一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法与流程

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法。

背景技术：

消毒作为饮用水处理工艺的最后一道屏障，可有效灭活水体中的病原微生物，避免伤寒、霍乱、痢疾等水源性疾病爆发，保障了供水水质安全。但水源水经过混凝、沉淀等工艺处理以后，仍然存在一定量的天然有机物、无机离子、微污染物等，其会与消毒剂发生一系列的化学反应，生成卤代消毒副产物。流行病学与毒理学研究显示，卤代消毒副产物具有三致特性并与多种癌症的发病率、孕妇自发流产、婴儿出生缺陷等存在显著正相关性。因此卤代消毒副产物逐渐引起人们关注。自1974年，rook首次在氯化消毒饮用水中发现了thms至今已有约700多种卤代消毒副产物被检出，但据文献报道仍然有接近于70％的卤代消毒副产物处于未知状态中。

近年来，越来越多的极性含氮环状结构的消毒副产物被发现并鉴定，并且与由于极高的毒性受到广泛的关注。2003年richardsond等人在饮用水中首次检测到了2,3,5-三溴吡咯，并利用哺乳动物细胞测定了其慢性细胞毒性和基因毒性，结果表明其毒性远高于常规消毒副产物。随后，2014年zhang等人氯化消毒后的海水中同样检测2,3,5-三溴吡咯，并同时检测到了四溴吡咯、三溴一氯吡咯等卤代吡咯类消毒副产物。利用海洋蠕虫p.dumerilii.测定了其发育毒性、生长抑制作用，其毒性是常规消毒副产物和卤代苯酚类消毒副产物数百倍。目前受限于检测技术及方法，多数卤代消毒副产物仍处于未知状态，饮用水中待识别和含量较低的消毒副产物可能具有更高的毒性。

卤代吡啶醇类消毒副产物是一类新型的极性含氮环状消毒副产物，具有较高的毒性，但由于检测技术方法有限及浓度较低，一直是检测的难点。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有技术无法检测水体中低浓度的卤代吡啶醇类消毒副产物的问题，本发明提供一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，在ph为3-4的环境下对水样进行预处理，优化仪器运行参数并建立待测物质的工作曲线，从而检测水体中低浓度的卤代吡啶醇类消毒副产物。本发明的检测方法优化了液液萃取的预处理方法，提高了卤代吡啶醇类消毒副产物的回收率；优化了液质方法，获得较低的检测限，为针对水中低浓度卤代吡啶醇类消毒副产物的监测和后续控制提供了可靠的检测方法。

2.技术方案

本发明提供一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，先对水样进行预处理，预处理的过程调节水样ph为3-4，得到待测溶液；而后，采用液相色谱-质谱联用技术检测待测溶液中的卤代吡啶醇类消毒副产物；建立卤代吡啶醇类消毒副产物的工作曲线，并得到待测物质的图谱，采用外标法计算得出卤代吡啶醇类消毒副产物的浓度。

优选地，具体步骤为：

s100、水样预处理：调节水样ph为3-4，在磁力搅拌器上加入无水硫酸钠，搅拌后将混合溶液加入分液漏斗，再向分液漏斗中加入萃取剂，摇晃震荡后静置，取上层萃取剂溶液，利用低压旋转蒸发仪置将上层萃取剂溶液减压浓缩后，加入乙腈溶液继续旋转蒸发进行二次浓缩，定容后进行过滤，得到待测溶液；

s200、液相色谱中使用色谱柱型号为acquityuplchsst3进行检测；质谱参数调整为电离模式：esi-；设定锥孔电压：5-氯-吡啶-3-醇为26v、2-溴-吡啶-3-醇为16v、2,6-二氯-吡啶-4-醇为34v、2,6-二溴-吡啶-3-醇为38v、3-溴-2-氯-吡啶-5-醇为30v、5-溴-2-氯-吡啶-3-醇为14v、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇为28v、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇为40v；设定碰撞能：5-氯-吡啶-3-醇为14ev、2-溴-吡啶-3-醇为12ev、2,6-二氯-吡啶-4-醇为18ev、2,6-二溴-吡啶-3-醇为20ev、3-溴-2-氯-吡啶-5-醇为16ev、5-溴-2-氯-吡啶-3-醇为18ev、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇为12ev、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇为28ev；

s300、建立卤代吡啶醇类消毒副产物的工作曲线，并得到待测物质的图谱；

s400、检测待测溶液，采用外标法计算得出卤代吡啶醇类消毒副产物的浓度。

优选地，s100中的萃取剂为甲基叔丁基醚。

优选地，s100中使用h2so4、naoh或磷酸缓冲液中的一种或几种调节ph。

优选地，s200中的液相色谱参数还包括：进样量：5μl；

最佳流动相洗脱条件：流速为0.35±0.5ml/min情况下，初始8min，流动相水/甲醇的比例由95/5变为5/95，在之后的0.1min，变回95/5，95/5继续保持2.9min，使色谱柱平衡。

优选地，s200中的质谱参数还包括：

离子源温度：130-150℃；

锥孔气体流速：40-60l/hr；

脱溶剂气体流速：600-700l/hr；

脱溶剂温度：500-600℃。

优选地，s300的建立待测物质的工作曲线的方法的详细步骤如下，

s301、混合标准液的配制：分别称取待测物质溶于乙腈/水的体积比为1/1的溶液中，混合配制成各待测物质浓度为100mg/l的混合标准溶液，并置于棕色瓶中；

s302、使用s301中配置的混合标准溶液稀释并配制成梯度标准校正液，梯度质量浓度分别为1、5、10、20、50、100、200μg/l；

s303、采用uplc/esi-tqms对s302中的梯度校正液进行批量处理，利用masslynxr软件生成待测物质的工作曲线。

优选地，s400中的检测仪器为uplc/esi-tqms，方法回收率为89％-105％，方法检测限为0.61-2.12ng/l。

优选地，s400中待测物质浓度计算公式为：

c＝c0/v1×v2

其中：

c为水样中的待测物质的浓度，ng/l；

c0为外标法计算得出的待测物质的仪器检测浓度，ng/l；

v1为检测物质最终定容体积，l；

v2为水样体积，l。

优选地，检测仪器为uplc/esi-tqms，利用uplc/esi-tqms的intellistart功能优化电离模式、锥孔电压和碰撞能。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，在ph为3-4的环境下对水样进行预处理，优化仪器运行参数并建立待测物质的工作曲线，从而检测水体中低浓度的卤代吡啶醇类消毒副产物；本发明的检测方法优化液液萃取的预处理方法，达到了高效萃取效果；不仅如此，本发明确定了各个运行参数，确保了每种卤代吡啶醇类消毒副产物均能得到较好的分离效果，为饮用水中低浓度的极性含氮环状消毒副产物的检测及后续开展的控制研究提供了可靠的检测方法。

(2)本发明的一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，使用h2so4、naoh或磷酸缓冲液中的一种或几种，调节水样ph为3-4，调节ph目的是使卤代吡啶醇类消毒副产物在水样中呈电中性，更容易进入有机相，从而更容易被萃取。

(3)本发明的一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，优化液液萃取的预处理方法，达到了高效萃取效果；萃取剂为甲基叔丁基醚，相对于其他萃取剂，对卤代吡啶醇类消毒副产物的萃取效率高。

(4)本发明的一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，在保证仪器正常运行且不损伤设备的前提下，最大程度优化检测参数，提供了一种可靠的、精确的卤代吡啶醇类消毒副产物检测方法，为后续开展的研究方向提供了检测基础。

附图说明

图1为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法的流程示意图；

图2为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中5-氯-吡啶-3-醇的标准曲线图；

图3为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中2-溴-吡啶-3-醇的标准曲线图；

图4为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中2,6-二氯-吡啶-4-醇的标准曲线图；

图5为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中2,6-二溴-吡啶-3-醇的标准曲线图；

图6为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中3-溴-2-氯-吡啶-5-醇的标准曲线图；

图7为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中5-溴-2-氯-吡啶-3-醇的标准曲线图；

图8为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中3,5,6-三氯-吡啶-2-醇的标准曲线图；

图9为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中2,4,6-三溴-吡啶-3-醇的标准曲线图；

图10为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中八种卤代吡啶醇在mrm扫描下的色谱图；

图11为本发明的卤代吡啶醇类消毒副产物中八种卤代吡啶醇的分子结构式；

图12为本发明的对比例1中3,5,6-三氯-吡啶-2-醇在mrm扫描下的色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本发明的一种水体中卤代吡啶醇类消毒副产物的检测方法，使用uplc/esi-tqms，即超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱仪对待测物质进行检测，如图1所示，包括以下步骤：

s100、水样预处理：使用h2so4、naoh或磷酸缓冲液中的一种或几种，调节水样ph为3-4，调节ph目的是使极性含氮消毒副产物在水样中呈电中性，更容易进入有机相从而更容易被萃取；在磁力搅拌器上加入无水硫酸钠，搅拌后将混合溶液加入分液漏斗，再向分液漏斗中加入萃取剂，萃取剂为甲基叔丁基醚；摇晃震荡后静置15min，取上层萃取剂溶液，利用低压旋转蒸发仪置将上层萃取剂溶液减压浓缩后，加入乙腈溶液继续旋转蒸发进行二次浓缩，利用超纯水定容后进行过滤，得到待测溶液，进入s200；

s200、调整液相参数和质谱参数；值得说明的是，液相参数如下：

色谱柱型号：acquityuplchsst3；

进样量：5μl，当进样量小5μl时，单位极性含氮消毒副产物响应偏低，当进样量大于5μl，容易造成仪器离子源饱和，损坏仪器；

最佳流动相洗脱条件：流速为0.35±0.5ml/min情况下，初始8min，流动相水/甲醇的比例由95/5线性地变为5/95，在之后的0.1min，线性地变回95/5，95/5继续保持2.9min，使色谱柱平衡；

利用uplc/esi-tqms的intellistart功能对每个对应的物质进行多反应监测方法进行优化，从而获得响应最好的碎片对应的电离模式、锥孔电压和碰撞能，参数如表1所示，

表1

其他质谱参数为：离子源温度：130-150℃，温度过高，会对仪器造成损害，温度过低，则检测效果不佳；锥孔气体流速：40-60l/hr；脱溶剂气体流速：600-700l/hr，流速过高，影响物质检测效果，流速过低则会影响测定，无法使目标物进入仪器检测孔；脱溶剂温度：500-600℃，温度过低会使得溶剂无法蒸发；

s300、建立待测物质的工作曲线，待测物质为卤代吡啶醇类消毒副产物，包括5-氯-吡啶-3-醇、2-溴-吡啶-3-醇、2,6-二氯-吡啶-4-醇、2,6-二溴-吡啶-3-醇、3-溴-2-氯-吡啶-5-醇、5-溴-2-氯-吡啶-3-醇、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇、2,4,6-三溴-吡啶-3-醇中的一种或几种；

建立待测物质的工作曲线的方法的详细步骤如下，

s301、混合标准液的配制：分别称取适量的待测物质溶于乙腈/水的体积比为1/1的溶液中，混合配制成各待测物质浓度均为100mg/l的混合标准溶液，并置于棕色瓶中；

s302、使用s301中配置的混合标准溶液稀释并配制成梯度标准校正液，梯度质量浓度分别为1、5、10、20、50、100、200μg/l；

s303、对s302中的梯度校正液进行批量处理，利用masslynxr软件生成待测物质的工作曲线，各物质的工作曲线如图2-图9所示；

s400、运行检测仪器，并检测待测溶液；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，八种卤代吡啶醇类消毒副产物的回收率在89-105％之间；方法检测限为0.61-2.12ng/l。其中待测物质浓度计算公式为：

c＝c0/v1×v2

其中：

c为水样中的待测物质的浓度，ng/l；

c0为外标法计算得出的待测物质的仪器检测浓度，ng/l；

v1为检测物质最终定容体积，l；

v2为水样体积，l。

值得说明的是，外标法是指按梯度添加一定量的标准品(对照品)于空白溶剂中制成对照样品，与未知试样平行地进行样品处理并检测。不同浓度的标准品进样，以峰面积为值绘制成标准曲线，从而推算出未知试样中被测组分浓度的定量方法。各物质的工作曲线如图2-图9所示，从图中可以得出各物质样品浓度的计算公式，根据计算公式得出待测物质的仪器检测浓度。

卤代吡啶醇类消毒副产物因卤代种类、个数、取代位和羟基位置的差异共8种，包括5-氯-吡啶-3-醇、2-溴-吡啶-3-醇、2,6-二氯-吡啶-4-醇、2,6-二溴-吡啶-3-醇、3-溴-2-氯-吡啶-5-醇、5-溴-2-氯-吡啶-3-醇、3,5,6-三氯-吡啶-2-醇和2,4,6-三溴-吡啶-3-醇，其中，3-溴-2-氯-吡啶-5-醇和5-溴-2-氯-吡啶-3-醇为同分异构体。分子结构式如图11所示，其中，图11-a为5-氯-吡啶-3-醇的分子结构式，图11-b为2-溴-吡啶-3-醇的分子结构式，图11-c为2,6-二氯-吡啶-4-醇的分子结构式，图11-d为2,6-二溴-吡啶-3-醇的分子结构式，图11-e为3-溴-2-氯-吡啶-5-醇的分子结构式，图11-f为5-溴-2-氯-吡啶-3-醇的分子结构式，图11-g为3,5,6-三氯-吡啶-2-醇的分子结构式，图11-h为2,4,6-三溴-吡啶-3-醇的分子结构式。采用本发明的检测方法，确保了每种卤代吡啶醇类消毒副产物均能得到较好的分离效果，为饮用水中低浓度的极性含氮环状消毒副产物的检测及后续开展的控制研究提供了可靠到检测方法。

本实施例中，具体检测步骤如下：

采集自来水样后测定水样余氯，并用110％亚硫酸钠淬灭余氯。然后所有水样用冰块储存(～4℃)，立即运送至实验室，并且在3h之内进行预处理。

s100、水样预处理：1l的模拟饮用水样，2l的真实水样，使用h2so4调节ph至3.5后，对于每升酸化过的样品加入100gna2so4使其饱和，使用磁力搅拌器充分搅拌，使得硫酸钠完全溶解，然后将溶液加入分液漏斗中，加入100ml甲基叔丁基醚，振荡摇晃后静置15min，取上层甲基叔丁基醚溶液，转移到旋转蒸发仪中减压浓缩至0.5ml，再加入10ml的乙腈旋转蒸发至0.5ml，将剩余样品用超纯水稀释至1ml，用0.45μm滤膜过滤后，进入uplc/esi-tqms测定。

s200、仪器运行参数优化：色谱柱型号：acquityuplchsst3(waters，2.1×100mm，1.8μm)；进样量：5μl；最佳流动相洗脱条件：流速为0.35±0.5ml/min情况下，初始8min中，水/甲醇的比例由95/5线性地变为5/95，在之后的0.1min，线性地变回95/5，95/5继续保持2.9min，使色谱柱平衡，流动相梯度如表2所示。质谱参数如表3所示。

表2

表3

s300、采用外标法建立的八种卤代吡啶醇的标准工作曲线图，通过uplc/esi-tqms对水样进行检测。建立待测物质的工作曲线的方法的详细步骤如下，

s301、混合标准液的配制：分别称取100mg待测物质溶于乙腈/水的体积比为1/1的溶液中，并定容至1l，混合配制成各待测物质浓度为100mg/l的混合标准溶液，并置于棕色瓶中；

s302、使用s301中配置的混合标准溶液稀释并配制成梯度标准校正液，梯度质量浓度分别为1、5、10、20、50、100、200μg/l；

s303、对s302中的梯度校正液进行批量处理，利用masslynxr软件生成待测物质的工作曲线，各物质的工作曲线如图2-9所示；八种卤代吡啶醇在mrm扫描下的色谱图如图10所示，经计算可得，检测结果如表4所示。

表4

s400、检测限和回收率的确定；采用本发明的检测方法，使得八种卤代吡啶醇类消毒副产物在分析过程中可以实现良好的分离效果，在1-200μg/l浓度范围内线性良好(r2＞0.997)，八种卤代吡啶醇类消毒副产物的回收率在89-105％之间；方法检测限为0.61-2.12ng/l。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，质谱参数如表5所示。

表5

检测结果表明，优化后产生的效果与实施例1相似，使得八种卤代吡啶醇类消毒副产物在分析过程中均实现良好的分离效果，基本同实施例1.

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于，质谱参数如表6所示。

表6

检测结果表明，优化后产生的效果与实施例1相似，使得八种卤代吡啶醇类消毒副产物在分析过程中均实现良好的分离效果，基本同实施例1.

对比例1

本对比例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：

本对比例的待检测物质为3,5,6-三氯-吡啶-2-醇，检测结果如图12所示，图12为3,5,6-三氯-吡啶-2-醇的uplc/esi-tqms的mrm扫描下的色谱图，其中，图12-a为优化ms参数之前，图12-a未进行任何优化，参数如表7所示。

表7

图12-b为优化离子源温度、脱溶剂温度、锥孔气体流速和脱溶剂气流速之后，即离子源温度为150℃、脱溶剂温度为600℃、锥孔气体流速为50l/h、脱溶剂气体流速为700l/h；图12-c为优化所有ms参数后的速率，即在图12-b的优化基础之上，又优化了锥孔电压与碰撞能，其中锥孔电压为28v、碰撞能为12ev。值得说明的是，图12-a、图12-b、图12-c的y轴的在同一范围内。

从图12中可以看出，使用本发明的检测方法，待测物质的峰面积明显增大，降低了待测物质的最低检测限，为水中低浓度卤代吡啶醇类消毒副产物的监测和后续控制提供了可靠的监测方法。

上述对实施例的描述是未来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。