液相色谱-质谱测定水中高氯酸盐含量

.论著.
液相色谱-质谱测定水中高氯酸盐含量
王谢，张洁，梁瑞玲
河南省疾病预防控制中心，河南郑州450000
摘要：目的建立水质中高氯酸盐的液相色谱/质谱联用测定方法，了解郑州自然水系中高氯酸盐的含量。

方法选用Synergi TM Max-RP液相色谱分析柱，以高氯酸盐(C1I8()；)为内标，进行UPLC/MS/MS测定。

结果液相色谱/质谱联用
方法测定高氯酸盐在2.0-200.0M g/L范围内具有良好的线性关系，检出限为0.50/L；在低冲、高3个添加水平下，回
收率范围为81.7%〜109.0%,相对标准偏差(RSD)为2.00%〜4.78%。

测定郑州市水中高氯酸盐含量，市政供水未超过
10M g/L,地下水源水未超过15.0M g/L.均未超过国际标准(0.07mg/L),部分地表河流高达106.8“g/L。

结论建立的方
法操作简单、分离效果好、准确、灵敏度高，适用于水中高氯酸盐的分析测定，具有较好的应用价值;郑州市市政供水水质良好.地下水源水高氯酸盐含量有潜在风险，部分地表河流存在高氯酸盐污染风险，应引起重视，加强监管。

关键词:高氯酸盐;液相色谱/质谱联用；自然水系
中图分类号:R113文献标识码：A文章编号:1006-9070(2020)05-0489-04
Determinatitm of perchlorate in water by liquid chnMTiat(^raphy-mass spectrometry
WANG Xie,ZHANG Jie,LIANG Rui-ling
He nan Provincial Center for Disease Control and Pre-uention♦He nan Zhengzhou450000 Abstract:Objective To establish an analysis method for the determination of perchlorate in water by liquid chromatogra­phy-mass spectrometry(LC-MS);to understand the content of perchlorate in natural water supply in Zhengzhou. Methods The perchlorate was separated by Synergi TM Max-RP liquid chromatography separation column.Perchlorate(Cl18 ()4-)was used as internal standard to conduct detection by UPLC/MS/MS.Results There was a good linear relationship of perchlorate in the mass concentration range of2.0-200.0pig/L.The detection limit was0.50pig/L.The recovery rates were
in the range of81.7%-109%with the RSDs of2.00%-4.78%at low,median and high spiked levels.The concentration of perchlorate was lower than10.0pg/L for urban water supply and lower than15.0yg/L for underground water supply and as high as106.8“g/L for some surface river in Zhengzhou city,all satisfied the international standard(less than0.07mg/L). Conclusion The established method is simple,demonstrating good separation results,accurate and sensitive,which was suit­able for the detection of perchlorate in water with a good practical application value.The quality of urban water supply in Zhengzhou city is good；the underground water haspotential risk while the surface river water has high risk of perchlorate pol­lution.Surveillance and management should be strengthened.
Key words：Perchlorate；Liquid chromatography-mass spectrometry；Natural water system
高氯酸盐是一种普遍存在的、有着潜在危害的持久性环境污染物E,它在自然水系中迁移、扩散，经土壤和水体等途径被植物吸收⑵，并通过食物链富集到人体内。

髙氯酸盐可使甲状腺激素分泌减少⑷。

国内现行生活饮用水卫生标准尚无高氯酸盐的分析技术和标准限值，国际上制定限值的也不多⑷，2017年世界卫生组织《饮用水水质准则第四版》修订附录提
出饮水中高氯酸盐限值为0.07mg/L
目前,高氯酸盐的检测方法很多种，包括离子色谱法（ICS）屈、离子色谱-质谱法（IC-MS/MS）⑼、高效液相-质谱法（LC-MS/MS）gm等。

实际应用中发现，以上方法灵敏度过低或者仪器成本高，不宜普及。

我国SN/T4089-2015«进出口食品中高氯酸盐的测定液相色谱-质谱-质谱法》「⑵建立了采用阴离子色谱柱进行高氯酸盐测定的液相色谱-串联质谱法。

通过方法验证发现，流动相含有高浓度的盐溶液，易对质谱仪造成污染，且信号不稳定。

鉴于液质联用技术在水质检测中的应用越来越普及2⑷，有提高方法灵敏度，简化前处理步骤等优势，本文采用稳定性同位素稀释技术，以高氯酸盐（C严（刀）为内标，运用液相色
DOI：10.13668/j.issn.1006-9070.2020.05.006
作者简介：王谢（1984-）,女，河南郑州人•主管技师•主要从事理化检验工作。

谱-质谱联用技术对水中高氯酸盐含量进行测定，确保
定量分析结果的可靠性，提高了方法的准确性和重 复性。

1材料与方法1. 1仪器与试剂 液相色谱质谱联用仪(Waters Ac- quity UPLC, XEVO TQ S)；高氯钠盐标准品
(Cl 16O ；),CAS NO. 7601-89-0,质量浓度 100 pg/ml,
采用具有证书的标准品或高纯试剂.纯度＞98%；内
标”()高氯酸钠(C118O ；),质量浓度100 M g/ml(Cam ­
bridge Isotope Laboratories);甲醇，色谱纯；甲酸，色
谱纯;超纯水：电导率＞18.2 cm 。

1.2 方法
1. 3 标准溶液的配置
1.3. 1高氯酸盐标准使用液(1 M g/ml)准确量取
C116O ；(1. 1.2)1.0 ml,置于100 ml 容量瓶中，用超纯
水稀释至刻度，摇匀，制成浓度为1 “g/ml 标准使用
液,4 °C 保存。

1.3.2高氯酸盐同位素内标使用液准确量取 C118(X (1. 1.3)0. 1 ml,置于10 ml 容量瓶中，用超纯
水稀释至刻度，摇匀，制成质量浓度为1 “g/ml 标准使 用液,4 °C 保存。

1.3.3标准工作液 准确量取高氯酸盐标准使用液
(1. 3. 1)0、20、50、100、200、500、1 000,2 000 讪 和高
氯酸盐同位素内标使用液(1. 3. 2)500 0用超纯水稀
释并定容至10 ml 。

制成含Cl 16()；浓度分别为0. 00、
2. 00,5. 00、10. 0,20. 0.50. 0,100,200 ng/ml 的工作
标准液，其中含内标C118O ； 50 ng/ml 。

1.2. 1高效液相色谱参数条件 色谱柱:Synergi™
Max-RP( 100 mmX 2. 0 mm, 2. 5 #m)；流动相：A 为
甲醇,B 为0.1%甲酸溶液,5%A 等度洗脱，洗脱时间 为4 min ；流速：0.2 ml/min ；进样量：10卩1;柱温:
40 °C 0
1.2.2质谱参数 离子源：电喷雾离子源(ESI 源)；
检测方式：多反应监测(MRM)；扫描方式：负离子模 式扫描；毛细管电压：-2. 5 kV ；锥孔电压：30 V ；脱溶
剂气温度：600 °C ；脱溶剂气体流速：1 000 L/h ；离子 源温度：150°C 。

高氯酸盐的定性离子对、定量离子
对，锥孔电压及碰撞能量见表lo
表1高氯酸盐定性、定量离子对和质谱分析参数
名称
母离子(m/z)子离子(m/z)CE(eV)
高氯酸根99. 07
83. 07*-23101.03
85. 03-22
高氯酸根内标107. 04
89. 04 '-20109. 04
91.04
-20
注：•为定量离子对。

2结果与讨论
2. 1色谱柱的选择高氯酸盐的极性大、易溶于水，
在C m 柱子上难以保留。

本文选择IC-PaK TM Anion
HR 、ACQUITY UPC 1
2 Torus DEA 、ACQUITY UPLC HSS T
3 和 Synergi TM Max-RP 色谱柱分离
高氯酸盐。

选择50. 0 ng/ml 的高氯酸盐标准溶液，用
4根不同色谱柱进行条件优化，分离分析目标物。

结
果表明,IC-PaK TM Anion HR 阴离子交换型色谱 柱,需使用较高的盐溶液醋酸钱缓冲盐做为流动相，
才能保证高氯酸盐的分离富集.且峰形宽，它在标准
方法SN/T 4089-2015中也有采用，但缓冲盐进入质 谱不能做为优选方案;ACQUITY UPC 2 Torus DEA
须用50 mmol/L 以上浓度的缓冲盐作为水相流动相， 且有拖尾，流动相中加入有醋酸镀缓冲盐；HSS T3 色谱柱用于分离高氯酸盐，无法满足要求，有负峰且
不好保留;Synergi TM Max-RP 色谱柱采用流动相为
甲醇/0.1%甲酸溶液即可分离，且峰形尖锐、对称，因 其为键合的C ”碳链，由于碳链短，官能团可提供独特 的疏水选择性，能够让高氯酸盐与硅胶上的硅羟基反
应,从而得以保留，能够分离色谱柱无法分离的 峰”因此选择Synergi TM Max-RP 色谱柱做为分离
柱。

见图1〜图4。

MRM of 4 channels,ES-
107.06＞89.04
图1 ACQUITY UPC 2 Torus DEA 色谱柱分离效果图
MRM of 4 channels,ES-107.06>89.04
时间(min)
图2 Synergi TM Max-RP 色谱柱分离效果图
2.2质谱条件的选择采用直接进样的方式，将浓
度为100 ng/ml 的高氯酸盐溶液，由蠕动泵注入离子
源。

在电喷雾负离子模式下进行一级质谱分析，得到 分子离子，即母离子。

优化其毛细管电压、
锥孔电压
和脱溶剂气温度，毛细管电压为-2. 5 kV,锥孔电压为
30 V 时信号最高，这和高氯酸盐分子量较小有关，若
电压较高,分子离子峰易断裂。

脱溶剂气温度最终选
择600 °C,这与色谱条件中有较高的水相有关。

将分子离子做为母离子，给予一定的碰撞能量和 碰撞气体，全扫描二级离子，定量离子和定性离子选
择丰度较高、干扰较小的子离子，组建MRM 离子对, 再去优化碰撞能量。

最终得到二级质谱条件见表lo
按照色谱（1. 2. 1）和质谱（1.2.2）条件进行高氯酸盐
的色谱/质谱分析,得到高氯酸盐（C1,S O ；）和高氯酸盐 内标（C118O ；）色谱图如图5。

此时进样品质量浓度为0. 50 ng/ml,此为方法检出 限。

当试样量为1.00 ml 时，方法的最低检测质量浓 度为 2.0 ng/ml o
MRM of 4 channels,ES-10010
MRM of 4 channels,ES-r Cl l6042.2399.03>83.031.641r+004100
r
Cl l8O 4-_2.23107.06>89.04 1.742e+0041 194.881 495.831.19e3
1.50e3
i
i
k 10
一
1
4
4MRM of 4 channels.ES-107.06>89.04
1.782e+0041 2
3时间(min)
1
2
3时间(min)
时间(min)
0 A
MRM of 4 channels,ES-100
C1I6O 4-2.2199.03>83.03
2.888e+OO3
100r
C1,8O 4- 12.20204.251 355.7010
2.04e2
10
1.36e3
吧咋2小
2.力
01 2
3
4
1 2
时间(min)
时间(min)
B
图5 （A ）高氯酸盐（Cl"（）；）和高氯酸盐内标
（ci 18（r,）标准溶液色谱图；（B ）自来水样品色谱图
图3 IC-PaK TM Anion HR 色谱柱分离效果图
2. 3标准曲线 将标准工作溶液（1.
3.3）按照优化过
的仪器参数条件（1.2.1和1.2.2）进行测定，线性方程 为 Y= 0.016 IX -0.013 4,相关系数r=0. 999 9,如
图6。

2.4方法检出限、最低检测质量浓度 检测器能产生
与基线噪音相区别的信号值，一般为基线噪音的3倍，
2.5方法精密度用实际样品（末梢水和水源水）进
行低、中、高浓度的精密度试验，重复测定6次，计算
结果的相对标准偏差（RSD ）。

结果表明，在10.0〜
100 ng/ml 的添加范围内，精密度RSD 为2. 00%~
4.78%。

见表 2。

2.6方法加标回收试验用实际样品（末梢水和水
源水）进行低、中、高浓度的加标回收试验，重复测6
次，计算加标回收率。

结果表明，在10〜100 ng/ml 的 添加范围内.回收率为81. 7%〜109.0%。

见表3。

表2加标的精密度试验结果
组分名称
本底质量浓度（ng/ml ）加标质量浓度
（ng/ml ）
测定值（ng/ml ）
RSD
(%)
1234
5
6
高氯酸盐（末梢水）
1.8010.0
11. 310.810.6
11.410.89. 97 4. 78
1.8050.050. 551.751.3
49. 8
50. 3
53. 1 2. 331. 80
100.0
102.0
102.0
103.0
9& 5
100.0
9& 2
2. 00高氯酸盐（水源水）
9. 8440.052. 5
50.049. 1
50. 253. 4. 049.2
3. 539. 84100.0110.0
103.0111.0
112.0105.0
111.0
3. 439. 84
150.0
161.0165.0
166.0
156.0
157.0
157.0
2.
72
表3加标回收试验结果
组分名称本底质量浓度加标质量浓度回收率（％）
(ng/mL)(ng/mL)123456
1.8010.095.096.081.790.08&090.0
高氯酸盐（末梢水） 1.8050.097.499.899.096.097.0103.0
1.80100.0100.0100.0101.096.796.49&2
9.8440.0107.0100.098.2101.0109.09&4高氯酸盐（水源水）9.84100.0100.093.2101.0102.095.2101.0
9.84150.0101.0103.0104.097.498.19&1
2.7实际样品的测定采集包括河水、水源水、出厂水、末梢水的水样,每种各3份，共计12份样品。

使用螺口高密度聚乙烯瓶或聚丙烯瓶采集水样。

水样低温«4°C）保存，尽快测定。

准确移取0.95ml试样,加入50.0R混合同位素内标液（1.
3.2）,总体积为1.0ml,涡旋震荡10s,经0.22M m再生纤维素滤膜过滤后,取续滤液供液相色谱-串联质谱仪测定。

结果显示，高氯酸盐质量浓度:河水53.2-106.8M g/L,水源水为5.92〜10.85»g/L,岀厂水为
4.84-
5.68M g/L,末梢水为ND-2.62M g/L（ND为未检出），均未超过国际标准（0.07mg/L）0
3讨论
运用液相色谱-串联质谱仪器测定饮用水中的高氯酸根，操作简单，样品不需要预处理，灵敏度高；质谱定性好,可排除各种因素的干扰峰。

此方法精密度和准确度高、定性准确，可满足饮用水和水源水中高氯酸根的测定，可为饮用水水质安全检测提供有效的技术支撑。

检测郑州市4种水样，结果表明：河水中高氯酸盐质量浓度较高，存在污染风险；地下水源水中高氯酸盐的含量与部分地区炸药、烟火等工业生产中高氯酸盐污染物的迁移、渗透有关;市政饮用水中有很大一部分经水源置换，来自丹江水库，水源好、水质好。

郑州地区所测水源水、出厂水和末梢水中高氯酸盐含量的合格率均为100.00%。

但部分地表河流存在高氯酸盐污染风险,应引起重视。

高氯酸盐在自然水系持续存在，是否存在迁移和扩散现象、其迁移途径有待进一步分析。

开展环境水和饮用水中高氯酸盐的残留量摸底调查及相应的高氯酸盐暴露与人群健康影响研究•可以为我国饮用水中高氯酸盐限量标准的制定提供依据。

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收稿日期：2020-04-21编辑:周羚。