DIAA 质量浓度均为1 000 mg·L—1的单标准溶液。

试验比较了两种HILIC 柱,即传统硅胶的Acquity UPLC BEH HILIC 色谱柱(150 mm ×2.1 mm,1.7μm)和NH2填料的Asahipak NH2P-50 2D 色谱柱(150 mm×2.0 mm,5μm)对4种目标物色谱行为的影响。结果显示:使用传统硅胶色谱柱作为分析柱时,目标物的保留时间基本都小于0.7 min,目标物无法被有效保留;而使用NH2填料的色谱柱进行分离时,NH2填料对目标物表现出过强的吸附能力,导致目标物无法被有效洗脱。

2.均衡饮食种类，不宜过分偏食。蔬菜、肉类等食品应搭配食用，因为不合理的荤素搭配，不仅会影响到维生素的汲取，同时会影响到组织液，甚至血液细胞中水分以及一些必须的元素的成分含量，从而导致高血压或低血压等问题。

结果表明:4种目标物响应强度随着氨水溶液体积分数的增大呈先减小后增大再减小的趋势,说明流动相碱性适当增强有利于目标物形成离子态,促进其在ESI源中的电离,但碱性过强会抑制目标物的电离;随着乙酸铵浓度的增加,DCAA 响应强度有小幅上升,而其他3种目标物响应强度明显降低,说明乙酸根会抑制这3种目标物的电离。虽然在水相中加入较低浓度水平的乙酸铵会丧失一部分的灵敏度,但乙酸根的加入有效改善了单纯使用氨水溶液时出现的峰拖尾现象。为了获得良好的峰形以确保后续色谱峰定量时的准确度,试验选择整体流动相中乙酸铵浓度为0.1 mmol·L—1,氨水溶液体积分数为0.2%。

2.1.2 流动相

考虑到碱性条件有利于卤代乙酸在离子源中的电离,试验首先固定流动相中水相与有机相体积比为20∶80,同时考虑到在相同条件下不同卤代乙酸的色谱峰响应强度相差较大,为了使不同条件下的变化趋势更为明显,试验以1.0%(体积分数,下同)氨水溶液作为水相时4种卤代乙酸的响应强度为参照,比较了以乙腈为有机相,以不同体积分数(0.1%,0.2%,0.5%,1.0%,2.5%)的氨水溶液以及添加不同浓度(0.5,1.0,2.0,5.0 mmol·L—1)乙酸铵的1.0%氨水溶液作为水相时对4种目标物相对响应强度的影响,结果见图1。

图1 氨水溶液体积分数和乙酸铵浓度对4种卤代乙酸相对响应强度的影响Fig.1 Effects of volume fraction of ammonia solution and concentration of ammonium acetate on the relative response intensities of 4 haloacetic acids

DEA 色谱柱的分离模式为HILIC 模式,将水样直接测定时,高水相会导致目标物在分离时产生严重的溶剂效应,进而出现目标物峰形变差、保留时间漂移等问题,因此待测溶液必须为水样和乙腈的混合溶液。参考使用手册中推荐的比例,以V乙腈∶V水样＝1∶1的比例进样分析,有效降低了强洗脱溶剂水对目标物溶剂效应的影响。

为了考察流动相中水相和有机相体积比对卤代乙酸的色谱峰信号和峰形的影响,以含不同浓度乙酸铵的氨水溶液为水相,乙腈为有机相,固定整体流动相中氨水溶液体积分数为0.2%,乙酸铵浓度为0.1 mmol·L—1,比较了水相与有机相体积比分别为10∶90,15∶85,20∶80,25∶75,30∶70 时对4种目标物响应强度的影响。结果表明:随着有机相比例的升高,目标物的保留时间逐渐延长,响应强度逐渐增大;当水相与有机相体积比为10∶90时,目标物响应强度较大。因此,试验选择以10∶90作为水相与有机相的体积比。

1.2.2 质谱条件

2.1.3 进样量

食品产业在近年来得到了迅速的发展，在成绩背后，除了业界不断推动新品销售之外，还有另外一个重要的原因——行业内紧跟年轻消费者的需求，从包装的材质、外观甚至店铺整体销售环境上做出了升级。

试验进一步比较了进样量分别为2,5,10μL时对目标物的色谱行为的影响。结果显示:当进样量为5μL时,基质加标溶液中DCAA 和TCAA 色谱峰存在明显的变形;继续增大进样量至10μL时,溶剂效应会导致目标物峰形变差;当进样量为2μL时,4种目标物的色谱峰峰形均良好。因此,试验选择的进样量为2μL。

2.2 色谱行为

4种卤代乙酸的提取离子色谱图见图2。

图2 4种卤代乙酸的提取离子色谱图Fig.2 Extraction ion chromatograms of 4 haloacetic acids

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

取适量的混合标准溶液,用50%乙腈溶液逐级稀释,配制成5,10,20,50,100μg·L—1的混合标准溶液系列。按照优化的仪器工作条件进行测定,以卤代乙酸的质量浓度为横坐标,对应的定量离子峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果显示:4种目标物标准曲线的线性范围均为5～100μg·L—1,线性参数见表2。分别以3,10倍信噪比(S/N)作为检出限(3S/ N)和测定下限(10S/N),结果见表2。

表2 线性参数、检出限和测定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度和回收试验

对自来水水样进行3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平重复测定6次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表3。

表3 精密度和回收试验结果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

结果显示:4 种卤代乙酸的回收率均大于70.0%,测定值的RSD 均小于6.0%,满足实际样品的检测要求。

第一，要在水资源配置中充分考虑农业用水和保障粮食安全的用水需求。水利部会同发改委等部门编制了全国水资源综合规划，明确了水资源配置方案，其中充分考虑了近期、中期和远期农业用水需求。

2.5 样品分析

按照试验方法对实验室10份末梢水进行测定,其中MIAA、DIAA 和TCAA 均未检出,有8 份样品检出DCAA,检出量为2.0～4.4μg·L—1。

本工作提出了液相色谱-串联质谱法测定生活饮用水中4种卤代乙酸含量的方法,该方法操作简单,满足国家标准的要求。