CN104713954B

CN104713954B - 分散液液微萃取程序升温气相色谱/质谱在检测水样中卤代乙腈类物质含量的方法

Info

Publication number: CN104713954B
Application number: CN201310691143.7A
Authority: CN
Inventors: 陈吉平; 马慧莲; 张海军
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN104713954A

Abstract

本发明涉及一种分散液液微萃取程序升温气相色谱/质谱在检测液体样品中卤代乙腈含量的方法，是一种使用少量有机溶剂的改进的分散液液微萃取结合程序升温气相色谱/质谱（DLLME‑PTV‑GC/MS）分析，用于定性或定量分析水样中痕量卤代乙腈类物质的方法。主要包括以下步骤：a）样品的富集；b）进行PTV‑GC/MS分析；c）结果处理、定量分析。是一种环境友好、快速、高效、灵敏的分析方法。

Description

分散液液微萃取程序升温气相色谱/质谱在检测水样中卤代乙腈类物质含量的方法

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种水样的分散液液微萃取程序升温气相色谱-质谱分析（DLLME-PTV-GC/MS）方法，进一步说是一种利用分散液液微萃取和程序升温进样口对分析物进行高效富集，结合气相色谱质谱分析，用于水样中卤代乙腈类物质的定性或定量分析方法，是一种高效、灵敏，而且环境友好的分析方法，为进一步准确灵敏地检测痕量的其它种类的含氮消毒副产物奠定基础，并为确定饮用水及泳池水等与人民生活息息相关的各类水体中卤代乙腈类物质的含量提供技术保障。

技术背景

卤代乙腈类物质（HANs）是饮用水消毒过程中产生的一类重要的含氮消毒副产物（N-DBPs），虽然其含量远低于广受关注的消毒副产物三卤甲烷（THM）和卤代乙酸（HAAs），但是其细胞毒性大约是三卤甲烷的150倍，卤乙酸的100倍，遗传毒性大约是三卤甲烷的13倍，卤乙酸的4倍。而定量结构毒性关系（QSTR）也预测了卤代腈与卤代苯醌、卤代环戊烯烃酸、卤代胺、亚硝胺、亚硝酰胺、卤代胺基化合物这5类物质为具有潜在致膀胱癌毒性的可能DBPs，因此该类物质的研究越来越受到重视。目前，世界卫生组织，在《饮用水水质准则（第3版）》中规定了水中二氯乙腈的限制为20μg L^-1,二溴乙腈的限值为70μg L^-1。而我国及其他国家或组织对该类物质却鲜有限制。因此，能够对饮用水，泳池水等生活用水中的卤代乙腈类物质进行准确的定性和定量分析显得相当的重要。

卤代乙腈类物质的测定普遍采用EPA Method551规定的液液萃取-气相色谱电子捕获法，首先用缓冲溶液把30mL样品pH调节到4.8-5.5，然后加入10g无水硫酸钠至饱和，用3mL的甲基叔丁基醚进行液液萃取，然后把1-2μL萃取液注入气相色谱，用电子捕获检测器进行检测。但是这种方法操作繁琐，且使用大量有机溶剂，对环境造成危害，成本高，回收率低，且不易实现自动化。也有文献使用SPE，但是虽然这种富集方法高效可靠且有机溶剂用量少，但是SPE仍然存在商品柱价格高，过柱时间长等不足。2012年固相微萃取法（SPME）被报道用于卤代乙腈类物质的预处理，此方法不但简单、快速、环境友好，而且显著提高了分析的灵敏度，但是SPME存在萃取头昂贵，使用寿命短，且易交叉污染等局限，因此，发展一种简易，快速，环境友好，灵敏度高的分析方法仍是卤代乙腈类物质分析研究工作中亟待解决的问题。

分散液液微萃取（Dispersive Liquid-liquid Microextraction,DLLME）是2006年问世的一种新型微萃取技术，它利用分散剂使萃取剂在水中形成分散的微珠，大大增加了萃取剂与水样之间的接触面积，从而加快了萃取平衡的速度，提高了萃取效率。同时，该方法萃取剂用量少，因此显著提高了富集倍数。本方法进一步改进了原有模式的分散液液微萃取，避免了分散剂的使用，以无机盐的加入和样品的震荡促进萃取剂的分散效果，在大大减少有机溶剂用量的同时，利用盐析效应进一步提高分析物的萃取效果，从而实现快速，环境友好，操作简易的高倍数富集效果。

程序升温（PTV）进样是指利用可快速程序升温进样口实施大体积进样, 这是近年来应生化和环境样品的分析需要而发展出来的一项新技术,是有机痕量分析的新进展。PTV进样在样品注入时，分流阀打开，进样口保持在低于所用溶剂的沸点温度，此时在大流量的载气吹扫下，溶剂蒸气大部分子分流阀放空，高沸点的待测物则留在衬垫管上，然后分流阀关闭PTV进样器快速升温，留在衬管上的待测物被全部转移到色谱柱的前端。转移结束后分流阀再次打开并维持高温，以除去进样器内残留的溶剂和一些难挥发的杂质。

基于改进的分散液液微萃取结合程序升温气相色谱/质谱（DLLME-PTV-GC/MS）分析用于定性或定量分析水样中卤代乙腈类物质的方法，是一种高效、灵敏的分析方法，其在分析试剂样品中的卤代乙腈等含氮消毒副产物方面有着明显的优势。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种水样的分散液-液微萃取-程序升温气相色谱-质谱分析方法，进一步说就是一种联合运用分散液-液微萃取和气相色谱程序升温进样口对分析物进行二次高倍数富集，然后结合气相色谱-质谱进行分离分析，对目标物卤代乙腈类物质实现定性或定量分析。该方法富集能力高，操作简单，有机溶剂用量少，并且萃取时间段，是一种高效、灵敏的分析方法，为多种水体中卤代乙腈类物质的准确定量提供技术保障。本分析方法尤其适合定性或定量分析饮用水、地下水、泳池水、处理后的污水、水源水、地表水中卤代乙腈类物质的定性或定量分析。

分散液液微萃取程序升温气相色谱/质谱在检测水样中卤代乙腈类物质含量的方法，处理步骤包括：

1）首先在10mL带塞的尖底离心管中，加入8mL的待测液体样品，随后加入5mg抗坏血酸对样品进行脱氯，并用0.5M硫酸调节pH至3.5，并加入内标物，随后快速加入50μL二氯甲烷和2.4gNa₂SO₄,随后充分震荡1min，此时管内形成乳浊体系，随后用离心机离心此时乳浊体系中的有机相于试管底部形成液珠；

2）用微量进样器吸取步骤1）中离心管底部的有机相进行程序升温-气相色谱/质谱（PTV-GC/MS）分析；

3）通过分散液液微萃/程序升温-气相色谱/质谱（DLLME-PTV-GC/MS）对样品和内标物同时进行分析检测，通过计算各自的峰面积对待测液体样品中的卤代乙腈类物质的含量进行定量：

C_样品=C_标液×A₀/A₄

C_样品水样中待测物含量μg L^-1；C_标液内标溶液的浓度μg L^-1；A₀为样品中某种卤代乙腈的峰面积；A₄为内标物的峰面积。

本发明涉及到的卤代乙腈类物质结构式如下：

其中R=Cl，Br，I，or H。

所述的分散液液微萃取（DLLME）步骤3）中使用的有机溶剂可替换为二硫化碳，盐可替换为氯化钠，氯化钾，硝酸钠，硝酸钾具有离子强度的无机盐类。

所述的程序升温（PTV）进样方法为：进样体积1-20μg L^-1，进样口程序升温条件：起始温度30℃，分流比50：1，溶剂排空时间0.01min，0.01min至1.00min分流阀关闭，进样口温度以250℃min^-1升至170℃，自1.00min 开始，分流阀打开（分流比50），进样口温度以300℃min^-1升至250℃，维持5min。

所述的气相色谱(GC)方法为：毛细管柱：DB-5MS,30m×0.25mm内径，膜厚度0.25μm；气相程序升温：起始温度35℃，保持4min，随后以15℃min^-1至180℃，保持1min，流量为0.8ml min^-1。

所述的质谱(MS)条件为：EI源，传输线和灯丝温度均为200℃，选择性离子检测。

所述的待测液体样品是饮用水，泳池水，水源水，地下水，地表水，处理过的污水。

本发明的实施过程是水样经淬灭自由氯后，取8mL于10ml玻璃离心管中，加入4μL2μg L^-1内标，用微量进样器快速注入50μL农残级二氯甲烷，随后快速加入2.4g无水硫酸钠，拧紧管盖后，手动震荡1min，此时无水硫酸钠完全溶解，体系呈乳浊状态。将该离心管以3500r/min离心3min，此时管底形成微小液滴。用微量进样器取2μL，注入程序升温进样口进行气相色谱/质谱分析，最后通过计算各自的峰面积对样品中的卤代乙腈类物质的含量进行定量，计算依照公式：

C_样品=C_标液×A₀/A₄

本发明主要经历以下过程：

a）水样的前处理，包括有机氯的淬灭，pH调节，内标的加入，以及利用二氯甲烷和无水硫酸钠对样品进行分散液-液微萃取。

b）进样（气相色谱程序升温进样口）。

c）进行气相色谱/质谱分析。

上述的目标分析化合物卤代乙腈种类包括：一氯乙腈（MCAN）、二氯乙腈（DCAN）、三氯乙腈（TCAN）、一溴乙腈（MBAN）、二溴乙腈（DBAN）、三溴乙腈（TBAN）、溴氯乙腈（BCAN）、二溴一氯乙腈(DBCAN)、溴二氯乙腈(BDCAN)，一碘乙腈（MIAN）。

所述的萃取溶剂使用农残级或经二次精馏的二氯甲烷，避免一般有机溶剂中其它杂质的干扰。

所述的无水硫酸钠使用前应在马弗炉中400℃加热3小时，以除去可能的其它有机物的干扰。

所述的气相色谱程序升温进样口进样口程序升温条件为：起始温度优选30-35℃，分流比50，溶剂排空时间优选0.01min，0.01min至1.00min分流阀关闭，进样口温度以300℃/min升至170℃，自1.00min开始，分流阀打开（分流比50），进样口温度以300℃/min升至250℃，维持5min。

之后的质谱分析，是在气相色谱/质谱EI模式下进行，再根据所得谱图信息进行定性定量分析。

所述的GC方法为：气相毛细管柱：DB-5MS,（30m×0.25mm内径，膜厚度0.25um)；气相程序升温：起始温度35℃，保持4min，随后以15℃/min至180℃，保持1min。恒流模式，流量为0.8mL min^-1。

所述的质谱方法为：EI离子源温度200℃，传输线温度200℃，碰撞能量70eV；溶剂延迟3min，定性分析采用全扫模式，质量范围为35-350amu；定量分析采用选择性离子扫描模式。

定性分析方法：再仔细扣除背景后，利用标准谱库检索，通过比较目标化合物和其标准质谱图，匹配度不小于90%。

定量分析时，各分析物对应的定量离子及定性离子分别为：

化合物

TCAN

MCAN

DCAN

MBAN

BCAN

MIAN

DBAN

定量离子

108

75

74

40

74

167

118

定性离子

110，73

48，40

82，84

119，121

76，155

127，40

120，199

本发明在测定水样中增塑剂的含量具有以下优点：首先，本发明能检测出样品中痕量存在的卤代乙腈类物质的含量，与其他方法相比，可得到更低的检测限。在本发明考察过程中，所分析的七种卤代乙腈类物质的检测限达到了0.4-13.2ng L^-1。

其次，本方法在萃取过程中使用的有机溶剂用量少，是一种环境友好的前处理技术；另外，相对于样品体积比例很小，因此与传统液液萃取相比，实现了更大倍数的富集。同时，该方法对装置要求不高，操作简易。

再次，本发明气相色谱的进样方式采用程序升温进样，该进样方式可以实现大体积进样，在低温条件下去除有机溶剂，实现对待测物的二次富集；另外，由于低温及程序升温进样，可以避免不稳定目标物的热分解，同时，也避免了其它高沸点杂质有可能对色谱柱带来的污染。

最后，本发明方法被应用于检测饮用水样品中的卤代乙腈类物质的含量，样本的处理参考标准方法，结果经EPA方法及国际报道的其它方法对比，验证了本发明的可靠性。该方法可用于水体中卤代乙腈类物质的检测，以确定饮用水及其它生活用水是否安全可靠。

附图说明

图1为样本的分析流程示意图；

图2为超纯水，饮用水，以及超纯水加标2μg L^-1后经上述方法分析的选择性离子扫描色谱图

其中，

图1中PTV-GC-MS为程序升温-气相色谱-质谱；

图2中（a）超纯水中HANs的提取离子色谱图；

（b）抚顺某小区饮用水中HANs的提取离子色谱图；

（c）超纯水加标2μg L^-1后的提取离子色谱图；

TCAN代表三氯乙腈，MCAN代表一氯乙腈，DCAN代表二氯乙腈，MBAN代表一溴乙腈，BCAN代表溴氯乙腈，MIAN一碘乙腈，DBAN代表二溴乙腈，IS代表内标对溴氟苯。

具体实施方法

以下具体实施方法将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1：超纯水配制的标准样品中卤代乙腈类物质的分析

操作步骤如下：

配制卤代乙腈的混合标准溶液（50mg mL^-1），并稀释成一系列浓度：20μg L^-1，2μgL^-1，0.2μg L^-1，0.02μg L^-1，0.002μg L^-1，同时将内标溶液（200mg mL^-1）稀释成2μg L^-1，取适量体积的混合标准溶液配置成浓度梯度的卤代乙腈水溶液进行DLLME-PTV-GC/MS实验：样品加入自由氯淬灭剂并以盐酸酸化后，取8mL于10mL玻璃离心管中，随后加入4μL内标溶液（2μg L^-1），用微量进样器快速注入50μL二氯甲烷后，迅速加入2.4g无水硫酸钠，拧紧离心管盖后，手摇震荡1min，然后3500r/mn离心3min。用微量进样器于试管底部的溶剂液珠内移取2μL（也可根据实际需要注入更大体积）注入气相色谱程序升温进样口，进行GC/MS分析。分析结果见表1.

表1.7种HANs的线性相关系数、富集倍数、最低定量限以及最低检测限。

Table1.Linearity,enrichment factor(EF),LOQs,and LODs of7haloacetonitriles

^aLOQ信噪比S/N ration>10；^bLOD信噪比S/N ration>3。

实施例2：饮用水中卤代乙腈类物质的定性、定量分析

饮用水水样经淬灭有机氯并酸化后，取8ml于10ml玻璃离心管中，加入2.0ul内标溶液，随后进行DLLME-PTV-GC/MS实验，最后通过计算各自的峰面积对样品中卤代乙腈的含量进行定量分析，计算依照公式：C_样品=C_标液×A₀/A₄；C_样品水样中待测物含量，单位是（μg L^-1）；C_标液内标溶液的浓度，单位是（μg L^-1）；A₀为样品中某种卤代乙腈的峰面积；A₄为内标物的峰面积。分析结果如下：检测到3种卤代乙腈：MCAN，DCAN，BCAN，色谱图见附图2，含量分别为51ng L^-1，2391ng L^-1，92ng L^-1，RSD均在10.2%以内，具有良好的重现性。

表2分析物的日内、日间重现性，以及饮用水加标回收率

Table2.Relative recoveries,intra-day and inter-day precision

此结果表明，饮用水中存在一定量的卤代乙腈类物质，含量与WHO限定值比较。该方法与文献报道的其它方法比较灵敏度更低。该方法还可以用于饮用水、泳池水、地下水、地表水、处理后的污水的其它消毒副产物的检测。

Claims

1.一种水样中卤代乙腈类物质的分析方法，其特征在于

1)卤代乙腈类物质具有如下的结构式：

其中R＝Cl，Br，I，or H；

2)处理步骤包括：

首先，在10mL带塞的尖底离心管中，加入8mL的待测液体样品，随后加入5mg抗坏血酸对样品进行脱氯，并用0.5M硫酸调节pH至3.5，并加入内标物，随后快速加入50μL二氯甲烷和2.4g无水硫酸钠,随后充分震荡1min，此时管内形成乳浊体系，随后用离心机离心，此时乳浊体系中的有机相于试管底部形成液珠；

其次，用微量进样器吸取尖底离心管底部的有机相进行程序升温-气相色谱/质谱(PTV-GC/MS)分析；

程序升温(PTV)进样方法为：进样体积1-20μL，进样口程序升温条件：起始温度30℃，分流比50：1，溶剂排空时间0.01min，0.01min至1.00min分流阀关闭，进样口温度以250℃·min^-1升至170℃，自1.00min开始，分流阀转换为分流模式，分流比为50：1，进样口温度以300℃·min^-1升至250℃，维持5min；

气相色谱(GC)方法为：毛细管柱：DB-5MS,30m×0.25mm内径，膜厚度0.25μm；气相程序升温：起始温度35℃，保持4min，随后以15℃·min^-1至180℃，保持1min，流量为0.8ml·min^-1；

质谱(MS)条件为：EI源，传输线和灯丝温度均为200℃，选择性离子检测；

最后，通过分散液液微萃取/程序升温-气相色谱/质谱(DLLME-PTV-GC/MS)对样品和内标物同时进行分析检测，通过计算各自的峰面积对待测液体样品中的卤代乙腈类物质的含量进行定量：

C_样品＝C_标液×A₀/A₄

C_样品水样中待测物含量μg·L^-1；C_标液内标溶液的浓度μg·L^-1；A₀为样品中某种卤代乙腈的峰面积；A₄为内标物的峰面积。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是分散液液微萃取(DLLME)步骤中使用的二氯甲烷可替换为二硫化碳，无水硫酸钠可替换为氯化钠、氯化钾、硝酸钠、或硝酸钾。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述的待测液体样品是饮用水、泳池水、水源水、地下水、地表水或处理过的污水。