生活飲用水中乙二胺四乙酸和次氮基三乙酸含量測定

王雪婷 鄭 斌

乙二胺四乙酸(EDTA)是一種重要的絡合劑,被廣泛應用于生活中的各方面[1-5]。次氮基三乙酸又稱氨三乙酸、氮川三乙酸,能與各種金屬離子形成絡合物。乙二胺四乙酸二鈉生產過程中排出的廢水中含有少量的EDTA、次氮基三乙酸(NTA)、羥基乙酸及甲酸等有機雜質,會造成水污染[6],其中,EDTA在環境中難以被生物降解,會對黏膜、上呼吸道、眼睛及皮膚產生刺激作用[7];NTA進入人體會有誘發癌癥的風險,且NTA及其鈉鹽對胎兒有致畸性[8]。長期飲用含EDTA、NTA的水可能會對人體健康產生不良影響[9]。

目前,EDTA的檢測方法主要有滴定法、氣相色譜法、離子色譜法、高效液相色譜法和液相色譜—三重四極桿串聯質譜法等[10-12]。滴定法無法對兩種物質進行同時測定,很難將EDTA絡合物與其他絡合物分開,誤差大、操作繁瑣,而且還需要基準物質進行標定;氣相色譜法則需要對NTA進行酯化使其具備揮發性后方可進行測定,處理過程比較復雜,且衍生效率會影響分析的準確度,檢出限達不到要求;采用離子色譜法分析NTA簡單易行,主要是由于NTA易溶于水,且以離子形式存在于水溶液中,但目前未見離子色譜法同時測定飲用水中EDTA和NTA的相關研究,且離子色譜柱的價格昂貴;而液相色譜—三重四極桿串聯質譜法的測定成本較高。液相色譜法是目前檢測食品中EDTA含量最多的方法,但有關NTA的檢測研究卻較少[13-15]。試驗擬針對水中EDTA和NTA的檢測方法進行研究,以期為生活用水的檢測提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

水樣:市售礦泉水;

液相色譜儀:U3000型,配DAD檢測器,賽默飛世爾科技(中國)有限公司;

電子天平:BSA02S型,賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;

離心機:H2050R型,長沙高新技術產業開發區湘儀離心機儀器有限公司;

渦旋振蕩器:MS3型,德國艾卡公司;

超聲波清洗機:KQ-800DE型,昆山市超聲儀器有限公司;

pH計:PB-10型,精度為0.01,賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;

色譜柱:Thermo-C18(4.6 mm×250 mm),賽默飛世爾科技(中國)有限公司。

1.2 試劑

配制溶液用水:GB/T 6682規定的二級水;

乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸(NTA):上海安譜科技股份有限公司;

甲醇:色譜純,上海安譜科技股份有限公司;

鹽酸、磷酸(H3PO4):優級純,國藥集團化學試劑有限公司;

甲酸:色譜純,國藥集團化學試劑有限公司;

四丁基溴化銨、乙酸鈉、三氯化鐵:分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 溶液配制

(1) 10 mmol/L三氯化鐵溶液:稱取0.165 5 g三氯化鐵溶于90 mL水中,加入1.0 mL鹽酸,轉移至100 mL容量瓶中,用水定容,混勻,該溶液可保存6個月。

(2) 0.22 mmol/L三氯化鐵溶液:吸取220 μL濃度為10 mmol/L的三氯化鐵溶液于10 mL容量瓶中,加水定容,搖勻,現配現用。

(3) 磷酸緩沖溶液(pH 2.5):稱取6.071 g一水合磷酸二氫鈉于100 mL容量瓶中,加水超聲溶解,定容,用少量磷酸溶液(50%)調節pH值至2.5。

(4) 流動相B:稱取3.04 g一水合磷酸二氫鈉和0.65 g四丁基溴化銨于1 000 mL容量瓶中,加900 mL水超聲溶解,加入1.0 mL濃度為10 mmol/L的三氯化鐵溶液,定容,用少量磷酸調節pH值至2.5。

1.3.2 標準溶液的配制

(1) EDTA和NTA標準儲備液:分別稱取約10 mg的EDTA和NTA標準品,用水溶解并定容至10 mL棕色容量瓶中,得質量濃度為1 000 mg/L的標準儲備溶液,轉移至儲液瓶中,4 ℃貯藏備用。

(2) EDTA和NTA標準溶液:分別吸取100 μL EDTA和NTA標準儲備液于10 mL容量瓶,制備質量濃度為10 mg/L的混合標準中間溶液,將標準中間溶液稀釋,配制成質量濃度為0.1,0.2,0.4,0.8,1.0,2.0 mg/L的系列標準工作溶液。

1.3.3 試樣處理 取1.0 mL水樣于1.5 mL棕色進樣小瓶中,加50 μL濃度為0.22 mmol/L三氯化鐵溶液和50 μL磷酸緩沖溶液,渦旋混勻,靜止放置衍生2 h,過0.22 μm水相濾膜后上液相色譜測定。以空白水樣品進行空白試驗。

1.3.4 儀器參數及測定條件 色譜條件:色譜柱為Thermo-C18(250 mm×4.6 mm);檢測器波長258 nm;柱溫30 ℃;流速1.0 mL/min;進樣量100 μL;流動相A為甲醇,流動相B為0.2 mmol/L四丁基溴化銨—磷酸緩沖溶液(pH 2.5);梯度洗脫程序:0～2.00 min,90% B;2.00～5.00 min,60% B;5.00～7.00 min,20% B;7.00～10.10 min,90% B;10.10～12.00 min,90% B。

1.3.5 方法學考察 分別取質量濃度為0.1,0.2,0.4,0.8,1.0,2.0 mg/L的系列標準工作溶液1.0 mL,加入50 μL濃度為0.22 mmol/L的氯化鐵溶液和50 μL磷酸緩沖溶液,渦旋混勻,靜止放置2 h后上液相色譜測定。采用外標法定量,以待測物化合物濃度為橫坐標,待測物化合物峰面積為縱坐標,繪制標準曲線和計算線性方程,考察EDTA和NTA的線性關系。EDTA和NTA的加標水平均為0.1,0.4,1.0 mg/L,每個水平重復6次,對方法的回收率、重復性和精密度進行考察。

1.3.6 數據分析 通過對方法學的考察,對生活飲用水中EDTA和NTA的含量進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 衍生試劑的選擇

Wang等[16]研究發現,EDTA與金屬離子形成螯合物的條件穩定常數順序為Mo6+>Bi3+>Fe3+>Cu2+>Zn2+>Al3+>Fe2+>Mn2+>K+>Ca2+>Mg2+,而NTA與金屬離子形成螯合物的條件穩定常數順序為Fe3+>Hg2+>Cu2+>Al3+>Zn2+>Co2+>Mn2+>Ca2+>Mg2+,相比之下,Fe3+與EDTA、NTA更容易形成絡合物;魏峰等[17]研究發現,EDTA、NTA可以與多種金屬離子形成穩定的絡合物,所形成的絡合物可以發生配位場躍遷,紫外吸收強度增大且吸收范圍發生紅移,因而可以提高檢測的靈敏度,達到檢測所需檢出限要求,與其他金屬離子相比,Fe3+形成的螯合物比較穩定,與GB 5009.287—2016中使用的衍生試劑一致。因此,試驗選擇三氯化鐵與EDTA、NTA絡合。由于高濃度的三氯化鐵溶液絡合后產生的雜峰響應高,經試驗優化后選擇0.22 mmol/L三氯化鐵溶液作為衍生試劑。為減小溶劑效應,在加入衍生試劑時加入流動相中使用的磷酸鹽緩沖液,可以提升檢測物質的靈敏度。

2.2 儀器參數與測定條件

2.2.1 色譜柱的選擇 選用Athena HILIC、Thermo-C18兩種色譜柱進行測試。由圖1可知,Athena HILIC得到的色譜峰型較差,而Thermo-C18對EDTA和NTA均有較好的分離效果,且色譜峰型良好。因此,選擇Thermo-C18作為分離色譜柱。

圖1 EDTA和NTA的液相色譜分離圖

2.2.2 流動相優化 試驗發現,未使用離子對試劑,只采用甲醇和水作為流動相時,通過液相色譜儀分析得到的峰形較差且響應較低,可能是目標物在該條件下的穩定性差,與色譜柱填料間的作用力加大而難以洗脫,因此無法對EDTA、NTA進行直接檢測。GB 5009.278—2016中使用的流動相為四丁基溴化銨—乙酸鈉溶液(V四丁基溴化銨∶V乙酸鈉為85∶15),等度洗脫分離,適用EDTA一種物質的分離。而NTA是生產EDTA過程中的雜質,二者性質相似,更不易分離。故試驗采用梯度程序進行洗脫分離,由于高濃度四丁基溴化銨溶液會導致液相色譜系統污染幾率增加且不易清洗,因此,選擇四丁基溴化銨—磷酸緩沖溶液濃度為0.2 mmol/L,并用磷酸調節pH值至2.5,此條件下,兩種目標物的分離度較好。

2.2.3 波長的選擇 EDTA和NTA在波長為210 nm以上的紫外吸收能力較弱,不能滿足低含量檢測的需要。由圖2可知,EDTA和NTA絡合物的最大吸收波長分別為260,248 nm,綜合考慮選取λ=258 nm作為二者的檢測波長,此時均能得到理想的色譜圖。

圖2 EDTA和NTA光譜圖

2.2.4 EDTA和NTA含量

(1) 線性方程:試驗表明,EDTA和NTA在0.1～2.0 mg/L的質量濃度范圍內線性良好,線性方程分別為Y=2.658 5X-0.057,Y=2.664X-0.183,相關系數分別為0.999 5,0.999 2,符合GB/T 27404—2008中對相關系數的要求。

(2) 回收率、重復性和精密度:由表1可知,水樣中NTA的相對標準偏差為3.63%～5.71%,平均回收率為97.5%～109.2%;EDTA的相對標準偏差為4.79%～7.39%,平均回收率為99.4%～111.4%,兩種物質的平行測定絕對差值未超過平均值的10%,說明試驗方法具有良好的準確度和精密度,可滿足GB/T 27404—2008中對化合物回收率、重復性及精密度試驗的要求。

表1 EDTA和NTA的回收率及精密度

空白水樣和加標水樣的液相色譜如圖3所示。該方法前處理加入衍生試劑,為避免試劑引入目標物,確保檢測結果的準確性,同時檢測空白水樣。空白水樣中的含量較低,定量后EDTA和NTA含量<0.001 mg/L,可忽略不計。當添加水平為1.0 mg/L時,EDTA和NTA依次出峰,峰形完整,分離效果較好,定量結果準確。

圖3 空白水樣和加標水樣的液相色譜圖

(3) 檢出限和定量限:通過不斷稀釋標準樣品溶液,得到次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸的檢出限為0.05 mg/L,定量限為0.1 mg/L,信噪比均>10,滿足定量要求。

3 結論

研究建立了一種生活飲用水中乙二胺四乙酸和次氮基三乙酸的高效液相色譜測定方法。結果表明,乙二胺四乙酸和次氮基三乙酸在0.1～2.0 mg/L的質量濃度范圍內與色譜峰面積線性關系良好,相關系數分別為0.999 5,0.999 2;兩者的檢出限為0.05 mg/L,定量限為0.1 mg/L,加標回收率>90%。該方法具有操作簡便、重復性好、靈敏度高的特點。后續可以增加對生活廢水中乙二胺四乙酸和次氮基三乙酸含量的檢測;亦可嘗試使用質譜聯用儀進行試驗以進一步提高檢測靈敏度。