一种新型消毒副产物三溴代-羟基-环戊烯-二酮的制备和结构鉴定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水样中新型消毒副产物的制备和结构鉴定方法，尤其涉及缺乏商业标准品的新型消毒副产物的制备和结构鉴定方法。
【背景技术】
[0002]近30年来，文献中所报道的饮用水消毒副产物约有600—700种，然而，它们中仅有小部分被列入常规监测中。毒理学研究显示，这些常规消毒副产物并不能完全解释由消耗饮用水(氯消毒)而产生的毒性效应。在用氯消毒的饮用水中，未知的卤代消毒副产物中占总卤代消毒副产物的近50% (这一比例在用其他消毒剂消毒的饮用水中更高)，因此，对饮用水中新型消毒副产物的探索就尤为重要。
[0003]最近的研究显示，环状结构的卤代消毒副产物(卤代吡咯、卤代苯醌、卤代羟基苯甲醛、卤代羟基苯甲酸和卤代苯酚)比链状卤代消毒副产物更高的细胞毒性、基因毒性、发育毒性和生长抑制。目前，在饮用水中检测到了一种含量较高的新型消毒副产物，且被推测是三溴代糠酸或三溴代-5-羟基-4-环戊烯-1，3_二酮。这个新型消毒副产物显示出了很高的反应活性，在余氯存在的情况下，它可以被降解为三卤甲烷和卤代酸类消毒副产物。由于它的潜在毒性，需要引起人们的广泛关注。然而，由于缺乏商业标准品，该新型消毒副产物的结构还需要进一步的探索。
[0004]超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱目前被广泛用于检测饮用水中新型极性消毒副产物。通过高分辨质谱可以得到新型消毒副产物的分子式，对物质的结构推测有很大的帮助。由于许多新型消毒副产物缺乏商业标准品，所以它们需要在实验室合成、制备分离，得到足够的标准品进行结构鉴定。因此，通过高效液相色谱/紫外收集制备系统，可以选择性的从混合物中分离出所需的标准品。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题是为缺乏商业标准品的新型消毒副产物提供了一种全新且有效的制备和结构鉴定方法。
[0006]上述新型消毒副产物三溴代-羟基-环戊烯-二酮的制备和结构鉴定方法，包括以下步骤:
[0007]I)配制模拟饮用水样；
[0008]2)对模拟饮用水样进行预处理；
[0009]3)将预处理后的模拟饮用水样通过超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱全扫描、多反应监测、子离子扫描分析，检测模拟饮用水中的新型消毒副产物并推测其结构；
[0010]4)将预处理后的模拟饮用水样通过高分辨质谱全扫描分析，得到新型消毒副产物的分子式；
[0011]5)根据所推测的饮用水新型消毒副产物的结构，通过前体物质和溴反应合成标准品，并且优化反应合成条件(选择前体物质和优化反应比例等)，合成标准品的反应溶液的预处理过程重复步骤2);
[0012]6)将5)中预处理过后的反应溶液通过超高效液相色谱/二极管阵列分析，得到了该新型消毒副产物的最大紫外吸收波长；
[0013]7)采用高效液相色谱/紫外收集制备系统，收集足量的该新型消毒副产物，并通过超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱全扫描来检测其纯度；
[0014]8)收集后的组分经冻干后得该新型消毒副产物的标准品；
[0015]9)所得的标准品经过傅里叶红外光谱分析，可得该新型消毒副产物的结构是三溴代-羟基-环戊烯-二酮。
[0016]步骤I)中模拟饮用水样的配制过程如下:在IL超纯水中加入3mg/L(以C计)萨旺尼河天然有机物(2R101N，国际腐殖质协会)、90mg/L(以CaCO3计)NaHCO3和0.4mg/L(以Br计)KBr配制成模拟水源水样。该模拟水源水样在室温20°C下用5mg/L(以Cl2计)NH2Cl消毒5d，其所含余氯胺用Na2SO3淬灭后得到模拟饮用水样。
[0017]步骤2)中饮用水样预处理的过程为:IL的饮用水样用H2SO4将pH调到0.5，对于每升酸化过的样品加入10g Na2SO4使其饱和，然后再加入10mL甲基叔丁基醚萃取，将上层有机层转移到旋转蒸发仪中并且减压浓缩至0.5mL，再加入1mL的乙腈旋转蒸发至0.5mL，将样品用超纯水稀释至ImL，并用0.45μηι的膜过滤。
[0018]步骤3)中超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱仪参数设置如下:进样体积，5yL;色谱柱型号，Acquity UPLC HSS T3(2.1 X 100mm，填充物粒径1.8ym，Waters);流动相，水/甲醇;流速，0.4mL/min。梯度洗脱过程如下:在开始的Smin，流动相水/甲醇的比例从95/5线性的变成5/95，在之后的0.1min线性的变回95/5，这个组分继续保持2.9min，使柱子平衡。质谱仪参数如下:电离方式，电喷雾电离负离子模式;毛细管电压，2.8kV;锥孔电压，20V;源温度，110°C ;脱溶剂温度，4000C ；脱溶剂气流速，800L/h;锥孔气流速，50L/h;碰撞能，30eV;碰撞气(氩气)流速，0.25mL/min。
[0019]步骤4)中高分辨质谱仪(LTQ-OrbitrapXL)参数设置如下:模式，负离子模式;喷雾电压，4kV;毛细管温度，275°C ;毛细管电压，-1OV;管透镜电压，-40V;屏蔽气，45(仪器默认单位)；辅助气，15(仪器默认单位)；吹扫气，0(仪器默认单位)。
[0020]步骤5)中通过“2，4，6-三羟基苯甲醛+溴” (2,4,6_三羟基苯甲醛/溴摩尔比为1:8)在室温(?20°C)下反应Sh来合成该新型消毒副产物。
[0021]步骤6)中超高效液相色谱/二极管阵列分析仪的扫描范围为:220nm到350nm。
[0022]步骤7)中高效液相色谱/紫外收集制备系统参数设置如下:进样体积，614yL;色谱柱型号，AtIantis T30BD制备柱(19X 100mm，填充物粒径5μηι，Waters);流动相，水/甲醇;流速，11.8mL/min。梯度洗脱过程如下:在开始的33.3min，流动相水/甲醇的比例从95/5线性的变成5/95，在之后的0.5min线性的变回95/5，这个组分继续保持12min，使柱子平衡。
[0023 ] 步骤8)中冷冻干燥仪在5Pa和-50 °C下干燥48h。
[0024]步骤9)中傅里叶红外光谱仪(Nicolet Nexus 870)参数设置如下:扫描范围，4000—400cm"1 ；扫描次数，32次;分辨率，4cm"1。
[0025]该方法的建立为制备和鉴定饮用水中新型消毒副产物(尤其是缺乏商业标准品的新型消毒副产物)打开了新的思路。
【附图说明】
[0026]图1为用该方法制备的新型消毒副产物三溴代-羟基-环戊烯-二酮的傅里叶红外光谱图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例进一步阐述本发明。
[0028]I)在IL超纯水中加入3mg/L(以C计)萨旺尼河天然有机物(2R101N，国际腐殖质协会)、90mg/L(以CaCO3计)NaHCO3和0.4mg/L(以Br计)KBr配制成模拟水源水样。该模拟水源水样在室温20°C下用5mg/L(以Cl2计)NH2Cl消毒5d，其所含余氯胺用Na2SO3淬灭后得到模拟饮用水样。
[0029]2)将IL模拟饮用水样用秘04将pH调到0.5，加入10g Na2SO4使其饱和，然后再加入10mL甲基叔丁基醚萃取，将上层有机层转移到旋转蒸发仪中并且减压浓缩至0.5mL，再加入1mL的乙腈旋转蒸发至0.5mL。将样品用超纯水稀释至ImL，并用0.45μηι的膜过滤。
[0030]3)将所得模拟饮用水样品通过超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱全扫描、多反应监测、子离子扫描分析，得到结构信息。超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱仪参数设置如下:进样体积，5yL;色谱柱型号，Acquity UPLC HSS T3(2.1 X 100mm，填充物粒径I.8μηι，Waters)；流动相，水/甲醇;流速，0.4mL/min。梯度洗脱过程如下:在开始的Smin里，流动相水/甲醇的比例从95/5线性的变成5/95，在之后的0.1min线性的变回95/5，这个组分继续保持2.9min，使柱子平衡。质谱仪参数如下:电离方式，电喷雾电离负离子模式;毛细管电压，2.8kV;锥孔电压，20V;源温度，110°C ;脱溶剂温度，400 V ；脱溶剂气流速，800L/h ；锥孔气流速，50L/h ；碰撞能，30eV;碰撞气(氩气)流速，0.25mL/min。
[0031 ] 4)将模拟饮用水样品通过高分辨质谱(LTQ-Orbitrap XL)全扫描分析，得到新型消毒副产物的分子式。高分辨质谱仪参数设置如下:模式，负离子模式;喷雾电压，4kV;毛细管温度，275 °C ;毛细管电压，-1OV;管透镜电压，-40V;屏蔽气，45 (仪器默认单位)；辅助气，15 (仪器默认单位)；吹扫气，O (仪器默认单位)。
[0032]5)通过“2，4，6-三羟基苯甲醛+溴” (2,4,6_三羟基苯甲醛/溴摩尔比为1:8)在室温(?20°C)下反应Sh来合成该新型消毒副产物，合成标准品的反应溶液的预处理重复步骤
2)0
[0033]6)将5)中预处理过后的反应溶液通过超高效液相色谱/二极管阵列分析，得到了该新型消毒副产物的最大紫外吸收波长是280nm。超高效液相色谱/ 二极管阵列分析仪的扫描范围为:220nm—350nm。
[0034]7)采用高效液相色谱/紫外收集制备系统，在最大紫外吸收波长下(280nm)收集足量的该新型消毒副产物，并通过超高效液相色谱/电喷雾电离三重四极杆质谱全扫描来检测其纯度。高效液相色谱/紫外收集制备系统参数设置如下:进样体积，614yL;色谱柱型号，Atlantis T3 0I