使用 GC-ICP-MS 研究废水萃取物中挥发性卤代有机物的存在、形态及转化

摘要

将Agilent 7890A GC 与Agilent 7700x ICP-MS 联用，研究一氯胺处理后的废水中挥发性卤代有机物的存在及转化。采用化合物无关校准曲线法(CIC)，通过市售的二卤代芳族化合物1-溴-4-碘苯得到校准曲线，基于校准曲线得到的元素响应测定多样化的有机物中特定元素溴和碘的含量。

前言

天然水中含有不同浓度的氯、溴和碘离子，这些离子在一定浓度范围内对人体健康无害。然而，使用氧化法（如氯化消毒、臭氧消毒、氯胺消毒）处理含有这些离子的水时，这些卤化物可能结合到有机分子中。处理过程中的氧化条件会将这些卤化物转化为活性形式，随后与废水中存在的有机分子反应形成卤代消毒副产物(DBP) ，这些副产物中的许多物质尚不明确。由于淡水资源越来越紧缺，许多市政当局正在考虑采用替代的饮用水源，包括废水净化和海水淡化。与大多数天然淡水源相比，废水和海水中的碘化物和溴化物浓度明显更高。虽然饮用水中的某些DBP 受到美国国家环境保护局(EPA) 监管，但是受监管的DBP 只是一小部分已确认的化合物。

由于碘代DBP 和溴代DBP 的毒性高于其氯代物，因此可取的办法是快速采集DBP 数据，更好地了解这些新兴DBP 的浓度和分布情况。大部分分析方法（如EPA 方法551.1）采用气相色谱联用电子捕获型检测器(GC-ECD)测定从水体中制得的萃取物中挥发性卤代DBP 的浓度。

但这些方法无法将卤代物彼此区分开，也无法将目标物与其他干扰的非卤代物区分开。虽然可以采用GC/MS 或 GC/MS/MS 法测定卤代DBP，但由于电离本身存在的缺陷，这些分子质谱法不能通过一次分析筛查各种未鉴定分子中的卤素含量。化学电离(CI) 无法电离所有类型的有机分子，而电子轰击(EI) 可能导致过量且不需要的源内裂解。此外，GC/MS/MS 分析会受到卤代母离子没有完全碎裂为单原子卤素子离子（即Br+ 和Br-）的不利影响。

本应用简报介绍了一种新方法，使用Agilent 7890A GC 与Agilent 7700x ICP-MS 联用来检测和定量分析卤代有机化合物。本研究使用市售的1-溴-4-碘苯绘制碘和溴的校准曲线。利用化合物无关校准曲线法(CIC) 对萃取物中各种卤代有机物的卤素含量进行定量分析。随着化合物从气相色谱柱上洗脱，ICP-MS 离子源的高温将卤代有机物定量转化为有机碎片和卤素离子。本方法使用的干法等离子体条件最大程度减少了氧化物类干扰物的形成，并且无需碰撞池即可完成运行。

结论

使用Agilent 7890A GC 与Agilent 7700x ICP-MS 联用进行 GC-ICP-MS 分析能够有效测定氯胺消毒后废水中卤代 DBP 的存在、形态及转化。这一仪器配置调谐方便，可实现各种化合物的色谱分离，基本上能够免除干扰，能够对共价结合到有机分子上的卤素进行高灵敏度分析。采用CIC 法可根据由市售二卤代芳族化合物获得的响应对这些化合物中的卤素含量进行近似定量分析。该技术还能够测定样品中挥发性溴代和碘代有机物的总浓度。使用GC-ICP-MS 分析这些复杂的卤代有机物混合物的另一项优势在于，该ICP-MS 平台的元素特异性优于GC-ECD 等其他卤素检测方法。我们计划在将来采用GC-Q-TOF 对这些DBP 进行鉴定，进一步研究能够最大程度降低碘代和溴代DBP 形成的废水处理技术。