光气又称为碳酰氯(COCl₂), 无色或浅黄色、具有发霉柴草气味, 很少溶于水, 水解后形成盐酸。它是染料、医药和农药等工业有机合成的重要原料, 主要工业用途是生产苯胺染料。光气为剧烈窒息性毒气, 毒性比氯气约大10倍, 高浓度吸入可致肺水肿。我国车间空气标准中的最高容许浓度为0.5 mg/m³。目前分析方法主要有气相色谱法^[1]、紫外分光光度法^[2-3]、极谱法^[4]、电极法^[5]、碘容量法^[6]和液相色谱法^[7-8]等, 液相色谱质谱联用法尚未看到报道。本文采用超高效液相色谱电喷雾串联三重四极杆质谱对工作场所中光气进行测定, 场所中光气经装有苯胺吸收液的多孔玻板吸收生成1, 3-二苯基脲化合物, 无需用有机溶剂对样品进行萃取, 高速离心后直接进样即可测定, 简化了检测步骤, 缩短了检测时间, 回收率、精密度、检出限均得到较满意的结果。对光气合成或环境保护监测具有一定的实用和参考价值。

1 实验部分 1.1 仪器与试剂

Waters ACQUITY超高效液相色谱; AB SCIEX API4000⁺质谱仪; 中佳HC-3018R高速冷冻离心机; XQC-15C型电子时控大气采样器; 多孔玻板吸收管(无色, 25 mL)。甲醇(色谱纯, 德国Merck公司)、实验用水:屈臣氏瓶装蒸馏水、乙酸铵(色谱纯, 美国Tedia公司); 吸收液:称取0.25 g新蒸馏的苯胺, 溶于水中, 并稀释至1 000 mL, 至冰箱内冷藏; 光气标准储备液(200 μg/mL):准确称取1, 3-二苯基脲(含量大于99.9%)0.0215 g, 溶于甲醇, 全部转移至50 mL容量瓶中, 用甲醇定容, 至冰箱内冷藏; 光气标准使用液(1.0 μg/mL):临用前将光气储备液用吸收液稀释后使用。

1.2 样品采集和测定

1.2.1 样品的采集

严格按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159–2004)^[9]执行, 在采样点, 串联2只各装有10.0 mL吸收液的无色多孔玻板吸收管, 以500 mL/min流量采集15 min空气样品; 采样后, 立即封闭吸收管的进出气口, 直立置于清洁容器内运输和保存, 当天测定完毕。将装有10 mL吸收液的无色多孔玻板吸收管带至采样点, 除不连接空气采样器采集空气样品外, 其余操作同样品。作为样品的空白对照。

1.2.2 样品测定

用采过样的吸收液洗涤吸收管的进气管内壁3次, 将2只吸收管中的吸收液吹入25 mL具塞比色管中, 用吸收液洗涤2只吸收管, 合并洗涤液吹入比色管中, 最后用吸收液定容, 混匀后高速离心(10 000转/min), 取上清液测定。同时用吸收液稀释标准储备液成标准系列(0.5~150 μg /L)测定, 以保留时间定性, 峰面积外标法定量。

1.3 色谱质谱条件

Waters ACQUITY UPLC TM BEH C₁₈色谱柱(50 mm×2.1 mm, 1.7 μm); 流动相A为0.002 mol/L乙酸铵水溶液, 流动相B为甲醇; 梯度洗脱程序:0~4 min, 流动相B10%~90%;4~5 min, 流动相B90%;5~5.1 min, 流动相B90%~10%;5.1~7.0 min, 流动相B10%。流速:0.4 mL /min; 柱温:30℃; 样品室温度:30℃; 进样体积:5.0 μL。电离方式:电喷雾电离源(ESI+); 采集模式:多反应监测(MRM)模式; 质谱参数:碰撞气压力(CAD):6 psi, 气帘气压力(CUR):15 psi, 雾化气压力(GS1):50 psi, 辅助气压力(GS2):50 psi; 入口电压(EP):10 eV; 碰撞室出口电压(CXP):12 eV; 喷雾电压:5 500 eV; 气化温度:500℃。

1.4 计算

按下式将采样体积换算成标准采样体积:

式中:V₀—换算成标准状况下的采样体积, L;

   V —采样体积, L;

   t —采样点的温度, ℃;

   P —采样点的大气压, kPa。

按下式计算空气中光气的浓度:

式中:C —空气中光气质量浓度, mg/m³;

   m —测得样品中光气的质量浓度, μg/mL;

   V₀ —换算成标准状况下的采样体积, L;

   25—样品体积, mL。

2 结果与讨论 2.1 色谱与质谱条件的选择

选用通用性强的BEH C₁₈色谱柱, 以甲醇和水为流动相, 在流动相中加入0.002 mol/L乙酸铵有助于1, 3-二苯基脲的[M+H]⁺母离子的形成, 并能增强检测的灵敏度。对1, 3-二苯基脲标准溶液进行分析, 甲醇相起始比例为10%, 最终比例为90%, 运行7 min, 梯度洗脱, 目标化合物分离良好。1, 3-二苯基脲标准溶液(10 μg/L)的总离子流图如图 1所示。根据1, 3-二苯基脲的结构特征, 选择正离子模式电离, 采用流动注射泵进样, 对质量浓度为1.0 μg /mL的1, 3-二苯基脲标准溶液进行一级质谱扫描, 确定其准分子离子峰, 并分别优化去簇电压。分别以准分子离子为母离子, 通过碰撞气碰撞产生碎片离子进行二级质谱扫描, 同时优化碰撞电压, 选择丰度较高的2种碎片离子作为定性与定量特征离子。通过试验优化, 1, 3-二苯基脲的定性与定量特征离子及优化的质谱参数见表 1。

2.2 分析物的子离子产生途径

图 2的碎裂途径表明, 母离子m/z 213.2为1, 3-二苯基脲的[M+H]⁺峰, 他在CH₃COO-NH₄⁺作用下碎裂产生离子[C₆H₅-N=C=O]H⁺ (m/z 120.0) 和离子[C₆H₅-NH₂]H⁺(m/z 94.3)

2.3 样品前处理条件选择

样品采集后将串联的两个吸收管中样液合并定容, 混匀后试验了两种处理方法, 一是将样品至于高速离心机上10 000转/min离心10 min后取上清液进样, 谱图见图 3, 回收效果较好; 二是将样品直接过0.2 μm的水相滤头, 结果发现过滤膜后回收率约60%左右, 明显低于离心处理后的回收率。因此, 实验中采用高速离心的处理方法。

2.4 方法的线性范围和检出限

配制1, 3-二苯基脲质量浓度为0.5、1.0、2.0、5. 0、10、20、50和150 μg /L的标准溶液, 以目标组分定量离子的响应值y对相应的质量浓度x(μg/L)绘制标准曲线, 1, 3-二苯基脲的质量浓度在0.5~150 μg/L范围内线性关系良好, 相关系r为0.9998。按3倍基线噪声计算仪器检出限为0.1 μg/L(S/N=3), 若采集7.5 L空气样品, 则光气的最低检出浓度为3.3×10^-4mg/m³。结果表明, 该方法的检出限低于我国车间空气标准中的最高容许浓度0.5 mg/ m³, 能够满足监测需求。

2.5 方法的回收率和精密度

取20 mL吸收液于25 mL比色管中, 分别加质量浓度为1 μg/mL标准溶液50、125和500 μL, 添加吸收液定容至25 mL, 混匀后高速离心, 每个质量浓度平行测定6次, 计算回收率和精密度(表 3)。高、中、低3个添加水平的回收率为88%~97.5%, 相对标准偏差(RSD)为1.30%~3.18%, 说明该方法有较好的回收率且具有较高的精密度, 适合实际样品的分析。

3 结语

本文建立的超高效液相色谱串联质谱检测工作场所空气中光气的方法灵敏度高、选择性好、前处理方法简单, 线性关系、回收率和重现性等方法学指标较好, 检出限能满足我国车间空气控制标准, 特别是分析时间短, 仅用时7 min即完成, 为光气中毒事件快速检测提供了一个可靠的方法。