一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法

技术领域

本发明涉及卤代苯醌类物质测定技术领域，尤其涉及一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法。

背景技术

生活饮用水消毒是最有效的公共卫生措施之一，通过消毒能有效的杀灭饮用水中的细菌、病毒，防止肠道等传染疾病的发生。常见的消毒方式主要有紫外线消毒、氯化消毒和臭氧消毒等，其中氯化消毒最为常见。然而，在消毒的过程中，消毒剂会与原水中含有的一些天然有机物以及氯或溴化物发生化学反应，从而产生一系列的消毒副产物(disinfectionby-products，DBPs)。流行病学调查发现DBPs会增加人类患膀胱癌的风险和一些其它的健康问题。然而，对目前已管控的一些DBPs(如三卤甲烷、卤代乙酸等)进行流行病学风险评估并未能对膀胱癌风险增加进行解释，表明一些未受控、饮用水中含量更低的DBPs可能具有更高的潜在危害性。

卤代苯醌(halobenzoquinones，HBQs)是近年才在消毒饮用水中检出的新型消毒副产物，毒理学研究显示，HBQs较三卤甲烷和卤代乙酸等已受控DBPs而言，具有更强的细胞毒性和遗传毒性。HBQs还能诱导细胞内活性氧类产生，从而降低细胞的抗氧化酶活性，导致DNA氧化损伤。鉴于HBQs可能对人类健康产生的危害更大，而目前仍缺乏相应的标准检测方法，建立一种高灵敏度的HBQs检测方法就具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法，包含下列步骤：

(1)将水样和甲酸混合，得到酸化后的水样；

(2)将固相萃取膜顺次进行第一活化和第二活化，得到活化后的萃取膜；

(3)将酸化后的水样通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；

(4)对富集后的萃取膜顺次进行淋洗和洗脱，得到洗脱液；

(5)将洗脱液进行干燥，得到干燥后的洗脱液；

(6)将干燥后的洗脱液与甲酸溶液混合，进行过滤，得到待测溶液；

(7)将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定。

作为优选，所述卤代苯醌类物质包含2,5-二氯-1,4-苯醌、2,6-二氯-1,4-苯醌、2,5-二溴-1,4-苯醌、2,6-二溴-1,4-苯醌、四氯对苯醌、3,4,5,6-四氯-1,2-苯醌、2,3,5,6-四溴-1,4-苯醌、2,6-二氯-3-甲基-1,4-苯醌和2,3-二溴-5,6-二甲基-1,4-苯醌。

作为优选，步骤(1)所述水样和甲酸的体积比为450～550：1；

步骤(2)所述第一活化的溶液为甲醇；所述第二活化的溶液为水；

所述甲醇、水与步骤(1)所述水样的体积比为4～6：4～6：450～550。

作为优选，步骤(3)所述通过的速度为50～100mL/min；

步骤(4)所述淋洗的溶液为水；所述洗脱的溶液为甲醇；

所述水、甲醇和步骤(1)所述水样的体积比为4～6：3～5：450～550。

作为优选，步骤(5)所述干燥的温度为30～40℃，时间为8～12min；

步骤(6)所述甲酸溶液的质量分数为0.1～0.3％；所述甲酸溶液的溶剂包含甲醇和水；所述甲醇和水的体积比为3～7：93～97；

步骤(6)混合结束后样品的体积为0.8～1.2mL。

作为优选，步骤(7)所述UPLC-MS/MS分析的柱流速为0.2～0.6mL/min，柱温为40～50℃。

作为优选，步骤(7)所述UPLC-MS/MS分析的进样体积为8～12μL，流动相包含A相和B相；

所述A相为甲酸溶液，所述B相为甲醇，所述甲酸溶液的质量分数为0.1～0.3％。

作为优选，所述UPLC-MS/MS分析的电晕针电流为-2.0～-4.0mA，离子电压为-4300～-4700V。

作为优选，所述UPLC-MS/MS分析的离子源温度为450～550℃，气帘气压强为35～45psi。

作为优选，所述UPLC-MS/MS分析的喷雾气压强为50～60psi，辅助加热气压强为50～60psi。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法，包含下列步骤：将水样和甲酸混合，得到酸化后的水样；将固相萃取膜顺次进行第一活化和第二活化，得到活化后的萃取膜；将酸化后的水样通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；对富集后的萃取膜顺次进行淋洗和洗脱，得到洗脱液；将洗脱液进行干燥，得到干燥后的洗脱液；将干燥后的洗脱液与甲酸溶液混合，进行过滤，得到待测溶液；将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定。本发明选用SDB-RPS固相萃取膜来吸附目标物，建立了一种膜固相萃取-高效液相色谱质谱联用技术同时测定饮用水中9种卤代苯醌新型消毒副产物的分析方法。本发明的测定方法简便、快速、灵敏度高、准确度好，可用于饮用水中9种卤代苯醌的同时分析检测。

附图说明

图1为实施例1中2,5-DBBQ和2,6-DBBQ的MRM谱图(Retention time—保留时间，Response intensity—反应强度)；

图2为实施例1中2,5-DCBQ和2,6-DCBQ的MRM谱图(Retention time—保留时间，Response intensity—反应强度)；

图3为实施例1中TetraC-1,4-BQ和TetraC-1,2-BQ的MRM谱图(Retention time—保留时间，Response intensity—反应强度)；

图4为实施例1中DBDMBQ的MRM谱图(Retentiontime—保留时间，Responseintensity—反应强度)；

图5为实施例1中DCMBQ的MRM谱图(Retention time—保留时间，Responseintensity—反应强度)；

图6为实施例1中TetraBBQ的MRM谱图(Retentiontime—保留时间，Responseintensity—反应强度)；

图7为实施例1中不同萃取膜下分析物的萃取效果比较图(Analytes—分析物，Recovery—回收率)；

图8为2,5-DBBQ的EPI标准谱图(Intensity—强度)；

图9为实施例1中2,5-DBBQ的EPI谱图(Intensity—强度)。

具体实施方式

本发明提供了一种膜固相萃取-液质联用法同时测定水中卤代苯醌类物质的方法，包含下列步骤：

(1)将水样和甲酸混合，得到酸化后的水样；

(2)将固相萃取膜顺次进行第一活化和第二活化，得到活化后的萃取膜；

(3)将酸化后的水样通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；

(4)对富集后的萃取膜顺次进行淋洗和洗脱，得到洗脱液；

(5)将洗脱液进行干燥，得到干燥后的洗脱液；

(6)将干燥后的洗脱液与甲酸溶液混合，进行过滤，得到待测溶液；

(7)将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定。

在本发明中，所述卤代苯醌类物质优选包含2,5-二氯-1,4-苯醌(2,5-DCBQ)、2,6-二氯-1,4-苯醌(2,6-DCBQ)、2,5-二溴-1,4-苯醌(2,5-DBBQ)、2,6-二溴-1,4-苯醌(2,6-DBBQ)、四氯对苯醌(TetraC-1,4-BQ)、3,4,5,6-四氯-1,2-苯醌(TetraC-1,2-BQ)、2,3,5,6-四溴-1,4-苯醌(TetraBBQ)、2,6-二氯-3-甲基-1,4-苯醌(DCMBQ)、2,3-二溴-5,6-二甲基-1,4-苯醌(DBDMBQ)。

在本发明中，步骤(1)所述水样和甲酸的体积比优选为450～550：1，进一步优选为470～530：1，更优选为490～510：1。

在本发明中，步骤(1)所述甲酸的作用为对水样进行酸化，从而去除游离氯并稳定待分析物。

在本发明中，步骤(2)所述固相萃取膜优选为SDB-RPS固相萃取膜。

在本发明中，步骤(2)所述第一活化的溶液优选为甲醇；所述第二活化的溶液优选为水。

在本发明中，所述甲醇、水与步骤(1)所述水样的体积比优选为4～6：4～6：450～550，进一步优选为4.5～5.5：4.5～5.5：470～530，更优选为4.7～5.3：4.7～5.3：490～510。

在本发明中，步骤(3)所述通过的速度优选为50～100mL/min，进一步优选为60～90mL/min，更优选为70～80mL/min。

在本发明中，步骤(4)淋洗结束后，抽真空，然后再进行洗脱。

在本发明中，步骤(4)所述淋洗的溶液优选为水；所述洗脱的溶液优选为甲醇。

在本发明中，所述水、甲醇和步骤(1)所述水样的体积比优选为4～6：3～5：450～550，进一步优选为4.5～5.5：3.5～4.5：470～530，更优选为4.7～5.3：3.6～4.4：490～510。

在本发明中，所述抽真空的时间优选为5～10min，进一步优选为6～9min，更优选为7～8min。

在本发明中，步骤(5)所述干燥优选通过氮吹的方式进行，所述干燥的温度优选为30～40℃，进一步优选为32～38℃，更优选为33～37℃；时间优选为8～12min，进一步优选为9～11min，更优选为9.5～10.5min；氮吹结束后，洗脱液近干。

在本发明中，步骤(6)所述甲酸溶液的质量分数优选为0.1～0.3％，进一步优选为0.15～0.25％，更优选为0.17～0.23％；所述甲酸溶液的溶剂优选包含甲醇和水；所述甲醇和水的体积比优选为3～7：93～97，进一步优选为4～6：94～96，更优选为4.5～5.5：94.5～95.5。

在本发明中，步骤(6)混合结束后样品的体积优选为0.8～1.2mL，进一步优选为0.9～1.1mL，更优选为0.95～1.05mL。

在本发明中，步骤(6)所述过滤的滤膜孔径优选为0.18～0.26μm，进一步优选为0.19～0.25μm，更优选为0.21～0.23μm。

在本发明中，步骤(7)所述UPLC-MS/MS分析的色谱柱优选为Acclaim 

在本发明中，步骤(7)所述UPLC-MS/MS分析的进样体积优选为8～12μL，进一步优选为9～11μL，更优选为9.5～10.5μL；流动相优选包含A相和B相。

在本发明中，所述A相优选为甲酸溶液，所述B相优选为甲醇，所述甲酸溶液的质量分数优选为0.1～0.3％，进一步优选为0.15～0.25％，更优选为0.17～0.23％。

在本发明中，步骤(7)所述UPLC-MS/MS分析的梯度洗脱程序如表1所示。

表1 UPLC-MS/MS分析的梯度洗脱程序

在本发明中，所述UPLC-MS/MS分析的质谱模式优选为电喷雾电离负离子模式；所述UPLC-MS/MS分析的电晕针电流优选为-2.0～-4.0mA，进一步优选为-2.5～-3.5mA，更优选为-2.7～-3.3mA；离子电压优选为-4300～-4700V，进一步优选为-4400～-4600V，更优选为-4450～4550V。

在本发明中，所述UPLC-MS/MS分析的离子源温度优选为450～550℃，进一步优选为470～530℃，更优选为490～510℃；气帘气压强优选为35～45psi，进一步优选为37～43psi，更优选为39～41psi。

在本发明中，所述UPLC-MS/MS分析的喷雾气压强优选为50～60psi，进一步优选为52～58psi，更优选为53～57psi；辅助加热气压强优选为50～60psi，进一步优选为52～58psi，更优选为53～57psi。

在本发明中，所述UPLC-MS/MS分析的其它质谱条件如表2所示。

表2 UPLC-MS/MS分析的其它质谱条件

在本发明中，表2中，DP的含义为去簇电压，CE的含义为碰撞电压。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将500mL水样和1mL甲酸混合，得到酸化后的水样；将SDB-RPS固相萃取膜用5mL甲醇进行活化，再用5mL水进行活化，得到活化后的萃取膜；将酸化后的水样以50mL/min的流速通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；使用5mL水对富集后的萃取膜进行淋洗，然后抽真空5min，最后用4mL甲醇进行洗脱，得到洗脱液；将洗脱液在35℃下氮吹10min，得到干燥后的洗脱液；将干燥后的洗脱液与质量分数为0.2％的甲酸溶液(溶剂为甲醇和水，甲醇和水的体积比为5：95)混合，混合结束后样品的体积为1mL，将样品进行过滤(滤膜孔径为0.22μm)，得到待测溶液；将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定，其中设置UPLC-MS/MS分析的色谱柱为Acclaim 

对本实施例水样中的卤代苯醌类物质进行测定，得到2,5-DBBQ和2,6-DBBQ的MRM谱图，如图1所示；2,5-DCBQ和2,6-DCBQ的MRM谱图，如图2所示；TetraC-1,4-BQ和TetraC-1,2-BQ的MRM谱图，如图3所示；DBDMBQ的MRM谱图，如图4所示；DCMBQ的MRM谱图，如图5所示；TetraBBQ的MRM谱图，如图6所示。

控制其它条件不变，将SDB-RPS固相萃取膜分别替换为C18-SDL固相萃取膜和SDB-XC固相萃取膜，得到不同萃取膜下分析物的萃取效果比较图，如图7所示；从图7中可以看出，使用C18-SDL固相萃取膜时，大部分目标物的回收率均低于30％，且SDB-XC固相萃取膜的萃取效果也低于SDB-RPS固相萃取膜。这可能是由于SDB-RPS是一种苯乙烯-二乙烯苯基树脂，是球形多孔且交联的共聚物树脂颗粒，能同时提取多种有机分析物，用反相磺酸基修饰使其更具有亲水性。

为了加强定性确认，利用MRM-IDA-EPI模式对本实施例水样中2,5-DBBQ进行检测，并与2,5-DBBQ的标准图谱进行比对，其中，2,5-DBBQ的EPI标准谱图，如图8所示；本实施例中2,5-DBBQ的EPI谱图，如图9所示。

控制其它条件不变，将Acclaim 

称取一定量卤代苯醌固体标准物质至1.0mL容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，得到浓度为1000mg/L的标准储备液，再用甲醇逐级稀释至10mg/L，此为中间液。依次移取100μL中间液至1.0mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，得到浓度为1000μg/L的混合标准使用溶液。使用时各取500mL超纯水，配制成2ng/L、4ng/L、10ng/L、20ng/L、40ng/L、100ng/L、200ng/L、1000ng/L的系列标准工作液，用于标准工作曲线的测定。

在本实施例选定的色谱和质谱条件下对水样进行测定，并以自来水为基质添加高、中、低3个水平(10ng/L、50ng/L和500ng/L)的混合标准溶液进行加标回收率测定，每个水平平行测定6次，根据定量离子对信噪比(S/N)为3的标准确定检出限(LOD)，信噪比(S/N)为10的标准确定定量限(LOQ)，得到本实施例中9种卤代苯醌类物质的测定结果，如表3所示。从表3中可以看出，9种卤代苯醌在4～1000ng/L范围内均呈良好线性关系，相关系数(r)为0.9963～0.9994，加标回收率为73.5～126.6％，相对标准偏差为6.8～15.5％；取样为500mL时，LOD为0.1～0.7ng/L，LOQ为0.3～2.1μg/L。

表3实施例1中9种卤代苯醌类物质的测定结果

实施例2

将520mL水样和1mL甲酸混合，得到酸化后的水样；将SDB-RPS固相萃取膜用5.5mL甲醇进行活化，再用6mL水进行活化，得到活化后的萃取膜；将酸化后的水样以60mL/min的流速通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；使用5.5mL水对富集后的萃取膜进行淋洗，然后抽真空7min，最后用5mL甲醇进行洗脱，得到洗脱液；将洗脱液在37℃下氮吹8min，得到干燥后的洗脱液；将干燥后的洗脱液与质量分数为0.25％的甲酸溶液(溶剂为甲醇和水，甲醇和水的体积比为4：96)混合，混合结束后样品的体积为1mL，将样品进行过滤(滤膜孔径为0.23μm)，得到待测溶液；将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定，其中设置UPLC-MS/MS分析的色谱柱为Acclaim 

实施例3

将470mL水样和1mL甲酸混合，得到酸化后的水样；将SDB-RPS固相萃取膜用4.7mL甲醇进行活化，再用4.5mL水进行活化，得到活化后的萃取膜；将酸化后的水样以55mL/min的流速通过活化后的萃取膜，得到富集后的萃取膜；使用4.5mL水对富集后的萃取膜进行淋洗，然后抽真空8min，最后用3.7mL甲醇进行洗脱，得到洗脱液；将洗脱液在33℃下氮吹11min，得到干燥后的洗脱液；将干燥后的洗脱液与质量分数为0.17％的甲酸溶液(溶剂为甲醇和水，甲醇和水的体积比为6：94)混合，混合结束后样品的体积为1mL，将样品进行过滤(滤膜孔径为0.20μm)，得到待测溶液；将待测溶液进行UPLC-MS/MS分析，完成对水中卤代苯醌类物质的测定，其中设置UPLC-MS/MS分析的色谱柱为Acclaim 

由以上实施例可知，本发明选用SDB-RPS固相萃取膜来吸附目标物，建立了一种膜固相萃取-高效液相色谱质谱联用技术同时测定饮用水中9种卤代苯醌新型消毒副产物的分析方法。本发明的测定方法简便、快速、灵敏度高、准确度好，可用于饮用水中9种卤代苯醌的同时分析检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。