■ 楊創(chuàng)濤 楊 穎 彭 鷺 林 青

飲用水中消毒副產(chǎn)物3種氯乙酸的測(cè)定與分析

■ 楊創(chuàng)濤 楊 穎 彭 鷺 林 青

采用氯氣消毒是國(guó)內(nèi)飲用水最主要的消毒方式，但氯與水中的有機(jī)物反應(yīng)生成的很多消毒副產(chǎn)物對(duì)人體有直接或間接的危害。消毒副產(chǎn)物中的鹵乙酸已經(jīng)被證實(shí)對(duì)囁齒類動(dòng)物有致癌、致畸變、致突變作用，其致癌風(fēng)險(xiǎn)占消毒副產(chǎn)物總致癌風(fēng)險(xiǎn)的90%以上，已經(jīng)被美國(guó)EPA定義為人類潛在的致癌物。氯乙酸，即指β-碳原子上的一個(gè)或多個(gè)氫原子被氯原子取代的乙酸，是鹵乙酸的主要形式。其中二氯乙酸（DCA）和三氯乙酸（TCA）含量最高，致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，其致癌風(fēng)險(xiǎn)分別是三氯甲烷的50倍和100倍。流行病學(xué)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)期飲用加氯消毒的飲用水，會(huì)加大死于消化和泌尿系統(tǒng)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

世界各國(guó)對(duì)飲用水中氯乙酸規(guī)定了相應(yīng)濃度限值。其中我國(guó)GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，二氯乙酸不得超過50μg/L，三氯乙酸不得超過100μg/L，一氯乙酸（MCA）暫并未列入標(biāo)準(zhǔn)?！妒澜缧l(wèi)生組織飲用水質(zhì)量指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定一氯乙酸不得超過20μg/L?！睹绹?guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》要求最為嚴(yán)格，規(guī)定鹵乙酸總量不得超過60μg/L?？梢?，隨著人們對(duì)飲用水安全的要求不斷提升，針對(duì)氯乙酸的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將愈發(fā)嚴(yán)苛。

美國(guó)EPA公布的552系列方法是發(fā)達(dá)國(guó)家測(cè)定飲用水中氯乙酸普遍采用的方法，該方法使用甲基叔丁基醚萃取水中氯乙酸，再用疊氮甲烷將其酯化為氯乙酸甲酯，再用GC進(jìn)行檢測(cè)。而我國(guó)發(fā)布的GB/T 5750.10-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》，方法原理與EPA 552類似?？偟膩碚f，由于氯乙酸揮發(fā)性較差，GC檢測(cè)需涉及衍生化處理，樣品前處理操作較為復(fù)雜。近年來，陸續(xù)有學(xué)者對(duì)液相色譜質(zhì)譜串聯(lián)儀檢測(cè)飲用水中氯乙酸開展研究，此方法具有檢測(cè)速度快、靈敏度高、前處理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但運(yùn)用LC-MS/MS同時(shí)檢測(cè)多種氯乙酸的方法仍在摸索階段，在實(shí)際使用過程還存在著色譜峰分離較差，一氯乙酸及二氯乙酸回收率不理想的情況，液相和質(zhì)譜條件仍有待優(yōu)化。

本研究在液相分離流動(dòng)相條件、質(zhì)譜條件、樣品除氯和保存等重要方面均進(jìn)行了全新的探索和試驗(yàn)，以建立一套適用于飲用水中一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸等3種氯乙酸同時(shí)測(cè)定的液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

ACQUITY超高效液相色譜儀-TQD三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，配有ESI離子源；色譜柱：ACQUITY UPLC CSH氟苯基色譜柱；Milli-Q超純水系統(tǒng)；甲醇、乙腈為色譜純?cè)噭?；色譜純乙酸；分析純硫代硫酸鈉；分析純抗壞血酸；標(biāo)準(zhǔn)溶液：MCA（M-552A-2）DCA（M-552A-3）和TCA（M-552A-4）均為AccuStandard的有證標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度均為100mg/L，甲醇介質(zhì)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液現(xiàn)配現(xiàn)用，以去離子水為溶劑將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋至一氯乙酸C=4.00mg/L；二氯乙酸C=1.00mg/L；三氯乙酸C=2.00mg/L的標(biāo)準(zhǔn)中間液。然后再用去離子水逐級(jí)稀釋為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.3 水樣的處理

自來水樣品添加硫代硫酸鈉去除余氯（每100mL水樣添加2mg）；樣品經(jīng)0.22μm親水PTFE濾膜過濾后，取約2mL直接上機(jī)檢測(cè)。

1.4 液相色譜/質(zhì)譜條件

1.4.1 液相色譜條件

色譜柱：ACQUITY UPLC CSH氟苯基色譜柱（50mm× 2.1mm，1.7μm）；柱溫箱溫度：35℃；進(jìn)樣量：10μL；流動(dòng)相：0.1%乙酸水（A相）/0.1%乙酸乙腈（B相）；梯度洗脫程序見表1。

1.4.2 質(zhì)譜條件

電離方式：ESI，負(fù)離子模式；毛細(xì)管電壓：3.00kV；離子源溫度：120℃；脫溶劑氣溫度：400℃；脫溶劑氣流量：800L/h；反吹氣流量：20L/h。多離子反應(yīng)監(jiān)測(cè)方式（MRM），質(zhì)譜參數(shù)見表2。

表1 液相色譜流動(dòng)相梯度洗脫程序

表2 3種氯乙酸多離子反應(yīng)監(jiān)測(cè)質(zhì)譜參數(shù)

1.5 測(cè)定

本方法采用外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件優(yōu)化

將3種氯乙酸標(biāo)液用甲醇配制成1.0mg/L的調(diào)諧液，以質(zhì)譜注射直接進(jìn)樣的方式，確定分子離子對(duì)及優(yōu)化毛細(xì)管電壓、錐孔電壓、透鏡電壓、碰撞能量及質(zhì)譜分辨率等質(zhì)譜參數(shù)。圖1結(jié)果表明，氯乙酸作為含羧基結(jié)構(gòu)的弱酸性氯代有機(jī)物，在ESI-電離方式下，獲得較高豐度的［M-H］-母離子。子離子碎片中，DCA和TCA主要以［M-COO］-的形式存在，存在少量的［Cl］-；而MCA由于分子較小較難破碎，子離子碎片主要以［Cl］-為主。

2.2 色譜條件優(yōu)化

2.2.1 色譜柱的選擇

本實(shí)驗(yàn)考察了Waters ACQUITY UPLC BEH C18、ACQUITY UPLC HSS T3和ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl三種不同色譜柱對(duì)氯乙酸的分離效果，詳見圖2。結(jié)果表明，采用Waters ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl時(shí)，目標(biāo)物分離效果、峰形和保留強(qiáng)度都優(yōu)于其他兩種。因此最終采用Waters ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl作為最佳色譜分析柱。

2.2.2 流動(dòng)相體系選擇

參考李宗來等人的研究成果可知，采用含0.005%乙酸和乙腈作為流動(dòng)相時(shí)，氯乙酸的分離效果和響應(yīng)值都較好。為強(qiáng)化檢測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性，在水相和有機(jī)相中同時(shí)添加乙酸，并考察了含不同比例乙酸的水和乙腈作為流動(dòng)相時(shí)，氯乙酸的分離保留效果和基質(zhì)干擾情況，詳見圖3。結(jié)果表明，在流動(dòng)相中加入一定比例的乙酸有助于提高氯乙酸在色譜柱上的保留效果，改善峰形，但當(dāng)乙酸比例達(dá)到0.15%時(shí)，三氯乙酸出現(xiàn)一定程度的峰展寬。在實(shí)際水樣檢測(cè)時(shí)，流動(dòng)相中添加乙酸有利于抵制水體基質(zhì)效應(yīng)，流動(dòng)相體系中乙酸比例達(dá)0.1%時(shí)，基質(zhì)效應(yīng)基本消失。因此，最終選擇0.1%乙酸水溶液和0.1%乙酸乙腈溶液作為流動(dòng)相。

圖1 氯乙酸ESI-二級(jí)質(zhì)譜掃描圖（*為定量離子對(duì)，#為輔助定性離子）

圖2 不同色譜分析柱對(duì)氯乙酸分離效果

2.3 樣品除氯劑的選擇

為避免余氯與水中有機(jī)物反應(yīng)繼續(xù)生成氯乙酸，自來水樣品需添加除氯劑以去除水中余氯。本實(shí)驗(yàn)通過自來水考察了硫代硫酸鈉和抗壞血酸兩種常用除氯劑對(duì)自來水加標(biāo)樣品回收率的影響，結(jié)果詳見圖4。測(cè)試結(jié)果表明，抗壞血酸對(duì)一氯乙酸檢測(cè)有干擾，隨著其加入量的增加，一氯乙酸回收率明顯降低；三氯乙酸回收率出現(xiàn)異常升高趨勢(shì)，分析樣品提取離子流圖可知，抗壞血酸對(duì)三氯乙酸定量離子對(duì)有明顯的干擾。而以硫代硫酸鈉為除氯劑時(shí)，當(dāng)其含量為20mg/L時(shí)，三種氯乙酸回收率良好?；诹虼蛩徕c和氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式（Na2S2O3+4Cl2+5H2O=2NaCl+2H2SO4+6HCl）可知，單位體積內(nèi)20mg/L的硫代硫酸鈉理論上可去除35.9mg/L的氯氣。國(guó)標(biāo)GB5749-2006規(guī)定了出廠水中游離氯的限值為4mg/L，采用20mg/L硫代硫酸鈉作為水樣中的除氯劑，可滿足絕大多數(shù)飲用水水樣除氯的需要。因此，本標(biāo)準(zhǔn)采用20mg/L硫代硫酸鈉作為飲用水中氯乙酸檢測(cè)的除氯劑。

圖3 流動(dòng)相中乙酸含量對(duì)氯乙酸分離效果和基質(zhì)干擾的影響出峰順序依次為MCA（40.0μg/L）-DCA（10.0μg/L）-TCA（20.0μg/L）

2.4 方法學(xué)驗(yàn)證

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

為考察方法線性范圍，本實(shí)驗(yàn)按照表1的濃度范圍配置了三種氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)系列曲線，相關(guān)系數(shù)R＞0.997，滿足常規(guī)檢測(cè)工作質(zhì)控要求，實(shí)際工作中應(yīng)依據(jù)實(shí)際需要制定合理的曲線濃度范圍。按照HJ 168-2010標(biāo)準(zhǔn)中空白實(shí)驗(yàn)中未檢出目標(biāo)物質(zhì)的檢出限測(cè)定方法，配制7份模擬水樣進(jìn)行平行測(cè)試后計(jì)算方法檢出限和測(cè)定下限，結(jié)果見表3。

表3 三種氯乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

2.4.2 精密度和回收率

對(duì)空白樣品進(jìn)行三種濃度水平的添加，每個(gè)濃度水平配制7份平行樣品進(jìn)行測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.0%，結(jié)果見表4。選取室內(nèi)自來水樣品進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度測(cè)試，每個(gè)濃度水平配制7份平行樣品進(jìn)行測(cè)定，樣品的平均加標(biāo)回收率在98.4%～104.3%之間，結(jié)果見表5。

圖4 樣品中添加兩種除氯劑后的回收率測(cè)試結(jié)果（n=3）

表4 三種氯乙酸精密度測(cè)試（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=7）

3 結(jié)論

本研究建立了飲用水中一氯乙酸、二氯乙酸和三氯乙酸的超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法。該方法水樣僅需簡(jiǎn)單過濾處理即可直接上機(jī)檢測(cè)，通過ACQUITY UPLC CSH Fluoro-Phenyl色譜柱分離，超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，具有前處理簡(jiǎn)單、分析速度快、靈敏度高、準(zhǔn)確性好的特定，能夠滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值檢測(cè)要求，適用于飲用水中氯乙酸的快速測(cè)定。

（作者單位：廣東粵港供水有限公司）

珠三角區(qū)域飲用水新興痕量污染物檢測(cè)和安全控制技術(shù)項(xiàng)目（2013B090500132）