劉 凱，史亞利，蔡亞岐 ，何緒文*

(1.中國礦業(yè)大學(北京) 化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心 環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室，北京 100085)

消毒副產物(Disinfection by-products,DBPs)是指消毒劑對水體進行消毒時與水體中有機物反應生成的一系列副產物，其種類繁多，其中得到確認的有600多種[1]，這些DBPs大致可分成三鹵甲烷[2](Trihalomethanes，THMs)、鹵乙酸[3](Haloacetic acids，HAAs)、鹵乙腈[4](Haloacetonitriles，HANs)和致誘變化合物[5]4類。它們對人體有不同程度的傷害，目前，流行病學研究和動物實驗表明，THMs具有致突變和致癌性[6]；HANs在水中的質量濃度雖僅有ng·L-1至μg·L-1的水平，但其毒性比含碳DBPs更強[7]；HAAs具有生殖[8]和發(fā)育毒性[9]，其中二氯乙酸具有明顯的神經毒性,可引起心臟畸形[10]。與飲用水相比，城市污水中有機物種類更多，數量更大[11]，經消毒處理后的消毒副產物變化也更加復雜[12]，而且污水中的有機物易于吸附在活性污泥中[13]。目前對污泥中的消毒副產物研究的報道極少，污水處理廠污泥再利用也常被認為是有關環(huán)境中有機污染物的來源之一。因此，研究污泥中消毒副產物的污染情況具有重要的現實意義。

鹵代甲基磺酸(HMSAs)是新近報道的一類新型污染物，目前證實主要在城市自來水廠對飲用水進行消毒處理時產生，因此被認為是一類新型消毒副產物[14]。HMSAs和HAAs的分子結構十分相似，推測HMSAs很可能對人體有一定程度的傷害，但是目前對該類新型污染物的研究極少，只在歐洲部分國家和地區(qū)的飲用水中有少量檢出的報道[15]，關于其分析方法及污染水平等的研究處于空白狀態(tài)，我國目前尚無相關研究報道，因此從環(huán)境科學角度給予HMSAs以高度關注具有重要的現實意義。

靈敏、準確、高效的分析方法是開展HMSAs環(huán)境科學研究的前提，但目前尚缺乏污泥樣品中HMSAs的分析方法。本文致力于研究適用于污泥中HMSAs的萃取和凈化方法，并與高效液相色譜-串聯質譜檢測技術結合，建立了適用于實際污泥樣品中HMSAs分析的有效方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

UltiMate 3000液相色譜儀，配有二元高壓泵、自動進樣器、柱溫箱和Chromeleon軟件(Themofisher Scientific Co.)，分析柱為Acclaim HILIC-10(3 μm，120 ?，3.0 mm×150 mm)。API3200三重四極桿串聯質譜系統(tǒng)，配有電噴霧離子化源和Analyst 1.4.1工作站(美國應用系統(tǒng)生物公司)。DT5-2B型低速臺式離心機(北京時代北利離心機有限公司)；KQ-500DE型數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；KS4000i控溫搖床(德國IKA公司)；LGJ-12B型冷凍干燥機(北京松源華興科技發(fā)展有限公司)；Milli-Q超純水儀(美國Millipore公司)。

甲酸銨、氨水、二氯甲烷(色譜純，AlfarAesar公司)；甲醇、乙腈(色譜純，Fisher Scientific公司)；甲酸(色譜純)、三氟甲基磺酸(>99%)和一溴甲基磺酸(>95%)均購自Sigma-Aldrich公司；一氯甲基磺酸(>98.5%)、二氯甲基磺酸(>95%)、三氯甲基磺酸(>98.5%)均委托上海孜嵐醫(yī)藥科技有限公司定制合成；Oasis WAX 6cc(150 mg)前處理柱(Waters公司)。

1.2 色譜與質譜條件

色譜條件：色譜柱為Acclaim HILIC-10(3 μm，3.0 mm×150 mm)，流動相為乙腈-100 mmol·L-1甲酸銨溶液(體積比95∶5，pH 6.5)，流速為0.3 mL/min，進樣體積為20 μL，樣品分析時間為10 min。

質譜條件：目標物以ESI負離子掃描，采用多反應監(jiān)測(MRM)模式對HMSAs進行檢測，離子源溫度為500 ℃，噴霧電壓為-4 500 V，霧化氣和輔助霧化氣均為3.45×105Pa，碰撞氣和氣簾氣為0.28×105Pa，解簇電壓(Declustering potential，DP)、碰撞能量(Collision energy，CE)等優(yōu)化后的質譜相關參數如表1所示。

1.3 樣品前處理

污水處理廠活性污泥冷凍干燥后，研磨過篩(50目)。準確稱取1 g污泥樣品置于15 mL聚丙烯離心管中，加入萃取劑，搖床振蕩，離心(4 000 r/min)后收集上清液，氮吹至1 mL。取上清液用超純水稀釋至50 mL，使用WAX固相萃取小柱對其進行凈化處理：WAX固相萃取柱先分別用1 mL 5%氨水甲醇溶液、1 mL 2%甲酸甲醇溶液和1 mL 20%二氯甲烷甲醇溶液(均為體積分數)進行活化，再用3 mL超純水轉化成上樣狀態(tài)，樣品上樣速度為每秒1～2滴，上樣后抽干1 h，吸附于柱上的待測物分別用2 mL 5%氨水甲醇溶液、2 mL 2%甲酸甲醇溶液和2 mL 20%二氯甲烷甲醇溶液進行解析，合并解析溶液，氮吹后再用乙腈定容至1 mL進樣分析。

表1 HMSAs的質譜檢測條件Table 1 The experimental conditions of mass spectrometry for HMSAs

*quantitative ion

進行加標回收實驗時，1 g污泥樣品中加入100 μL 50 μg·L-1的混合標準溶液(Cl-MSA、Cl2-MSA、Cl3-MSA、Br-MSA和F3-MSA)，充分渦旋混勻，室溫老化2 h后，按照污泥樣品萃取方法進行處理。

2 結果與討論

2.1 萃取劑及其pH值的選擇

2.1.1萃取劑的選擇鹵代甲基磺酸為水溶性強的有機污染物，常選用極性強的溶劑(甲醇、乙腈等)或其與水的混合溶液為萃取溶劑，本文考察了甲醇、乙腈、水、甲醇-水、乙腈-水、乙腈-甲醇(混合溶劑體積比均為1∶1) 6種溶劑對鹵代甲基磺酸的萃取效率。萃取劑每組做3個平行樣，按“1.3”萃取和凈化步驟對樣品進行處理。

圖1 不同萃取劑對HMSAs的萃取效果Fig.1 Influence of different extractants on extraction efficiencies of HMSAs

6種萃取溶劑對鹵代甲基磺酸的萃取效率見圖1，以純甲醇、乙腈或甲醇-乙腈混合溶液為萃取劑時，萃取效率較差，平均萃取效率約為20%，不滿足檢測要求。萃取劑加水后萃取效率顯著提高，其中以甲醇-水(1∶1)的萃取效果最好，其對Cl-MSA、Cl2-MSA、Cl3-MSA、Br-MSA和F3-MSA的萃取效率分別為(48.4±2.8)%、(68.3±0.9)%、(81.0±4.8)%、(38.0±1.1)%和(99.1±1.2)%，其次是乙腈-水，其萃取效率為(31.7±1.2)%～(80.2±2.3)%，原因可能是甲醇的極性強于乙腈，鹵代甲基磺酸為強極性物質，根據相似相溶原則，甲醇的提取效率優(yōu)于乙腈。若僅以水為萃取劑時，萃取效果較差，對三氯甲基磺酸的萃取效率低至(32.6±1.3)%。因此最終選取甲醇-水(1∶1)混合溶液為最佳萃取劑。

2.1.2萃取劑pH值的優(yōu)化以甲醇-水(1∶1)為萃取劑，考察了其pH值分別為3.0、5.0、7.0時對萃取效率的影響，結果表明pH值的改變對萃取效率影響微弱，但以pH值為中性時萃取效率更好，且不需調節(jié)pH值，操作簡單方便，故萃取劑的pH值選擇為中性。

2.2 提取方式的影響

以甲醇-水(1∶1)為萃取劑，考察了超聲和搖床振蕩兩種提取方式對萃取效率的影響。樣品前處理過程同上。實驗分為3組，每組3個平行。第1組超聲提取1 h；第2組以350 r/min速度搖床振蕩提取1 h；第3組先超聲0.5 h，再搖床振蕩提取0.5 h。結果顯示，3組萃取方式對F3-MSA的萃取影響不大，其萃取效率分別為(96.5±7.8)%、(99.1±1.2)%和(98.3±1.9)%，但振蕩提取對其它4種HMSAs的效果較好，Cl-MSA、Cl2-MSA、Cl3-MSA和Br-MSA的萃取效率分別為(48.4±2.8)%、(68.3±0.9)%、(81.0±4.8)%和(38.0±1.1)%；因此本文最終選擇搖床振蕩提取方式。

2.3 萃取次數的優(yōu)化

對于難萃取樣品，適當重復萃取次數有助于獲得滿意的萃取結果。本研究考察了萃取次數對萃取效率的影響，發(fā)現隨著萃取次數的增加，鹵代甲基磺酸的萃取效率較接近，萃取1次、2次和3次的總萃取效率分別為(38.0±1.0)%～(99.1±1.2)%、(39.8±5.8)%～(95.4±8.1)%和(35.0±3.4)%～(97.2±4.5)%?？紤]到操作方便和節(jié)約時間，實驗最終選擇萃取1次。

2.4 解析溶劑的優(yōu)化

被吸附于固相萃取劑上的分析物能否高效解析，對于獲得準確的分析結果至關重要?？紤]到目標分析物均為強極性的小分子有機酸，采用以強極性的甲醇為主要成分的洗脫劑，并適當調節(jié)酸堿度以獲得最佳洗脫效果。結果表明，依次用2 mL 5%氨水甲醇溶液、2 mL 2%甲酸甲醇溶液和2 mL 20%二氯甲烷甲醇溶液進行洗脫后合并洗脫液的方法，可以獲得最佳效果。

圖2 HMSAs的色譜圖Fig.2 Chromatogram of HMSAs

2.5 方法評價

2.5.1線性關系與檢出限選用不含HMSAs的土壤樣品為基質，加入一定量的標準溶液，使土壤樣品中的濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20、50 μg·kg-1，用優(yōu)化的樣品處理方法對目標物進行萃取凈化后進樣分析，以分析物的峰面積(y)為縱坐標，以對應的濃度(x)為橫坐標繪制工作曲線。結果顯示，該方法對5種HMSAs在0.05～50 μg·kg-1范圍內具有良好線性關系(r>0.991)，方法的檢出限(LOD，S/N=3)為0.003～0.018 μg·kg-1(干重)，定量下限(LOQ，S/N=10)為0.010～0.059 μg·kg-1(表2)。圖2為土壤樣品加標5 μg·kg-1HMSAs的色譜圖。

表2 HMSAs的線性方程、相關系數、線性范圍、檢出限及定量下限Table 2 Linear equations，correlation coefficients(r)，linear ranges，LODs and LOQs of HMSAs

2.5.2回收率與相對標準偏差以不含HMSAs的土壤基質進行加標回收實驗，加標水平為0.50、5.00、50 μg·kg-1，每組5個平行樣，加標回收率和相對標準偏差(RSD)結果見表3。該方法的回收率為90.8%～114%，RSD為2.1%～9.8%，可以滿足環(huán)境研究工作的實際需求。

表3 HMSAs的加標回收率及相對標準偏差(n=5)Table 3 Recoveries and relative standard deviation of HMSAs(n=5)

2.6 實際樣品的分析

應用本方法測定了北京市某城市污水處理廠二沉池回流污泥中HMSAs的含量，并進行了加標回收實驗。選取3個污泥樣品，每個樣品平行處理5份，測得污泥中HMSAs的含量為1.33～3.68 μg·kg-1，加標5.00 μg·kg-1時5種HMSAs的回收率為73.8%～101%，RSD為2.3%～12.5%。

3 結 論

通過對萃取溶劑、萃取方式和萃取次數等樣品前處理條件的優(yōu)化，確定了污泥樣品的最優(yōu)萃取條件，并通過與高效液相色譜-串聯質譜結合，建立了污泥樣品中5種HMSAs的分析方法。該方法用于實際污泥樣品的分析，結果滿意。