提高百草枯和敵草快的分離度：使用CORTECS UPLC HILIC色譜柱進(jìn)行飲用水分析

Jeremy C. Shia、Masayo Yabu、Kim Van Tran和Michael S. Young
沃特世公司(美國(guó)馬薩諸塞州米爾福德)

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

♦ 與現(xiàn)有HILIC方法相比，大大改善了百草枯和敵草快的保留性能和分離度。

♦ CORTECS™ UPLC^® HILIC色譜柱可以在百草枯和敵草快之間實(shí)現(xiàn)基線(xiàn)分離，允許MS和UV檢測(cè)使用相同的色譜參數(shù)。

沃特世解決方案
ACQUITY UPLC^® H-Class 系統(tǒng)
ACQUITY^® TQD 質(zhì)譜儀
CORTECS UPLC HILIC 色譜柱
Oasis^® WCX 小柱

關(guān)鍵詞
敵草快，百草枯，UPLC/MS/MS，UPLC/UV，SPE，飲用水，HILIC，CORTECS

簡(jiǎn)介
敵草快和百草枯是帶雙電荷的季胺鹽類(lèi)除草劑(圖1)。它們?cè)谑澜绶秶鷥?nèi)被廣泛用于控制農(nóng)作物和水生雜草。美國(guó)環(huán)保署(EPA)規(guī)定的飲用水中最高污染物水平(MCL)為20 µg/L (20 ppb)。百草枯被EPA列為限用農(nóng)藥。為了保證飲用水質(zhì)量，歐盟(EU)委員會(huì)規(guī)定單一除草劑的下限為0.1 µg/L (100 ppt)¹。2007年繼瑞典當(dāng)局裁定一項(xiàng)法案之后，歐盟也禁止再繼續(xù)使用百草枯。敵草快和百草枯的極性都很強(qiáng)，難以在C₁₈色譜柱上使用反相液相色譜法保留。大多數(shù)已發(fā)表的方法，包括美國(guó)EPA方法549.2，都需要往流動(dòng)相中添加己烷磺酸鈉鹽等離子對(duì)試劑，才能在這兩種季銨鹽分析物中實(shí)現(xiàn)所需的保留時(shí)間和分離度。為了滿(mǎn)足歐盟等國(guó)家和機(jī)構(gòu)規(guī)定的極低的定量要求，質(zhì)譜(MS)成為了必要的檢測(cè)手段，然而離子對(duì)試劑的使用會(huì)對(duì)MS檢測(cè)產(chǎn)生顯著的離子抑制作用。作為一種替代技術(shù)，親水性相互作用色譜(HILIC)與離子對(duì)色譜相比具有一定優(yōu)勢(shì)。由于無(wú)需添加離子對(duì)試劑，MS離子化效率得到提高。其次，提取液中有機(jī)溶劑含量通常很高，可以不經(jīng)含有離子對(duì)試劑的水相流動(dòng)相稀釋直接進(jìn)入色譜柱中。本應(yīng)用紀(jì)要中演示了使用CORTECS UPLC HILIC色譜柱進(jìn)行UPLC分離能夠顯著改善兩種分析物的保留時(shí)間和分離度，使得僅用UV一種檢測(cè)方法就能實(shí)現(xiàn)最低500ppt的檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)

樣品描述
首先，將自來(lái)水用硫代硫酸鈉進(jìn)行脫氯處理。加入磷酸銨，將所有樣品的pH值調(diào)整至7左右。然后，將樣品加載到Oasis WCX小柱上。通過(guò)蒸發(fā)和濃縮減小SPE洗脫液的體積，實(shí)現(xiàn)樣品富集。詳細(xì)的SPE步驟如圖2所示。

UPLC條件
系統(tǒng)： 配有光電二極管陣列(PDA)檢 測(cè)器的ACQUITY UPLC H-Class系統(tǒng)
色譜柱： CORTECS UPLC HILIC 1.6 µm， 2.1 x 100 mm(部件號(hào)186007106)
流動(dòng)相(等度)： 50:50 A/B
流動(dòng)相A： 200 mM甲酸銨緩沖液，pH 3.7
流動(dòng)相B： 乙腈
進(jìn)樣體積： 20 µL
柱溫： 30 ℃
Wash溶劑：乙腈/水(50:50)
Purge溶劑：乙腈/水(50:50)
流速： 0.5 mL/min
PDA 檢測(cè)條件： 敵草快為UV 308 nm，百草枯為UV 257 nm        
樣品瓶： 聚丙烯自動(dòng)進(jìn)樣器樣品瓶 (部件號(hào)186002642)
表1總結(jié)了本次研究中使用的MRM通道和LC/MS參數(shù)。

試劑
1. pH調(diào)節(jié)濃緩沖液(400mM磷酸鹽緩沖液，pH 7)準(zhǔn)確稱(chēng)量23 g磷酸二氫銨，加入500 mL容量瓶中。加入水  (Milli-Q或同等試劑)使之完全溶解，然后稀釋至約400 mL。加入氫氧化銨溶液調(diào)節(jié)pH值至7.2。用水稀釋至標(biāo)線(xiàn)。
2. SPE活化和清洗溶液(10 mM pH 7磷酸鹽緩沖液)取10 mL上述400 mM pH 7濃縮緩沖液，用水稀釋至400mL。
3. SPE 洗脫液(10:90甲酸/乙腈)將50 mL甲酸加入450 mL乙腈中并充分混合。

MS條件
質(zhì)譜儀： ACQUITY TQD
電離模式： 電噴霧正離子
源溫度： 150 °C
脫溶劑氣溫度： 350 °C
脫溶劑氣流速： 800 L/h
錐孔氣體流速：30 L/h
碰撞氣體流速：0.20 mL/min
數(shù)據(jù)管理： MassLynx^®軟件

樣品制備
注：樣品收集和所有樣品制備步驟均應(yīng)使用聚丙烯容器。建議使用聚丙烯自動(dòng)進(jìn)樣器樣品瓶(部件號(hào)186002642)進(jìn)行UPLC分析。
1. 樣品預(yù)處理
2. SPE富集和凈化

將10 mL樣品移至適當(dāng)?shù)木郾�烯容器�?本實(shí)驗(yàn)中使用的是15 mL離心管)。如果樣品已經(jīng)氯化，加入20 mg/mL硫代硫酸鈉50 µL并充分混合。向所有樣品加入400 mM pH 7磷酸鹽緩沖液25 µL以調(diào)整pH值。用Oasis WCX小柱進(jìn)行SPE富集和凈化(有關(guān)SPE詳情，請(qǐng)參見(jiàn)圖2)。在每個(gè)小柱上連接一個(gè)30 cc聚丙烯儲(chǔ)液瓶(部件號(hào)WAT011390)用來(lái)加載10 mL樣品。

結(jié)果與討論
在此前的一篇出版物中²，使用ACQUITY UPLC BEH HILIC色譜柱對(duì)飲用水中的敵草快和百草枯進(jìn)行了分析。該方法使用MS檢測(cè)，靈敏度很高，LOQ值為40 ng/L。然而使用UV做檢測(cè)器時(shí)敵草快和百草枯無(wú)法達(dá)到基線(xiàn)分離(圖3A)。當(dāng)CORTECS UPLC HILIC色譜柱使用相同的儀器參數(shù)時(shí)，兩種化合物的保留性能和分離度均有提高(圖3B)。因此，使用CORTECS UPLC HILIC色譜柱不僅可以使用MS檢測(cè)，也可以使用UV檢測(cè)。為了優(yōu)化峰形和分析時(shí)間，將流動(dòng)相A中甲酸銨緩沖液的最終濃度從150 mM提高至200 mM，并將流動(dòng)相組成由40:60 A/B調(diào)整為50:50 A/B。

圖4所示為自來(lái)水樣品加標(biāo)500 ng/L敵草快和百草枯的典型UPLC/UV色譜圖。UPLC結(jié)合串聯(lián)MS技術(shù)的靈敏度遠(yuǎn)高于UV檢測(cè)，因此可以檢測(cè)的濃度達(dá)到50 ng/L。圖5顯示了自來(lái)水樣品加標(biāo)50 ng/L敵草快和百草枯的典型UPLC/MS/MS色譜圖。表2和3分別顯示了加標(biāo)500 ng/L和50 ng/L的水樣重復(fù)分析的回收率數(shù)據(jù)。MS檢測(cè)和UV檢測(cè)的典型基質(zhì)匹配校準(zhǔn)曲線(xiàn)均為線(xiàn)性。MS檢測(cè)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)為25到2000 ng/L，UV檢測(cè)則為100到5000 ng/L。校準(zhǔn)曲線(xiàn)如圖6(UV)和圖7(MS/MS)所示。

UV檢測(cè)方法的性能
按照US EPA 方法549.2中定義的方法檢測(cè)限(MDL)，利用以下公式評(píng)估方法性能：MDL = S t_{(n-1, 1-alpha = 0.99)}

其中：t_{(n-1, 1-alpha = 0.99)}= 置信度為99%且自由度為n-1時(shí)的t檢驗(yàn)值
n =重復(fù)次數(shù)(7)
S =重復(fù)分析的標(biāo)準(zhǔn)偏差

表4匯總了自來(lái)水樣品加標(biāo)500 ng/L的UV分析回收率數(shù)據(jù)計(jì)算得到的MDL結(jié)果。該方法性能等于或優(yōu)于EPA方法549.2。

結(jié)論
借助CORTECS UPLC HILIC色譜柱優(yōu)異的保留性能和分離能力，敵草快和百草枯的色譜峰實(shí)現(xiàn)了基線(xiàn)分離。這使得串聯(lián)MS或UV可以使用相同的色譜參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)UPLC與串聯(lián)MS的結(jié)合，使方法的靈敏度足以滿(mǎn)足當(dāng)兩種化合物濃度僅為0.1 µg/L時(shí)的嚴(yán)格靈敏度需求。僅使用UV檢測(cè)器的方法所表現(xiàn)出的性能優(yōu)于EPA方法549.2。

參考文獻(xiàn)
1. Official Journal of the European Communities: Council Directive 98/83/EC on the quality of water intended for human consumption (November 1998).
2. Van Tran K, Shia JC, Young MS. Fast and Sensitive UPLC/MS(MS) Determination  of Diquat and Paraquat in Drinking Water. Waters Application Note  720004220en. 2012 January.

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