利用穩(wěn)定的締合絡(luò)合電噴霧質(zhì)譜法檢測水中三聚氰酸

利用穩(wěn)定的締合絡(luò)合電噴霧質(zhì)譜法檢測水中三聚氤酸氤尿酸可能對人體的腸胃或肝臟有毒，而且對生態(tài)系統(tǒng)的長期影響尚未可知。脲氤酸溶于水后離解為氤尿酸鹽（圖1）,氤尿酸鹽可通過各種方式進入外界環(huán)境：脲氤酸本身非常穩(wěn)定，被用作游泳池中消毒劑氯氣的穩(wěn)定劑。隨著消毒劑的使用次數(shù)的增加，氤尿酸在游泳池里的濃度逐漸增高，當游泳池里的水被排出時，氤尿酸就可能隨著水的排出而滲透到水源中；氤尿酸也可能作為除草劑西瑪津和莠去津的降解產(chǎn)物，經(jīng)微生物降解、化學氧化、光氧化等進入環(huán)境；飲用水經(jīng)常采用化學或光氧化手段進行凈化，所以氤尿酸也可通過水的凈化過程進入到飲用水中。考慮到三嗪降解產(chǎn)物的毒性，三嗪被美國環(huán)境保護局列入飲用水中有毒物質(zhì)的清單中，這份清單中的物質(zhì)有可能被限定含量。除了被微生物修飾或降解，氤尿酸在各種環(huán)境中都很穩(wěn)定，也就是說，在判定的個體降解產(chǎn)物總量不可靠的情況下，它可以作為除草劑分解和空間分布的標記。N^NOH圖1三聚氤酸的結(jié)構(gòu)，水中以三聚氤酸鹽的形式存在根據(jù)最近發(fā)表的綜述的資料：目前有的幾種測定氤尿酸的方法中，比較權(quán)威的是采用液相色譜儀進行測定，對這一技術(shù)的改進最近已有不少報道。高性能液體色譜，由相對保留時間提供的定性方法，該方法用在法律仲裁中不能提供足夠的定性理由。因此需要有一種相對獨立的技術(shù)，常用質(zhì)譜法定性來增加它的可信度。氤尿酸在通過前處理進化程序用固體探測技術(shù)質(zhì)譜分析，或通過衍生化后，采用氣相色譜/質(zhì)譜分析。采用常規(guī)液譜質(zhì)譜分析方法是有缺陷的，因為用于高效液相色譜法檢測氤尿酸時，常規(guī)的洗脫液中包含能迅速降低液質(zhì)聯(lián)機性能的不揮發(fā)成分。除了難以揮發(fā)的成分以為，另一個針對脲氤酸類小分子的檢查來說，采用普通電噴霧質(zhì)譜法檢測的制約因素是：它的質(zhì)量數(shù)在電噴霧質(zhì)譜中，落入化學噪音區(qū)域，這個區(qū)域包括由樣品中包含的或樣本在界面形成的小質(zhì)量離子光譜所形成的干擾。比如在一種氤尿酸檢測的方法中，使用易揮發(fā)溶劑做流動，利用相高效液相色譜一一電噴霧質(zhì)譜法測定，在檢測過程中，一種不斷流出的未知離子干擾對脲氤酸的檢測。經(jīng)對銘鹽、高氯酸鹽、鹵代乙酸鹽、過渡金屬、硼等試驗證實，在樣本中增加一種選擇性絡(luò)合劑可以克服這些化學噪聲。因為絡(luò)合劑可形成一種比被測定物本身質(zhì)量高的選擇性締合復合體，增加對測定物的定量分析的可信度。本文我們用穩(wěn)定的締合絡(luò)合電噴霧質(zhì)譜（cESI-MS）對氤尿酸進行測定。因為沒有可利用的氤尿酸的公認分析標準方法，實驗測定氤尿酸在水中分布時，采用常規(guī)高效液相色譜法進行比較。實驗實驗試劑：漠化乙基三甲基銨(C6)[2650-53-5],漠化辛基三甲基銨(C8)[2083-68-3],漠化葵基三甲基銨(C10)[2082-84-0],漠化十二烷基三甲基銨(C12)[1119-94-4],漠化十四烷基三甲基四乙銨(C14)[1119-97-7],漠化十六烷基三甲銨(C16)[57-09-0],氯化四乙銨(Q2)[56-34-8],氯化正四丁基銨(Q4)[1112-67-0]等購于Fluka(Buchs,Switzerland)，有機溶劑購于Fisher(Fairlawn,NJ)優(yōu)或類似級，氤尿酸(108-80-5)用去離子水超聲溶解。實驗儀器：注射器用Rheodyne型7725的圓柱型20uL注射器(RohnertPark,CA)。液譜采用WATERS600(Milford,MA泵，流動相90/10(v/v)甲醇/水。質(zhì)譜儀是帶有標準電噴霧接口的FinniganMATTSQ-700(SanJose,CA),質(zhì)譜在負模式下掃描Q3相應(yīng)區(qū)域得到，其他實驗參數(shù)列于表1。高效液相色譜儀操作條件如前所述簡言之，BioanalyticalSystems(W.Lafayette,IN)高效液相色譜，Rheodyne7125型的20UL注射器，單通道紫外吸收率檢測器。色譜柱APGC(10cmX0.30cm)，Phenomenex(Torrance,CA),柱溫35°C，流動相流速0.8mL/min，含50mM的磷酸氫二鉀(PH9.1)。表一穩(wěn)定締合絡(luò)合物三聚氤酸的質(zhì)譜(cESI-MS)測定采集參數(shù)采集模式負電噴霧質(zhì)譜儀離子檢測m/z361,408采集速率0.2HZ離子源噴霧勢-0.4KV接口毛細管溫度250°護套氣壓70psi(480Kpa)注射方式/注射量液體注射/10uL載液90/10(V/V)甲醇/水載體流動速度0.3ml/min提取條件水溶液提取比例/萃取溶劑3：1甲基叔J基醚：水重組體積/溶劑0.100ml含水的C10萃取濃縮比例(表面上)10：1細節(jié)特性檢測極限0.2mg/L定量分析時間<5min實驗過程：通過預備實驗優(yōu)化CESI-MS質(zhì)譜儀操作條件，用大量的水溶性氤尿酸直接與季銨鹽表面活性溶液混合。水樣采取下面提到的方法進化，測量體積及濃度見表1中。通過大量預備實驗，得到優(yōu)化條件如下：1ml的水樣一次性加入4ml具塞聚四氟乙烯小瓶中，用0.075毫升濃度為0.25%(W/W)的硫酸酸化，再加入3.0毫升的有機溶劑，塞好瓶塞用力搖晃2分鐘，然后定量取出2.5ml有機相，將有機溶劑用氬慢慢的蒸干，然后用0.1毫升的季銨鹽表面活性劑重新稀釋，取10ul樣品注入到ESI-MS。表二季鉉鹽表面活性劑對三聚氧酸絡(luò)合物表面活性劑的峰面積變化的影響：Quaternaryammoniumsurfactanta（季銨鹽表面活性劑）Relativepeakareab（相對峰面積）Q2（四乙基）notdetectedc（沒有檢測出）Q4（四丁基）notdetectedc（沒有檢測出）Q6（已基三甲基）7.5±0.7Q8（辛基代三甲基）7.5±0.3Q10（葵基二甲基）16.6±0.3Q12（十二烷基二甲基）11.1±0.2Q14（十四烷基二甲基）5.2±0.2Q16（十六烷基二甲基）4.9±0.5a所有表面活性劑是0.01M，三聚氤酸濃度為100mg/L.b顯示為x±j其中n=3c用Q2或Q4的話，在質(zhì)量上沒有適合三聚氤酸絡(luò)合物的檢測. '結(jié)果與討論提取工藝的影響用從水中提取三聚氤酸的效率：使用二氯甲烷，正己烷，甲苯，乙酸乙酯和甲基叔丁基醚（MTBE）為溶劑進行提取，根據(jù)cESI-MS檢測結(jié)果，乙酸乙酯和MTBE效率較高。其他溶劑中的提取液沒有檢測到三聚氤酸。甲基叔丁基醚被選為提取用溶劑，因為它的揮發(fā)性強，有利于制備樣品的溶劑快速蒸發(fā)。氤尿酸的電離常數(shù)是6.9,所以樣品要用硫酸中和，PH至PHV6,在PH3?6之間萃取的結(jié)果穩(wěn)定。氤尿酸在水/辛醇的分配系數(shù)大約是-0.2,說明脲氤酸在甲基叔丁基醚或乙酸乙酯的相容性較差。因此采用大量的甲基叔丁基醚以便一次就將足量的氤尿酸萃取到有機相。絡(luò)合劑的影響使用cESI-MS分析通過電噴霧質(zhì)譜測定氤尿酸穩(wěn)定締合絡(luò)合物，通?？稍谫|(zhì)譜中觀測到分析樣品的雜質(zhì)或界面形成干擾，這個現(xiàn)象通過建設(shè)性的使用合適的絡(luò)合劑，如銘鹽，高氯酸鹽、高氯酸鹽等的定量分析中獲得很好的解決。選擇季銨鹽表面活性劑進行質(zhì)譜法研究，是因為氤尿酸（及鹽）和季銨鹽表面活性劑之間有較好的的絡(luò)合性能，HPLC試驗可使用季銨鹽表面活性劑作為離子對試劑。根據(jù)類似的方法，在水相中，利用該方法分析鹵代醋酸鹽及高氯酸鹽的分析獲得成功。表知其中n=30 2 4 6 3 10m/z表知其中n=30 2 4 6 3 10m/z圖2,濃度為1UUmg/L的三聚氤酸溶液的C1U絡(luò)合劑的面積，方差線代圖3,50mg/L的標準三聚氤酸.溶液的三個連續(xù)注射液，m/z=408對應(yīng)著［C10+Br+CYA］絡(luò)合物。這個插入顯示了絡(luò)合物的質(zhì)譜的全掃描。表2總結(jié)了各種季銨性鹽作為絡(luò)合劑的試驗結(jié)果。四烷基季銨鹽（Q2和Q4）絡(luò)合劑沒有被質(zhì)譜檢測到。三甲基烷基季銨鹽（Cx）將氤尿酸轉(zhuǎn)換成氤尿酸鹽（CYA），在負模式下將氤尿酸絡(luò)合為［Cx+CYA+Br］-和［Cx+CYA+CYA—。同時還可發(fā)現(xiàn)帶正電的絡(luò)合形式，［Cx+Cx+Br］-，這一現(xiàn)象曾經(jīng)在一個另一研究中被報道［32］。此次實驗未采用正離子模式，因為它的靈敏度低。在正離子模式下往往具有較高的本底，尤其是在低的m/z下限制了儀器的靈敏度。［Cx+CYA+Br卜系列離子質(zhì)譜峰度最強，可以觀察到系列Cx質(zhì)譜峰，其中碳10絡(luò)合物產(chǎn)生最強的質(zhì)譜峰度。信號強度（表2）與絡(luò)合物的形成/電離效率和在傳輸過程中通過電接口進入質(zhì)量分析儀的穩(wěn)定性有關(guān)。完整的研究絡(luò)合物的穩(wěn)定性及信號強度超出了本文的范圍，但是觀察表2中質(zhì)譜信號強度對研究各種表面活性劑得絡(luò)合是很有意義的。絡(luò)合物電離/形成的效率與電噴射將液滴由液相離子轉(zhuǎn)換為氣相的能力有關(guān)。令人驚訝的是，在表2中C8和C10之間的峰面差是C10和C12之間的兩倍，C6與C8之間的變化相比較小。C10與C12之間的差別可能是因為質(zhì)量數(shù)大的離子的運輸減少的原因，一個類似的改變應(yīng)該發(fā)生在C8與C10之間，但這種情況沒有發(fā)生。沒有產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是疏水作用增加了C10絡(luò)合物相對于C8絡(luò)合物的強度和穩(wěn)定性，盡管單一疏水作用不能使得離子強度增加一倍。另外一個解釋可能與一個有趣的研究結(jié)果相關(guān)，報告中指出C10在表面張力上表現(xiàn)出時間依賴性，然而C8卻不能。C8的表面張力在氣液表面發(fā)生變化時，可迅速達到最大值，然而，C10的表面張力在氣液表面發(fā)生變化時需要一段時間才能達到最大值。因此，在液滴剛形成的時候，含有C10的液滴相對于C8可以獲得一個較低的表面張力，導致液滴更大程度的裂變和離子絡(luò)合物數(shù)量的最終傳輸。按照這種解釋，同C10一樣，C12在表面活性張力上也應(yīng)該顯示相似的時間依賴性。但同類型的結(jié)果，卻沒有在C10與C12之間得到。盡管關(guān)于表面張力的時間依賴性的研究尚未在高電壓電噴射的條件進行研究；它依然可能是一個有趣的原因。圖2顯示了［C10+CYA+Br—各合物濃度與峰面積的變化情況，其中氤尿酸濃度100mg/L(0.78mM)是固定不變的。圖2的變化源于兩個因素，隨著濃度的C10濃度的升高，化學絡(luò)合增加，同時過量電荷抑制了電噴射效率。降低C10的濃度到1mM時，它的峰面積在達到最大，可能因為在較低電離強度下電噴射效率增加。同時，絡(luò)合物形成的總量受C10和氤尿酸之間摩爾比率的影響，在最低試驗濃度限0.5mM，C10成為形成絡(luò)合物的關(guān)鍵原因，影響著峰面積的變化。因此，從實際的角度看，根據(jù)圖二給出的結(jié)果，為了避免氤尿酸的濃度影響絡(luò)合物的數(shù)量，C10的摩爾濃度應(yīng)當是氤尿酸的10倍，在這個研究中，采用脲氤酸濃縮為10mM對應(yīng)的C10樣品被用作測定樣品。表三(cESI-MS)法的標準曲線與HLPC法比較樣品標準加入量的曲線相對斜率線性相關(guān)系數(shù)線性相關(guān)系數(shù)濃度(CESI-MS)(CESI-MS)濃度與HPCL相比較(%)DI3.60+0.010.9999960+0.066—12.98+0.010.99997920.6+0.188+122.81+0.010.9999995.87+0.02117+333.60±0.070.99920822+1100+542.8+0.20.99513242+2103+652.8±0.50.99251640+191+26——沒有檢測出沒有檢測出72.16+0.080.99768139+288+784.4±0.20.99704880+3100+3尿10.8+0.60.9966265.0+0.4106+5圖3是三個標準的50毫克/升氤尿酸進樣形成的圖譜。在圖三的插圖中顯示了全部質(zhì)譜掃描的一部分，顯示了絡(luò)合體的質(zhì)量。每個峰值代表了一次進樣的ESI-MS分析結(jié)果。樣品峰頂部有些扭曲，可能是因為樣品水溶液與流動相溶液混合時，形成的漩渦。因為流動相采用90%是甲醇，增加50%甲醇可改進峰形，軟件可成功處理峰形的問題，因此沒有選擇這種方法。ESI-MS檢測范圍根據(jù)美國聯(lián)邦法的規(guī)定，檢測極限(MDL)是對一種重復注入分析物的分析精度的評價。cESI-MS對氤尿酸測定在優(yōu)化條件下的檢測極限是從七次重復注入低濃度的3.14an-1算出的。對于1mg/L的溶液，用MDL法推算出是0.13mg/L。有意思的是，與MDL法相比，檢測極限的估計值即：0?40mg/L的三聚氤酸的標準溶液所做的標準的曲線標準偏差的3倍是0.2mg/L，計算結(jié)果與檢測所得的MDL幾乎相同，說明該方法的檢測受限在0.1?0.2mg/L之間。檢測濃度極限是基于1ml的三聚氤酸的水溶液轉(zhuǎn)移到0.100毫升表面活性劑水溶液中，該檢測范圍應(yīng)該是實驗室內(nèi)研究已知濃度的三嗪類除草劑的降解所選擇的濃度［7-12］，可以通過大量的研究來獲得更低的檢測范圍。圖2首先說明可以通過更低濃度的C10獲得更好的電噴射效率，如前所述此次試驗C10依然過量。第二，檢測范圍可以通過取用更大體積的水量來降的更低。在這個研究中，選擇1.0.mL是為了方便使用一次性萃取容器。第三，提取物的重新定溶濃度可以更低，0.100mL是適合容器的選擇。第四，另外一種降低檢測范圍的途徑是用固相萃取法（PGC）。由于三聚氤酸和色譜柱的獨特的相互作用，250毫升水樣提取和定容后不少于0.5毫升。這些樣品處理/預濃縮的方法該實驗中無一采納，因為檢測范圍證明cESI-MS比傳統(tǒng)的高效液相色譜分析對游泳池的水中三聚氤酸的檢測靈敏度高：液相色譜的檢查濃度是10?100mg/L是cESI-MS檢測極限的50?500倍。實際樣本中的三聚氤酸測定的準確度從八個水池里收集的水分別用cESI-MS和常規(guī)高效液相色譜法兩種技術(shù)進行分析，結(jié)果見表3。表三顯示標準添加法得出的的斜率相互之間都不同，而且與蒸餾水也不相同。這可能是由于許多雜質(zhì)與三聚氤酸一起從水樣中萃取出來，這些物質(zhì)可能使電噴射效率發(fā)生改變。標準添加技術(shù)可以考慮這些因素，正如利用高效液相色譜法檢測所獲得的高相關(guān)系數(shù)和回收率。按照標準添加法對cESI-MS進行準確率測定，用水重新溶解提取的乙干燥的三聚氤酸，可確保三聚氤酸和C10溶解。然而,cESI-MS對其他分析物測定時使用有機溶劑溶解，出現(xiàn)兩個值得關(guān)注的變化：第一是由于水在界面區(qū)的積累造成的質(zhì)譜強度的漂移，因為總能在接口底部觀察到一個小小的水滴。水聚集在界面區(qū)，可誘導在界面的毛細管表面產(chǎn)生溫度梯度，從而對樣品產(chǎn)生脫溶作用。幸運的是，根據(jù)所有離子強度漂移的的比例是相同的這一假設(shè)，可以選取復合物的一個離子來校正。在這個研究中，選［C10+Br+Br］-復合物作為標準，利用361m/z離子達到應(yīng)有的敏感度。第二個影響是試樣在注射三到四遍后，復合物的信號才會穩(wěn)定。可能是由于直到萃取的