荧光标记衍生化-高效液相色谱-质谱法检测水中醛类污染物*

陈　芳，贾立明，蒋智伟，杜英秋，李基明（.黑龙江省环境监测中心站，黑龙江哈尔滨50056；.农业部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨），黑龙江哈尔滨50056）



荧光标记衍生化-高效液相色谱-质谱法检测水中醛类污染物*

陈芳1，贾立明1，蒋智伟1，杜英秋2，李基明1
（1.黑龙江省环境监测中心站，黑龙江哈尔滨150056；2.农业部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨），黑龙江哈尔滨150056）

摘要：建立了使用苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼作为衍生试剂结合高效液相色谱-串联质谱法检测地表水中11种醛类化合物的分析方法，采用了响应面优化法对衍生条件进行优化。使用标准加入法计算检出限，各目标物的检出限范围为0.21～0.58μg·L-1。测试了地表水中目标物质的加标回收和精密度，回收率范围为95.8%～102.7%，RSD范围为2.06%～3.80%。

关键词：苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼；高效液相色谱-串联质谱；衍生化

D

醛类化合物广泛存在于自然界中，因其具有较大的毒性和较高的反应活性，在环境检测和食品安全中这类化合物含量的测定越来越受到人们的重视。目前，醛类化合物常规检测方法主要包括分光光度法［1，2］、气相色谱法（GC）［3］和高效液相色谱法［4,5］。由于醛类化合物除了具有较强的挥发性和反应活性，本身还缺乏发色团或荧光团，紫外吸收较弱且无荧光吸收，因此，直接的方法检测醛相对困难。为了解决这个问题，在分析前对醛类化合物进行化学衍生化从而改进醛的可检测性是一个较好的方法。目前，许多醛的化学衍生方案已被报道［6,7］，所用衍生试剂主要是肼基化合物，通过酸性条件下的羟醛缩合反应生成希夫碱或腙类化合物。

尽管测定醛类化合物的报道很多,但在实际应用中仍存在较多缺陷，如灵敏度低、选择性差和衍生条件苛刻等。因此，建立一种灵敏度高、选择性好、廉价稳定的方法仍然是十分必要的。本文使用苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼（BAAH）试剂作为柱前衍生化试剂用于醛类化合物的检测，采用梯度洗脱在BDS-C8柱上实现了相应醛衍生物的完全基线分离。

1　实验部分

1.1仪器和试剂

超高效液相色谱-串联质谱（LCMS-8050，日本岛津公司），配备大气压化学电离源、自动进样器和荧光检测器、四元梯度泵、在线真空脱气机；色谱柱: VP-ODS色谱柱（150mm×2.0mm.id,5.0μm，日本岛津公司）；大气压化学电离源。11种醛标准样品（糠醛和C1-C10脂肪醛）（美国，Sigma公司），纯水由Milli-Q超纯水系统制备，三氯乙酸等其他试剂均为分析纯。BAAH为实验室自制。

1.2标准溶液的配制

准确称取适量醛标准品，用色谱纯乙腈配成0.01mol·L-1的溶液，相应低浓度醛标准液（1.0× 10-4mol·L-1）用色谱纯乙腈稀释而成。称取31.7mg BAAH用色谱纯乙腈定容至10mL，浓度为1.0×10-3mol·L-1。

1.3标准品衍生化

向2mL安培瓶中依次加入120μL衍生试剂，20μL混合醛标品溶液，20μL三氯乙酸，密封后于52℃水浴中反应12min。取出放冷后用乙腈稀释5倍，直接进样10μL分析。

1.4色谱及质谱条件

流动相A:5%乙腈；流动相B: 100%乙腈。梯度洗脱：0-10min，B由40%至55%，10～25min由55% 至100%（保持5min），流速设置为1.0mL·min-1，进样量10μL，柱温设置30℃。荧光激发波长为280nm，发射波长分别为510nm。

质谱:大气压化学源（APCI），扫描模式：正离子，干燥气温度设置350℃，气化温度为450℃，干燥气流量5.0L·min-1，色谱柱电压3500V，喷雾压力413.7kPa。

2　结果与讨论

2.1响应面法优化衍生化条件

采用Design Expert软件对己醛为例的实验响应值数据进行二次多项式回归拟合。模型的统计分析是通过方差分析（ANOVA）实现的。多项式模型方程的可靠性由决定系数R2判断，方程中各变量对峰面积影响的显著性由F检验来判定，概率P的值越小，相应变量的显著程度越高。

将实验结果进行方差分析，结果显示所有一次项系数和二次项系数对应的P值均小于0.01，R2=0.9873表示实验值与模型预测值之间有高度的相关性。模型建立的回归方程能较好的解释响应结果并预测最佳的反应条件。变异系数（C.V.%）值为8.30%表明该模型良好的重现性。

响应面曲线可以反映出各变量之间的相互作用关系并从曲线可确定响应值最高时对应的变量值。分别建立反应温度、试剂摩尔比、反应时间三因素影响峰面积的三维立体响应面曲线。每个图表示固定一个变量条件下另两个变量对峰面积的影响。图1为反应温度与试剂摩尔比之间的相互关系。

图1　试剂摩尔比与反应温度对峰面积影响的响应面Fig.1 The response surface of the reaction temperature and the reaction temperature to the peak area

由图1可知，一定反应温度下，峰面积随着摩尔比的增加而增大，达到最大值后变化不明显。

图2为反应温度与反应时间的关系。

图2　反应时间与反应温度对峰面积影响的响应面Fig.2 Response surface of reaction time and reaction temperature

由图2可知，一定的反应时间时，峰面积随着反应温度升高而增大，52℃时达到最大值，之后随温度升高而下降。

图3为摩尔比与反应时间对峰面积的影响。

图3　反应时间与试剂摩尔比对峰面积影响的响应面Fig.3 Response surface of the reaction time and themolar ratio of the reagent to the peak area

通过分析实验结果，软件评估的各衍生因素的最佳条件分别为反应温度51.8℃，试剂与醛的摩尔比为4.3，反应时间11.3min。在上述最佳条件下预测最大峰面积为37500。为了便于操作，选取温度52℃，摩尔比4.5，反应时间12min，此时最大峰面积预测值为37385。

2.2质谱鉴定

采用APCI-MS正离子检测模式对醛衍生物的离子化和离子碎片进行了研究。醛衍生物产生了强的［MH］+分子离子峰，分子离子［MH］+通过碰撞诱导裂解分别产生m/z 246.2，m/z286.3，m/z 301.7和［MH-H2O］+。m/z［MH-H2O］+是鉴定不饱和脂肪酸衍生物的特殊碎片离子。

图4为方法测定的总离子流图。

图4　标准品总离子流色谱图Fig.4 Standard product total ion current chromatogram

11种醛衍生物的一级和二级质谱数据见表1。

表1　醛类衍生物的质谱数据Tab.1 Derivatives of the mass spectrometry data

图5是以BAAH-己醛衍生物为例的一级、二级质谱图和断裂模式。

图5　己醛衍生物质谱图Fig.5 Mass spectra of hexanal derivatives

2.3精密度、准确度和检出限

于地表水样品中添加低浓度标准物质，配置成浓度为10μg·L-1的标准添加溶液，连续测试5次，依据《环境监测分析方法标准制修订技术导则》（HJ 168-2010）计算其检出限。对30μg·L-1醛类衍生物平行6次分析，保留时间和峰面积的相对标准偏差在0.01%～0.05%和1.16%～1.52%范围内，结果见表2。

表2　醛类衍生物线性回归方程、相关系数、检出限和回收率Tab.2 Derivatives linear regression equation, correlation coefficient, detection limit and recovery

3　结论

建立了使用BAAH作为衍生试剂结合HPLC-MS/MS检测地表水中十一种醛类化合物的分析方法，采用了响应面优化法对衍生条件进行优化。对色谱分离条件进行优化并进行柱后在线质谱鉴定，对地表水样品中醛类化合物的测定结果满意，该方法具有检测限低、线性范围宽、重现性好、操作简便等优点，完全满足地表水中醛类的快速检测和确证应用。

参考文献

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etection aldehyde pollutants in water by fluorescent tags derivatization -HPLC -mass spectrometry*

CHEN Fang1，JIE Li-ming1，JIANG Zhi-wei1，DU Ying-qiu2，LI Ji-ming1
（1.Heilongjiang Province Environmental Monitoring Centre,Harbin 150056，China；2.Inspection and Testing Center for Quality of Cereals and Their Products（Harbin）, Ministry of Agriculture，Harbin 150056，China）

Abstract：An analytic method was built to detect 11 kinds of aldehyde compounds in surface water. In this method, 2-（12-benzo［b］acridin-5-（12H）-yl）-acetohydrazide was used as derivatization reagent to combine with high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Derivative conditions and chromatographic separation conditions were optimized, after column online mass spectrometry was achieved through response surface methodology. Detection limit was calculated by standard addition method. The LOD range of each target object is 0.21～0.58μg·L-1. We tested standard recovery and precision of target objects in surface water. The range of percent recovery is 95.8%～102.7%. The range of RSD is 2.06%～3.80%.

Key words：2-（12-benzo［b］acridin-5-（12H）-yl）-acetohydrazide；high performance liquid chromatographytandem mass spectrometry；derivatization

中图分类号：X823

文献标志码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160420

收稿日期：2015-11-23

基金项目：2015年国家环境监测与信息（2111101）；水污染综合防治-跨国界水体环境调查及政策研究

作者简介：陈芳（1984-），学士，工程师，毕业于中央广播电视大学，计算机专业，主要研究方向：环境监测与评价。

通讯作者：贾立明，硕士，工程师，主要研究方向为环境监测与评价。