一种芳香性含氮消毒副产物的检测方法与流程

本发明属于市政给排水和环境工程的技术领域，涉及水质检测、分析技术，具体涉及一种基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法。

背景技术：

饮用水的水质安全是关乎千家万户的重大民生问题。饮用水消毒技术的实行有效抑制了霍乱、伤寒等以水为媒介的传染病的传播，使数以万计的民众免于这些疾病的威胁。常用的消毒剂都具有强氧化性，在杀死病原微生物的同时，会氧化水体中的天然有机物、无机物(br^-和i^-)和人为污染从而生成消毒副产物(dbps)。多数的dbps都具有细胞毒性、神经毒性、致突变性、遗传毒性、致畸性和致癌性。流行病学研究结果发现，通过口鼻吸入或皮肤接触消毒后的饮用水和一些疾病发病率有一定的关联，比如膀胱癌、结肠癌、直肠癌和不良妊娠等。至今已报道的dbps种类达600多种，但仍有50％以上的dbps由于较低的浓度而无法被准确地检测，属于未知状态。

近年来，芳香族dbps由于极高的毒性受到广泛的关注。2010年，qingfeng等人在消毒后的水中检测到2,6-二氯-1,4-苯醌(dcbq)，首次在饮用水中检出卤代苯醌(hbqs)并确认为dbps。dcbq的可观察的最低不良反应浓度(loael)水平为45μgkg^-1day^-1，是部分纳入管理标准的dbps的10000倍以上。duhaiying等人以t24膀胱癌细胞作为培养细胞，测试四种hbqs的细胞毒性，结果显示hbqs的细胞毒性比纳入管理规范的三卤甲烷(thms)和卤乙酸(haas)高出3个数量级。hbqs可以在细胞内产生过高浓度的具有强氧化性的活性氧(ros)，造成细胞内的dna和蛋白质的不可逆损伤。其后二卤代-4-羟基苯甲醛、二卤代-4-羟基-苯甲酸和二卤代水氧酸四类共13种芳香族dbps在模拟水体中甄别出来。多数芳香族dbps的ec50值(造成50％发育畸形时dbps的浓度)远低于thms和haas类dbps。其中，2,5-二溴苯酚毒性最高，ec50值为9.12μm，1584倍于氯仿(＞3.2×10⁴μm)，36倍于溴仿(7.30×10²μm)。目前50％左右的有机卤仍处于未知状态，饮用水中那些未被识别，含量较低的dbps可能具有更高的毒性。

氯苯乙腈为一类新型的芳香族含氮消毒副产物，具有较高的毒性，但由于较低的浓度，一直是检测的难点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的不足，目的是提供一种芳香性含氮消毒副产物的检测方法。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种芳香性含氮消毒副产物的检测方法，其包括：将水样进行固相萃取预处理，并分析检测。

其中，芳香性含氮消毒副产物为氯苯乙腈；氯苯乙腈选自2-氯苯乙腈、3-氯苯乙腈、4-氯苯乙腈、2,3-二氯苯乙腈、2,4-二氯苯乙腈、2,5-二氯苯乙腈、2,6-二氯苯乙腈、3,4-二氯苯乙腈和3,5-二氯苯乙腈中的一种以上。

作为一种优选方式，固相萃取预处理的过程包括固相萃取柱、洗脱剂、水样的ph值和洗脱剂体积的选取。

作为一种优选方式，固相萃取预处理的具体过程为：

(1)用磷酸盐、盐酸和碱液调节水样的ph值至1-12，用甲醇活化固相萃取柱，用超纯水清洗固相萃取柱，然后使水样通过固相萃取柱，接着用氮气干燥固相萃取柱；

(2)用3-10ml的洗脱剂将固相萃取柱上的目标物质进行洗脱，最后用氮气将洗脱剂浓缩得到浓缩液，接着将浓缩液转移至1.5ml的进样瓶进行检测。

作为一种优选方式，步骤(1)中，水样的体积为1±0.5l。

作为一种优选方式，步骤(1)中，磷酸盐的浓度为0.01mol/l，碱液选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种以上。

作为一种优选方式，步骤(1)中，甲醇的体积为6±1ml，活化时的流速为1±0.5ml/min。

作为一种优选方式，步骤(1)中，固相萃取柱选自hlb固相萃取柱、envi-18固相萃取柱、wax固相萃取柱和elut-ph固相萃取柱中的一种以上。

作为一种优选方式，步骤(1)中，超纯水的体积为6±2ml，清洗时的流速为1±0.5ml/min。

作为一种优选方式，步骤(1)中，水样通过固相萃取柱的流速为4±2ml/min。

作为一种优选方式，步骤(1)中，氮气干燥的时间为30±2min。

作为一种优选方式，步骤(2)中，洗脱剂选自二氯甲烷、正己烷、环己烷和乙酸乙酯中的一种以上。

作为一种优选方式，步骤(2)中，洗脱时的流速为1±0.5ml/min。

作为一种优选方式，步骤(2)中，浓缩液的体积为1±0.5ml。

作为一种优选方式，分析检测包括运行参数控制和运行测定的过程。

作为一种优选方式，运行参数控制的过程包括进样口温度、升温速率、保持时间和进样量的选取。

作为一种优选方式，进样口温度为220-240℃。

作为一种优选方式，升温速率为20-35℃/min。

作为一种优选方式，保持时间为3-5min。

作为一种优选方式，进样量为3-10μl。

作为一种优选方式，运行测定的过程包括工作曲线的确定、检测限和回收率的确定。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

第一、本发明的检测方法采用固相萃取预处理，从而节省了有机溶剂的使用量；氯苯乙腈的检测限均低于0.5ng/l级别，获得了较高的回收率，其为92-102％，为饮用水中低浓度的含氮消毒副产物的浓度调查以及后续的控制研究提供了可靠的检测方法。

第二、本发明的检测方法采用gc-ms检测仪器，并且优化升温程序，确定详细的仪器参数，避免了同分异构体在gc-ms检测中难以分离的问题，保证了其良好的分离度。

附图说明

图1为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法的流程示意图。

图2为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法的操作示意图。

图3为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中2-氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图4为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中3-氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图5为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中4-氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图6为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中2,4-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图7为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中2,5-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图8为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中2,6-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图9为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中2,3-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图10为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中3,5-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图11为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中3,4-二氯苯乙腈的标准曲线示意图。

图12为本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物中九种氯苯乙腈在全扫模式下的色谱图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法。

<基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法>

一种基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法包括：如图1所示，将水样进行固相萃取预处理、运行参数控制和运行测定的过程；芳香性含氮消毒副产物为氯苯乙腈。

实际上，水样中芳香性含氮消毒副产物中氯苯乙腈包括2-氯苯乙腈、3-氯苯乙腈、4-氯苯乙腈、2,3-二氯苯乙腈、2,4-二氯苯乙腈、2,5-二氯苯乙腈、2,6-二氯苯乙腈、3,4-二氯苯乙腈和3,5-二氯苯乙腈。

氯苯乙腈因氯原子数目和氯取代位置的差异，一共分为9种；其中，2-氯苯乙腈、3-氯苯乙腈和4-氯苯乙腈为同分异构体；2,3-二氯苯乙腈、2,4-二氯苯乙腈、2,5-二氯苯乙腈、2,6-二氯苯乙腈、3,4-二氯苯乙腈和3,5-二氯苯乙腈为同分异构体。分子结构式具体如下：

2-氯苯乙腈的分子结构式为：

3-氯苯乙腈的分子结构式为：

4-氯苯乙腈的分子结构式为：

2,3-二氯苯乙腈的分子结构式为：

2,4-二氯苯乙腈的分子结构式为：

2,5-二氯苯乙腈的分子结构式为：

2,6-二氯苯乙腈的分子结构式为：

3,4-二氯苯乙腈的分子结构式为：

3,5-二氯苯乙腈的分子结构式为：

[1.固相萃取预处理参数的确定]

具体地，固相萃取预处理的过程包括固相萃取柱类型、洗脱剂类型、水样的ph值和洗脱剂体积的选取。

固相萃取参数的优化实验中利用九种氯苯乙腈标准品，测定不同实验条件下目标分析物的回收率。参数优化所用水样为实验室配制，取适量标准品溶于有机溶剂配制标准品混合溶液，用缓冲溶液稀释后配制工作溶液。不同ph的缓冲溶液配制：0.01mol/l的磷酸盐(磷酸氢二钠和磷酸二氢钠，或者磷酸氢二钾和磷酸二氢钾)溶于超纯水中，用盐酸和氢氧化钠调节至指定的ph值。使用有机溶剂稀释目标分析物至不同浓度，建立标准曲线。配置1l九种氯苯乙腈的浓度均为100ng/l的样品，经固相萃取预处理之后测定目标物的浓度，回收率根据公式(1)进行确定。固相萃取操作流程示意图如图2所示。

回收率＝测定结果/理论浓度×100％(1)

(1.1)固相萃取柱类型的选取

选择合适的固相萃取柱包括：1)对目标分析物具有较强的选择性；2)在较宽的ph值的范围内对目标分析物具有较好的吸附能力；3)有较大的容量。其中，hlb固相萃取柱和envi-18固相萃取柱对极性和中极性物质都具有良好的吸附效果，elut-ph固相萃取柱对非极性物质具有较强的选择性，并且由于苯环电子云密度的影响，elut-ph固相萃取柱对链状结构物质和芳香族物质具有不同的选择性。当样品通过wax固相萃取柱时会发生反相吸附和离子交换两种作用，因此其对长链和短链都具有良好的保留能力。初步筛选出四种可能适合的固相萃取柱，调节水样的ph值为7，使用5ml的二氯甲烷作为洗脱剂，考察hlb、envi-18、wax和elut-ph四种固相萃取柱对九种氯苯乙腈回收率的影响。回收率越接近100％，则方法的准确度越高，得到结果显示envi-18固相萃取柱最合适，其规格为30mg，3ml。

(1.2)洗脱剂类型的选取

目标物经固相萃取柱吸附之后要用合适的洗脱剂洗脱，洗脱剂洗脱的原理是相似相容，选取常用的具有不同极性的洗脱剂，即二氯甲烷、正己烷、环己烷和乙酸乙酯，考察四种洗脱剂对九种氯苯乙腈回收率的影响。本次实验中，选用envi-18固相萃取柱，水样ph值调至7，对比5ml的四种洗脱剂洗脱之后的回收率，得到二氯甲烷的回收率更接近100％，最适合作为洗脱剂。

(1.3)水样ph值的选取

溶液的ph值会影响目标分析物离子化的程度，从而影响其回收率，因此考察了九种氯苯乙腈在ph值为1-12的回收率。本次实验中，固相萃取柱选用envi-18固相萃取柱，洗脱剂选取5ml的二氯甲烷，对比ph值为1-12的样品经固相萃取之后的回收率。得到显示在ph值为2-7内的回收率均大于80％，ph值为5时具有最接近100％的回收率。

(1.4)洗脱剂体积的选取

洗脱剂体积太小可能造成目标分析物洗脱不完全，洗脱剂体积过大会造成有机溶剂的浪费以及浓缩环节需要较长时间。因此考察了三种常用的洗脱剂体积(3ml、5ml和10ml)对九种氯苯乙腈回收率的影响。本次实验中，固相萃取柱选用envi-18固相萃取柱，样品的ph值为5，对比样品经不同体积洗脱剂洗脱之后的回收率。3ml的洗脱剂的回收率偏低，5ml和10ml的洗脱剂回收率基本无区别，作为节约有机溶剂的原则，选取5ml的二氯甲烷作为洗脱剂。

进一步固相萃取预处理的具体过程为：

(1)用磷酸盐、盐酸和碱液调节水样的ph值至1-12，用甲醇活化固相萃取柱，用超纯水清洗固相萃取柱，然后使水样通过固相萃取柱，接着用氮气干燥固相萃取柱；

(2)用3-10ml的洗脱剂将固相萃取柱上的目标物质进行洗脱，最后用氮气将洗脱剂浓缩得到浓缩液，接着将浓缩液转移至1.5ml的进样瓶进行检测。

其中，在步骤(1)中，水样的体积可以为1±0.5l，优选为1l。

在步骤(1)中，磷酸盐的浓度可以为0.01mol/l，碱液选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种以上。

在步骤(1)中，甲醇的体积可以为6±1ml，优选为6ml；活化时的流速可以为1±0.5ml/min，优选为1ml/min。

在步骤(1)中，固相萃取柱选自hlb固相萃取柱、envi-18固相萃取柱、wax固相萃取柱和elut-ph固相萃取柱中的一种以上。

在步骤(1)中，超纯水的体积可以为6±2ml，优选为6ml；清洗时的流速可以为1±0.5ml/min，优选为1ml/min。

在步骤(1)中，水样通过固相萃取柱的流速可以为4±2ml/min，优选为4ml/min。

在步骤(1)中，氮气干燥的时间可以为30±2min，优选为30min。

在步骤(2)中，洗脱剂选自二氯甲烷、正己烷、环己烷和乙酸乙酯中的一种以上。

在步骤(2)中，洗脱时的流速可以为1±0.5ml/min，优选为1ml/min。

在步骤(2)中，浓缩液的体积可以为1±0.5ml，优选为1.5ml。

[2.仪器运行参数的优化]

运行参数控制的过程包括进样口温度、升温速率、保持时间和进样量的选取。

(2.1)进样口温度的选取

九种氯苯乙腈的沸点均高于200℃，因而需要提高进样口的温度。保持其他条件参数不变，将进样口温度设定为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃和240℃，对比不同温度下峰面积的变化，最终确定最佳进样口温度范围为220-240℃。

(2.2)升温速率和保持时间的确定

通过调整升温程序的初始温度、保持时间和升温速率，对比九种氯苯乙腈的出峰时间，色谱峰分离度、峰高和峰面积，最终获得如下升温程序：初始温度为50℃，保持5min；再以25℃/min的速度升至110℃，保持2min；以35℃/min的速度升至155℃，保持3min。最终以20℃/min的速度升至220℃，保持3min。可克服同分异构体难于分离的情况，保证九种氯苯乙腈皆可以正常出峰。

(2.3)最佳进样量的确定

控制其他仪器条件不变，检测模式为全扫描检测，将进样量分别设定为3μl、5μl和10μl，对于进样量，仪器只能进行整数设定考察对应物质的峰面积。对比得出了最佳进样量为10μl，小于10μl时，所得峰面积过小。

[3.运行测定]

运行测定包括标准曲线、方法检测限和回收率的确定。

(3.1)标准曲线的确定

在测定九种氯苯乙腈的出峰时间之前，先建立九种氯苯乙腈的标准曲线，其具体过程为：

(a)、配置混合标准溶液：分别称取适量(确保能够精确称取即可)的2-氯苯乙腈、3-氯苯乙腈、4-氯苯乙腈、2,3-二氯苯乙腈、2,4-二氯苯乙腈、2,5-二氯苯乙腈、2,6-二氯苯乙腈、3,4-二氯苯乙腈和3,5-二氯苯乙腈，溶于有机溶剂(二氯甲烷和甲基叔丁基醚中的一种)中，混合配置成各个氯苯乙腈浓度相同(初始浓度均为1mg/ml)的混合标准溶液，并置于棕色瓶中；

(b)、使用上述相同的有机溶剂稀释混合标准溶液并配置成梯度标准校正液，梯度质量浓度分别为1μg/l、5μg/l、10μg/l、20μg/l、50μg/l、100μg/l和200μg/l；

(c)、采用气相色谱/质谱联用仪对上述梯度标准校正液进行批处理分析，利用labsolution工作站分别生成九种氯苯乙腈的标准曲线，九种氯苯乙腈的标准曲线图如图3至图11所示。

采用外标法建立的九种氯苯乙腈的标准曲线图，通过gc/ms对水样进行检测，如图12所示，2-氯苯乙腈的出峰时间可以为11.250±0.005min，优选为11.250min；3-氯苯乙腈的出峰时间可以为11.770±0.005min，优选为11.770min；4-氯苯乙腈的出峰时间可以为11.805±0.005min，优选为11.805min；2,4-二氯苯乙腈的出峰时间可以为13.355±0.005min，优选为13.355min；2,5-二氯苯乙腈的出峰时间可以为13.535±0.005min，优选为13.535min；2,6-二氯苯乙腈的出峰时间可以为13.685±0.005min，优选为13.685min；2,3-二氯苯乙腈的出峰时间可以为13.875±0.005min，优选为13.875min；3,5-二氯苯乙腈的出峰时间可以为14.065±0.005min，优选为14.065min；3,4-二氯苯乙腈的出峰时间可以为14.590±0.005min，优选为14.590min。

(3.2)方法检测限和回收率的确定

采用本发明的检测方法，使得九种氯苯乙腈在分析过程中可实现良好分离，在1-200μg/l范围内线性良好(r²>0.99)，九种氯苯乙腈的回收率在92-102％之间；方法检测限(limitofmethoddetection，mdl)在0.5ng/l以下。

综上，本发明的基于固相萃取富集的芳香性含氮消毒副产物的检测方法具体为：

(1)取1l水样在玻璃瓶内，使用0.01mol/l的磷酸二氢钠、盐酸和氢氧化钠调节水样的ph值至5，用6ml甲醇以1ml/min的速度活化envi-i8固相萃取柱，用6ml的超纯水以1ml/min的速度清洗envi-i8固相萃取柱，然后以4ml/min的速度使水样通过envi-i8固相萃取柱，之后用稳定的氮气干燥envi-i8固相萃取柱，干燥的时间为30min；

(2)用5ml的二氯甲烷将envi-i8固相萃取柱上的目标物质以1ml/min的速度进行洗脱，最后用氮气将5ml的二氯甲烷浓缩至1ml，接着将二氯甲烷转移至1.5ml的进样瓶，送入gc-ms自动进样器进行检测。

测定时，gc-ms的具体参数为：

载气为高纯氦气，载气流量控制方式为压力控制，进样方式为无分流进样，进样口温度为220℃，质谱检测器温度为260℃，离子源电子轰击离子源，电子能量为70ev，检测模式为选择离子检测，初始温度为50℃，保持5min；再以25℃/min的速度升至110℃，保持2min；以35℃/min的速度升至155℃，保持3min；最终以20℃/min的速度升至220℃，保持3min。

2-氯苯乙腈的出峰时间可以为11.250min，3-氯苯乙腈的出峰时间为11.770min，4-氯苯乙腈的出峰时间为11.805min，2,4-二氯苯乙腈的出峰时间为13.355min，2,5-二氯苯乙腈的出峰时间为13.535min，2,6-二氯苯乙腈的出峰时间为13.685min，2,3-二氯苯乙腈的出峰时间为13.875min，3,5-二氯苯乙腈的出峰时间为14.065min，3,4-二氯苯乙腈的出峰时间为14.590min。上述九种氯苯乙腈的检测限范围为0.15-0.37ng/l，低于0.5ng/l，回收率介于92-102％之间。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。