离子色谱-串联质谱法测定4类水质中7种极性有机磷

杨小红，朱红霞，刘进斌，袁 懋

1.西藏自治区生态环境监测中心，西藏 拉萨 850000 2.中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

常见极性有机磷农药有草甘膦(GLY)、草铵膦(GLUF)等除草剂，杀木膦(FOMA)、乙烯利(CEPA)和增甘膦(GLYP)等植物生长调节剂，这些农药的广泛使用，带来了环境介质中极性有机磷的残留。除相关农药外，某些降解产物或前体物也有残留和检出，如氨甲基膦酸(AMPA)[1]和双甘膦(PMIDA)[2]。

草甘膦是占全球除草剂市场份额30% 的内吸传导型广谱灭生性除草剂[3]，其主要代谢物为氨甲基膦酸，可引起人体乙酰胆碱酯酶活性降低和红细胞活性氧增加[4]，导致干扰牛的卵巢功能[5]和大鼠肝损伤[6]。2017年国际癌症研究机构(IARC)将草甘膦归为2A类致癌物[7]，可能引起淋巴腺癌。双甘膦是草甘膦的中间体，是草甘膦生产过程中的主要副产物[2]，相关企业生产废水中会有残留。草铵膦为磷酸类非选择性触杀型除草剂，以好吸收和高活性等特点成为世界第二大转基因作物耐受除草剂，可通过植物蒸腾作用在植物木质部之间传导，速效性在百草枯和草甘膦之间[8]。杀木膦、乙烯利和增甘膦为植物生长调节剂，杀木膦又名调节磷或安果，可作用于植物分生组织，抑制细胞分裂与延长，抑制植物光合作用与蛋白质合成[9]；乙烯利具有增进植物乳液分泌,加速成熟、脱落、衰老以及促进开花的生理效应[10]；增甘膦可用于甘蔗的增糖、催熟剂，也可用于西瓜的增糖、增产剂[11]。有机磷除草剂或植物生长调节剂的大量和任意使用，使残留部分会通过植物进肉、奶等畜产品，进而通过食物链进入人体，危害人的健康。

现阶段我国《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)[12]和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)[13]中仅有对草甘膦的限值要求，推荐的测定方法为衍生化液相色谱[14-15]或衍生化液相色谱-质谱法[16]，同时相关方法标准中也有草甘膦的测定方法，包括《水质 草甘膦的测定 高效液相色谱法》(HJ 1071—2019)的柱前衍生方法和《生活饮用水标准检验方法 农药指标》(GB/T 5750.9—2006)的柱后衍生方法，检出限分别为2 μg /L和25 μg /L。此外，常用检测极性有机磷的方法还有气相色谱法[17]、气相色谱-质谱法[18-21]、离子色谱法[22-25]和离子色谱-质谱法[26]等，这些方法中离子色谱法和离子色谱-质谱法不需要衍生化处理，可直接进样完成检测。另外何书海等[1]研究了直接进样超高效液相色谱-三重四极杆质谱法测定草甘膦、草铵膦、氨甲基膦酸和乙烯利，使用的色谱柱为离子色谱柱，淋洗液为不含有机相的碳酸氢铵-氨水溶液，草甘膦的测定下限为0.32 μg/L，高于I类地下水对草甘膦的限值要求(0.1 μg/L)。基于本实验室前期研究成果[26]，针对地下水、地表水、生活污水和工业废水4类实际水样中的7种极性有机磷进行分析测定，本法适用于水质中7种极性痕量有机磷的同时测定，无需繁琐的衍生化前处理过程，灵敏度高，操作简单，抗干扰性强，可满足相关质量标准限值的要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

DIONEX ICS-2000型抑制型离子色谱仪(美国赛默飞公司)，DIONEX AS-DV型进样器，电导检测器；ARES 4 mm 电化学抑制器，抑制电流139A，再生液为纯水；Agilent G6400型串联四极杆质谱仪,美国Agilent 公司，配ESI源(大气压电喷雾离子源)；Milli-Q超纯水；电子天平，精确到0.000 1 g；NaOH，颗粒，优级纯；草甘膦，纯度≥98.6%，德国Dr．Ehrenstorfer公司；氨甲基膦酸，纯度≥99.9% ；草铵膦，上海Aladdin公司；杀木膦，纯度≥96.8%，德国Dr．Ehrenstorfer公司；乙烯利、双甘膦，纯度≥99.4%，德国Dr．Ehrenstorfer公司；增甘膦，纯度≥96.7%，德国Dr．Ehrenstorfer公司。

1.2 离子色谱条件

Ion Pac AS11-HC(250 mm× 2 mm)色谱柱，柱温35 ℃，流速0.25 mL/min，进样量100 μL，淋洗液为氢氧化钠溶液。梯度淋洗程序：0～10 min，10 mmol/L；12～18 min，35 mmol/L；18～21 min，60 mmol/L；25～30 min，10 mmol/L。

1.3 质谱条件

电喷雾离子源(ESI)，4～18.2 min 负离子模式扫描(Delta EMV 550)，18.2～30 min 正离子模式扫描(Delta EMV 400)；质谱扫描方式：多反应监测(MRM)；离子源温度：350 ℃；干燥气温度：350 ℃；干燥气流速：12 L/min；雾化器压力：40 psi；毛细管电压：正离子和负离子模式均为4000 V。7种有机磷对应的定性离子对、定量离子对、破碎电压、碰撞能量以及正负离子扫描模式见表1。

表1 7种有机磷的质谱参数Table 1 Mass parameters of 7 kinds of organic phosphines

1.4 水样保存及前处理

环境水样按照《地下水监测技术规范》(HJ 164—2020)、《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T 91—2002)和《污水监测技术规范》(HJ 91.1—2019)的相关规定采集后，避光4 ℃冷藏保存，并在24 h内完成分析。临用前，用Na柱和Ba柱过滤。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件优化

配制1 mg/L的7种有机磷单标，通过离子色谱进样，根据不同有机磷在离子色谱柱上的保留时间，设置不同浓度淋洗液条件。采用MS2 Scan扫描模式、选择离子监测模式、母离子扫描、子离子扫描和正离子/负离子MRM(多重反应监测)，设置不同破碎电压、离子源温度、干燥气温度及流速、碰撞能量等参数条件进行优化，使7种有机磷的母离子、子离子和特征碎片离子对的信号强度达到最佳。根据综合比较后选择响应强度高、基线噪声低和抗干扰能力强的离子对，分别作为定性和定量离子对，根据本实验室质谱扫描结果，草甘膦、双甘膦和增甘膦在正离子扫描模式下灵敏度较高，故优化后草甘膦、双甘膦和增甘膦采用正离子扫描模式，其他4种采用负离子扫描模式。优化后参数见表1。

2.2 离子色谱条件优化

2.3 pH的影响

选用7种有机磷的低浓度标准混合溶液(GLY 0.05 mg/L、GLUF 0.50 mg/L、AMPA 1.00 mg/L、FOAM 0.50 mg/L、ETH 0.50 mg/L、PMIDA 0.05 mg/L、GLYP 1.00 mg/L)，用盐酸或氢氧化钠溶液调pH至2～13，用优化好的仪器条件进行测定，计算每种有机磷在不同pH条件下的回收率。具体如图1所示。从图1可以看出，在强酸和强碱条件下，7种有机磷的回收率均偏低；pH为5～8，回收率保持在80%～120%。故7种有机磷在中性或弱酸弱碱条件下稳定，测定实际样品时，需要关注体系的pH。

图1 不同pH对低浓度标准溶液中7种有机磷的影响Fig.1 Effects of pH on 7 kinds of organicphosphines in low concentrationstandard solution

2.4 离子净化柱的影响

水样中常见浓度较高的氯离子和硫酸根离子可能会因为与目标物不能完全分离，在质谱上产生基质效应干扰，游离重金属和非极性有机物在离子色谱柱上的累积会影响离子色谱柱寿命，为避免离子净化柱对7种有机磷测定的影响，需要先通过纯水加标实验进行验证。选用与第2.3节相同的混合标准溶液，用市售不同净化作用的离子净化柱处理，比较过柱后与过柱前目标物的回收率差异，具体如表2所示，其中Na柱用于去除重金属，Ba柱用于去除硫酸根，C18柱用于去除非极性有机物，AgNa柱是去除氯离子和重金属的混合柱，BaAgH柱是同时去除硫酸根、氯离子和重金属的混合柱。

表2 离子净化柱对7种有机膦回收率的影响Table 2 Effects of ion purification column on recovery of 7 kinds of organic phosphines

由表2可以看出，除氨甲基膦酸外，5种离子净化柱对其他6种有机磷的测定的回收率为86.3%～118%，可以判断不产生测定干扰。水中氨甲基膦酸通过Na、Ba和C18柱时回收率为95.8%～114%，但在通过AgNa柱和BaAgH柱后回收率明显下降，仅为63.8%和43.7%，有可能含Ag的前处理柱对小分子氨甲基膦酸产生吸附，故为保证7种有机磷的同时测定，需避免使用含Ag净化柱，在离子色谱条件优化时需保证氯离子与目标物完全分离。由于实际水样测定时质谱测定的基质效应较为严重，故推荐样品前处理时用Na柱、Ba柱和C18柱进行净化后再进质谱测定。

2.5 校准

称取一定质量的有机磷标准样品，用纯水溶解配制成1 000 μg/mL的标准贮备液单标，再用纯水分别稀释成1.0 μg/mL的标准使用液，用标准使用液配制高浓度混合标准溶液。用优化好的色谱和质谱条件测定，以目标物的质量浓度(x)为横坐标，峰高或峰面积(y)为纵坐标，绘制标准曲线，外标法定量，目标物浓度范围、线性方程和相关系数见表3，目标物总离子流图见图2。

表3 校准曲线相关信息Table 3 The information of calibration curve

图2 7种有机磷标准溶液的总离子流谱图Fig.2 Total ion chromatograms of 7 kinds of organic phosphines

2.6 方法检出限及测定下限

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ 168—2020)中的检出限计算方法，对低浓度混合标准溶液平行测定7次，7种有机磷的方法检出限及测定下限见表4。

表4 7种有机磷的方法检出限和测定下限Table 4 Detection and quantification limits of 7 kind of organic phosphines

2.7 精密度和准确度

对每种目标物低、中、高浓度的空白加标溶液进行平行6次测定，具体如表5所示。GLY、GLUF、AMPA、FOAM、ETH、GLY、PMIDA 和 GLYP的相对标准偏差结果分别为6.1%～8.0%、4.7%～5.2%、5.0%～14.8%、5.4%～20.0%、8.3%～15.9%、3.0%～6.5%、7.8%～12.5%。

表5 空白加标溶液精密度和准确度测试结果Table 5 Test results of precision and accuracy of blank spiked solution

2.8 实际样品测定

采集北京某地地下水、地表水、生活污水和工业废水，将水样用Na柱、C18和Ba柱进行过滤，去除水样中的重金属、非极性有机物和硫酸根，降低基质效应，按照优化后的仪器条件进行测定，同时进行加标回收，平行测定6次，计算不同浓度加标样品的平均值、标准偏差、相对标准偏差、回收率等各项参数，具体如表6所示。由表6可以看出，水样本底中的7种有机磷均为未检出，4种水样中7种目标物回收率结果为70.8%～121%、78%～113%、80.0%～111%、64.2%～108%。

表6 实际样品加标测试结果Table 6 Spiked test results of actual samples

3 结论

建立了离子色谱-串联质谱同时测定地下水、地表水、污水处理厂出口水和工业废水中 GLY、GLUF、AMPA、FOAM、ETH、GLY、PMIDA 和 GLYP 7种极性有机磷的方法，经水系微孔滤膜、Na型和Ba型离子净化柱预处理过滤，离子色谱柱分离，采用大气压电喷雾串联四极杆质谱仪的负离子和正离子多反应监测模式检测，外标法定量。结果表明，GLY检出限可达0.01 μg/L，测定下限0.04 μg/L，满足地下水质量标准I类水中GLY的限值(0.10 μg/L)要求。适用于水质中7种极性有机磷的同时测定，避开了繁琐的衍生化过程，提高了灵敏度，操作简单，抗干扰性强。