超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中戊基黃原酸

夏 勇，王海燕，代 佼

（攀枝花市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，攀枝花617000）

黃藥，即黃原酸鹽，按其化學(xué)組成也可稱為烴基二硫代碳酸鹽，結(jié)構(gòu)通式為ROCSSMe（式中R為烴基，Me為Na＋或K＋），一般由醇、氫氧化鈉（或氫氧化鉀）及二硫化碳合成。黃藥主要用作金屬硫化物礦石的浮選收集劑，也常用于橡膠的硫化［1］。然而，黃藥的環(huán)境效應(yīng)不容忽視。黃藥具有惡臭，硫化礦的選礦廢水中即使只殘存極少量的黃藥，仍能使尾礦水及周圍空氣異臭。含有黃藥的選礦廢水大量排放時(shí)，還可使受納水體變臭。在水中，黃藥會(huì)抑制多種水生生物的生長(zhǎng)，使魚(yú)類餌料減少，生長(zhǎng)緩慢。另外，黃藥還對(duì)一些魚(yú)類和蛙類具有致畸性和致死性［2］。例如，丁基黃原酸鈉對(duì)草魚(yú)胚胎具有強(qiáng)烈的致畸作用，畸形的主要癥狀為彎體和體表瘤狀贅生物［3］；長(zhǎng)期毒性試驗(yàn)表明，1mg·L－1的戊基鉀黃藥可導(dǎo)致紅鱒死亡［4］。根據(jù)浮選藥劑對(duì)魚(yú)和水蚤類的毒性排名［5］，丁基黃藥、異戊基黃藥屬于中等毒性物質(zhì)，乙基黃藥屬于強(qiáng)毒性物質(zhì)。黃藥對(duì)動(dòng)物和人的危害主要表現(xiàn)為使神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟器官受害，且其在微酸條件下能分解出具有神經(jīng)毒性的二硫化碳，二硫化碳可通過(guò)血液進(jìn)入大腦，使神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生病癥，還能對(duì)造血系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，還會(huì)引起肌肉痛、情緒不穩(wěn)定、食欲不振、高血壓等疾?。?］。

鑒于黃藥對(duì)水環(huán)境的危害性，監(jiān)控選礦廢水及其受納水體尤為重要。黃藥在水中水解成相應(yīng)的黃原酸。目前測(cè)定丁基黃原酸的方法較多，測(cè)定戊基黃原酸的方法較少，僅有液相色譜法［7－10］，且前處理復(fù)雜，分析耗時(shí)較長(zhǎng)。高效液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀因其選擇性好、靈敏度高在水質(zhì)分析方面得到了廣泛應(yīng)用［11－12］，尤其是超高效液相色譜儀的應(yīng)用，大大提高了分析速率和通量。超高效液相色譜－質(zhì)譜法測(cè)定水中丁基黃原酸的分析方法已有報(bào)道［13］，還未見(jiàn)有采用超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中戊基黃原酸的報(bào)道。

本工作采用超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中戊基黃原酸，并用于實(shí)際水樣的分析，結(jié)果令人滿意，可作為水中戊基黃原酸測(cè)定的參考方法。

1 試驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Waters ACQUITYTMUPLC－TQD型超高效液相色譜－三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，配二元溶劑管理器、四元溶劑管理器、柱溫箱、2777C型自動(dòng)進(jìn)樣器以及 Masslynx V4．1工作站；Millipore型純水系統(tǒng)；針式過(guò)濾器（孔徑0．22μm，內(nèi)徑13mm）。

戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：100mg·L－1，稱取戊基黃原酸鉀（純度為90%）0．013 7g（相當(dāng)于戊基黃原酸0．010 0g），加入400g·L－1氫氧化鈉溶液0．05mL，用10%（體積分?jǐn)?shù)，下同）甲醇溶液溶解，轉(zhuǎn)移并定容至100mL棕色容量瓶中，臨用現(xiàn)配（如選用戊基黃原酸鈉作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，也按類似方法處理。為保持與樣品的溶劑酸堿度一致，標(biāo)準(zhǔn)溶液系列用pH已調(diào)節(jié)至9～10的水或空白基質(zhì)溶液配制）。

氨水為優(yōu)級(jí)純，甲醇為色譜純，試驗(yàn)用水為超純水。

1．2 儀器工作條件

1）色譜條件 ACQUITY UPLC BEH C18色譜柱（2．1mm×50mm，1．7μm）；流量為0．3mL·min－1；柱溫為40℃；進(jìn)樣體積為10μL。流動(dòng)相：A為水（用氨水調(diào)節(jié)pH至10），B為甲醇。梯度洗脫程序：0～0．5min時(shí)，B為5%；0．5～1．5min時(shí)，B由5%升至95%，保持0．5min；2．0～2．5min時(shí)，B由95%降至5%。

2）質(zhì)譜條件 電噴霧負(fù)離子模式；毛細(xì)管電壓為1．5kV；離子源溫度為120℃，脫溶劑溫度為400℃；脫溶劑氣和錐孔反吹氣均為高純氮?dú)猓髁糠謩e為700，30L·h－1；碰撞氣為高純氬氣，流量為0．17mL·min－1；多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）模式；母離子m／z 162．75，錐孔電壓16V；子離子 m／z 84．97＊，76．83，碰撞能量依次為16，10eV，“＊”表示定量離子。

1．3 試驗(yàn)方法

用500mL棕色具塞磨口玻璃瓶采樣水樣。采樣前，將玻璃瓶用鉻酸洗液浸泡過(guò)夜后，用水洗凈，并于300℃下烘4h，再用鋁箔和棉線扎緊瓶塞密封。采樣時(shí)水樣應(yīng)注滿采樣瓶并將pH調(diào)節(jié)至9～10，每個(gè)樣品平行采集兩份，于4℃避光保存，當(dāng)天進(jìn)行分析［1，10］。水樣分析前用一次性針式過(guò)濾器（聚四氟乙烯材質(zhì)）過(guò)濾，取濾液按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2．1 色譜行為

戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的總離子流色譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 戊基黃原酸的色譜圖Fig．1 Chromatograms of amyl xanthic acid

由圖1可知：戊基黃原酸的保留時(shí)間為1．77min，峰形和響應(yīng)值均能滿足分析要求，單個(gè)樣品分析僅需3min。

2．2 質(zhì)譜條件的選擇

將100mg·L－1戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用50%甲醇溶液稀釋成500μg·L－1戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過(guò)注射泵將其直接引入三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，進(jìn)行質(zhì)譜參數(shù)優(yōu)化。選擇電噴霧離子源（ESI）負(fù)離子掃描方式。用Masslynx軟件的Intellistart功能，自動(dòng)選擇特征離子，優(yōu)化錐孔電壓、碰撞能量等參數(shù)。最終選擇的母離子、子離子、錐孔電壓和碰撞能量見(jiàn)1．2節(jié)。

在電噴霧離子化模式中，毛細(xì)管電壓的大小直接決定了待測(cè)物的電離程度，進(jìn)而影響信號(hào)響應(yīng)。試驗(yàn)考察了毛細(xì)管電壓為0．5～4．0kV時(shí)對(duì)戊基黃原酸（1．00μg·L－1戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液）的總離子流色譜圖信號(hào)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 毛細(xì)管電壓對(duì)戊基黃原酸總離子流色譜圖信號(hào)的影響Fig．2 Effect of capillary voltage on the TIC chromatogram signal of amyl xanthic acid

由圖2可知：戊基黃原酸的信號(hào)隨著毛細(xì)管電壓的增大呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。增大毛細(xì)管電壓有利于目標(biāo)物離子化，但過(guò)高的毛細(xì)管電壓會(huì)引起目標(biāo)物在離子源內(nèi)過(guò)早碎裂，導(dǎo)致信號(hào)降低。試驗(yàn)選擇毛細(xì)管電壓為1．5kV。

2．3 色譜條件的選擇

液相色譜分離采用超高效液相色譜柱，該柱填料粒徑為1．7μm，比常規(guī)液相色譜柱具有更高的柱效和分離能力，色譜分離時(shí)間短，有利于提高樣品分析通量，降低流動(dòng)相消耗。以甲醇－水或者乙腈－水作為流動(dòng)相時(shí)，待測(cè)物均不出峰。用氨水將流動(dòng)相的水相調(diào)節(jié)pH至10，待測(cè)物出峰?？紤]到乙腈的毒性和成本均高于甲醇，色譜分離選用甲醇作為有機(jī)相。

在pH 9～10時(shí)，戊基黃原酸分子結(jié)構(gòu)中一部分為帶電離子，一部分為有機(jī)基團(tuán)，僅有機(jī)基團(tuán)與BEH C18柱有疏水作用力，保留能力較弱，只有在有機(jī)流動(dòng)相初始比例較低時(shí)才能在色譜柱上有較好的保留。此外，環(huán)境水樣中有各種復(fù)雜的不明成分，采用等度洗脫方式雖然時(shí)間短，但不利于物質(zhì)間的分離。出于有利于色譜保留以及物質(zhì)間分離，有機(jī)流動(dòng)相初始比例設(shè)置為5%，并采用梯度洗脫方式。

2．4 濾膜的選擇

樣品溶液中的顆粒物容易造成液相和質(zhì)譜系統(tǒng)管路堵塞，因此進(jìn)樣前必須對(duì)樣品進(jìn)行前處理去除顆粒物。文獻(xiàn)［14－15］考察了不同濾膜對(duì)地表水中部分有機(jī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分析的影響，結(jié)果表明：濾材的選擇尤其重要，選擇不當(dāng)將會(huì)造成分析結(jié)果的假陰（陽(yáng)）性。試驗(yàn)分別用聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚砜（PES）、尼龍（PA）和聚丙烯（GHP）等4種濾膜將空白樣品和1．00μg·L－1空白加標(biāo)樣品過(guò)濾后進(jìn)行測(cè)定（n＝3），考察上述濾膜對(duì)戊基黃原酸測(cè)定的影響。結(jié)果表明：經(jīng)PTFE、PES、PA和GHP等4種濾膜過(guò)濾后的空白樣品中并未檢測(cè)到戊基黃原酸，過(guò)濾后的空白加標(biāo)樣品中戊基黃原酸的平均回收率分別為101%，97．4%，96．4%，105%，這表明4種材質(zhì)的濾膜對(duì)戊基黃原酸測(cè)定的影響較小，均符合分析要求。試驗(yàn)選擇聚四氟乙烯材質(zhì)的針式過(guò)濾器過(guò)濾樣品。

2．5 基質(zhì)效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

基質(zhì)效應(yīng)是指基質(zhì)成分使待測(cè)物的離子化效率降低或增強(qiáng)的作用。參考文獻(xiàn)［16－17］通過(guò)分析含基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液和不含基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線，比較兩者的斜率，從而評(píng)估基質(zhì)效應(yīng)。斜率比值小于1，表明基質(zhì)對(duì)待測(cè)物信號(hào)有抑制效應(yīng)；斜率比值大于1，表明基質(zhì)對(duì)待測(cè)物信號(hào)有增強(qiáng)效應(yīng)；比值越接近1，表明基質(zhì)對(duì)分析無(wú)影響或者影響小。

分別以超純水、空白地表水和空白工業(yè)廢水為基質(zhì)，配 制 0．500，1．00，2．00，5．00，10．0，15．0μg·L－1標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，按儀器工作條件對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，以戊基黃原酸的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明：戊基黃原酸的質(zhì)量濃度在0．500～15．0μg·L－1內(nèi)呈線性，線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)Tab．1 Linear regression equations and correlation coefficients

由表1可知：空白地表水基質(zhì)下的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與超純水基質(zhì)下的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值為1，表明空白地表水基質(zhì)對(duì)分析無(wú)明顯影響，可以直接用以超純水為基質(zhì)繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行分析?？瞻坠I(yè)廢水基質(zhì)下的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與超純水基質(zhì)下的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值為0．86，表明空白工業(yè)廢水對(duì)戊基黃原酸的測(cè)定具有抑制效應(yīng)。因此，以超純水為基質(zhì)繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線不適合于工業(yè)廢水分析。在優(yōu)化了色譜、質(zhì)譜條件的情況下，減少基質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果影響的方式通常有改進(jìn)樣品前處理方式、同位素內(nèi)標(biāo)、基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)校正等方法。同位素內(nèi)標(biāo)價(jià)格較貴，且目前沒(méi)有商品化的戊基黃原酸同位素內(nèi)標(biāo)。因此，工業(yè)廢水樣品采用基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)校正的方法進(jìn)行定量分析。

用空白水樣平行配制加標(biāo)樣品7份，加標(biāo)量為0．500μg·L－1，并根據(jù) HJ 168－2010《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》中方法檢出限MDL＝s×t（n－1，0．99）計(jì)算目標(biāo)物的檢出限，其中：t（n－1，0．99）是置信度為99%、自由度為n－1時(shí)的t值，n為重復(fù)分析的樣品數(shù)［如果連續(xù)分析7個(gè)樣品，在99%的置信區(qū)間，t（6，0．99）＝3．143］，s為標(biāo)準(zhǔn)偏差。選擇加標(biāo)樣品的測(cè)定平均值與MDL比值為3～5的MDL作為該化合物的檢出限。經(jīng)計(jì)算，本方法中戊基黃原酸的檢出限為0．114μg·L－1。

2．6 方法的精密度

按試驗(yàn)方法對(duì)戊基黃原酸標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果（n＝6）Tab．2 Results of test for precision（n＝6）

2．7 方法的準(zhǔn)確度

按試驗(yàn)方法對(duì)某市5處地表水樣品以及2處工業(yè)廢水樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明：7個(gè)樣品中均未檢出戊基黃原酸。

隨機(jī)選擇1個(gè)地表水樣品和1個(gè)工業(yè)廢水樣品進(jìn)行 加 標(biāo) 回 收 試 驗(yàn)，加 標(biāo) 量 為 0．500，8．00，14．0μg·L－1，平行測(cè)定6次。結(jié)果表明：地表水樣品的加標(biāo)回收率依次為99．4%，98．5%，101%，廢水樣品的加標(biāo)回收率依次為95．9%，102%，99．4%。實(shí)際地表水樣品和工業(yè)廢水樣品及其加標(biāo)樣品的色譜圖見(jiàn)圖3。

本工作建立了超高效液相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定水中戊基黃原酸的分析方法。與傳統(tǒng)方法相比，本法無(wú)需對(duì)水樣進(jìn)行復(fù)雜的前處理，僅需孔徑0．22μm的聚四氟乙烯濾膜過(guò)濾后就可直接進(jìn)樣分析，單個(gè)樣品分析只需3min，簡(jiǎn)便快速、檢出限低、精密度和準(zhǔn)確度較好，適用于實(shí)際水樣中戊基黃原酸含量的測(cè)定。

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