在线固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法快速测定地表水中超痕量阿特拉津

沈 斐, 许燕娟, 宋 挺, 陈 静, 王 晔

(1. 无锡市环境监测中心站, 江苏 无锡 214121; 2. 江南大学环境与土木工程学院, 江苏 无锡 214122)

光系统是光合生物中能够吸收光能,并将其转变为化学能的多蛋白质复合物,分为光系统Ⅰ和光系统Ⅱ。阿特拉津能够通过干扰光系统Ⅱ来抑制杂草生长,是目前应用最广泛的除草剂之一[1]。阿特拉津具有一定的生物毒性,长期摄入高浓度的阿特拉津会造成心脏和肝脏的损伤,因此欧盟自2004年开始便禁止了阿特拉津的使用[2]。目前,水环境中阿特拉津的测定方法主要有气相色谱法[3-5]和高效液相色谱法[6,7],其方法检出限仅为μg/L级[8,9],无法满足超痕量测定的需求。

本文建立了在线固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱(on line SPE-UPLC-MS/MS)快速测定地表水中超痕量阿特拉津的分析方法,仅需11 min即可完成样品富集到测定的全部过程。本文还对在线固相萃取条件、液相色谱条件、质谱条件进行了优化,为阿特拉津的准确测定提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂及材料

AQUITY UPLCTM超高效液相色谱仪、2777C全自动在线前处理系统、Acquity BEH 130色谱柱(100 mm×2.1 mm, 1.7 μm)、HLB Direct Connect HP在线固相萃取柱(30 mm×2.1 mm, 20 μm)、0.22 μm亲水性聚丙烯滤膜(美国Waters公司); API 4000+串联质谱仪(美国AB Sciex公司); Milli-Q去离子水发生器(美国Millipore公司)。

甲醇、乙腈(德国Merck公司);甲酸(美国Sigma-Aldrich公司);阿特拉津(CAS No. 1912-24-9, 100 μg/mL,北京坛墨质检科技有限公司)。

1.2 样品采集及前处理

采集：用100 mL棕色玻璃瓶采集满瓶地表水样品,不留顶空,采集后于4 ℃避光保存,当天分析。

前处理：取10 mL地表水样品,直接通过0.22 μm滤膜,待测。

1.3 分析条件

1.3.1在线固相萃取条件

流动相A: 2%(v/v)氨水溶液;流动相B: 0.5%(v/v)甲酸水溶液;流动相C:含0.1%(v/v)甲酸的乙腈-甲醇(90∶10, v/v)溶液;流动相D:甲醇；进样量:5 mL。梯度洗脱程序见表1。

A: 2% (v/v) ammonia; B: 0.5% (v/v) formic acid aqueous solution; C: acetonitrile-methanol (90:10, v/v) containing 0.1% (v/v) formic acid; D: methanol.

1.3.2色谱条件

分析柱:Acquity BEH 130色谱柱;柱温:40.0 ℃;流动相A1：0.1%(v/v)甲酸水溶液;流动相B1:含0.1%甲酸(v/v)的甲醇溶液。梯度洗脱程序:0～3.8 min, 5%B1,流速0.4 mL/min; 3.8～4.1 min, 5%B1,流速0.01 mL/min; 4.1～7.0 min, 5%B1～95%B1,流速0.4 mL/min; 7.0～9.0 min, 95%B1,流速0.4 mL/min; 9.0～9.5 min, 95%B1～5%B1,流速0.4 mL/min; 9.5～11.0 min, 5%B1,流速0.4 mL/min。阿特拉津的保留时间为6.78 min。

1.3.3质谱条件

离子源为电喷雾电离源正离子模式(ESI+);扫描模式为多反应监测(MRM)模式;喷雾电压为 5 500 V;气帘气压力为1.75×105Pa;雾化气(GS1)压力为3.79×105Pa;辅助加热气(GS2)压力为3.45×105Pa;喷针温度(TEM)为500 ℃;去簇电压(锥孔电压)均为65 V。母离子为m/z216,子离子为m/z174和146;碰撞电压为20 V(m/z174)和40 V(m/z146)。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

分析阿特拉津时常用反相体系乙腈-水作为流动相[6]。实验过程中发现,流动相中的有机相改为甲醇时,能够提高阿特拉津的响应强度(见图1);起始流动相的改变对于目标物色谱峰形和响应强度也有影响(见图2),梯度洗脱在0～4.1 min时,随着含0.1%(v/v)甲酸的甲醇溶液比例的升高,保留时间前移,色谱峰响应变小,峰形变差,甚至出现峰分裂的现象。因此,本文采用0.1%(v/v)甲酸水溶液和含0.1%(v/v)甲酸的甲醇溶液作为流动相。优化条件下阿特拉津标准溶液(2.5 μg/L)的色谱图见图3。

图 1 不同洗脱溶剂对阿特拉津(1.5 μg/L)响应强度的影响Fig. 1 Effect of different gradient elution solvents on the intensity response of atrazine (1.5 μg/L)

图 2 起始流动相对阿特拉津(2.5 μg/L)色谱峰形及响应强度的影响Fig. 2 Effect of initial mobile phase on the chromatographic peak shape and intensity response of atrazine (2.5 μg/L) B1： methanol containing 0.1 (v/v) formic acid.

图 3 阿特拉津标准溶液(2.5 μg/L)的色谱图Fig. 3 Chromatogram of the atrazine standard solution (2.5 μg/L)

2.2 质谱条件的优化

采用流动注射泵连续进样,在正离子模式下对阿特拉津的质谱条件进行优化,阿特拉津母离子的m/z为126,子离子的m/z分别为174和146,两对离子均为定性离子,选择其中相对丰度较高的m/z174作为定量离子。

2.3 在线固相萃取条件的优化

本方法使用HLB Direct Connect HP柱为在线固相萃取小柱,填料为二乙烯苯和N-乙烯基吡咯烷酮共聚物,对于极性和非极性化合物有很好的保留,具有载样量更大和pH耐受范围更宽等优点。甲醇常被用于阿特拉津固相萃取的洗脱溶剂[10],具有良好的水溶性,非常适合作为在线固相萃取的洗脱溶剂。因此本文在样品上样完成后采用甲醇作为洗脱溶剂(流动相D),取得了良好的洗脱效果。对阿特拉津含量较高的加标样品(2.5 μg/L)分析后进行空白测试,结果显示,阿特拉津洗脱效果良好,无残留发生。采用2%(v/v)氨水溶液为柱平衡流动相,0.5%(v/v)甲酸水溶液和含0.1%(v/v)甲酸的乙腈-甲醇(90∶10, v/v)溶液为柱清洗流动相,以保证固相萃取小柱的使用寿命及效果。

图 4 不同进样量对阿特拉津峰面积的影响(n=7)Fig. 4 Effect of injected volumes on the peak area of the atrazine (n=7)

进样量是在线固相萃取吸附和解吸过程中的重要考虑因素[11]。实验考察了不同进样量(1、2和5 mL)对阿特拉津色谱峰峰面积的影响(n=7)。如图4所示,随着进样量的增大,阿特拉津色谱峰的峰面积也随之增加,但样品和峰面积的比值并未发生变化，说明上样过程中,待测物并没有因为进样量的增大而发生穿透现象。但是随着进样量的增大,阿特拉津色谱峰峰面积的相对标准偏差有所增加,但均符合日常测定要求。考虑到进样量的增加使目标物的色谱峰响应更强,灵敏度也更高,因此选择5 mL为最终进样量。

2.4 标准曲线和方法检出限(MDL)

对100 mg/L 的阿特拉津标准溶液进行不同倍数的稀释,以阿特拉津的质量浓度为横坐标(x, ng/L)、峰面积为纵坐标(y)绘制标准曲线,得到回归方程为y=9.1×103x-4.2×105,线性范围为1.0～5 000 ng/L,相关系数(r)为 0.998 9。

在不含待测物的地表水样品中添加标准溶液,按1.2节描述前处理后,以公式MDL=t(n-1, 0.99)×S计算方法检出限[12]。其中,t(n-1, 0.99)为置信度99% 、自由度(n-1)时的t值;n为重复样品数;S为标准偏差。当n=7时,方法检出限为0.2 ng/L,定量限为0.8 ng/L(4倍检出限),满足阿特拉津超痕量分析的测试要求。

2.5 准确度和精密度

在地表水样品中添加不同水平的阿特拉津标准溶液,按1.3节方法进行测定,每个水平行测定7次,计算回收率和相对标准偏差。结果表明,不同加标水平(0.8、12.5、250和 1 000 ng/L)下阿特拉津的平均回收率分别为87.2% 、84.4% 、83.0%和105.1% , RSD分别为5.3% 、1.6% 、3.4%和2.1% ,满足日常测定要求;当加标水平为0.2 ng/L 时,阿特拉津的平均回收率为105.3% , RSD为9.7% 。

2.6 与其他方法比较

近年来国际上也开发了许多阿特拉津富集及测定的新方法(见表2)。与其他方法相比,本方法灵敏、高效,符合阿特拉津痕量分析的要求。

2.7 实际样品分析

采集江苏无锡某地表水样品,进行实际样品分析。结果表明,所有水样中均有阿特拉津的检出,含量为45.4～131 ng/L。因此,人们需对地表水中阿特拉津的污染应给予重视,切实保障水质和生态环境安全。

3 结论

本文采用在线固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法快速测定地表水中超痕量阿特拉津。该方法简便快捷,灵敏度高,克服了传统方法萃取过程时间长,溶剂消耗量大的问题,同时全自动化操作提高了测定的精密度和准确度,减少了人员操作的随机误差,适合阿特拉津污染的快速定性定量测定及大批量样品的快速监测需求,同时为水环境中微有机污染物的测定提供参考。