高效液相色谱-电喷雾离子源-串联三重四极杆质谱法分析地表水中高氯酸盐

谢永洪，杨 坪，钱 蜀，姚 欢，谢振伟，万 旭，葛 军

四川省环境监测中心站，四川 成都 610041

高氯酸盐被广泛用于军工、核电、纺织印染、电镀工作等领域［1］，具有强稳定性、易溶于水等特点，且在大多数土壤和矿物质上的吸附性很弱，一旦进入水体会持续迁移，从而导致大范围的地表水源和地下水受到污染，需要十几年才能降解［2-3］。但高氯酸盐是一种甲状腺毒素，它会干扰碘的吸收，抑制激素生成，从而干扰正常的新陈代谢，影响胎儿、儿童脑部的发育，甚至造成脑部的损伤［4-6］。鉴于高氯酸盐的危害性及其一旦污染造成的广泛性，高氯酸盐的研究引起了科学工作者的广泛关注。

文献报道的方法主要有离子色谱电导法［7-9］、离子色谱-质谱法(IC-MS)［10-12］、液相色谱-质谱法(LC-MS)［13-15］。其中，直接进样离子色谱电导法灵敏度较低;采用在线浓缩/基体消除技术的二维离子色谱电导法检出限能达ng/L，但结构复杂，分析时间长;IC-MS法灵敏度高，但该仪器价格昂贵，不普及，就目前而言，国内仅几家机构配有该仪器;LC-MS法主要采用C18或C8等反相柱，但高氯酸盐亲水性强，在反相柱上保留很弱，很难与地表水基体中大量的其他阴离子进行分离，即使采用了高选择性的质谱法进行分析，也很难彻底消除基体的干扰。因此，这类方法往往要求样品基体单一或用萃取、过前处理小柱等方法去除基体离子。

该法采用离子交换柱作为分析柱，以能直接进质谱的0.056%弱碱性氨水与5 mmol/L乙酸铵混合液为流动相，在50 μL进样的情况下，直接进样-负离子模式电喷雾离子化-串联三重四极杆质谱法实现地表水中高氯酸盐的测定。该法灵敏度高，能对亚微克每升级浓度水平的样品进行测定，高中低不同浓度样品连续进样的精密度好、准确度高，无需复杂前处理即能对地表水样品进行直接测定。同时，液相色谱质谱仪在国内已经比较普遍，相较于IC-MS法更容易推广。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

甲醇为HPLC级;乙酸铵为HPLC级;氨水为优级纯;高氯酸盐标准溶液质量浓度为1 000 mg/L;超纯水电阻率为18.2 MΩ·cm，美国。

高效液相色谱(LC-20A型)-串联三重四极杆质谱(4000 QTRAP型);针式过滤器(天津)。

1.2 实验方法

1.2.1 色谱条件

IonPac AG 20型离子交换色谱柱(4 mm×50 mm，美国)，流动相为0.056%氨水/5 mmol/L乙酸铵，1.0 mL/min流速，柱温为35℃，进样量为50 μL。

1.2.2 质谱条件

电离源为电喷雾离子源，负离子模式为MRM模式，母离子m/z为99.0，子离子m/z为82.9，气帘气 1.72×106Pa，碰撞气为 high，喷雾电压－3 500V;喷雾温度650℃;雾化气4.48×106Pa;辅助气2.76×106Pa，射入电压－7V;碰撞池射出电压0 V，碰撞能量－36.83 V，锥孔电压－66.98 V。

1.2.3 样品预处理

地表水样过0.22 μm聚醚砜针式过滤器后直接进样。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的选择

由于纯水进入质谱会影响雾化效果，从而影响灵敏度，因此在1 mg/L水配制的高氯酸盐标准溶液中加入与水大致相等体积的甲醇，通过质谱直接进样，Q1全扫寻找［M-H］分子离子峰，然后选择该母离子在碰撞池碰撞后进行二级子离子碎片全扫。获得母离子和子离子后，在多反应监测(MRM)模式下针对选定的母离子和子离子优化射入电压、碰撞池射出电压、碰撞能量、锥孔电压，优化后质谱条件如表1所示。高氯酸盐的母离子和子离子全扫质谱图如图1所示。

表1 MRM优化质谱条件

图1 高氯酸盐标准溶液Q1和MS2全扫图

MRM模式优化后，短接分析柱，连接0.1%氨水流动相，以0.7 mL/min的流速，由自动进样器进200 μg/L高氯酸盐标准溶液10 μL，进行离子源参数的优化，优化时候发现，由于流动相中没有有机相，因此当碰撞气选择medium时，色谱峰毛刺较多，而当选择High时，得到的色谱峰则很光滑，如图2所示。其他离子源参数的选择主要体现在对灵敏度的影响上，优化后的离子源参数如表2所示。

图2 Medium和High碰撞气条件下50 μg/L高氯酸盐标准溶液色谱峰

表2 离子化参数

2.2 色谱柱的优化

高氯酸根在水溶液中以阴离子的形式存在，可以采用阴离子交换机理对其进行分离。分别选择 IonPac AG7(2 mm ×50 mm)、IonPac AG16(4 mm×50 mm)和 IonPac AG20(4 mm ×50 mm)阴离子交换色谱柱为分析柱，以0.1%氨水为流动相，流速0.7 mL/min，10 μg/L标准进样。结果表明，采用IonPac AG7柱保留太强，很难将高氯酸盐洗脱;相比IonPac AG16，采用IonPac AG 20色谱柱时所出的色谱峰保留时间较短，且响应信号明显大于采用IonPac AG16所出的色谱峰。因此，选择IonPac AG20(4 mm×50 mm)作为分析用色谱柱。

2.3 流动相的选择

由于阴离子交换色谱常用的氢氧化钾、碳酸钠等无机洗脱液不适合直接进质谱，因此选用能直接进质谱的具有弱碱性的氨水作为流动相。实验分析发现，以0.1%氨水为流动相，基线噪音较大，因此减少氨水量以改善基线噪音;但为了保证洗脱能力，在流动相中加入乙酸铵。实验表明，当采用氨水体积分数为0.056%，乙酸铵浓度为5 mmol/L时，高氯酸盐分析灵敏度较好，分析时间较短。

2.4 方法的线性范围、检出限和精密度

将标准品用超纯水稀释得到一浓度系列标准溶液，对上述系列浓度各测定3次后，取其峰面积的平均值，以峰面积为纵坐标，标准液质量浓度为横坐标建立标准工作曲线，其线性范围为0.2 ～50 μg/L，线性回归方程为y=16 326+26 509x，线性相关系数为0.999 4。

按照《HJ 168—2010分析方法标准制修订技术导则》中规定的检出限实验方法，以质量浓度0.2 μg/L连续进样7次考察方法的检出限。实验结果表明，方法灵敏度高，0.2 μg/L的样品进样仍能得到较高的相应信号，检出限低至0.043 μg/L。

在低浓度样品中加入一定量的标准溶液以获得较高浓度的样品，并与低、中浓度水平的地表水样品连续进样进行方法低、中、高浓度的精密度实验，结果见表3。低、中、高浓度的地表水样品连续进样10次得到的相对标准偏差分别为2.47%、4.55%和0.49%，可见，该法对于低、中、高浓度的不同地表水样品的分析均具有较好的精密度。

表3 精密度实验结果

2.5 比对实验结果

将该法与EPA314.0的离子色谱电导法进行比对，结果见表4。由于离子色谱法(检出限0.53 μg/L)灵敏度相对低一些，对低浓度的测定可能存在一定误差，但总体而言，两者分析结果基本吻合。

表4 比对实验结果

2.6 样品分析

分析时，为了进一步对样品定性，利用仪器的Q-Trap增强型子离子扫描(EPI)功能，在进行样品MRM定量分析的同时将用于定量的母离子所产生的二级子离子的信号增强并对其进行全扫，样品和标准的EPI扫描的色谱峰与质谱图如图3所示。可见样品和标准检测的m/z为99.0的二级碎片离子组成完全一致，定性准确。

图3 标准溶液和样品色谱图及质谱图

地表水样品过0.22 μm聚醚砜针式过滤器后直接进样，按第1.2节色谱和质谱条件进行测定，外标法定量，分析结果见表5。

表5 样品分析结果

3 结论

利用离子交换色谱柱Dionex AG20进行分离，MRM定量检测99.0/82.9离子对，质谱仪的Q-Trap功能对用于定量的母离子进行EPI扫描监测以进一步定性，建立了高效液相色谱-负离子模式电喷雾离子化-串联三重四级杆质谱测定地表水中高氯酸盐的方法。方法定性能力强、精密度好、灵敏度高、线性范围广，检出限达0.043 μg/L，能对环境水样中的高氯酸盐进行直接测定，具有较高的实用价值。

［1］Trumpolt W C，Crain M，Cullison D G，et al．Perchlorate：Sources，Uses，and Occurrences in the Environment［J］．Remediation Journal，2005，16(1)：65-89．

［2］Kosaka K，Asami M，Kunikane S．Perchlorate：Origin and Occurrence in Drinking Water［C］//Nriagu J O．Encyclopedia of Environmental Health．USA：Elsevier，2011：371-379．

［3］Motzer W E．Perchlorate：Problems，Detection，and Solutions［J］．Environmental Forensics，2001(2)：301-311．

［4］Charnley G．Perchlorate：Overview ofrisksand regulation［J］．Food and Chemical Toxicology，2008，46(7)：2 307-2 315．

［5］Baier-Anderson C．Risk assessment，remedial decisions and the challenge to protect public health：The perchlorate case study［J］．Analytica Chimica Acta， 2006，567(1)：13-19．

［6］于佳，唐玄乐，刘家仁．高氯酸盐对人体健康影响的研究进展［J］．环境与健康杂志，2008，25(7)：648-650．

［7］Lamb D J， Simpson D， Jensen D B， etal．Determination of perchlorate in drinking water by ion chromatography using macrocycle-based concentration and separation methods［J］．Journal of Chromatography A，2006，1 118(1)：100-105．

［8］Ellington J J，Evans J J．Determination of perchlorate at parts-per-billion levels in plants by ion chromatography［J］．Journal of Chromatography A，2000，898(2)：193-199．

［9］Liu Y J，Mou S F．Determination of trace levels of haloacetic acids and perchlorate in drinking water by ion chromatography with direct injection［J］．Journal of Chromatography A，2003，997(1/2)：225-235．

［10］Zhang P，Shi Y L，Wang Y W，et al．Determination of Trace Level Perchlorate in Sludge Samples by Ion Chromatography-Electrospray Tandem Mass Spectrometry［J］．Chinese Journal of Analytical Chemistry，2007，35(1)：131-134．

［11］Mathew J， GandhiJ， Hedrick J． Trace level perchlorate analysis by ion chromatography-mass spectrometry［J］．Journal of Chromatography A，2005，1 085(1)：54-59．

［12］Martinelango K P，Gümüş G，Dasgupta K P．Matrix interference free determination of perchlorate in urine by ion association-ion chromatography-mass spectrometry［J］Analytica Chimica Acta，2006，567(1)：79-86．

［13］Lin S L，Lo C Y，Fuh M R．Quantitative determination of perchlorate in bottled water and tea with online solid phase extraction high-performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry［J］ Journal of Chromatography A，2012，1 246：40-47．

［14］刘艳英，吴敏，林立毅，等．高效液相色谱串联质谱法测定牛奶中的高氯酸盐［J］．分析测试学报，2011，30(7)：821-824．

［15］金军，常瀛月，丁问微，等．超高效液相色谱一电喷雾离子源一串联三重四极杆质谱分析饮用水中的高氯酸盐［J］．分析测试学报，2010，29(9)：974-97．