摘要：氯因其氧化能力强、价格便宜、易储存和运输使用方便等优点而成为目前最常用的消毒剂之一。在公共给水中氯化消毒主要用液氯或次氯酸盐进行，但是氯会与水中的有机物反应生成消毒副产物二氯乙酸和三氯乙酸，其对人体具有致突变性和致癌性，威胁人体健康，因此，检测自来水中二氯乙酸和三氯乙酸的含量对人体健康具有重要意义。通过对液相色谱一质谱联用仪器(LC-MS)条件的优化，建立了适用于经过处理的自来水和生活饮用水的分析方法，二氯乙酸和三氯乙酸相关系数均>0.999,检测范围为1~15μg/L,检测限分别为0.12μg/L和0.19μg/L。采取加入抗坏血酸或硫代硫酸钠去氯，对未加标和加标的样品进行定量分析。结果表明，加入抗坏血酸进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为24.1%~35.5%和125%~175%。加入硫代硫酸钠进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为77.0%~106.0%和97%~130%。

　　关键词：自来水；二氯乙酸；三氯乙酸；LC-MS

　　0引言

　　自来水消毒能够提高饮用水水质，理想的饮用水消毒剂应该具有广泛杀菌、杀菌力强、消毒效应持久、使用方便及对人体安全等特点↓。美国国家安全饮用水委员会通过对12种消毒剂的评价后指出氯、臭氧、二氧化氯、氯胺是可以供公共给水选择的消毒剂[2。我国生活饮用水标准检验方法(GB/T 5750.11—2023)3]中规定的消毒剂指标为四项：氯、氯胺、二氧化氯和臭氧。

　　氯是最早被用于水源水消毒的化学消毒剂。因其氧化能力强、价格便宜、易储存和运输使用方便等优点而成为目前大多数国家最常用的消毒剂之一。目前，我国几乎所有的自来水厂都采用这种消毒方式。在公共给水中氯化消毒主要用液氯或次氯酸盐进行。液氯或次氯酸盐溶于水即发生水解反应生成次氯酸，其主要作用是进入细胞后通过氧化作用破坏微生物的酶系统引起微生物死亡以达到杀菌作用4。由于消毒剂多为化学物质，没有一种消毒剂对人体是完全没有毒性的，除了消毒剂本身的残留可能对人体健康有影响外，消毒剂氯与有机物反应形成一系列氯化副产物，对人体健康造成威胁。研究表明，氯化副产物在动物实验中被证明具有致突变性和致癌性[5-6]。目前，在自来水中检出副产物含量最高的为三卤甲烷、卤代乙酸两大类。

　　卤代乙酸通常包括一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、二溴乙酸。美国环保署(U SEPA)公布实施的第一阶段控制法案中规定其最大质量浓度为6 0μg/L⁷。我国建设部和卫生部制定的《国家城市供水水质标准》8和《生活饮用水卫生标准》9,对居民饮用水中两种卤代乙酸，即二氯乙酸和三氯乙酸的浓度，作出了相关规定。其中，前者规定二氯乙酸和三氯乙酸的质量浓度和不超过60μg/L。而后者规定二氯乙酸和三氯乙酸的最大质量浓度分别不超过50μg/L和1 0 0μg/L。因此，检测自来水中二氯乙酸和三氯乙酸的含量对人体健康具有重要意义。

　　目前，检测二氯乙酸和三氯乙酸的标准方法主要有气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱法(GC-MS)、离子色谱法(IC)[10],气相色谱法和气象色谱-质谱法均需要对样品进行复杂的前处理，通常需要酸化、萃取、衍生等过程。离子色谱法操作简单，仪器价格也比较经济实惠，可同时测定多种卤乙酸，缺点是方法灵敏度比较低。本文采用液相色谱和质谱联用法测定水中二氯乙酸和三氯乙酸，进样方法为水样直接进样，经过C18反向色谱柱柱分离净化，应用甲酸-甲醇作为流动相进行等梯度洗脱，进行多反应监测模式(MRM)和全扫描模式(SIM),开展质谱分析。结果显示，在MRM模式下，二氯乙酸和三氯乙酸相关系数均>0.999,检测范围为1~15μg/L,检测限分别为0.12μg/L和0.19μg/L。采取加入抗坏血酸或硫代硫酸钠去氯，对未加标和加标的样品进行定量分析。加入抗坏血酸进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为24.1%~35.5%和125%~175%。加入硫代硫酸钠进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为77.0%~106.0%和97%~130%。该分析方法适用于检测自来水中常见的二氯乙酸和三氯乙酸。

　　1实验材料和方法

　　1.1实验试剂与仪器

　　二氯乙酸(BW900411-1000-L,1000 mg/L)、三氯乙酸(BW900421-1000-L,1000 mg/L)、二氯乙酸三氯乙酸混标(81824c,10 mg/L)、色谱甲醇、色谱级甲酸、超纯水。

　　美国安捷伦公司6460 QQQ质谱仪；美国安捷伦公司1260 UHPLC;棕色进样小瓶；无针头式注射器；有机系滤膜。

　　1.2标准溶液的配制

　　分别取二氯乙酸、三氯乙酸单标液10μL于1mL进样小瓶中，加入990μL超纯水配制成质量浓度为10 mg/L二氯乙酸、三氯乙酸标准溶液，用于质谱方法建立、优化；取二氯乙酸、三氯乙酸混合标液10μL于1ml进样小瓶中，加入990μL超纯水配制成100μg/L的中间液，然后各取10、20、40、60、80、100、150μL中间液，分别加入990、980、960、940、920、900、850μL超纯水，配制成质量浓度为1、2、4、6、8、10、15μg/L的标准溶液，待上机。

　　1.3检测条件

　　1.3.1液相条件

　　色谱柱：120 EC-C18(3.0×100 mm,2.7μm-Mi-cron);流动相A:0.05%甲酸超纯水；流动相B:甲醇；流动相流速：0.3mL/min;进样量：60μL;峰保留时间：二氯乙酸2.21min,三氯乙酸3.50min。梯度洗脱程序如表1所示，后运行时间3 min。

　　1.3.2质谱条件

　　质谱参数见表2。

　　在最佳质谱参数条件下，得到目标物母离子质荷比、子离子质荷比、碎裂电压和碰撞电压，如表3所示。

　　1.4样品检测

　　样品用0.45μm有机系滤膜过滤至1mL进样小瓶中，上机进行检测。

　　2结果与讨论

　　2.1方法谱图(图1—图3)

　　2.2线性范围和检出限

　　2.2.1多反应监测(MRM)模式

　　使用纯水配置1、2、4、6、8、10、15μg/L标准溶液在MRM模式下，上机进行分析，使用外标法定量，以质量浓度比为横坐标，峰面积比为纵坐标，绘制标准曲线。如图4和图5所示，标准曲线的线性关系较好，二氯乙酸相关系数R²=0.999,三氯乙酸相关系数R²=0.999。

　　使用LC-MS/MS三重四极杆模式，在空白纯水中加标1μg/L二氯乙酸和三氯乙酸，对1μg/L的二氯乙酸和三氯乙酸标准样品分别进行7次平行测定，根据公式MDL=3.143×S,计算得到二氯乙酸的检出限为0.12μg/L,三氯乙酸的检出限为0.19μg/L。结果如表4所示。

　　2.2.2选择离子扫描(SIM)模式

　　用纯水配置2、4、6、8、10、15μg/L标准溶液在SIM模式下，上机进行分析，使用外标法定量，以浓度比为横坐标，峰面积比为纵坐标，绘制校准曲线。如图6和图7所示，标准曲线的线性关系较好，二氯乙酸相关系数R²=0.997,三氯乙酸相关系数R²=0.998。

　　使用LC-MS/MS单级四级杆模式(即三重四极杆Q1离子全通过、Q2不施加碰撞能量、Q3使用SIM模式，模仿单级四级杆LC-MS),在空白纯水中加标8μg/L,对1μg/L的二氯乙酸和三氯乙酸标准样品分别进行7次平行测定，根据公式MDL=3.143×S,计算得到二氯乙酸的检出限为1.51μg/L,三氯乙酸的检出限为1.31μg/L。结果如表5所示。

　　2.3加入次氯酸钠模拟消毒自来水的测试

　　2.3.1自来水中加入次氯酸钠后的空白样测试谱图

       次氯酸钠是一种常用的自来水消毒剂，对自来水中的微生物具有灭杀作用。分别在自来水中加入0.1%、0.5%次氯酸钠，模拟刚消毒的自来水水样环境，并上机进行测试，结果如图8所示，自来水中次氯酸钠的含量会影响二氯乙酸和三氯乙酸的峰型，且次氯酸钠的浓度越大，对应的离子对干扰越大，此浓度下的干扰完全不能分析目标物。

　　2.3.2自来水中加入次氯酸钠后的加标样测试谱图

　　在自来水中加入0.1%、0.5%次氯酸钠后，加入10μg/L二氯乙酸和三氯乙酸，上机进行测试。结果如图9和图10所示，次氯酸钠对加标后的样品的峰型影响也很大，造成目标物峰无法分离，且次氯酸钠的浓度越大，对其离子对的干扰越大。因此，在此条件下，也不能分析目标物。由于次氯酸钠的干扰太大，导致目标物分离不了，尝试调整梯度洗脱程序，干扰峰与目标峰依旧分离不了(图11)。

　　2.3.3在自来水中加入0.1%次氯酸钠后去氯测试谱图

　　由于在仪器条件下，不能消除相关干扰，无水硫代硫酸钠和抗坏血酸与次氯酸钠能够发生反应，因此，采取五水硫代硫酸钠和抗坏血酸进行去氯并测试。在自来水中加入0.1%的次氯酸钠，再加入五水硫代硫酸钠或抗坏血酸去氯，最后加入10μg/L二氯乙酸和三氯乙酸，从图12中可以看到，二氯乙酸和三氯乙酸的色谱图能完全分离，可以进行后续的测试。而没有加入五水硫代硫酸钠或抗坏血酸进行去氯的色谱图完全不能分离，不能进行样品的定量测试。

　　由于抗坏血酸的去氯作用，能够消除色谱分离中的干扰，分别在含0.1%次氯酸钠的自来水中加入0.0234、0.055、0.0812、0.126g抗坏血酸，对未加标的样品和加标样品进行定量分析，并计算加标回收率。如表6所示，加入不同量的抗坏血酸后，测得空白样品中二氯乙酸的质量浓度为2.92~8.05μg/L,三氯乙酸的质量浓度为19.47~44.32μg/L,二氯乙酸和三氯乙酸的浓度随抗坏血酸用量增大而减小。表明，加入的抗坏血酸与自来水中的次氯酸钠以及有机物发生一系列反应生成二氯乙酸和三氯乙酸，并且量越多会一定程度抑制目标物的响应。在加入抗坏血酸后，再加入10μg/L二氯乙酸和三氯乙酸进行加标样品的测试，二氯乙酸的加标回收率为24.1%~35.5%,三氯乙酸的加标回收率为125%~175%,二氯乙酸的回收率比较低。

　　由于硫代硫酸钠的去氯作用也能消除分离中的干扰，分别在含0.1%次氯酸钠的自来水中加入0.047、0.104、0.151、0.212g硫代硫酸钠，对未加标的样品和加标样品进行定量分析，并计算加标回收率。如表7所示，加入不同量的硫代硫酸钠后，测得空白样品中二氯乙酸的质量浓度为12.8~13.9μg/L,三氯乙酸的质量浓度为21.7~33.5μg/L,二氯乙酸和三氯乙酸的浓度随硫代硫酸钠用量增大而减小。表明，加入的硫代硫酸钠与自来水中的次氯酸钠以及有机物发生一系列反应生成二氯乙酸和三氯乙酸，并且，量越多会一定程度抑制目标物的响应。在加入硫代硫酸钠后，再加入10μg/L二氯乙酸和三氯乙酸进行加标样品的测试，二氯乙酸的加标回收率为77.0%~106.0%,三氯乙酸的加标回收率为97%~130%,二氯乙酸和三氯乙酸的回收率均异常波动。使用纯水配置0.1%次氯酸钠溶液再加入硫代硫酸钠去氯后，计算得到的二氯乙酸回收率比较低，三氯乙酸回收率异常。

       3结论

　　本实验通过对仪器条件的优化，使用超高效液相色谱-三重串联四极杆质谱建立了水中消毒副产物二氯乙酸和三氯乙酸的检测方法。在最优仪器条件下，使用MRM和SIM两种扫描模式获得标准曲线。在MRM模式下，二氯乙酸和三氯乙酸在1~15μg/L范围内具有良好的线性关系，检测限分别为0.12μg/L和0.19μg/L。在SIM模式下，二氯乙酸和三氯乙酸的范围为2~15μg/L,检测限分别为1.51μg/L和1.31μg/L。为了评价该方法检测消毒自来水的能力，在自来水中加入次氯酸钠，模拟消毒后的自来水。实验结果表明，次氯酸钠溶液(余氯)会严重影响二氯乙酸三氯乙酸的测试，干扰峰导致不能定性定量目标化合物。采取加入抗坏血酸或硫代硫酸钠去氯后，对未加标和加标的样品进行定量分析。加入抗坏血酸进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为24.1%~35.5%和125%~175%,二氯乙酸的回收率比较低。加入硫代硫酸钠进行去氯，其二氯乙酸和三氯乙酸的回收率分别为77.0%~106.0%和97%~130%,二氯乙酸和三氯乙酸的回收率均异常波动。抗坏血酸和硫代硫酸钠均会与自来水中的次氯酸钠和有机物发生一系列反应生成二氯乙酸和三氯乙酸，并且量越多会一定程度抑制目标物的响应，需寻找新的去氯方式，比如铁粉等方式，但方法对于已处理后的自来水，生活饮用水等可以适用，对于含氯过大的刚消毒的自来水等不适用。

　参考文献

　　[1]蔡宏道.现代环境卫生学[M].北京：人民卫生出版社，1995:544-586

　　[2]John CH,Edwin EG.Comparison of the biocidal efficiency of alter-native disinfectants[J].Journal of American Water Works Associa-tion,1981,73(1):40-44.

　　[3]中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.生活饮用水标准检验方法消毒剂指标：GB/T 5750.11—2023[S].北京：中国标准出版社，2023.

　　[4]张海燕，宋彩军.生活饮用水中消毒副产物的危害及其检测方法探讨[J].中国卫生检验杂志，2012,22(3):669-670.

　　[5]Hunter E S,Rogers E H,Schmid J E,et al.Comparative effects of haloacetic acids in whole embryo culture[J].Teratology,1996,54(2):57-64.

　　[6]赵玉丽，李杏放.饮用水消毒副产物：化学特征与毒性[J].环境化学，2011,30(1):20-33.

　　[7]US EPA.National primary drinking water regulation:disinfectants and disinfection by-products[J].Fed Regist,1998,63:63390-69476.

　　[8]中华人民共和国建设部，城市供水水质标准：CJ/T 206—2005[S].北京：中国标准出版社，2005.

　　[9]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.生活饮用水卫生标准：GB/T 5749—2022[S].北京：中国标准出版社，2022.

　　[10]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.生活饮用水标准检验方法消毒剂指标：GB/T 5750.10—2023[S].北京：中国标准出版社，2023.