超高效液相色谱-串联质谱法检测饮用水中二氯乙酸和三氯乙酸

陈 际，周永芳，杜双双，詹子宽

(温州市公用事业投资集团有限公司水质检测中心，国家城市供水水质监测网温州监测站，浙江温州 325000)

饮用水水质与人们的身体健康密切相关。二氯乙酸、三氯乙酸是饮用水氯化消毒处理过程中产生的消毒副产物[1-2]，这二种有机酸因其环境毒性及潜在的致癌性引起了人们的普遍关注[3]。因此，准确、快速地测定水中二氯乙酸、三氯乙酸已成为人们关注的重点。

目前，在我国的国家标准及行业标准中常用的有机酸测定方法主要有气相色谱法[4-7]、气相色谱-质谱法[8-9]、高效液相色谱法[10]、毛细管电泳法[11]、离子色谱法[12-16]等。生活饮用水标准GB/T 5750.10—2006中说明，采用气相色谱法测定生活饮用水中二氯乙酸、三氯乙酸的含量，该方法水样预处理衍生时间较长，衍生化试剂有毒，对环境产生污染，且低浓度加标回收率不理想。毛细管电泳法需要进行固相萃取，且回收率较低。用离子色谱法测定，未能达到理想的检出限，且分离效果不是很佳。本文主要介绍超高效液相-串联质谱法快速测定水中二氯乙酸、三氯乙酸。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Waters ACQUITY UPLC系统、电喷雾离子源、ACQUITY CSH色谱柱(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、超声波清洗器、Millipore Q超纯水机、Peak氮气发生器、乙睛：色谱纯(默克)、乙酸：色谱纯(阿拉丁)、二氯乙酸(国家标准物质研究中心)、三氯乙酸(国家标准物质研究中心)、针式过滤器：聚偏氟乙烯(PVDF)(孔径0.22 μm)。

1.2 色谱条件

色谱柱：ACQUITY CSH柱1.7 um×2.1 mm×50 mm；流动相A：0.05%乙酸水；流动相B：乙腈。梯度洗脱程序：1～3 min，40%B～60%B；3～3.1 min，60%B～100%B；3.1～3.5 min，100%B～40%B；3.5～4.5 min，40%B～40%B。流速：0.4 mL/min；柱温：20 ℃；进样量：10 μL。

1.3 质谱条件

离子源：电喷雾离子源；扫描方式：负离子；定量检测方式：多反应监测；毛细管电压：3.0 kV；锥孔电压：16 V；脱溶剂气温度：350 ℃；脱溶剂气：1 000 L/h；锥孔气：50 L/h；碰撞气：0.18 L/h；碰撞能：8 eV；离子源温度：100 ℃。

1.4 标准溶液的配制

卤乙酸工作曲线由卤乙酸标准使用液(ρ=100 μg/mL)，用超纯水稀释，配制成2.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/L的标准溶液。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的优化

根据待测物的性质，分别配制1 mg/L的两种标准溶液，在ESI负离子模式下分别进行质谱条件优化。第一步进行母离子扫描，确定母离子，并优化毛细管电压。采用子离子扫描方式进行二级质谱分析，对子离子进行优化选择，选取丰度相对最强的子离子为定量离子，其次为定性离子。然后根据选择的离子对，将源温度、脱溶剂气温度及流量和锥孔气流量进行优化，使目标物质的离子化效率达到最佳。由于二氯乙酸、三氯乙酸的热稳定性差，试验中分别就离子源温度、脱溶剂气温度不同作了比较，发现高浓度的三氯乙酸在源温150、120、100 ℃时随着源温的降低，响应值提高了3.5倍，二氯乙酸响应值提高不明显。脱溶剂气温度在250、300、350 ℃时，随着温度的升高，DCAA响应明显提高；直到500 ℃时，DCAA响应达到最佳，但TCAA不出峰。通过多次条件优化，最终选取源温100 ℃，脱溶剂气温度350 ℃，结果如表1所示。

表1 二氯乙酸、三氯乙酸质谱条件Tab.1 MS Conditions of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.2 色谱条件的优化

2.2.1 色谱柱的选择

试验中对Waters BEH C18(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、ACQUITY CSH(1.7 μm×2.1 mm×50 mm)、HSS T3(1.8 μm×2.1 mm×50 mm)进行了考察，发现二氯乙酸、三氯乙酸在Waters BEH C18上无保留或保留较弱而无法检测。在HSS T3、CSH柱上均能达到较好的分离效果，HSS T3柱出峰时间较CSH早，但峰形响应值不如CSH柱。综合考虑，最终采用CSH柱进行水中卤乙酸的检测。本研究还考察了柱温对分离度和分析时间的影响，发现随着温度的降低，卤乙酸分离度变好，但较低的柱温会延长分析时间，不利于快速分析。因此，为兼顾分离度和分离速度，本试验选择柱温为20 ℃。

2.2.2 流动相的选择

流动相的组成不仅会影响目标化合物的保留时间和峰形，还会影响离子化效率，从而影响到灵敏度。本试验同时考察了纯水和乙腈，纯水和甲醇，0.05%、0.5%甲酸水溶液和乙腈，0.05%、0.5%甲酸水溶液和甲醇，0.05%、0.5%乙酸水溶液和乙腈或甲醇组成的流动相体系的分离效果。结果显示：甲酸或乙酸的加入可以提高目标物的灵敏度，改善其峰形；二者相比较，加乙酸效果优于甲酸。流动相中含有0.05%乙酸时与流动相中含有0.5%乙酸相比较，目标物二氯乙酸响应值提高了60%，三氯乙酸响应基本相同。乙腈的分离效果明显优于甲醇，同时乙腈的洗脱能力更好，提高了分析效率。因而，选用0.05%乙酸水溶液和乙腈。由此，通过优化质谱条件和流动相确定最终的采集方法，然后通过标准物质采集获得二种卤乙酸的分子特征提取色谱，如图1所示。

图1 二氯乙酸、三氯乙酸的多反应监测色谱图Fig.1 MRM Chromatograms of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.3 线性关系、检出限和定量限

参照《环境监测分析方法标准制订技术导则》(HJ/T 168—2010)中A.1.1规定，按照样品分析的全部步骤，对浓度或含量为估计方法检出限2～5倍的样品进行11次平行测定。计算11次平行测定的标准偏差，按公式MDL=t(n-1,0.99)×S计算方法检出限。二氯乙酸检出限MDL=t(n-1,0.99)×S=2.764×0.15=0.41 μg/L。以4倍检出限浓度作为测定下限，即4×MDL =4×0.41=1.64 μg/L。三氯乙酸检出限MDL=t(n-1,0.99)×S=2.764×0.24=0.66 μg/L。以4倍检出限浓度作为测定下限，即

4MDL=4×0.66=2.64 μg/L(表2)。为了方便工作曲线的配制，故取二氯乙酸、三氯乙酸的测定下限为2.0 μg/L。

同时结合目标物的响应值和仪器的饱和效应，分别配制了2.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0、100.0 μg/L的标准系列。以目标物在MRM模式下定量离子的响应面积对相应目标物的浓度进行线性回归，得到二种化合物的线性范围及线性相关系数。试验表明，各目标化合物在2～100 μg/L线性关系良好，线性回归系数均在0.999以上，结果如表3所示。

表2 二氯乙酸、三氯乙酸检出限及定量限Tab.2 Limit of Detection(LOD) and Limit of Quantitation (LOQ) of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

表3 二氯乙酸、三氯乙酸线性范围、保留时间、回归方程、相关系数Tab.3 Linear Range,Retention Time,Regression Equation and Correlation Coefficients of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid

2.4 方法的精密度和回收率

为验证方法的可靠性，在纯水空白样品中分别添加低、中、高3个浓度的混合标准溶液。每个水平进行6次平行试验，基底匹配标准曲线定量。结果表明：二氯乙酸低浓度相对标准偏差为1.06%，中浓度相对标准偏差为1.00%，高浓度相对标准偏差为0.81%；三氯乙酸低浓度相对标准偏差为2.62%，中浓度相对标准偏差为2.39%，高浓度相对标准偏差为2.29%，符合检测要求。在纯水、出厂水、水源水中加入低、中、高3个浓度的标准物质，测定其加标回收率，二氯乙酸加标回收率为98.9%～113.0%，三氯乙酸加标回收率为96.4%～102.7%。试验证明，此方法完全能够满足实际分析的要求(表4、表5)。

表4 二氯乙酸实际水样回收率Tab.4 Actual Sample Recovery Rate of Dichloroacetic Acid in Sample

表5 三氯乙实际水样回收率Tab.5 Actual Sample Recovery Rate of Trichloroacetic Acid in Sample

表6 管网水中二氯乙酸、三氯乙酸含量Tab.6 Content of Dichloroacetic Acid and Trichloroacetic Acid in Tap Water Samples

2.5 实际样品的测定

采用本方法，对不同区域的6个管网水水样进行测定。采样后加入10 mg/L的抗坏血酸去除余氯，针式过滤器过滤后直接上机检测，试验结果如表6所示。

3 结论

本研究建立了测定水中二种卤乙酸的UPLC-ESI-MS/MS分析方法。通过采用电喷雾离子源负离子模式实现了对二氯乙酸、三氯乙酸的检测。本方法检测速度快，灵敏度高，选择性好，回收率较高，能够满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5750—2006)中对自来水卤乙酸的检测要求。

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