超高效液相色谱－串联质谱法测定水中戊基黄原酸

夏 勇，王海燕，代 佼

（攀枝花市环境监测中心站，攀枝花617000）

黄药，即黄原酸盐，按其化学组成也可称为烃基二硫代碳酸盐，结构通式为ROCSSMe（式中R为烃基，Me为Na＋或K＋），一般由醇、氢氧化钠（或氢氧化钾）及二硫化碳合成。黄药主要用作金属硫化物矿石的浮选收集剂，也常用于橡胶的硫化［1］。然而，黄药的环境效应不容忽视。黄药具有恶臭，硫化矿的选矿废水中即使只残存极少量的黄药，仍能使尾矿水及周围空气异臭。含有黄药的选矿废水大量排放时，还可使受纳水体变臭。在水中，黄药会抑制多种水生生物的生长，使鱼类饵料减少，生长缓慢。另外，黄药还对一些鱼类和蛙类具有致畸性和致死性［2］。例如，丁基黄原酸钠对草鱼胚胎具有强烈的致畸作用，畸形的主要症状为弯体和体表瘤状赘生物［3］；长期毒性试验表明，1mg·L－1的戊基钾黄药可导致红鳟死亡［4］。根据浮选药剂对鱼和水蚤类的毒性排名［5］，丁基黄药、异戊基黄药属于中等毒性物质，乙基黄药属于强毒性物质。黄药对动物和人的危害主要表现为使神经系统和肝脏器官受害，且其在微酸条件下能分解出具有神经毒性的二硫化碳，二硫化碳可通过血液进入大脑，使神经系统产生病症，还能对造血系统产生不良影响，还会引起肌肉痛、情绪不稳定、食欲不振、高血压等疾病［6］。

鉴于黄药对水环境的危害性，监控选矿废水及其受纳水体尤为重要。黄药在水中水解成相应的黄原酸。目前测定丁基黄原酸的方法较多，测定戊基黄原酸的方法较少，仅有液相色谱法［7－10］，且前处理复杂，分析耗时较长。高效液相色谱－质谱联用仪因其选择性好、灵敏度高在水质分析方面得到了广泛应用［11－12］，尤其是超高效液相色谱仪的应用，大大提高了分析速率和通量。超高效液相色谱－质谱法测定水中丁基黄原酸的分析方法已有报道［13］，还未见有采用超高效液相色谱－串联质谱法测定水中戊基黄原酸的报道。

本工作采用超高效液相色谱－串联质谱法测定水中戊基黄原酸，并用于实际水样的分析，结果令人满意，可作为水中戊基黄原酸测定的参考方法。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Waters ACQUITYTMUPLC－TQD型超高效液相色谱－三重四极杆串联质谱仪，配二元溶剂管理器、四元溶剂管理器、柱温箱、2777C型自动进样器以及 Masslynx V4．1工作站；Millipore型纯水系统；针式过滤器（孔径0．22μm，内径13mm）。

戊基黄原酸标准储备溶液：100mg·L－1，称取戊基黄原酸钾（纯度为90%）0．013 7g（相当于戊基黄原酸0．010 0g），加入400g·L－1氢氧化钠溶液0．05mL，用10%（体积分数，下同）甲醇溶液溶解，转移并定容至100mL棕色容量瓶中，临用现配（如选用戊基黄原酸钠作为标准物质，也按类似方法处理。为保持与样品的溶剂酸碱度一致，标准溶液系列用pH已调节至9～10的水或空白基质溶液配制）。

氨水为优级纯，甲醇为色谱纯，试验用水为超纯水。

1．2 仪器工作条件

1）色谱条件 ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱（2．1mm×50mm，1．7μm）；流量为0．3mL·min－1；柱温为40℃；进样体积为10μL。流动相：A为水（用氨水调节pH至10），B为甲醇。梯度洗脱程序：0～0．5min时，B为5%；0．5～1．5min时，B由5%升至95%，保持0．5min；2．0～2．5min时，B由95%降至5%。

2）质谱条件 电喷雾负离子模式；毛细管电压为1．5kV；离子源温度为120℃，脱溶剂温度为400℃；脱溶剂气和锥孔反吹气均为高纯氮气，流量分别为700，30L·h－1；碰撞气为高纯氩气，流量为0．17mL·min－1；多反应监测（MRM）模式；母离子m／z 162．75，锥孔电压16V；子离子 m／z 84．97＊，76．83，碰撞能量依次为16，10eV，“＊”表示定量离子。

1．3 试验方法

用500mL棕色具塞磨口玻璃瓶采样水样。采样前，将玻璃瓶用铬酸洗液浸泡过夜后，用水洗净，并于300℃下烘4h，再用铝箔和棉线扎紧瓶塞密封。采样时水样应注满采样瓶并将pH调节至9～10，每个样品平行采集两份，于4℃避光保存，当天进行分析［1，10］。水样分析前用一次性针式过滤器（聚四氟乙烯材质）过滤，取滤液按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2．1 色谱行为

戊基黄原酸标准溶液的总离子流色谱图见图1。

图1 戊基黄原酸的色谱图Fig．1 Chromatograms of amyl xanthic acid

由图1可知：戊基黄原酸的保留时间为1．77min，峰形和响应值均能满足分析要求，单个样品分析仅需3min。

2．2 质谱条件的选择

将100mg·L－1戊基黄原酸标准储备溶液用50%甲醇溶液稀释成500μg·L－1戊基黄原酸标准溶液，通过注射泵将其直接引入三重四极杆串联质谱仪，进行质谱参数优化。选择电喷雾离子源（ESI）负离子扫描方式。用Masslynx软件的Intellistart功能，自动选择特征离子，优化锥孔电压、碰撞能量等参数。最终选择的母离子、子离子、锥孔电压和碰撞能量见1．2节。

在电喷雾离子化模式中，毛细管电压的大小直接决定了待测物的电离程度，进而影响信号响应。试验考察了毛细管电压为0．5～4．0kV时对戊基黄原酸（1．00μg·L－1戊基黄原酸标准溶液）的总离子流色谱图信号的影响，结果见图2。

图2 毛细管电压对戊基黄原酸总离子流色谱图信号的影响Fig．2 Effect of capillary voltage on the TIC chromatogram signal of amyl xanthic acid

由图2可知：戊基黄原酸的信号随着毛细管电压的增大呈现出先增后降的趋势。增大毛细管电压有利于目标物离子化，但过高的毛细管电压会引起目标物在离子源内过早碎裂，导致信号降低。试验选择毛细管电压为1．5kV。

2．3 色谱条件的选择

液相色谱分离采用超高效液相色谱柱，该柱填料粒径为1．7μm，比常规液相色谱柱具有更高的柱效和分离能力，色谱分离时间短，有利于提高样品分析通量，降低流动相消耗。以甲醇－水或者乙腈－水作为流动相时，待测物均不出峰。用氨水将流动相的水相调节pH至10，待测物出峰。考虑到乙腈的毒性和成本均高于甲醇，色谱分离选用甲醇作为有机相。

在pH 9～10时，戊基黄原酸分子结构中一部分为带电离子，一部分为有机基团，仅有机基团与BEH C18柱有疏水作用力，保留能力较弱，只有在有机流动相初始比例较低时才能在色谱柱上有较好的保留。此外，环境水样中有各种复杂的不明成分，采用等度洗脱方式虽然时间短，但不利于物质间的分离。出于有利于色谱保留以及物质间分离，有机流动相初始比例设置为5%，并采用梯度洗脱方式。

2．4 滤膜的选择

样品溶液中的颗粒物容易造成液相和质谱系统管路堵塞，因此进样前必须对样品进行前处理去除颗粒物。文献［14－15］考察了不同滤膜对地表水中部分有机监测项目分析的影响，结果表明：滤材的选择尤其重要，选择不当将会造成分析结果的假阴（阳）性。试验分别用聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚砜（PES）、尼龙（PA）和聚丙烯（GHP）等4种滤膜将空白样品和1．00μg·L－1空白加标样品过滤后进行测定（n＝3），考察上述滤膜对戊基黄原酸测定的影响。结果表明：经PTFE、PES、PA和GHP等4种滤膜过滤后的空白样品中并未检测到戊基黄原酸，过滤后的空白加标样品中戊基黄原酸的平均回收率分别为101%，97．4%，96．4%，105%，这表明4种材质的滤膜对戊基黄原酸测定的影响较小，均符合分析要求。试验选择聚四氟乙烯材质的针式过滤器过滤样品。

2．5 基质效应、标准曲线和检出限

基质效应是指基质成分使待测物的离子化效率降低或增强的作用。参考文献［16－17］通过分析含基质的标准溶液和不含基质的标准溶液，分别拟合标准曲线，比较两者的斜率，从而评估基质效应。斜率比值小于1，表明基质对待测物信号有抑制效应；斜率比值大于1，表明基质对待测物信号有增强效应；比值越接近1，表明基质对分析无影响或者影响小。

分别以超纯水、空白地表水和空白工业废水为基质，配 制 0．500，1．00，2．00，5．00，10．0，15．0μg·L－1标准溶液系列，按仪器工作条件对其进行测定，以戊基黄原酸的质量浓度为横坐标，对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线。结果表明：戊基黄原酸的质量浓度在0．500～15．0μg·L－1内呈线性，线性回归方程和相关系数见表1。

表1 线性回归方程和相关系数Tab．1 Linear regression equations and correlation coefficients

由表1可知：空白地表水基质下的标准曲线斜率与超纯水基质下的标准曲线斜率的比值为1，表明空白地表水基质对分析无明显影响，可以直接用以超纯水为基质绘制的标准曲线进行分析。空白工业废水基质下的标准曲线斜率与超纯水基质下的标准曲线斜率的比值为0．86，表明空白工业废水对戊基黄原酸的测定具有抑制效应。因此，以超纯水为基质绘制的标准曲线不适合于工业废水分析。在优化了色谱、质谱条件的情况下，减少基质对测定结果影响的方式通常有改进样品前处理方式、同位素内标、基质标准校正等方法。同位素内标价格较贵，且目前没有商品化的戊基黄原酸同位素内标。因此，工业废水样品采用基质标准校正的方法进行定量分析。

用空白水样平行配制加标样品7份，加标量为0．500μg·L－1，并根据 HJ 168－2010《环境监测分析方法标准制修订技术导则》中方法检出限MDL＝s×t（n－1，0．99）计算目标物的检出限，其中：t（n－1，0．99）是置信度为99%、自由度为n－1时的t值，n为重复分析的样品数［如果连续分析7个样品，在99%的置信区间，t（6，0．99）＝3．143］，s为标准偏差。选择加标样品的测定平均值与MDL比值为3～5的MDL作为该化合物的检出限。经计算，本方法中戊基黄原酸的检出限为0．114μg·L－1。

2．6 方法的精密度

按试验方法对戊基黄原酸标准溶液系列进行测定，结果见表2。

表2 精密度试验结果（n＝6）Tab．2 Results of test for precision（n＝6）

2．7 方法的准确度

按试验方法对某市5处地表水样品以及2处工业废水样品进行分析，结果表明：7个样品中均未检出戊基黄原酸。

随机选择1个地表水样品和1个工业废水样品进行 加 标 回 收 试 验，加 标 量 为 0．500，8．00，14．0μg·L－1，平行测定6次。结果表明：地表水样品的加标回收率依次为99．4%，98．5%，101%，废水样品的加标回收率依次为95．9%，102%，99．4%。实际地表水样品和工业废水样品及其加标样品的色谱图见图3。

本工作建立了超高效液相色谱－串联质谱法测定水中戊基黄原酸的分析方法。与传统方法相比，本法无需对水样进行复杂的前处理，仅需孔径0．22μm的聚四氟乙烯滤膜过滤后就可直接进样分析，单个样品分析只需3min，简便快速、检出限低、精密度和准确度较好，适用于实际水样中戊基黄原酸含量的测定。

［1］ 《化工百科全书》编委会．化工百科全书（第7卷）［M］．北京：化学工业出版社，1994．

［2］ 李辛夫．浮选剂黄药对蛙类胚胎的致畸毒性［J］．环境科学学报，1990，10（2）：212－216．

［3］ 张甫英．浮选剂丁基黄原酸钠对草鱼早期发育阶段的毒性效应［J］．水生生物学报，1995，19（2）：104－109．

［4］ BOENING D W．Aquatic toxicity and environmental fate of xanthates［J］．Mining Engineering，1998，（50）9：65－68．

［5］ 赵玉娥．黄药、黑药、二号油在水体中的降解试验研究［J］．黄金，1995，16（7）：47－51．

［6］ 宋小霞，朱静，张承屏，等．黄药的研制、应用和水污染处理研究进展［J］．贵州化工，2012，37（7）：19－22．

［7］ BARNES D E，POHLANDT－WATSON C．Separation and determination of the sulph－hydryl flotation collectors using ion－interaction chromatography［J］．Fresenius′Journal of Analytical Chemistry，1993，345（1）：36－42．

［8］ ZHOU C S，BAHR A，SCHWEDT G．Studies on the HPLC determination of xanthates via copper（I）xanthates and dixanthogens［J］．Fresenius′Journal of Analytical Chemistry，1989，334（6）：527－533．

［9］ ZHOU C S，BAHR A，SCHWEDT G．Separation and determination of xanthates in mixtures as dixanthogens by normal－phase HPLC on a diol－phase［J］．Fresenius′Journal of Analytical Chemistry，1990，338（8）：908－911．

［10］ TRUDGETT M．The ultra－trace levels analysis of xanthates by high performance liquid chromatography［D］．New South Wales：University of Western Sydney，2005．

［11］ 张蓓蓓，赵永刚，章勇，等．超高效液相色谱－串联质谱法同时测定水体中莠去津和呋喃丹的含量［J］．理化检验－化学分册，2011，47（1）：33－35．

［12］ 熊杰，钱蜀，谢永洪，等．高效液相色谱－串联质谱法同时测定水中丙烯酰胺、苯胺和联苯胺［J］．分析化学，2014，42（1）：93－98．

［13］ 刘景泰，李振国．超高效液相色谱－质谱法测定地表水中丁基黄原酸［J］．中国环境监测，2012，28（5）：76－78．

［14］ 王海燕，夏勇．超高效液相色谱－串联质谱同时测定水中的敌百虫和敌敌畏［J］．中国环境监测，2014，30（6）：153－158．

［15］ 王超，吕怡兵，滕恩江，等．超高压液相色谱荧光检测法快速测定水中痕量苯胺与联苯胺［J］．分析测试学报，2013，32（1）：32－37．

［16］ REBELO A M，DOLZAN M D，HELLER M，et al．Simultaneous determination of herbicides in rice by QuECHERS and LC－MS／MS using matrix－matched calibration［J］．Journal of the Brazilian Chemical Society，2016，27（1）：186－193．

［17］ 周莉，王新全，徐浩，等．液相色谱－串联质谱法测定叶菜类蔬菜中16种农药的基质效应研究［J］．理化检验－化学分册，2011，47（12）：1398－1401．