地下水中14种有机污染物的超高效液相色谱－串联质谱分析方法研究

郑飞鹏

（福建省地质测试研究中心，福州，350002）

地下水是人类赖以生存的饮用水源，随着工农业的发展和生活水平的提高，人们对地下水的需求量越来越大，而且对水质也有了更高的要求［1］。近年来，在地下水资源的监测工作中对有机污染物的检测所占的比例越来越高，国家和地质行业也出台了一系列地下水相关质量标准［2］。在众多的有机污染物中，联苯胺、丙烯酰胺、苦味酸、对硫磷、甲基对硫磷、马拉硫磷、乐果、敌敌畏、敌百虫、内吸磷、甲萘威、微囊藻毒素－LR、溴氰菊酯、阿特拉津14种有机污染物目前普遍还是采用气相色谱、气质联用、液相色谱等分析方法，有些甚至还采用分光光度等化学分析方法。这些分析方法流程多且耗时，实验前处理复杂繁琐，消耗有机试剂多，产生的废物废料也多［3］，且色谱检测器，抗干扰能力也不如质谱检测器。随着超高效液相色谱－串联质谱仪（UPLC－MS／MS）的逐渐普及，作为水中有机污染的分析也成为了趋势［4］。如宣秋江等［5］、李亚军等［6］、宋环宇等［7］和周民锋等［8］，分别建立了利用UPLC－MS／MS快速测定地表水及饮用水中10种有机磷农药的方法、溴氰菊酯的方法、水中联苯胺残留的分析方法和水中痕量阿特拉津的分析方法，但尚未有同时分析14种有机污染物的UPLC－MS／MS方法研究。笔者首先从仪器的质谱端入手，使用标准物质溶液进行条件实验，确定各个目标化合物最佳的质谱参数，再进行色谱端的条件实验和过滤条件实验，以保证实验数据准确可靠。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料、试剂与仪器

实验中运用到的试剂有甲醇（UPLC级，赛默飞世尔）、乙腈（UPLC级，赛默飞世尔）、甲酸（HPLC级，赛默飞世尔）、水（屈臣氏纯净水）、14种有机污染物标准溶液为1 000μg／mL，市 售 有 证 标 准溶 液，S－82470－05，M－8330－ADD－3，DRE－C10536000，百 灵威）。实验中还用到了一次性针筒注射器（5mL，上海安谱科技）和一次性微孔过滤头（PTFE材质，孔径0.22μm，上海安谱科技）。

实验中运用到的仪器主要为TRIPLE QUAD 4500超高效液相色谱－串联质谱仪（AB SCIEX公司）、Luna Omega UPLC液相色谱柱（1.6um C18，2.1×100mm，Phenomenex公司）。

1.2 色谱条件与质谱条件

1.2.1 色谱条件

实验所采用色谱参数名称及参数值条件（表1）。

表1 液相色谱－串联质谱仪的色谱条件参数Table 1 Chromatographic condition parameters for the liquid chromatography－tandem mass spectrometer

1.2.2 质谱条件

质谱分析实验选择的条件为：离子源气帘气压力为35psi，雾化气压力为45psi，脱溶剂气压力为50psi，脱溶剂气温度为550℃。

1.3 标准溶液的配制

标准储备液配制方法：取甲醇、乙醇、甲酸3种标准溶液各1mL混合稀释至100mL，得到14种有机污染物标准储备液（ρ）为10μg／mL。

校正曲线：使用自动配标仪将标准储备液稀释成1，5，10，50，200μg／L。

1.4 样品前处理

使用一次性针筒抽取水样约3mL，装上PTFE滤头，压出约1mL样品弃去，接着继续压出约1mL装入样品瓶中待测。

2 结果与分析

2.1 样品前处理条件的优化

挑选4种一次性针筒式滤头，材质分别是尼龙、聚丙烯、PTFE和PVDF，孔径都为0.22μm。将标准溶液（10μg／L）通过4种滤头过滤后进样分析，另外不过滤的标准溶液作为对照组，将14种有机污染物的峰面积与对照组峰面积的比值计算回收率，选择回收率最高的作为样品前处理过滤滤头，4种滤头过滤分析的回收率结果（图1）。经实验发现，一些化合物，如联苯胺，溴氰菊酯，阿特拉津等，在尼龙、聚丙烯、PVDF材质上，或多或少都有损失，在PTFE材质上，14种有机污染物都有很好的回收率为97.1%～101.8%。因此选择PTFE作为过滤用滤头。

图1 14种有机污染物通过4种滤头过滤分析回收率结果Fig.1 Recovery results were analyzed by 14organic pollutants through 4filter heads

2.2 液相方法的优化

2.2.1 色谱柱的选择

对Waters ACQUITY UPLC HSS T3UPLC、Phenomenex Luna Omega UPLC、Phenomenex Kinetex UPLC 3种C18反相色谱柱进行了对比实验，对每根色谱柱甲醇－水的不同比例进样分析（甲醇与水的配比为1∶9，3∶7，5∶5，7∶3，9∶1）。通过色谱图对比发现，Phenomenex Luna Omega UPLC色谱柱无论是峰型还是分离度，表现相对更好。

2.2.2 流动相的选择

选择水－甲醇、水－乙腈、甲酸水（0.05%）溶液－甲醇、甲酸水（0.05%）溶液－乙腈进行对比实验，比例为固定5∶5等度洗脱。通过对比发现，甲酸水溶液相比纯水能够显著提高目标化合物的响应，因甲酸溶液提供H＋，能够提升目标化合物的离子化效率，故而提升了响应。此外，通过对比发现，甲醇相对与乙腈有更好的响应和分离效果。所以选择甲酸水－甲醇体系作为流动相。

2.2.3 流速和柱温的优化

流速对目标化合物的峰型，保留时间有较大影响，选择0.2，0.3，0.4ml／min 3种流速进行对比实验，发现随着流速提高，色谱峰宽变窄，峰型更为尖锐，保留时间整体前移，因此选择流动相流速为0.4ml／min。选择30，35，40，45℃4种色谱柱温度进行对比实验。发现4种温度下色谱图变化很小，保留时间随着温度提高略微提前，但对实验结果没什么影响，故折中选择40℃作为色谱柱温度。

2.2.4 洗脱程序的优化

设计不同梯度洗脱程序，通过对比，选择峰型和分离度较好、响应较高的一套作为梯度洗脱程序，流动相A为水，流动相B为甲醇，初始流动相B为50%，在0.5min内升至90%保持4min，在0.5min内降至50%保持1.5min。14种有机污染物进样分析的目标离子色谱图（图2）。

图2 14种有机污染物分析的目标离子色谱图Fig.2 Target ion chromatograms for the analysis of the 14organic pollutants

2.3 质谱方法的优化

将该部分实验分为目标化合物质谱特性参数和离子源参数2种。目标化合物质谱特性参数包括MRM离子对、锥口电压和碰撞能量。离子源参数包括气帘气压力、脱溶剂气压力、源雾化气压力、脱溶剂温度。目标化合物质谱特性参数属于个性参数，需要针对每个化合物单独进行优化。离子源参数属于共性参数，对所有化合物同时生效，需综合权衡14种目标化合物，并且重点考虑响应最低的目标化合物（甲基对硫磷）的情况。

将标准溶液（ρ）为100μg／L使用针泵连续进样，利用串联质谱手动调谐模式对14种有机污染物单独进行实验，结合相关资料，选择响应高干扰少的MRM离子对各2组，一组为定量离子对，一组为辅助离子对。再对14种有机污染物的锥口电压DP和碰撞能量CE进行优化实验，分别选择响应最高时的DP值和CE值。最终确定目标化合物特性质谱参数（表2）。

表2 14种有机污染物的目标化合物质谱参数Table 2 Mass spectrometry parameters of target compounds for 14organic pollutants

以表2条件为基础继续进行离子源参数条件实验，分别设置气帘气压力为30，35，40，45psi，雾化气压力为35，40，45，50psi，脱溶剂气压力为35，40，45，50psi，脱溶剂气温度为350，400，450，500，550，600℃。

气帘气压力影响所有离子进入质谱的效率，结果显示，随着气帘气压力的增大，14种化合物响应整体都减小，但过低的气帘气压力容易让更多的中性离子进入质谱，更容易对仪器造成污染，故综合考虑选择35psi作为气帘气压力。雾化气压力影响溶液的雾化效果，实验结果显示，随着压力升高，整体响应先上升后下降，在45psi时最高。脱溶剂气压力和脱溶剂气温度影响雾化小液滴脱去溶剂后离子化的效果，实验结果显示，脱溶剂气压力在45～50psi时整体响应最好，但甲基对硫磷在50psi处响应有明显提升，故选择50psi作为脱溶剂气压力，脱溶剂气温度在550℃之前整体响应逐渐增加，550℃之后趋于平缓，甲基对硫磷响应表现基本一致，故选择550℃作为脱溶剂气温度。

2.4 实验方法的线性关系、灵敏度、检出限和定量限

配置浓度为1，5，10，50，200μg／L的系列校正曲线，从低到高进样分析，以目标化合物响应为纵坐标，浓度为横坐标，采用线性拟合绘制校准曲线，得到14种有机污染物的检出限和定量限（表3）。

表3 线性关系、灵敏度、方法检出限和定量限Table 3 Linear relationship，sensitivity，method detection limit，and quantification limit

根据“环境监测分析方法标准制修订技术导则［9］”进行检出限和定量限实验。分析7份低浓度的空白加标试样，计算方法检出限MDL，计算公式见公式①，以4倍MDL作为定量限LOQ。

式中：MDL为方法检出限；t为自由度为n－1，置信度为99%时的t分布（单侧）；n为样品平行测定次数；S为n次平行测定的标准偏差。

2.5 实验方法回收率与精密度

采用基体加标的方式进行准确度和精密度验证。配置6份浓度为0.20μg／L的加标试样、6份浓度为0.50μg／L的加标试样，6份浓度为2.0μg／L的加标试样。按该方法进行分析检测，分别计算加标回收率和相对标准偏差（表4）。结果表明采用该方法分析地下水中14种有机污染物，准确度和精密度能够满足相关规范要求。

表4 14种有机污染物的回收率和相对标准偏差Table 4 Recovery rates and relative standard deviation of the 14organic pollutants

2.6 实际样品检测

此次研究随机挑选相关单位和客户所送检的样品5件，按照此方法进行检测。5件样品中地下水样品3件，地表水样品1件，饮用水样品1件。除地表水样品敌百虫检测结果为0.05μg／L外，其余样品的13种有机污染物均未检出。同时将样品按传统气质联用仪进行前处理和分析，地表水样品敌百虫结果为0.04μg／L，其余项目均未检出，与该方法几乎一致（表5）。

表5 3种类型实际样品检测结果Table 5 3types of actual sample test results

3 结论

建立了一种利用超高效液相色谱－串联质谱同时快速检测地下水中14种有机物污染物的分析方法。经质量指标验证，该方法的检出限、曲线线性、准确度、精密度都满足相关要求，并对实际样品进行了气质联用分析法的对比验证，检测结果一致，且该方法分析效率高，抗干扰性强，更为经济环保。