UPLC—MS/MS在测定饮用水源特定污染物中的应用

刘应学

【摘 要】 本文采用UPLC-MS/MS测定饮用水源特定项目中包括微囊藻毒素-LR在内的 13 种污染物，对测定条件进行优化，使得各目标化合物均能在短时间内检测完毕。

【关键词】 UPLC-MS/MS 特定污染物 饮用水源

近年来，政府部门将乡镇以上的集中式生活饮用水源地水质情况纳入考核指标，环境监测部门也将集中式生活饮用水源地水质检测纳入常规任务。目前，饮用水源109项中有机污染物的分析，多数采用气相色谱法、气质联用法和液相色谱法，少数项目如吡啶、联苯胺等仍采用分光光度法，这些方法在使用时存在一些不足。液质联用技术以其较高的灵敏度和准确的定性定量性能，在日常分析中发挥着越来越大的作用，许多国家正逐步将此技术应用于环境监测领域。近年来，国内也开始研究液质联用技术，而将该法应用于饮用水源分析的报道目前尚不多见。

今采用超高压液相色谱/质谱联用法（UPLC-MS/MS）测定饮用水源样品中13种污染物（见表1），该方法操作便捷，定性定量准确，对测定相对分子质量大、热稳定性差、极性较强和离子化效率高的化合物具有优势。

1 试验

1.1 主要仪器与试剂

Agilent 1290型超高压液相色谱/6460型三重四级杆质谱联用仪，美国安捷伦有限公司；色谱柱：ZORBAX SB-C18（2.1mm×50mm，1.8μm）。乙腈（色谱纯），Fisher公司；甲醇（色谱纯），TEDIA公司；乙酸（优级纯），上海安普科技公司；纯净水，可口可乐公司。

1.2 水样前处理与测定

水样经0.2μm滤膜过滤后，移取1.00 mL至样品瓶，直接进样测定，外标法定量。

1.3 仪器条件

UPLC-MS/MS仪器参数见表1。液相色谱的柱流量为0.3mL/min，进样体积10μL（ 苦味酸进样体积1μL）。质谱的干燥气温度为325℃，流量为6L/min；鞘气温度为350℃，流量为8L/min。

2 结果与讨论

2.1 UPLC-MS/MS条件优化

分别考察乙腈和0.05%乙酸水溶液、甲醇和0.05%乙酸水溶液两种流动相，采用全扫描方式得到各化合物的准分子离子。其中，2种爆炸物和5种有机磷农药在甲醇和0.05%乙酸水溶液流动相中的离子峰形、离子稳定性较好。逐一改变各目标化合物的流动相配比，在保证离子强度的前提下，达到最佳洗脱效果，使得13种目标化合物均能在 3min内检测完毕。由于上述13种目标化合物在化学性质上存在很大差异，分离时所需仪器参数不同，故无法在单一模式下实现分离、测定。利用质谱的工作原理，逐一对各目标化合物的准分子离子进行碰撞反应，确定各化合物的定量和辅助定性离子，再进行选择离子监测（MRM）。优化后的色谱峰达到最佳响应，灵敏度得到显著改善。通过对流动相、流动相配比、毛细管末端电压、碰撞池电压、毛细管电压、进样体积和毛细管压力等参数的优化，各目标化合物在UPLC-MS/MS中均能被逐一测定，测定时间短，分析效率高。

2.2 有机磷农药测定条件的选择

以甲醇（80%）和0.05%乙酸水溶液（20%）作流动相，对有机磷农药标准样品做ESI正离子模式全扫描，发现每种有机磷农药在产生[M+H]+时，易产生很强的[M+Na]+离子，一些[M+Na]+离子强度甚至是[M+H]+离子强度的数倍。当加入碰撞能量对[M+Na]+离子做子离子扫描时，只有内吸磷的子离子强度保持稳定，而马拉硫磷、乐果、敌敌畏和敌百虫的子离子强度明显减弱，且在多反应监测模式下线性关系变差，因此内吸磷选用[M+Na]+离子检测，其他4种化合物选用[M+H]+离子检测。另外，不同毛细管电压对马拉硫磷的离子化效率影响较大。分别在不同的电压下试验，表明在2kV电压下马拉硫磷的峰形和强度达到最佳，最终选取毛细管电压为2kV。

2.3 苦味酸进样体积的选择

用100μg/L的苦味酸标准溶液试验，当进样体积为10μL时，苦味酸的谱图出现拖尾甚至双峰现象，无法准确定量，见图1（a），这与色谱柱的耐受性能以及酚类化合物的化学性质有关。尝试将进样体积减少为1μL，拖尾和双峰现象明显改善，见图1（b）。因此，减少进样体积是改善苦味酸峰形的有效方法。

2.4 方法效能验证

配制系列标准溶液，在1.3条件下测定。以定量离子峰面积（y）对应标准溶液质量浓度（x）绘制校准曲线，结果见表2。

依据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ168-2010）的规定，平行测定7次各目标化合物的空白加标样品，并计算标准偏差s，按MDL=t（n-1，0.99）×s计算方法检出限[其中，t（n-1，0.99）为置信度99%、自由度（n-1）时的t值，n为重复测定的次数]。当n=7时，t（n-1，0.99）取值3.143。各化合物的检出限见表2。对实际饮用水源样进行各目标化合物的加标回收试验，加标量均为各线性范围的最小值，试验结果见表2。由表2可见，方法在各线性范围内线性良好，相关系数均>0.99，各目标化合物的方法检出限为0.12μg/L～8.40μg/L，实际饮用水源样的加标回收率在62.0%～104%之间，基本满足饮用水源回收率指标要求，6次平行测定的RSD<6%。

2.5 实际样品测试

在水库取水口采样，水样经0.2μm滤膜过滤后直接测定。结果，阿特拉津和马拉硫磷被检出，质量浓度分别为0.6μg/L和0.7μg/L，其余化合物均未检出。

3 结语

采用超高压液相色谱/质谱联用技术测定饮用水源13种污染物，除微囊藻毒素-LR外，其余污染物检出限均能满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）限值要求。该方法灵敏度高，精密度、准确度良好，便捷快速，亦可用于应急监测中微囊藻毒素-LR的快速定性分析。该方法为饮用水源地特定项目测定方法的完善提供了新思路，进一步提高了我国环境污染物监测水平，在饮用水源和环境应急分析中的应用将会更加广泛。

参考文献：

[1]胡冠九.我国环境监测技术存在的问题及对策[J].环境监测管理与技术，2007，19（4）：1-3.

[2]盛龙生，苏焕华，郭丹滨.色谱质谱联用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint

【摘 要】 本文采用UPLC-MS/MS测定饮用水源特定项目中包括微囊藻毒素-LR在内的 13 种污染物，对测定条件进行优化，使得各目标化合物均能在短时间内检测完毕。

【关键词】 UPLC-MS/MS 特定污染物 饮用水源

近年来，政府部门将乡镇以上的集中式生活饮用水源地水质情况纳入考核指标，环境监测部门也将集中式生活饮用水源地水质检测纳入常规任务。目前，饮用水源109项中有机污染物的分析，多数采用气相色谱法、气质联用法和液相色谱法，少数项目如吡啶、联苯胺等仍采用分光光度法，这些方法在使用时存在一些不足。液质联用技术以其较高的灵敏度和准确的定性定量性能，在日常分析中发挥着越来越大的作用，许多国家正逐步将此技术应用于环境监测领域。近年来，国内也开始研究液质联用技术，而将该法应用于饮用水源分析的报道目前尚不多见。

今采用超高压液相色谱/质谱联用法（UPLC-MS/MS）测定饮用水源样品中13种污染物（见表1），该方法操作便捷，定性定量准确，对测定相对分子质量大、热稳定性差、极性较强和离子化效率高的化合物具有优势。

1 试验

1.1 主要仪器与试剂

Agilent 1290型超高压液相色谱/6460型三重四级杆质谱联用仪，美国安捷伦有限公司；色谱柱：ZORBAX SB-C18（2.1mm×50mm，1.8μm）。乙腈（色谱纯），Fisher公司；甲醇（色谱纯），TEDIA公司；乙酸（优级纯），上海安普科技公司；纯净水，可口可乐公司。

1.2 水样前处理与测定

水样经0.2μm滤膜过滤后，移取1.00 mL至样品瓶，直接进样测定，外标法定量。

1.3 仪器条件

UPLC-MS/MS仪器参数见表1。液相色谱的柱流量为0.3mL/min，进样体积10μL（ 苦味酸进样体积1μL）。质谱的干燥气温度为325℃，流量为6L/min；鞘气温度为350℃，流量为8L/min。

2 结果与讨论

2.1 UPLC-MS/MS条件优化

分别考察乙腈和0.05%乙酸水溶液、甲醇和0.05%乙酸水溶液两种流动相，采用全扫描方式得到各化合物的准分子离子。其中，2种爆炸物和5种有机磷农药在甲醇和0.05%乙酸水溶液流动相中的离子峰形、离子稳定性较好。逐一改变各目标化合物的流动相配比，在保证离子强度的前提下，达到最佳洗脱效果，使得13种目标化合物均能在 3min内检测完毕。由于上述13种目标化合物在化学性质上存在很大差异，分离时所需仪器参数不同，故无法在单一模式下实现分离、测定。利用质谱的工作原理，逐一对各目标化合物的准分子离子进行碰撞反应，确定各化合物的定量和辅助定性离子，再进行选择离子监测（MRM）。优化后的色谱峰达到最佳响应，灵敏度得到显著改善。通过对流动相、流动相配比、毛细管末端电压、碰撞池电压、毛细管电压、进样体积和毛细管压力等参数的优化，各目标化合物在UPLC-MS/MS中均能被逐一测定，测定时间短，分析效率高。

2.2 有机磷农药测定条件的选择

以甲醇（80%）和0.05%乙酸水溶液（20%）作流动相，对有机磷农药标准样品做ESI正离子模式全扫描，发现每种有机磷农药在产生[M+H]+时，易产生很强的[M+Na]+离子，一些[M+Na]+离子强度甚至是[M+H]+离子强度的数倍。当加入碰撞能量对[M+Na]+离子做子离子扫描时，只有内吸磷的子离子强度保持稳定，而马拉硫磷、乐果、敌敌畏和敌百虫的子离子强度明显减弱，且在多反应监测模式下线性关系变差，因此内吸磷选用[M+Na]+离子检测，其他4种化合物选用[M+H]+离子检测。另外，不同毛细管电压对马拉硫磷的离子化效率影响较大。分别在不同的电压下试验，表明在2kV电压下马拉硫磷的峰形和强度达到最佳，最终选取毛细管电压为2kV。

2.3 苦味酸进样体积的选择

用100μg/L的苦味酸标准溶液试验，当进样体积为10μL时，苦味酸的谱图出现拖尾甚至双峰现象，无法准确定量，见图1（a），这与色谱柱的耐受性能以及酚类化合物的化学性质有关。尝试将进样体积减少为1μL，拖尾和双峰现象明显改善，见图1（b）。因此，减少进样体积是改善苦味酸峰形的有效方法。

2.4 方法效能验证

配制系列标准溶液，在1.3条件下测定。以定量离子峰面积（y）对应标准溶液质量浓度（x）绘制校准曲线，结果见表2。

依据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ168-2010）的规定，平行测定7次各目标化合物的空白加标样品，并计算标准偏差s，按MDL=t（n-1，0.99）×s计算方法检出限[其中，t（n-1，0.99）为置信度99%、自由度（n-1）时的t值，n为重复测定的次数]。当n=7时，t（n-1，0.99）取值3.143。各化合物的检出限见表2。对实际饮用水源样进行各目标化合物的加标回收试验，加标量均为各线性范围的最小值，试验结果见表2。由表2可见，方法在各线性范围内线性良好，相关系数均>0.99，各目标化合物的方法检出限为0.12μg/L～8.40μg/L，实际饮用水源样的加标回收率在62.0%～104%之间，基本满足饮用水源回收率指标要求，6次平行测定的RSD<6%。

2.5 实际样品测试

在水库取水口采样，水样经0.2μm滤膜过滤后直接测定。结果，阿特拉津和马拉硫磷被检出，质量浓度分别为0.6μg/L和0.7μg/L，其余化合物均未检出。

3 结语

采用超高压液相色谱/质谱联用技术测定饮用水源13种污染物，除微囊藻毒素-LR外，其余污染物检出限均能满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）限值要求。该方法灵敏度高，精密度、准确度良好，便捷快速，亦可用于应急监测中微囊藻毒素-LR的快速定性分析。该方法为饮用水源地特定项目测定方法的完善提供了新思路，进一步提高了我国环境污染物监测水平，在饮用水源和环境应急分析中的应用将会更加广泛。

参考文献：

[1]胡冠九.我国环境监测技术存在的问题及对策[J].环境监测管理与技术，2007，19（4）：1-3.

[2]盛龙生，苏焕华，郭丹滨.色谱质谱联用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint

【摘 要】 本文采用UPLC-MS/MS测定饮用水源特定项目中包括微囊藻毒素-LR在内的 13 种污染物，对测定条件进行优化，使得各目标化合物均能在短时间内检测完毕。

【关键词】 UPLC-MS/MS 特定污染物 饮用水源

近年来，政府部门将乡镇以上的集中式生活饮用水源地水质情况纳入考核指标，环境监测部门也将集中式生活饮用水源地水质检测纳入常规任务。目前，饮用水源109项中有机污染物的分析，多数采用气相色谱法、气质联用法和液相色谱法，少数项目如吡啶、联苯胺等仍采用分光光度法，这些方法在使用时存在一些不足。液质联用技术以其较高的灵敏度和准确的定性定量性能，在日常分析中发挥着越来越大的作用，许多国家正逐步将此技术应用于环境监测领域。近年来，国内也开始研究液质联用技术，而将该法应用于饮用水源分析的报道目前尚不多见。

今采用超高压液相色谱/质谱联用法（UPLC-MS/MS）测定饮用水源样品中13种污染物（见表1），该方法操作便捷，定性定量准确，对测定相对分子质量大、热稳定性差、极性较强和离子化效率高的化合物具有优势。

1 试验

1.1 主要仪器与试剂

Agilent 1290型超高压液相色谱/6460型三重四级杆质谱联用仪，美国安捷伦有限公司；色谱柱：ZORBAX SB-C18（2.1mm×50mm，1.8μm）。乙腈（色谱纯），Fisher公司；甲醇（色谱纯），TEDIA公司；乙酸（优级纯），上海安普科技公司；纯净水，可口可乐公司。

1.2 水样前处理与测定

水样经0.2μm滤膜过滤后，移取1.00 mL至样品瓶，直接进样测定，外标法定量。

1.3 仪器条件

UPLC-MS/MS仪器参数见表1。液相色谱的柱流量为0.3mL/min，进样体积10μL（ 苦味酸进样体积1μL）。质谱的干燥气温度为325℃，流量为6L/min；鞘气温度为350℃，流量为8L/min。

2 结果与讨论

2.1 UPLC-MS/MS条件优化

分别考察乙腈和0.05%乙酸水溶液、甲醇和0.05%乙酸水溶液两种流动相，采用全扫描方式得到各化合物的准分子离子。其中，2种爆炸物和5种有机磷农药在甲醇和0.05%乙酸水溶液流动相中的离子峰形、离子稳定性较好。逐一改变各目标化合物的流动相配比，在保证离子强度的前提下，达到最佳洗脱效果，使得13种目标化合物均能在 3min内检测完毕。由于上述13种目标化合物在化学性质上存在很大差异，分离时所需仪器参数不同，故无法在单一模式下实现分离、测定。利用质谱的工作原理，逐一对各目标化合物的准分子离子进行碰撞反应，确定各化合物的定量和辅助定性离子，再进行选择离子监测（MRM）。优化后的色谱峰达到最佳响应，灵敏度得到显著改善。通过对流动相、流动相配比、毛细管末端电压、碰撞池电压、毛细管电压、进样体积和毛细管压力等参数的优化，各目标化合物在UPLC-MS/MS中均能被逐一测定，测定时间短，分析效率高。

2.2 有机磷农药测定条件的选择

以甲醇（80%）和0.05%乙酸水溶液（20%）作流动相，对有机磷农药标准样品做ESI正离子模式全扫描，发现每种有机磷农药在产生[M+H]+时，易产生很强的[M+Na]+离子，一些[M+Na]+离子强度甚至是[M+H]+离子强度的数倍。当加入碰撞能量对[M+Na]+离子做子离子扫描时，只有内吸磷的子离子强度保持稳定，而马拉硫磷、乐果、敌敌畏和敌百虫的子离子强度明显减弱，且在多反应监测模式下线性关系变差，因此内吸磷选用[M+Na]+离子检测，其他4种化合物选用[M+H]+离子检测。另外，不同毛细管电压对马拉硫磷的离子化效率影响较大。分别在不同的电压下试验，表明在2kV电压下马拉硫磷的峰形和强度达到最佳，最终选取毛细管电压为2kV。

2.3 苦味酸进样体积的选择

用100μg/L的苦味酸标准溶液试验，当进样体积为10μL时，苦味酸的谱图出现拖尾甚至双峰现象，无法准确定量，见图1（a），这与色谱柱的耐受性能以及酚类化合物的化学性质有关。尝试将进样体积减少为1μL，拖尾和双峰现象明显改善，见图1（b）。因此，减少进样体积是改善苦味酸峰形的有效方法。

2.4 方法效能验证

配制系列标准溶液，在1.3条件下测定。以定量离子峰面积（y）对应标准溶液质量浓度（x）绘制校准曲线，结果见表2。

依据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ168-2010）的规定，平行测定7次各目标化合物的空白加标样品，并计算标准偏差s，按MDL=t（n-1，0.99）×s计算方法检出限[其中，t（n-1，0.99）为置信度99%、自由度（n-1）时的t值，n为重复测定的次数]。当n=7时，t（n-1，0.99）取值3.143。各化合物的检出限见表2。对实际饮用水源样进行各目标化合物的加标回收试验，加标量均为各线性范围的最小值，试验结果见表2。由表2可见，方法在各线性范围内线性良好，相关系数均>0.99，各目标化合物的方法检出限为0.12μg/L～8.40μg/L，实际饮用水源样的加标回收率在62.0%～104%之间，基本满足饮用水源回收率指标要求，6次平行测定的RSD<6%。

2.5 实际样品测试

在水库取水口采样，水样经0.2μm滤膜过滤后直接测定。结果，阿特拉津和马拉硫磷被检出，质量浓度分别为0.6μg/L和0.7μg/L，其余化合物均未检出。

3 结语

采用超高压液相色谱/质谱联用技术测定饮用水源13种污染物，除微囊藻毒素-LR外，其余污染物检出限均能满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）限值要求。该方法灵敏度高，精密度、准确度良好，便捷快速，亦可用于应急监测中微囊藻毒素-LR的快速定性分析。该方法为饮用水源地特定项目测定方法的完善提供了新思路，进一步提高了我国环境污染物监测水平，在饮用水源和环境应急分析中的应用将会更加广泛。

参考文献：

[1]胡冠九.我国环境监测技术存在的问题及对策[J].环境监测管理与技术，2007，19（4）：1-3.

[2]盛龙生，苏焕华，郭丹滨.色谱质谱联用技术[M].北京：化学工业出版社，2006.endprint