液相色谱—串联质谱测定印染废水中3种碱性染料

马振英　郭浩

摘 要：建立了液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）测定印染废水中碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种碱性染料的检测方法。采用乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1）萃取碱性染料，经凝胶渗透色谱净化浓缩，液相色谱-串联质谱仪测定，结果表明：3种碱性染料在5.0～100.0 ng/mL范围内，线性关系良好，相关系数（R2）大于0.999 6；检出限在2.5～5.0 g/L之间；回收率在88.6%～98.4%之间，相对标准偏差（RSD）在1.3%～2.7%之间。该方法自动化程度高、样品前处理简单、灵敏度高、检出限低、结果准确可靠、回收率和重现性良好，可用于印染废水中三种碱性染料残留量的同时测定。

关 键 词：液相色谱-串联质谱法；印染废水；碱性橙2； 碱性橙21； 碱性橙22

中图分类号：TQ 610.9；X703 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1494-04

Determination of Three Kinds of Basic Dyes in Dyeing Wastewater

by Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

MA Zhen-ying1， GUO Hao2

（1. Zaozhuang Environmental Protection Science Research Institute Co.， Ltd.，Shandong Zaozhuang 277100， China；

2. Zaozhuang Environmental Monitoring Station， Shandong Zaozhuang 277100， China）

Abstract： A determination method of basic orange 2， basic orange 21 and basic orange 22 in dyeing wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry was developed. The basic dyes were extracted with a mixture of ethyl acetate and cyclohexane （volume ratio 1：1）， and purified and concentrated by gel permeation chromatography， and detected by liquid chromatography tandem mass spectrometry. The results show that the linear ranges of three basic dyes are from 5.0 ng/mL to 100.0 ng/mL， and R2 is no less than 0.999 6， and the detection limits are from 2.5 g/L to 5.0 g/L， and the recovery rates are from 88.6% to 98.4%， and the relative standard deviations are from 1.3% to 2.7%. The method has high automation， simple sample preparation， high sensitivity， low detection limit， the accurate and reliable result， high recovery rate and good reproducibility， and can be used for determination of residues of basic dyes in printing and dyeing wastewater.

Key words： Liquid chromatography tandem mass spectrometry； Dyeing wastewater； Basic orange 2； Basic orange 21； Basic orange 22

堿性染料（basic dyes），亦称盐基性染料，在水溶液中能解离生成阳离子色素的染料，包括碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22，主要用于纺织、纸张、木制品、皮革、文教用品的着色，是印染废水中的主要污染成份，对人体有致突变、致癌、致畸等影响[1-3]。若印染废水中碱性染料未经有效处理而排入水体中，可对水体、土壤、生物等生态系统造成危害，并直接威胁饮用水和人体健康安全。

目前关于碱性染料的检测方法有气相色谱法（GC）[4]、红外光谱法[5]、薄层色谱法[6]、液相色谱法（HPLC）[7，8]、液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）[9，10]等，其中LC-MS/MS具有化合物定性能力强，灵敏度高，选择性好，可有效测定低浓度待测化合物而被广泛应用，分析对象主要集中在水样、食品、纺织品、土壤等介质，而对印染废水中碱性染料的检测研究较少，且由于印染废水基质的复杂性和碱性染料在印染废水中浓度较低的特点，检测前需进行目标物富集和净化等处理。为有效监控碱性染料在印染废水中的残留量，本文采用乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1∶1）萃取碱性染料，经凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）净化浓缩，建立液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）测定印染废水中碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种碱性染料的检测方法，该方法自动化程度高、样品前处理简单、灵敏度高、检出限低、结果准确可靠、回收率和重现性良好，适用于印染废水中背景基质复杂、目标物浓度低等样品分析，可用于印染废水中三种碱性染料残留量的同时测定，为印染废水排放监管提供检测技术。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

超高效液相色谱-串联四极杆质谱仪（Waters Acquity UPLC XEVO TQ MS型，美国沃特世公司）、全自动凝胶渗透色谱仪（J2 Accuprep型，美国J2公司）、电子分析天平（XS-205型，赛多利斯北京有限公司）、超纯水器（Milli-Q型，美国Millipore公司）、氮吹仪（HGC-24型，天津恒奥科技有限公司）、旋转蒸发仪（R-210/215型，瑞士BUCHI公司）、超声波清洗器（KQ-2200型，昆山市超声仪器有限公司）；离心机（Legend RT型，德国Heraeus公司）。

乙酸乙酯、环己烷、丙酮、二氯甲烷、甲醇、乙腈、甲酸为色谱纯（德国默克公司）；碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种标准物质，纯度均≥89.0%，购自德国Dr Ehrenstorfer GmbH公司 ，具体信息见表1。实验用水为超纯水。

碱性染料标准储备溶液：分别精确称取适量碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22标准品，用甲醇溶解配制成1.00 mg/mL的碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22标准储备溶液，-20℃冰箱避光保存。

碱性染料标准工作溶液：取各标准储备溶液1 mL于10 mL容量瓶中，分别配制为浓度5、10、20、50、100 ng/mL，用甲醇定容至刻度，混匀备用。

1.2 色谱条件

色谱柱：Waters ACQUITY UPLC BEH C18，规格2.1×150 mm×1.7 ?m；流动相：A相为0.1%甲酸水溶液，B相为纯乙腈；柱温：35 ℃；流速：0.2 mL/min；进样体积：10 ?L；洗脱方式：梯度洗脱，具体梯度洗脱程序见表2。

1.3 质谱条件

离子化模式：电喷雾离子源（ESI）；分析模式：正离子模式；检测方式：多反应监测（MRM）；离子源温度：150 °C；脱溶剂气：氮气，750 L/Hr，350 °C；锥孔气：氮气，40 L/Hr；碰撞气：氩气；喷雾电压：30 kV；其它相关参数见表1。

1.4 GPC净化

GPC净化柱：300 mm×10 mm（柱长×内径），填料为Bio-Breads S-X3；洗脱液：乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1）；泵流速：4.7 mL/min；上样体积：5 mL；检测波长为254nm。GPC运行程序：收集15～20min组份，35 ℃真空蒸发近干，用1 mL乙腈溶解定容后过0.22 ?m有机滤膜，供LC-MS/MS上机测定。

1.5 样品前处理

称取印染废水5 g（精度0.1 mg）样品于50 mL聚四氟乙烯离心管中，加入10 mL乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1），涡旋均匀后超声提取10 min，10 000 r/min离心5 min，收集上清液；残渣再用10 mL乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1）重复萃取一次，合并两次上清液，35 ℃真空蒸发近干后，用乙酸乙酯溶解，定容至5 mL，待GPC净化。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的优化

分别将1.0 μg/mL碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22标准溶液，采用蠕动泵流动注射的方式在电喷雾离子源（ESI）下进行正负离子扫描，确定其准分子离子峰；然后以分子离子峰作为碰撞诱导裂解的母离子，对喷雾电压、离子源温度、脱溶剂气流量等质谱参数进行优化，再进行二次质谱扫描。试验结果表明：碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22均在正离子模式下具有丰度较高的准分子离子峰[M+H]+及其子离子。各目标化合物中选择丰度最大的母离子及对应的响应值最高的子离子为定性离子对，以灵敏度最高、基质干扰小的子离子为定量离子对，并进行多反应监测（MRM）参数优化（表1）。

2.2 色谱条件的选择和优化

以Waters ACQUITY UPLC BEH C18作为分析柱，考察甲醇/乙腈-水、甲醇/乙腈-0.1%甲酸水、甲醇/乙腈-乙酸铵溶液等作为流动相时，三种碱性染料在不同流动相体系中的分离情况。试验结果表明：以甲醇/乙腈-0.1%甲酸水作为流动相时，三种碱性染料响应值高于甲醇/乙腈-水、甲醇/乙腈-乙酸铵溶液，这可能是由于水溶液中加入少量甲酸有助于三种碱性染料的离子化，从而提高其响应值，且由于流动相中添加了0.1%甲酸而抑制微生物的滋生，从而延長了流动相使用期限；乙腈-0.1%甲酸水溶液体系能有效地分离三种碱性染料，且分离度大于1.5，基线平稳、峰型尖锐且对称（图1），经优化后的流动相梯度洗脱程序见表2。因此流动相选择乙腈-0.1%甲酸水溶液。

2.3 提取溶剂的选择

根据碱性染料的溶解特性和相似相容性原理，考察了乙酸乙酯、环己烷、丙酮、二氯甲烷、乙腈作为提取溶剂对三种碱性染料的提取效率（图1）。试验结果表明：1）依照三种碱性染料平均提取率大小顺序依次为：乙酸乙酯（91.2%）>环己烷（83.1%）>乙腈（76.9%）>二氯甲烷（68.2%）>丙酮（47.4%），其中丙酮、二氯甲烷对三种碱性染料的提取率在70%以下，提取效率不高，且提取液存在色素等杂质；环己烷对三种碱性染料的提取率平均值83.1%，提取液澄清；乙酸乙酯对三种碱性染料的提取率较高，提取率在89.3%～93.4%之间，平均值91.2%，但提取时共提物较多，提取液中脂肪较多，增加了净化的压力。2）当使用乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1）作为提取溶剂时，三种碱性染料的提取率在90.4%～94.7%之间，平均值92.3%，高于单一溶剂提取效率，这肯能是由于乙酸乙酯和环己烷之间的溶剂效应，从而引起提取率的提高。因此提取溶剂选择乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1：1）。

2.4 GPC净化条件的选择

印染废水经乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1∶1）提取，使大量高分子有机物被共同提取出来，需经有效净化后，才能使目标物富集和净化，以避免污染色谱柱和质谱仪。本文采用填料为Bio-Breads S-X3的GPC净化柱（300 mm×10 mm）对印染废水进行净化，洗脱液采用乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1∶1），泵流速为4.7 mL/min。以碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种碱性染料标准比较冲洗时间与回收率的关系，试验显示：当收集15～20 min组份时，三种碱性染料的回收率在92.4%～98.7%。故选择GPC收集时间为15～20 min。

2.5 线性方程与检出限

将碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种碱性染料混合标准溶液逐级稀释，按上述色谱-质谱条件进行测定，以各目标组分选择特征离子峰面积（y）对质量浓度（x）绘制标准曲线，求回归方程。试验结果显示：在5.0～100.0 ng/mL范围内，线性关系良好，相关系数（R2）大于0.999 6，三种碱性染料的线性回归方程、相关系数和线性范围见表3。

依据信噪比S/N=3求检测限，将配制好的混标溶液成倍稀释，当碱性橙2浓度为5.0 g/L时，得S/N= 2.91，故其检出限为5.0 g/L；同理得碱性橙21和碱性橙22的检出限分别为5.0 g/L和2.5 g/L。

2.6 加标回收率与精密度

对于空白印染废水样品，分别添加碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22混合标准溶液低、中、高三个浓度水平，进行回收率与精密度试验（表4）。从表4中可知，三种碱性染料在加标浓度为5.0～100.0 μg/L范围内，平均回收率分别为88.6%～98.4%，相对标准偏差（RSD）为1.3%～2.7%。

2.7 实际样品的测定

随机选取不同的印染企业废水处理池出水口废水试样10份，按照本文前处理和仪器条件进行上机测定，结果表明：不同来源的10份印染废水中，4份检出碱性橙2，含量在53.7～374.1 μg/L之间；3份检出碱性橙21，含量在47.2～184.3 μg/L之间；5份检出碱性橙22，含量在37.5～594.6 μg/L之间。这说明在实际的印染企业废水中存在着碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22等碱性染料残留量，若这些印染废水中碱性染料未经有效处理而排入水体中，可对水体、土壤、生物等生态系统造成危害，并直接威胁饮用水和人体健康安全，环境卫生监管部门应对碱性染料排放进行监督管理。

3 结 论

本文采用乙酸乙酯-环己烷混合溶液（体积比1∶1）萃取碱性染料，经凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）净化浓缩，建立液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）测定印染废水中碱性橙2、碱性橙21、碱性橙22三种碱性染料的检测方法。结果表明：3种碱性染料在5.0～100.0 ng/mL范围内，线性关系良好，相关系数（R2）大于0.9996；检出限在2.5～5.0 g/L之间；回收率在88.6%～98.4%之间，相对标准偏差（RSD）在1.3%～2.7%之间。该方法自动化程度高、样品前处理简单、灵敏度高、检出限低、结果准确可靠、回收率和重现性良好，可用于印染废水中三种碱性染料残留量的同时测定，为印染废水排放监管提供检测技术。

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