液质联用法分析氯消毒饮用水中的游离氰化物包括氯化氰的灵敏度分析

1、 液质联用法分析氯消毒饮用水中的游离氰化物包括氯化氰的灵敏度分析 Hye-In Kang 和Ho-Sang Shin 周小凡 51140606164摘要 这是一篇关于游离氰化物（HCN+CN-）的衍生化法，包括氯处理过的饮用水中的氯化氰，由半胱氨酸盐酸盐和次氯酸盐发展而来的。这个反应通过参数变换法确立的的最佳条件（0.5mmol/L-半胱氨酸，0.5mmol/L次氯酸盐，pH值为4.5，在室温下反应10min）。氰化物（C13N15）被选择为内部标准，这个液质联用法是-硫氰酸根丙氨酸直接注入液体没有额外的提取和纯化过程，根据规定的条件，检测限和极限量化为0.07和0.2ug/L，分别与日间相对

2、准偏差小雨4%，浓度为4.0,20.0和100.0ug/L。该方法是成功的用于确定氯处理过的的水样中CN-。 CN-所检测的浓度范围和检测频率分别0.20-8.42ug/L（14/24）源饮用水和0.21-1.03ug/L（18/24）的氯化饮用水。一 背景游离氰化物通常指的是HCN或CN-的总和，是剧毒物。许多行业能够释放它，包括电镀环境，电子制造业，矿冶炼业，以及炼油业.人类也可接触到氰化物，从饮食来源有杏仁或木薯根，烟草烟雾或火焰烟雾。急性氰化物中毒引起的丧失运输氧的能力，电子传递的中断，以及组织缺氧并且可导致死亡。人的致命剂量用可以低至人体重的1.5毫克/千克.慢性氰化物中毒可增加甲状

3、腺导致甲状腺的大小异变，退化脑白质，和显著增加的其他神经元混乱。在韩国，世界卫生组织（WHO），欧萌83和98和 EC饮用水指令，美国环境保护署（EPA）所设定的饮用水中氰化物的最高浓度分别为0.01，0.07，0.05和0.2mg/l。安全氰化物相关饮用水水质标准，通过建立监测和需要灵敏的选择性的分析方法。色谱法是一个敏感和选择性分析方法当联合采用预处理技术，衍生化技术，萃取技术检测水中痕量氰化物的浓度。许多色谱方法已被提出的测定氰化物的浓度。离子色谱法（IC）被用来测定氰化物的标准方法，但其测定标准方法灵敏度不足以检测饮用水中痕量的氰化物。气相色谱法（GC）和高性能液相色谱（HPLC）的是

4、非常方便的分析方法结合使用的分析技术可以检测水中痕量氰化物。气相色谱法GC方法也有报道为氰化物测定。氰化物已被衍生为氯化氰，氰化氢，和五氟苄基氰化物在生物样品或水相中。气相色谱法加上质谱法（MS）已用于选择性和敏感性的生物样品中氟化物的确定，但是这些方法都有缺点，包括使用复杂的衍生方法和较高的检测限.此外，大多数的氰测定生物样品的方法以及被报道出来，但是相对来说环境中的水样较少。HPLC法,和LC串联质谱（MS /MS），和直喷MS/ MS法,是以前报道的氰化物的检测方法。在这些方法中，氰化物物衍生的2,3-萘基二缩醛试剂，邻苯二甲醛，喹啉和苯甲酰氯化物等配体金属试剂，许多LC-MS /MS法

5、测定生物样品中的氰化物，但是不采用衍生化法。但是，这些方法灵敏度较低，并且需要额外的清除步骤。虽然有几种方法已经被发展为自然水和废水中氰化物测定，但是没有一种方法已被报道用于现有的氯化饮用水氰化物浓度得测定。因为总所周知的是从不含氯的自由氰化物形成氯化氰，是氰化物的测定，氯化饮用水必须考虑氰化物化学物质，其中存在于氯化饮用水。这项研究的目的是开发一种新的，简单，敏感性强的游离氰（包括氯化氰）测定方法，用LC-MS / MS的衍生化Dcysteine后/次氯酸盐。几种衍生参数为为了选择具有高灵敏度的参数进行并在该衍生物的低干扰LC-MS/ MS分析饮用水中的CN-参数。新方法应用于自来水和氯化标

6、签水。二 实验部分试剂：所有使用的有机溶剂均为HPLC级。氰化钾（97），单氟代缬草酸（97），乙酸钠（99）购自Sigma-Aldrich公司（圣得路易，MO，美国）。氰化钾-C13N15（13C：99;15N：>98）从剑桥同位素实验室购买（安多弗，MA，USA）。 D-半胱氨酸（100）和盐酸酸（35-37）分别购自Santa Cruz公司获得（圣克鲁斯，CA，USA）和Samchun化工（首尔，南韩国）。乙酸（99.7），氢氧化钠（97），和次氯酸钠溶液（> 8作为活性氯气）从纯正化学（东京购日本）。乙腈（HPLC级）购自霍尼韦尔Burdick和Jackson（莫里斯敦，N

7、J，USA）。乙酸盐缓冲溶液的制备用0.5M钠酯和乙酸和控制用1M HCl溶液，以pH值4.5。氰化物的标准储备溶液（1000毫克/升）为使用前新制备的：将25.8毫克氰化物溶于10毫升的NaOH溶液（在纯水中的0.2）。一个解决方案溶液用于经过稀释用0.2的NaOH。将该溶液及其制备的1小时内使用。从得到本研究中使用的试剂水来自霍尼韦尔Burdick和Jackson（莫里斯敦，NJ，USA）。采样: 水和氯化饮用水样品从水净化厂收集不顶空,在40毫升棕色玻璃瓶含0.1毫升0.5M的NaOH中。该植物具有多样性，从一个小5000大规模的300000吨/日，而且规模用纯化方法包括物理过程，如过滤

8、和沉淀和化学过程，如絮凝和氯化法。采样地点被选定为了表示各种区域。为了防止丢失氰化物的时间从样本采集传递给样品分析，水样满溢。没有空气气泡应当捕获样品中,瓶子是密封。所有样品储存于4之前进一步分析，和分析，取样二周完成。校准和定量：用于校准曲线线性测试建立通过添加0.2，2.0，10.0，20，100，或200ng的氰化物标准和50ng的内部标准（C13N15）和1.0毫升的自来水中。加标样品被衍生以在上述反应中选择的方法程序并注入LC系统。CN-衍生物的峰面积与内标衍生物比率被用于校准曲线的构造。液相色谱-质谱分析：该液体色谱分析采用Agilent1200系列（安捷伦，帕洛阿尔托，CA，US

9、A）配有二元泵，在线真空脱气系统，和自动进样器。该分析物使用带有一个50×2.1毫米月蚀正 C18柱柱分离1.8微米孔径（安捷伦，美国）。与流程的二元梯度0.2毫升/分钟速率用。在流动相A含15毫单氟缬草酸在水中，而流动相B为乙腈。梯度如下：在第一，B = 0然后在5分钟后增加至40。所有的化合物在5分钟内洗脱。使用安捷伦6460进行的MS-MS检测系列三重四极杆仪（安捷伦，帕洛阿尔托，CA）。质谱仪使用电操作电离在正离子模式（ESI +）。毛细管电压设定为4.5千伏。源温度为120，和去溶剂化温度为350。氮是用作去溶剂化气体（流480升/小时），以及碰撞气体是在3×10

10、-3毫巴的压力。在被执行的检测所选的反应监测（SRM）模式。碎片电压和碰撞能量为CN，C13N15和进行了优化其半胱氨酸衍生物，分别为（表1）。三 结果与讨论衍生：一种新型氰化物衍生的方法是氰化物的取代反应的基础上发展起来的半胱氨酸。半胱氨酸用作无毒衍生代理醛和丙烯酰胺在我们之前就有。在这项研究中，我们提出了应用氰化物检测通过在碳离子进行取代反应。一般来说，氰化物反应很慢半胱氨酸。否则，D-半胱氨酸与氰化物的反应性是在氯化水显著增强。也有人认为在氯化饮用水的次氯酸盐或次氯酸水可能在它的高反应性中起重要作用。该反应被认为是以下两个步骤所描绘在列1中，第一步骤中，氰化物经受氯化与次氯酸或次氯酸盐，

11、其中反应结果生产氯化氰。氯化氰，在之前的观察中是有剧毒氰化物物类。半胱氨酸可以与次氯酸或次氯酸盐反应产生半胱氨酰氯化物根据列2。在第二步骤中，氯化氰与半胱氨氯化物反应，产生-硫氰酸根丙氨酸通过置换反应或自由基反应，如列3。产品-硫氰酸根丙氨酸，它可以在氰化物定量中使用用LC-MS/ MS分析。次氯酸盐或次氯酸是一种非常有效的反应活化试剂，因为它的氰化物硫醇基转换成通过氯化氰对应-硫氰酸根丙氨酸和半胱氨酰氯化物在反应中间体。半胱氨酸在水中比报道的其它衍生物的试剂毒性更小。在短的反应时间，反应温和的条件下，和避免恶劣的试剂是主要用这个试剂的优点。通过微分氯化中间体为20倍比这更快速而不在相同条件下

12、的次氯酸盐和衍生表现出了很不错的色谱峰形。为了获得关于CN的最佳条件，对衍生使用D-半胱氨酸，两个试剂的效果浓度，酸度，反应温度，和反应时间进行了研究。在完成每一个实验1.0 mg / L的氰化物浓度。D-半胱氨酸的摩尔浓度的浓度的影响在0.5mmol/L的恒定浓度范围为0.1-1.0毫次氯酸钠进行了检查在纯水中加标样的氰化10ug/L的浓度。最强的峰面积增强观察时的添加D-半胱氨酸量为0.5mmol/L和迅速下降超出（图1A）。相反，次氯酸盐中的摩尔浓度的效果为0.1-1.0毫米，在恒定浓度的浓度范围0.5米D-半胱氨酸就检测纯净水样品添加与氰化物。最强的峰面积是强化以同样的方式观察到当加入

13、的量次氯酸盐为0.5mmol/L和迅速下降超出（图1b）。其他反应条件分别设定在pH4.5的并在室温下10分钟的反应时间。该实验结果表明，最大的取代反应是可能的，如果存在的D-半胱氨酸等摩尔比的次氯酸盐。这里，次氯酸盐的较低摩尔比来D-半胱氨酸可能不会让完整的氯中间体，和次氯酸盐的高摩尔比D-半胱氨酸可能导致多氯化物中间体。因此，最大反应可以以相同摩尔比率被观察加入次氯酸盐和半胱氨酸（各为0.5mmol/L）（图1c）。研究酸浓度对反应的影响CN与D-半胱氨酸，pH值控制在3-9的范围内。结果表明，最大峰面积为在pH4.5（图2a）中获得。在该pH，次氯酸有一个比大多数次氯酸钠在平衡状态，它作

14、为氯的强供体。在碱性溶液中（在氰化氢pKa为9.2），CNCL不断经历水解以形成氰酸（CNO-），并在较低的pH值比4.5的条件下，氰化物转化为挥发性氢氰化物，这导致重现性差。该衍生物的形成进行了研究在反应的2，5，8，10，20，30，40倍，并在室温下反应50分钟。结果表明，CN和D-半胱氨酸的完全反应通过他们的氯化物形式发生在约10分钟（图2b）。超过10分钟，没有剩余CN是在这些条件下完成反应之后检测。有在峰区域没有显著变化注意到在这个时间段。当反应温度降低至4，在形成的衍生物的降低的峰值面积的30在室温下获得的。在光的结果，该最佳反应条件实现了与0.5毫米D-半胱氨酸/次氯酸盐（1:

15、1，摩尔/摩尔），pH为4.5，和一个的10分钟，在室温下的反应时间。为了通过蒸发来检查可能的损失衍生期间氰化氢在pH4.5，在氰化标准溶液，在100和200ug/L,考虑集成电路，50微克/升）的LOD用集成电路，在室温10分钟进行分析。氰化物浓度由IC方法相同的标准溶液获得在3的利润率得以持续;因此，它被认为是衍生过程中氰化物不会蒸发。尽管的是，使用的是同位素标记的内标，在执行于密闭小瓶中于室温下进行反应，并利用矩阵匹配标定曲线推荐避免任何潜在的问题。因为该反应需要的地方于室温下密闭小瓶中，存在的危险氰化氢与随之而来的损失部分蒸发分析物，即使在最低pH值。验证方法的性能：方法性能通过确定检

16、测限进行评价，误差和使用新的试剂的方法的准确度。在最佳条件下，最低检测限（LOD）和限定量的CN（LOQ）氯化水和源水被确定为导致了浓度最小信噪比的3和10，分别与变化的复制确定系数（N =7）从飙升的自来水水样相比分别为15或更少，抽取在这个实验中使用的水进行氯化饮用水，在其中没有检测出分析物。 CN的LOD和LOQ在氯化的水和水源水分别约为0.07和0.2ug/L。与其他方法相比，说明检测限为类似于或低于那些具有获得色谱检测水基质，如表2。使用最小二乘拟合技术，对检查典型的标准曲线进行了计算衍生物CN到内部峰面积比为回归线标准（C13N15）中的浓度。实验目的使用氯化饮用水，实验在其中未检

17、测到分析物。峰面积的回归线使用最小二乘方拟合CN-衍生物中的浓度的展示其中y=0.0053x+0.0056的线性关系的0.2-200ug/L和r2=0.9998，当x是CN浓度（微克/升）和y的浓度范围是峰面积比CN衍生到C13N15衍生。准确度和误差被确定评估恢复样品添加自来水。实验精确性和使用5个样本进行评估的4.0，20.0和100.0微克/升的氯化浓度自来水。此外，日间准确度和误差分别为由标样品五个取样确定不同的日子。本方法的重现性非常好，如表3所示的准确性是在范围内98-102，并在测定的误差小于4。结果表明，该方法是足够的重现性来允许在两个氯化的CN数量可靠的分析水和自来水，测试矩

18、阵影响氰化物的决心，该方法的本文报道的准确性和精确度是在流动水，含有溶解的有机评估的12ug/ L为测试样品对高度有机复合污染。每个由五个样品进行评价掺入在次氯酸盐的浓度为10毫克/升流动水。其结果是，没有CNCL从使用形成流动水。此外，副反应和可能的基质从卤化乙腈的干扰，这可能反应与半胱氨酸的氯化反应中，进行了测试。CNCL没有被发现在试验样品中。同一样品用集成电路以检查分析通过核心网络的过程中的蒸发损失可能衍生于室温和低的pH值。获得的数据由两种方法用于在同一样品中的相吻合的1.0在100和200微克/升的浓度的余量。否则，CN是不是真正的样品中检测到的水平CN被发现是在50微克/升（LO

19、D）由集成电路。协议这两种方法之间有优良的与水平的样品以上50.0微克/升的分析物。因此，看来存在几乎没有损失CN的衍生过程。分析水源和处理过的水：为了测试该方法的实用性，使用了现实的样品，优化的方法被应用到饮用水。如表4所示，CN在0.2-8.4微克/ L的浓度范围中检测到（平均1.2微克/升）中的（14/24）的水源样品。 CN在浓度范围内检测0.2-1.0微克/升（平均0.4微克/升）中（18/24）的氯化饮用水水样。在这项研究中检测到的CN主要为氰化氢，氰化物，和氯化氰。在这种研究由氯化形成的总氯化氰和衍生化转换为一个衍生物，其通过检测LC-MS / MS分析。氰化物在（22/24）的浓度水域均较氯化饮用水较高。理由是，这种减少是蒸发在所述氯化挥发后氯化氰化形式。虽然它不是简单的决定所检测到的在饮用水氰化物浓度安全与否，毒性可通过所检测的简单的比较讨论氰化物在这项研究中的浓度和口服参考剂量（RFD）。在（32/48）分析检测氰化物饮水样品高达8.4微克/升的浓度。美国环保局提出日摄入参考剂量（RFD）的0.00063毫克/公斤/天，和每日最大摄取量计算为在一天内0.0441毫克，由成人体重70公斤计算而来。否则，最大的日常饮用水2升在这项研究中经计算为0.0168毫克，其对应于大约相当