离子色谱串联四极杆质谱联用法快速检测饮用水中9种卤代乙酸

任洁芳 姜振邦 王 瑾 张慧敏 朱 岩 张东雷 *

(1.浙江省产品质量安全检测研究院，杭州 310028；2.上海爱博才思分析仪器贸易有限公司，北京 100015；3.浙江大学， 杭州 310028)

饮用水中的卤代乙酸(HAAs)是水质消毒过程中产生的一种有害物质。目前使用的臭氧消毒方法相比于传统消毒方法，产生的总消毒副产物含量下降，但HAAs却显著增加，主要包氯取代、溴取代和氯溴混合取代的乙酸等三类。早在1987年，Herren Freund等研究就已表明二氯乙酸和三氯乙酸可引起小鼠肝肿瘤，此后不断有报道氯代乙酸对啮齿类动物有致癌作用[1-3]，方城等研究表明，二溴乙酸可以导致小鼠和大鼠产生DNA[4]，有研究证明二溴乙酸比二氯乙酸和三氯乙酸具有更强的DNA损伤性[5]。因此长期饮用含卤代乙酸的水可产生致癌风险。美国国家环保局公布的饮用水第一阶段控制法中规定5种HAAs的最大运行浓度为60 ng/mL[6]。我国也有相关标准对二氯乙酸和三氯乙酸做出限量要求，《国家城市供水水质标准》要求此两种氯乙酸不高于60 ng/mL[7]，《生活饮用水卫生标准》要求二氯乙酸不高于50 ng/mL，三氯乙酸不高于100 ng/L[8]。

由于HAAs极性较大，目前饮用水中HAAs的测定方法主要有衍生化气相色谱法[9,10]，高效液相色谱法[11]，液相色谱质谱法[12]，离子色谱法[13]和离子色谱质谱联用法[14]。其中离子色谱法非常适用于卤代乙酸这类化合物，其极性较大，在常规反向液相色谱柱无保留行为，而是使用特殊固定相的液相色谱柱(如五氟苯基柱等)虽有部分改善，但往往柱效下降较快，寿命短，此外HAAs结构简单无紫外吸收，使用离子色谱法无需进行萃取衍生等繁琐前处理，通过微孔滤膜过滤后可直接进样检测。本文基于离子色谱和三重四极杆串联质谱法建立了9种卤代乙酸的快速检测方法。本方法简单、快速、灵敏度高、稳定性好，可为进一步提升饮用水安全监控提供有效技术支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：ICS-1100型离子色谱仪，配自动进样器，AXP型外置泵，Thermo Fisher公司； TripleQuad 5500型三重四极杆质谱仪，SCIEX公司；MS105DU型分析天平(十万分之一精度)，METTLER-TOLEDO公司；Milli-Q®Direct纯化水仪，Millipore公司。

试剂与耗材：碳酸钠(优级纯，上海国药公司)；实验用水为超纯水，自制；卤代乙酸类 9种标准品，均购自Sigma公司(信息见表1)，OnGuard II Ba/Ag/H小柱(2.5cc)赛默飞世尔科技公司。

表 1 化合物信息物信息表

1.2 标准溶液配制

分别准确称取10 mg(精确至0.01 mg，以实际称取质量为准)标准品粉末，溶解于 10 mL 超纯水中配制成1000 mg/L的标准储备液，放置于4 ℃冰箱待用，30天稳定。以超纯水作为溶剂，将9种卤代乙酸按照0.1 、0.5、1、5、10、20、50和100 ng/mL浓度水平配制成混合系列标准溶液(以实际计算数量为准)，配制后于4 ℃保存，48小时内使用，考察线性关系。

1.3 样品前处理方法

矿泉水样品经0.22 μm微孔滤膜过滤后转移至2 mL进样小瓶，直接进样分析。市政自来水或氯消毒饮用水经过Ba/Ag/H小柱过滤，弃去初滤液5 mL，续滤液转移至2 mL进样小瓶后进样分析。

1.4 仪器条件

(1)色谱条件

使用ThermoFisher IonPac AS22-Fast(150× 4 mm)阴离子交换色谱柱，配保护柱 IonPac AG22-Fast(30 ×4 mm)；柱温：35 ℃；进样量：10 μL；流动相为10 mmol/L Na2CO3，流速1.2 mL/min等度洗脱9 min；AERS 500型抑制器(4mm)，抑制电流40mA，抑制器后配备CRD 300型二氧化碳抑制器(4mm)，电化学抑制器与二氧化碳抑制器使用外接水模式。

(2)质谱条件

使用电喷雾离子源(ESI)，负离子扫描模式；喷雾电压： -4500 V；选择多反应监测(MRM)；离子源温度：550 ℃；气帘气压力：25 psi；雾化气压力：55 psi；加热辅助气压力：50 psi；碰撞气：6；选择反应监测离子对信息及其他参数见表 2。

表 2 9种卤代乙酸的质谱采集参数

2 讨论与实验结果

2.1 质谱参数考察

本实验使用Analyst的自动优化功能，使用注射泵(syringe pump)进样，优化得到母离子、子离子、去簇电压、碰撞能量等参数并建立MRM采集方法。通过离子色谱质谱联用模式，使用20 ng/mL浓度水平的混合标准溶液考察了喷雾电压和离子源温度两个主要参数，其中9种卤代乙酸的响应均随喷雾电压增加而增加，因此选定最大值-4500 V为喷雾电压，而各卤代乙酸的响应随温度呈现不同变化趋势，在550～600 ℃呈现最大响应区间，综合考虑，选定550 ℃为本试验最佳离子化温度(如图1所示)。

图1 9种卤代乙酸离子源温度考察

2.2 干扰因素考察

考察水中常见阴离子对卤代乙酸的干扰，对其中与9种卤代乙酸保留时间相近的氯离子和硫酸根离子进行考察。本实验使用“1.4”项下仪器条件进样考察，分别在含有氯离子和硫酸根离子浓度为0、2.5、5、10、20和50 μg/mL的溶液中配制20 ng/mL浓度水平的混合标准溶液进样，其中一氯乙酸、二氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸和一氯一溴乙酸因保留时间与氯离子接近，随氯离子浓度增大响应显著降低，三氯乙酸保留时间与硫酸根离子接近，随硫酸根离子浓度增大响应略有降低。这是因为氯离子和硫酸根离子电负性较大，对共洗脱的其他负离子形成离子化基质抑制，造成响应信号降低。使用Ba/Ag/H复合过滤柱对含氯离子和硫酸根离子0和50 μg/mL的模拟样品进行过滤后进样考察，发现Ba/Ag/H复合过滤柱可以完全除去水中氯离子和硫酸根离子，卤代乙酸响应信号强度与超纯水配制样品无显著差别，因此在前处理中，对市政自来水和使用氯消毒的饮用水应使用Ba/Ag/H复合过滤柱过滤后进样分析(如图2所示)。

图2 9种卤代乙酸在不同浓度氯和硫酸根离子溶液中考察

2.3 专属性考察

采用上述仪器分析方法，9种卤代乙酸在 9分钟内均可获得良好的色谱峰，图 3、图4为空白超纯水和9种卤代乙酸在10 ng/mL浓度水平处的选择离子流提取图，各化合物在出峰时间处均无干扰，专属性良好。

图3 4 超纯水的提取离子色谱图

图4 9种卤代乙酸的提取离子色谱图(10 ng/mL)

2.4 线性范围测试

采用上述仪器分析方法，对 9种卤代乙酸进行线性范围测试，线性相关系数r2均大于 0.99，线性关系良好。9种卤代乙酸线性方程、线性范围及线性相关系数结果见表 3。

表 3 9种卤代乙酸线性方程

2.5 精密度考察

采用上述仪器分析方法，对 9种卤代乙酸进行精密度测试(5 ng/mL浓度水平 n=9)，实验结果证明 9种卤代乙酸的相对标准偏差RSD% 均小于 10%，9种卤代乙酸LOD(S/N>3)、 LOQ(S/N>10)及RSD(n=9)结果见表4。

表 4 9 种卤代乙酸的LOD、LOQ和RSD

2.6 样品测试及加标回收率

对XX市自来水和来自超市采购的6个品牌瓶装饮用水按试验方法进行测试，其中市政自来水中检出一氯乙酸，含量为2.62 ng/mL。其他8种卤代乙酸均低于检出限，6个品牌瓶装饮用水均未检出卤代乙酸。分别使用市政自来水和某品牌瓶装饮用水进行加标回收率试验，每种样品平行制作6份，分别按2.0、10和50 ng/mL浓度水平加标，结果为9种卤代乙酸平均回收率在97% ～103%之间。

3 结 论

建立了一种离子色谱串联质谱联用方法用于检测饮用水中卤代乙酸，本方法无需萃取、衍生化等前处理操作，过滤后可直接进样检测，样品分析时间为9分钟，方法简便、快速。检出能力均在ng/mL水平，灵敏度高。本方法满足饮用水消毒副产物分析检测要求，为加强饮用水安全中消毒副产物检测提供了重要的技术支持。