QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定消毒剂中新型季铵盐含量.pdf
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1、 收稿日期:2 0 2 2-0 4-2 2 修回日期:2 0 2 2-0 5-2 7*通讯作者:丁刚,男,硕士,副主任技师,主要研究方向为健康相关产品检测与卫生学评价.E-m a i l:d i n g g a n g 8 0 1 1 6 3.c o m第3 9卷第3期V o l.3 9 N o.3分 析 科 学 学 报J OUR NA LO FANA L Y T I C A LS C I E N C E2 0 2 3年6月J u n e 2 0 2 3D O I:1 0.1 3 5 2 6/j.i s s n.1 0 0 6-6 1 4 4.2 0 2 3.0 3.0 1 5Q u E C
2、h E R S-超高效液相色谱-串联质谱法测定消毒剂中新型季铵盐含量丁 刚*1,刘柏林1,许相川2,孔洪涛2,谢继安1,赵紫微1,戴雁羽1,詹子悦1(1.安徽省疾病预防控制中心,安徽合肥2 3 0 6 0 1;2.安徽启威生物科技有限公司,安徽合肥2 3 0 0 0 0)摘 要:建立了Q u E C h E R S结合超高效液相色谱-串联质谱法(U P L C-M S/M S)测定消毒剂中一种新型季铵盐埃芙莫拉的分析方法。样品经含0.5%甲酸的甲醇提取,N-丙基乙二胺(P S A)净化,5mm o l/L乙酸铵溶液与甲醇为流动相进行梯度洗脱,W a t e r sU P L CB E HC 8
3、(5 0mm 2.1mm,1.7m)色谱柱分离,正离子电喷雾模式电离,多反应监测(MRM)方式监测,基质匹配外标法定量。该化合物在C 8色谱柱上具有较好的色谱峰形,质谱响应信号高,方法学验证表明,该检测方法的线性范围为0.1 1 0 0n g/m L,线性关系良好,相关系数(r)为0.9 9 5 7,检出限(L O D)为2.0g/L,定量限(L O Q)为6.0g/L,3个浓度水平下平均回收率范围为7 1.4%1 0 5.7%,相对标准偏差(R S D)在2.0 6%4.5 1%之间。该方法操作简便,灵敏度与选择性高,适用于消毒剂中新型季铵盐埃芙莫拉的检测。关键词:新型季铵盐;Q u E C
4、 h E R S;超高效液相色谱-串联质谱法;消毒剂;埃芙莫拉中图分类号:O 6 5 7.6 3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-6 1 4 4(2 0 2 3)0 3-3 4 9-0 6季铵盐化合物是一类阳离子表面活性剂,可作为消毒剂广泛应用于家庭、医疗卫生、化妆品等个人护理产品中1-3。分为单链季铵盐、双链季铵盐、双季铵盐、聚合季铵盐等4类,由于分子中有带正电荷的N+和长链烷基,N+吸附带负电荷的细菌,通过渗透和扩散作用,将长链烷基插入细菌的细胞壁,使细胞内部的蛋白质变性,杀死细菌1,4。因此,季铵盐消毒剂的杀菌效果与N+的数量和烷基的链长有很大关系。除常见的十二烷基二甲基苄基氯
5、化铵(C 1 2-B A C)、十四烷基二甲基苄基氯化铵(C 1 4-B A C)、十六烷基二甲基苄基氯化铵(C 1 6-B A C)、十二烷基三甲基溴化铵(D T A B)、二癸基二甲基氯化铵(D D A C)、十二烷基二甲基-2-苯氧基-乙基溴化铵(E D D A B)等外,还有一些新合成的新型季铵盐,如新型双季铵盐4-6、酯类双季铵盐G e m i n i7等,新型季铵盐与常见的季铵盐相比,在可降解性、杀菌效果等方面具有优势。2 0 2 1年,Z h a n g等8合成了一种新型季铵盐,可以用作消毒剂,具有易降解、绿色环保等特点,课题组将此新型季铵盐命名为埃芙莫拉,英文为E p h e
6、m o r a,结构式如图1所示。研究表明,季铵盐类化合物对水生生物具有较强的毒性9,使人类的哮喘加图1 埃芙莫拉的结构式F i g.1 M o l e c u l a r s t r u c t u r eo fE p h e m o r ac o m p o u n d943第3期丁刚等:Q u E C h E R S-超高效液相色谱-串联质谱法测定消毒剂中新型季铵盐含量第3 9卷重、引起皮肤过敏性反应疾病1 0,1 1。高剂量或过量使用季铵盐消毒剂,残留会污染食品与环境,对人类带来潜在的健康风险。为此,规范消毒剂用药,保证质量安全,建立一种高灵敏度、高选择性、高准确度的检测方法具有非常重
7、要的现实意义。目前,常见季铵盐的检测方法有离子色谱法1 2、气相色谱-质谱联用法(G C-M S)1 3、高效液相色谱法(H P L C)1,1 4-1 6、超高效液相色谱法(U P L C)1 7与高效液相色谱-串联质谱法(H P L C-M S/M S)1 8-2 1。超高效液相色谱-串联质谱法(U P L C-M S/M S)具有选择性高、灵敏度高、分析效率高等优势,质谱方法能够提供待测物碎片离子信息,降低了假阳性率,成为季铵盐检测的主要方法2 1,且国家标准G B/T 3 9 8 7 3-2 0 2 1推荐使用H P L C-M S/M S法测定消毒剂中6种常见季铵盐2 2。这些方法能
8、满足消毒剂、食品等基质中常见季铵盐的检测要求,但针对新型季铵盐埃芙莫拉的检测方法尚未报道。本研究以消毒剂基质为研究对象,优化不同提取液与净化条件,采用基质匹配外标法定量,建立Q u E C h E R S-U P L C-M S/M S快速定量测定消毒剂中新型季铵盐埃芙莫拉。该方法与国标G B/T 3 9 8 7 3-2 0 2 1相比,改进了样品前处理,增加了净化步骤,减少有机溶剂的使用量,绿色环保,有效降低基质效应。该方法简便、高效、灵敏度高、准确可靠,适用于消毒剂产品中新型季铵盐的检测,为市场产品的监测提供技术支持。1 实验部分1.1 仪器与试剂A C QU I T YTMU P L C
9、超高效液相色谱仪、Z E VOT Q M S质谱仪(美国,W a t e r s公司);A c q u i t yTMU P-L CB EHC 8色谱柱(2.1mm5 0mm,1.7m)(美国,W a t e r s公司);VO R T E X M u l t iR e a x高速旋涡混匀器(德国,H e i d o l p h公司);M i l l i-Q超纯水系统(美国,M i l l i p o r e公司);L e g e n dM a c h1.6 R高速冷冻离心机(美国,T h e r m oF i s h e r公司)。标准品埃芙莫拉(E p h e m o r a,分子式为C
10、2 1 H 4 4 NO 2 S C l)来自安徽启威生物科技有限公司。甲醇(色谱纯)、乙腈(色谱纯)、甲酸(色谱纯)购自德国M e r c k公司;乙酸铵(色谱纯)购自S i g m a-A l d r i c h公司;N-丙基乙二胺(P S A,4 0m)吸附剂购自美国A g i l e n t公司。实验用水为M i l l i-Q系统制备的超纯水(1 8.2Mc m)。1.2 标准溶液配制准确称取埃芙莫拉标准品1 0m g(准确至0.0 1m g),用甲醇溶解并定容至1 0m L,配制1.0m g/m L标准储备溶液,-2 0下密封保存。准确吸取上述标准贮备液适量于1 0m L容量瓶中,
11、加9 5%甲醇水(含0.5%甲酸,V/V)稀释至刻度,得到1 0g/m L的标准中间液,密封后4保存。吸取上述标准使用液适量于1 0m L容量瓶中,加9 5%甲醇水(含0.5%甲酸)稀释至刻度,得到1 0 0n g/m L的标准使用液,密封后4保存。分别准确移取上述标准使用溶液(1 0 0n g/m L)5、1 0、5 0、1 0 0、5 0 0、10 0 0与50 0 0L到1 0m L容量瓶中,用9 5%甲醇水(含0.5%甲酸)溶液定容至刻度,配制0.0 5、0.1、0.5、1.0、5.0、1 0.0与5 0.0n g/m L的标准系列,现配现用。1.3 样品前处理取1m L消毒剂试样置于
12、5 0m L聚丙烯具塞离心管中,加入2 0m L甲醇(含0.5%甲酸)溶液,涡旋提取2 0m i n,超声提取2 0m i n,1 00 0 0r/m i n低温离心1 0m i n,取上清液1m L于装有1 5 0m gP S A净化剂的1 5m L离心管中,涡旋1m i n,1 00 0 0r/m i n低温离心5m i n,取上清液进样。1.4 液相色谱条件色谱柱:W a t e r sA c q u i t yTMU P L CB EHC 8柱(2.1mm5 0mm,1.7m);流动相:5mm o l/L乙酸铵溶液(A相),甲醇(B相);梯度洗脱程序:03.0m i n,5 0%2 0
13、%A;3.05.0m i n,2 0%2 0%A;55.1m i n,2 0%5 0%A;5.17.1m i n,保持5 0%A。流速:0.3m L/m i n;柱温:4 0;样品室温度:1 0;进样体积:1L。1.5 质谱条件离子源:电喷雾离子(E S I)源;正离子 扫描模式,毛细管电压:3.5 0k V;检测方 式:多反应监 测(MRM);离子源温度:1 5 0;脱溶剂气温度:5 0 0;脱溶剂气流量:8 0 0L/h;碰撞气流量:0.1 2m L/m i n。埃芙莫拉的母离子为m/z3 7 4.2,子离子分别为m/z1 1 3.0与m/z3 1 5.2,m/z1 1 3.0为定量离子,
14、m/z3 1 5.2053第3期分 析 科 学 学 报第3 9卷为定性离子,锥孔电压为5 6V,子离子的碰撞能量分别为2 4、1 8e V。2 结果与讨论2.1 定容溶剂的选择比较乙腈、甲醇、甲酸甲醇(甲酸含量0.1%0.5%)、甲酸乙腈(甲酸含量0.1%0.5%)、甲醇水(甲醇含量1 0%1 0 0%)等不同定容溶剂对待测物灵敏度的影响。采用上述溶剂配制5 0.0n g/m L标准溶液,上机测定,比较待测物的峰面积大小。结果发现,甲醇作为溶剂时,待测物的响应值与灵敏度优于乙腈。甲醇中加入甲酸时,响应值增加,并随着甲酸含量的增加,峰面积逐渐增大,响应值增加,当甲酸含量为0.5%时,响应值最高。
15、按照1.3节方法处理样品时,消毒剂产品中含部分水分,故本实验考察了溶剂中的水分对响应值的影响,采用不同比例的甲醇水(甲醇含量1 0%1 0 0%,含0.5%甲酸)作为溶剂稀释标准溶液,上机测定,比较待测物的峰面积大小。发现随着溶剂中甲醇含量的增加,响应值增加,甲醇含量大于6 0%时,峰面积不再随甲醇含量增加而增加,考虑到标准与样品的溶剂一致性,确定9 5%甲醇水溶液(含0.5%甲酸)作为标准溶液的定容溶剂。2.2 质谱条件的优化埃芙莫拉相对分子量为4 1 0.1,结构式图1所示,在水溶液中易离解成离子,N带正电荷,可采用电喷雾离子源(E S I),正离子模式下进行分析2 3。配制浓度为5 0
16、0n g/m L标准溶液,采用直接进样的方式,正离子模式下进行母离子全扫描,确定待测物的分子离子峰M-C l+m/z3 7 4.2。以确定的分子离子峰作为母离子进行二级碎片子离子扫描,获得碎片离子m/z1 1 3.0与3 1 5.2,选择丰度高的m/z1 1 3.0为定量离子,m/z3 1 5.2为定性离子。使用W a t e r sT Q M S自动调谐分析,优化锥孔电压,子离子的碰撞能量等参数。2.3 色谱条件的优化考察了W a t e r sB EHC 1 8(2.1mm5 0mm,1.7m)、W a t e r sB EHT 3(2.1mm5 0mm,1.8m)和W a t e r s
17、B EHC 8(2.1mm5 0mm,1.7m)色谱柱对埃芙莫拉的色谱行为。由于埃芙莫拉含有较长的碳链,容易被C 1 8色谱柱中的填料吸附,较难洗脱1 9,埃芙莫拉在B EH C 1 8色谱柱上不出峰。采用B EHT 3色谱柱时,待测物色谱峰拖尾,无法获得满意的峰形,采用B EHC 8色谱柱时,待测物的峰形对称尖锐,响应值高。故选择B EHC 8柱为最佳的分析柱。图2 不同流动相对待测物的灵敏度与峰形的影响F i g.2 E f f e c to ft h ed i f f e r e n tm o b i l ep h a s eo nt h es e n s i t i v i t ya
18、n dc h r o m a t o g r a p h i cp e a ko f c o m p o u n d1 0.1%F o r m i ca c i dw a t e r-a c e t o n i t r i l e;2 0.1%F o r m i ca c i dw a t e r-m e t h a n o l;3 5 mm o l/L Amm o n i u m a c e t a t e-a c e t o n i t r i l e;4 5mm o l/LAmm o n i u ma c e t a t e-m e t h a n o l.比较 了0.1%甲 酸 水-乙
19、 腈、0.1%甲 酸 水-甲 醇、5mm o l/L乙酸铵-乙腈与5mm o l/L乙酸铵-甲醇流动相对待测物的灵敏度与峰形的影响。甲醇为有机相时,响应值高,灵敏度优于乙腈。在水相中加入甲酸与乙酸铵时,可改善待测物的峰形,色谱峰对称尖锐,当以5mm o l/L乙酸铵溶液为水相时,埃芙莫拉的响应值高于0.1%甲酸水,确定5mm o l/L乙酸铵溶液-甲醇为最佳的流动相。通过优化梯度洗脱程序,7.5m i n内完成埃芙莫拉的检测。4种流动相下埃芙莫拉的MRM色谱图如图2所示。2.4 提取溶液与净化剂的选择季铵盐类化合物常用的提取液有乙腈-乙酸乙酯、乙腈和甲醇,国家标准G B/T3 9 8 7 3-
20、2 0 2 1采用酸化甲醇提取消毒剂中C 1 2-B A C、C 1 4-B A C、C 1 6-B A C、D T A B、D D A C和E D D A B。本实验考察甲醇、乙腈、酸化甲醇、酸化乙腈等不同提取液的提取效果,空白消毒剂基质中添加2 5n g/m L的埃芙莫拉,比较不同提取液的峰面积大小。实验表明,甲醇为提取溶液时,埃芙莫拉的响应值优于乙腈。在甲醇中加入不同体积的甲酸(0.1%0.5%),随着甲酸含量的增加,待测物的峰面积增加,响应值增加,当甲酸含量为0.5%时,峰面积最大,响应值最大,故选择0.5%甲酸甲醇为提取液。采用酸化甲醇提取季铵盐时,一些化学物质被共提出,成为干扰待测
21、物电离的杂质,影响色谱柱的寿153第3期丁刚等:Q u E C h E R S-超高效液相色谱-串联质谱法测定消毒剂中新型季铵盐含量第3 9卷命,污染仪器。Q u E C h E R S具有快速、简单、廉价、有效、安全等优点,被广泛用于复杂样品前处理2 4,常见的净化剂为N-丙基乙二胺(P S A)、十八烷基键合硅胶(C 1 8)和石墨化炭黑(G C B)。研究报道C 1 8和G C B吸附季铵盐化合物,导致回收率降低,单独使用P S A净化时,回收率最高2 5。本实验考察了P S A的图3 P S A含量对待测物回收率的影响F i g.3 E f f e c t o fP S Ac o n
22、t e n t o nr e c o v e r yo fc o m p o u n d净化效果,并优化P S A的含量对净化效果的影响。采用空白消毒剂基质中添加浓度为2 5n g/m L的待测物,按照1.3节方法处理样品,上机测定,计算加标回收率。结果表明,未净化时,埃芙莫拉的加标回收率为1 3 5%,属于基质增强效应,P S A净化后,基质增强效应得到改善,如图3所示,当P S A含 量 为1 5 0 m g时,埃 芙 莫 拉 的 回 收 率 为1 1 6%,在6 0%1 2 0%之间,满足G B/T 2 7 4 1 7-2 0 1 7中回收率的要求。同时,考察了消毒剂样品中水分对净化效果
23、的影响,空白消毒剂基质中添加浓度为2 5n g/m L的待测物,按照1.3节方法处理样品,离心后,1m L上清液中加入2.0g无水M g S O4,再加入1 5 0m gP S A净化,上机测定,比较脱水后净化和直接净化的加标回收率大小。发现,脱水后净化的回收率为9 6%,直接净化的回收率为1 0 7%,两者没有显著差异。故取上清液直接P S A净化后上机测定。2.5 基质效应评价选择空白的消毒剂基质样品,按1.3节方法处理,获得空白基质提取液,配制基质匹配标准曲线,同时,用定容溶剂配制标准曲线。据文献2 6,2 7报道的方法,采用公式ME=基质匹配标准曲线的斜率/溶液标准曲线的斜率-11 0
24、 0%计算基质效应ME,评价基质中干扰物对待测物响应值的影响。结果表明,消毒剂基质对埃芙莫拉的ME值为-7.5 2%,为基质抑制效应,|ME|在02 0%之间,属于弱基质效应。本实验采用空白基质匹配标准曲线进行定量,检测结果更加准确。2.6 方法学验证2.6.1 线性范围、检出限和定量限 用空白基质提取液配制0.1、0.5、1.0、5.0、1 0.0、5 0.0、1 0 0n g/m L的标准溶液,优化的仪器条件下,以待测物峰面积(y)为纵坐标,质量浓度(x,n g/m L)为横坐标,外标法定量,绘制基质匹配标准曲线。埃芙莫拉在浓度为0.11 0 0n g/m L的范围内与其峰面积呈良好的线性
25、关系,线性方程为y=4 3 0 7.9x+8 1 9.9,线性相关系数(r)为0.9 9 5 7。添加低浓度的标准溶液到阴性样品中,进行测定,分别以3倍信噪比与1 0倍信噪比(S/N)对应的浓度为检出限(L O D)与定量限(L OQ),该方法的L O D为2.0g/L,L OQ为6.0g/L。图4 消毒剂样品中埃芙莫拉的色谱图F i g.4 C h r o m a t o g r a m so fE p h e m o r a i nt h ed i s i n f e c t a n ts a m p l e2.6.2 回收率与精密度 为考察方法的准确度和精密度,进行基质加标回收实验,取1
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