不同方法测定水中丁基黄原酸的差异性分析

（上海市环境监测中心，上海 200030）

0 引言

丁基黄原酸盐结构式为C4H9OCSSK，是黄原酸盐的一种。黄原酸盐俗称黄药,是有色金属选矿工艺中应用最广的高效廉价捕集剂,广泛应用于各种有色金属硫化矿的混合浮选[1-3]，类别主要有乙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基的黄原酸盐，其中国内最常见的为丁基黄原酸[4]。丁基黄原酸盐性质极不稳定，碱性条件下相对稳定，酸性条件下极易分解。丁基黄原酸具有中等毒性，会伤及人的神经系统和肝脏器官。水溶性强，易对水环境产生污染，不合格的处理废水排放会污染水体质量，严重破坏水域生态平衡，危害人体健康。其对饮用水源存在潜在安全风险，被列为水环境质量的主要监控对象之一[5]。

丁基黄原酸在GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》、GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》和DB 31/199—2018《上海市污水综合排放标准》中均有相当严格的标准限值要求，分别为0.005，0.001 和0.005 mg/L（一级）。因此，为配套现行环境质量标准和污水排放标准，采用高灵敏度、高准确性的检测方法势在必行。实际水样中，尤其废水样品基质复杂，丁基黄原酸的检测一直是个技术难点，不同实验室之间的数据很难一致。目前水质中丁基黄原酸的分析方法主要有铜试剂亚铜分光光度法[6]、紫外分光光度法[7-8]、吹扫捕集气相色谱质谱法[9]和超高效液相色谱串联质谱法[10-12]等。铜试剂亚铜分光光度法方法繁琐冗长，且毒性较强，抗干扰性差，不具普适性，故不在本文讨论范围内。本文主要针对紫外分光光度法、吹扫捕集/气相色谱-质谱（P&T-GC/MS）法和液相色谱-三重四极杆串联质谱（VPLC-MS/MS）法3种方法，分别从样品的采集和保存、方法原理、方法性能、干扰和影响等多方面因素，结合实际分析的比对结果，对容易出现的测定结果不理想以及定性定量等问题进行深入研究。通过对检测方法的差异性分析，选择最优的方法，满足各种水质分析要求，以期为丁基黄原酸的准确测定提供技术参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

主要仪器：岛津UV-2600 紫外可见分光光度计（日本）；Agilent 7890A-5977 气相色谱-质谱联用仪（美国）；OI 4660 吹扫捕集仪（美国）；气相色谱柱DB 624（60 m × 0.20 mm × 1.12 μm）；Waters ACQUITY UPLC H-Class XEVO TQD 超高效液相色谱质谱联用仪（美国），带ESI 源；液相色谱柱Waters ACQUITY UPLC BEH C18（2.1 mm×50 mm，1.7 μm）（美国）。

主要试剂：丁基黄原酸钾（100 μg/mL），氟苯（内标，100 μg/mL），2,4-二氯苯氧乙酸-13C6（内标，100 μg/mL）均产自o2si 公司；氨水（Sigma-Aldrich，HPLC级），甲醇HPLC 级（德国Merck 公司）；浓磷酸（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）；硫代硫酸钠（分析纯）；水相滤膜（孔径为0.22 μm）。

1.2 P&T-GC/MS 仪器使用条件

吹扫捕集条件：取样体积为5 mL；吹扫温度为40 ℃；吹扫流速为40 mL/min；吹扫时间为11 min；脱附温度为180 ℃；脱附时间为1 min；烘烤温度为190 ℃；烘烤时间为10 min。

气相色谱分析条件：程序升温40 ℃保持1.0 min，以5 ℃/min 升至120 ℃，保持1.0 min，再以20℃/min 升至250 ℃，保持2.0 min；进样口温度为230℃；载气流量为1.0 mL/min；分流进样（分流比5∶1）。

质谱分析条件：电子轰击源为EI 源；离子化能量为70 eV；离子源温度为230 ℃；传输线温度为280 ℃；全扫描，扫描范围在30～260 amu；四极杆温度为150 ℃；溶剂延迟时间为6 min；定量离子为二硫化碳m/z:76，氟苯m/z:96。

1.3 UPLC-MS/MS 仪器方法

流动相A 为氨水溶液（pH 值为9.5），B 为甲醇，流速为0.2 mL/min，梯度洗脱程序：0～1.5 min，体积分数为80%A；1.5～2.5 min，体积分数为80%～10%A；2.5～3.5 min，体积分数为10%A；3.5～4.0 min，体积分数为10%～80%A。柱温为40 ℃，进样体积为10 μL。

采用电喷雾离子源（ESI），负离子扫描，多反应监测（MRM）模式。离子源温度为150 ℃，离子化电压为3 kV，具体质谱参数见表1。

表1 目标化合物的质谱参数

2 结果与讨论

2.1 样品的采集和保存

丁基黄原酸极不稳定，故其水样的采集和保存是监测的重要环节之一。HJ 896—2017 气相色谱-质谱法和HJ 1002—2018 液相色谱-三重四极杆串联质谱法均要求水样保存在弱碱性条件下。采用HJ 756—2015 采用紫外分光光度法的水样在中性条件下可保存3 d。经验证：丁基黄原酸在中性条件下降解极快，而在pH 值为10 的条件下避光4 ℃保存，48 h 内降解速率较慢，降解率＜30%。其次，加入Na2S2O3有助于样品保存，但会对UPLC-MS/MS 法产生干扰而不适用。建议为准确定量丁基黄原酸，应在弱碱性条件下保存且尽快分析。采样要求的差异性比较见表2。

表2 采样要求的差异性比较

2.2 方法原理

黄原酸类化合物在波长301 nm 处有最强吸收峰，遇酸发生分解，吸收峰消失。紫外分光光度法通过加酸分解前后的吸光度差值可间接测定黄原酸的总量浓度。

P&T-GC/MS 法利用了黄原酸类化合物遇酸分解产生二硫化碳（CS2），通过测定加酸前后CS2的浓度间接测定水中黄原酸类的总量浓度。CS2经高纯N2吹扫后吸附于捕集管中，采用迅速加热捕集管并以高纯N2反吹进行热脱附，再经气相色谱分离后通过质谱检测器检测。

在同一生境中，植物必然会竞争空间、养分等，甚至会产生一些次生物质，对其他植物产生不利的影响，即化感作用[20-22]。紫茎泽兰具有较强的化感作用，其提取物能抑制多种植物的种子萌发和幼苗生长[23]。而地桃花是在紫茎泽兰下可正常生长并表现出一定竞争优势的一种植物。通过试验发现，地桃花提取物在浓度为10 mg/mL时对刺苋和稗的抑制效果分别达75.70%、62.01%，但其效果比已成功研发的植物源除草剂癸酸低15%左右。可以通过活性成分分离、鉴定来提高产品效果[24]，具体原因还需要进一步深入研究。

UPLC-MS/MS 法为水样经孔径为0.22 μm 水相滤膜直接进样，液相色谱分离后，串联质谱仪在多反应监测模式下测定，是唯一可对丁基黄原酸的具体组分准确定性定量的分析方法。由于不涉及任何前处理，对基质复杂的污水样品直接进样时，会大幅增加仪器的维护成本和损耗风险。3 种方法原理差异性比较见表3。

表3 3 种方法原理差异性比较

2.3 方法性能

3 种方法均适用地表水、地下水、生活污水和工业废水的检测。丁基黄原酸被列为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》集中式生活饮用水地表水源地水质特定监测项目，质量浓度限值为5 μg/L。其中紫外分光光度法的检出限（4 μg/L）虽满足了限值要求，但其测定下限高于限值要求，应用存在一定的局限性。其它2 种方法均可满足现有的任一标准限值要求。3 种方法性能的差异性比较见表4。

表4 3 种方法性能的差异性比较

2.4 干扰和影响

紫外分光光度法为非专用检测器，任何在301 nm 波长处有吸收的物质，如悬浮物、有色物质、硝酸盐等其它共存物均会产生假阳性的分析结果。此外研究表明[13]亚硫酸盐、连二硫酸盐、偏亚硫酸氢盐等通过谱图扫描在301 nm 处没有吸收峰，但是在加酸酸化后生成的SO2在301 nm 处有吸收峰，给测定带来负干扰。故此方法存在一定的使用局限性。

P&T-GC/MS 法定性定量基本准确。但因其主要是通过测定加酸前后CS2的浓度来间接测定黄原酸盐的总量，故任何影响CS2转换效率或吹扫捕集效率的因素，如电导率、高氯含量或氧化性物质的共存干扰等均会大大降低丁基黄原酸的定量准确性。此外，代森锌类农药或化学试剂DDTC 有与黄原酸相似的结构特点，也会遇酸生成CS2，会对测定结果产生假阳性。

以上2 种间接测定法在选择性方面均难以满足丁基黄原酸准确测定的要求，考虑到丁基黄原酸普遍只在选矿废水中存在，建议若水样中检出丁基黄原酸，必要时还需采用其他方法进一步确认。

UPLC-MS/MS 法定性定量最为准确，抗干扰能力最强。但由于丁基黄原酸在液质上不同pH 值时电离程度差别很大，故必须严格把控实验环节中流动相体系、校准曲线和实际水样的pH 值一致，否则会产生分析偏差。3 种方法抗干扰能力的差异性比较见表5。

表5 3 种方法抗干扰能力的差异性比较

2.5 实际样品测定结果

分别使用3 种检测方法，对本市某污水厂Z 总排口废水样品（采样时加氨水，碱性条件下保存）进行实际样品和样品加标分析，分析结果见表6。由表6可以看出，使用P&T-GC/MS 法和UPLC-MS/MS法均未检出丁基黄原酸，而紫外分光光度法却检出丁基黄原酸质量浓度为35.6 μg/L，即高出前2 种方法2～3 个数量级，方法间数值偏差较大。

表6 实样测定结果的差异性比较

表7 基质测定结果的差异性比较

从加标回收数据判断，P&T-GC/MS 法虽然方法精密度良好，6 次基质加标平行测定的相对偏差为8.7%，但其加标回收率最差，仅22.4%，存在严重的负干扰。类似的干扰问题也同样存在于本市污水厂S 和污水厂W 的出口废水样品中。具体见表8。P&T-GC/MS 法在测定水样中的丁基黄原酸时，虽灵敏度高，对干净基质样品（如地表水样品，6 次平均加标回收率为86.0%）可准确定性定量，但对经污水处理工艺排放的废水样品，仅可准确定性，不能准确定量。其在废水等复杂基质的分析应用上存在一定的局限性。

表8 不同点位污水厂样品测定结果（P&T-GC/MS 法）

UPLC-MS/MS 法测定实际样品加标的回收率最为理想，分别在96.0%～112%范围内。该方法可同时对水环境基质和废水基质中的丁基黄原酸准确定性定量，且抗干扰强，灵敏度高。当使用其它方法在水样中检出丁基黄原酸时，亦可使用本方法进行定性验证。具体见表9。

表9 不同实样测定结果（UPLC-MS/MS 法）

2.6 3 种方法适用性的探讨

紫外分光光度法操作最简便，检出限质量浓度为4 μg/L，虽满足地表水环境质量标准对丁基黄原酸的限值要求，但其测定下限质量浓度为16 μg/L仍高于限值要求。悬浮物、有色物质、硝酸盐等其它共存物会产生假阳性的分析结果。使用该方法在水样中检出丁基黄原酸，有必要选用其他分析方法进一步确认。此外，其样品的采集和保存方法建议与其它方法一致，在弱碱性条件下避光保存且尽快分析。

P&T-GC/MS 法通过测定加酸前后水样中CS2的浓度来间接测定黄原酸的总量浓度。该方法灵敏度高，检出限质量浓度为0.04 μg/L。对干净基质样品（如洁净地表水）可准确定性定量。但对高电导率样品或氧化性物质共存的水样，如经污水处理工艺排放的废水样品，容易产生负干扰，不能准确定量。建议使用气/质方法测定丁基黄原酸时，如遇样品有检出或怀疑假阳性干扰，需做进一步验证。

UPLC-MS/MS 法水样经0.22 μm 滤膜过滤后直接进样，经液相色谱分离，通过多反应监测（MRM）模式检测。检出限质量浓度为0.2 μg/L，水样加标回收率在96.0%～112%。该方法操作简单、快速，灵敏度高，抗干扰能力强，可对水样中的丁基黄原酸准确定性定量。但基质复杂的污水样品直接进样，会增加液质仪器质谱部分的损耗风险。考虑到丁基黄原酸一般仅存在于选矿废水中，故建议在实验室的常规分析中，可使用其他简便方法进行丁基黄原酸的测定，而对有检出样品再以液质联用方法作为定性验证补充。

3 结论

针对水质中丁基黄原酸的3 种检测方法（紫外分光光度法、P&T-GC/MS 法、UPLC-MS/MS 法），从样品采集、方法原理、方法性能、干扰和影响、实样检测等多方面进行横向比较和讨论，选择最优的方法对废水中丁基黄原酸进行检测，保证检测结果准确。分析了水质检测应用的差异性，详细说明了各自的优缺点和适用性，并对实测数据之间的矛盾进行了解释，解决了原紫外分光光度法假阳性干扰的难题。