UPLC-MS/MS直接进样快速测定水体中41种初级芳香胺

王璐，贺泽英，孙小杰，史小萌，何沛桥，王策，刘潇威*

（1.农业农村部农产品质量安全环境因子控制重点实验室/农业农村部环境保护科研监测所，天津300191；2.SCIEX公司，上海200335）

初级芳香胺（Primary aromatic amines，PAAs）是一类典型的有毒有害化合物，其中最简单的形式是苯胺。苯胺类化合物系指苯胺分子中的氢原子被其他功能团取代后形成的一类化合物，是染料工业的重要原料，其被广泛应用于印染、橡胶、制药、油漆、农药和人造树脂等工业生产中。环境中所含的苯胺类化合物主要来自制药和染料工作废水、含有硝基苯的矿山酸性废水在有锌粉和铜盐存在的条件下生成的废水、有色金属选矿厂废水等。苯胺类化合物能通过呼吸道、皮肤、肠道等途径进入人体，其不仅能使氧合血红蛋白变为高铁血红蛋白从而降低血液的载氧能力，使组织细胞缺氧而窒息，造成中枢神经系统、心血管系统和其他脏器损伤，而且还具有较强的致癌作用[1]。美国于1976年公布清洁水法，将联苯胺纳入129种优先监测污染物列表[2]，我国现行的地表水环境质量标准中，将苯胺和联苯胺列为集中式生活饮用水地表水源地特定项目[3]。因此，建立一种快速便捷、灵敏准确的水中多种初级芳香胺同时测定的分析方法，对监控环境中初级芳香胺的排放具有重要的现实应用意义。

近年来，针对水样中苯胺类化合物检测技术的研究越来越多，检测方法日臻成熟，目前主要有分光光度法[4-5]、荧光光度法[6-7]、毛细管电泳法[8]、气相色谱法[9-11]、液相色谱法[12]、质谱联用法[13-14]等，另外前处理技术与仪器设备联用的方法也有报道，如吹扫捕集与色谱及质谱联用方法[15]、固相微萃取与色谱及质谱联用方法[16-17]等。不同的检测方法在灵敏度、前处理复杂程度、分析时间长短等方面有着各自的优势和不足，并且均在不断地改进与发展。本文探讨建立了一种使用高效液相色谱串联三重四极杆质谱仪，采用直接进样方式快速测定水体中41种初级芳香胺化合物的检测方法。

1 材料与方法

1.1 仪器、试剂及材料

Qtrap 4500串联质谱系统和ExionLC液相色谱（美国SCIEX公司）；Phenomenex Kinetex F5液相色谱柱（五氟苯基固定相，2.6µm，3 mm×100 mm，博纳艾杰尔公司）；甲醇（色谱纯，Fisher）；甲酸（色谱纯，Aladdin）；实验用水为实验室一级水；0.22µm滤膜（美国PALL）；41种初级芳香胺化合物标准品（天津阿尔塔科技有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液配制

根据41种初级芳香胺化合物的纯度和标准溶液配制体积，准确称取一定量标准品，用甲醇溶解并定容后，制备成浓度为100 mg·L-1的标准储备溶液。准确吸取一定量各初级芳香胺化合物标准储备溶液，混匀并用甲醇定容后，制备成不同浓度的初级芳香胺化合物混合标准工作溶液。

1.2.2 实验样品制备

通过向实验用水中定量添加初级芳香胺化合物混合标准工作溶液制备实验样品。

1.2.3 样品前处理方法

实验样品混合均匀后，过0.22µm滤膜，直接上机测定。

1.3 仪器条件

1.3.1 液相色谱条件

流动相A为0.05%甲酸水溶液，流动相B为甲醇，流速为0.45 mL∙min-1，梯度洗脱程序见表1。

时间Time/min 0578 8.1 12流动相A Mobilephase A/%90 10 559 0 90流动相BMobilephase B/%10 60 95 95 10 10

1.3.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源（ESI+）；离子源温度：600℃；离子化电压：2 000 V；气帘气压力：30 psi（1 psi=6.895 kPa）；喷雾气压力：9 psi；雾化气（GS1）压力：40 psi；辅助气（GS2）压力：50 psi；检测方式：多反应监测（MRM）。41种初级芳香胺多重反应监测的串联质谱条件见表2。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 色谱柱的选择

本实验中，初级芳香胺化合物数量较多，极性分布范围较宽，间苯二胺、苯胺等化合物极性较强，故需对色谱柱进行优化选择，以确保各化合物既有良好的保留行为以及峰型，又有较好的分离效果。选择Phenomenex Omega、Phenomenex Kinetex F5和Waters HSST3这3款针对极性化合物检测常用的液相色谱柱进行对比发现，采用五氟苯基丙基固定相的KinetexF5色谱柱对41种化合物均有较好的色谱保留和分离效果（图1），同时也能有效分离4对同分异构体（序号分别为11-12、13-14、22-23和36-37），因此最终选择了Kinetex F5色谱柱作为本实验的分离色谱柱。

表2 41种初级芳香胺多重反应监测的串联质谱条件Table 2 UPLC/ESI-MS/MSparameters for 41 PAAs in MRM mode

2.1.2流动相的选择

基于初级芳香胺化合物稍溶于水、易溶于有机溶剂的理化性质，本实验考察了甲醇-水和乙腈-水两个液相色谱常用流动相体系。通过灵敏度实验，发现在甲醇体系里，所有化合物灵敏度均优于在乙腈的体系中，故而选择甲醇作为洗脱相。实验发现，流动相中甲醇初始比例的不同对极性较强的化合物灵敏度有非常大的影响，甲醇含量越高，化合物的灵敏度越高，但同时造成部分同分异构体不能完全分离。因此，在兼顾灵敏度和分离度的前提下，选择了10%的甲醇作为流动相的初始比例。同时，考虑到质谱正离子模式下，甲酸可使化合物形成[M+H]+峰，有助于促进离子化，提高分析灵敏度，因此实验比较了0、0.01%、0.05%、0.1%和0.2%5个不同浓度甲酸溶液对化合物灵敏度的影响，结果发现甲酸浓度为0.05%时，所有化合物的响应值均已能够满足方法定量限的要求（图1），因此最终固定水中甲酸浓度的添加水平为0.05%。

2.2 质谱条件的优化

本实验采集模式为多反应监测（MRM）模式，通过全扫描模式确定41种初级芳香胺化合物的保留时间及高强度的一级离子，选择高强度一级离子作为母离子，分别对其进行不同碰撞能量的电离轰击试验，通过主要离子碎片的相对离子丰度确定最佳碰撞能量。各组分保留时间及MRM条件见表3。同时，为了获得最佳的灵敏度，本实验对离子源参数部分进行了详细优化，在进行离子源喷雾电压优化时发现，不同电压下，41种芳香胺化合物的灵敏度有较大差异。最终发现，当电压设定为2 000 V时，所有化合物的灵敏度都是最佳，见图1。

2.3 方法学验证

针对建立的检测方法开展添加回收率实验，添加浓度为5µg·L-1。结果表明，41种初级芳香胺化合物的回收率范围为64.2%～110.3%，其中39种化合物的回收率＞80%。另外，通过在实际空白水体样品中添加浓度分别为0.1、5、20µg·L-1的初级芳香胺化合物标准品，开展方法重现性实验。实验结果显示，41种初级芳香胺化合物的相对标准偏差（RSD）均在2.31%～7.90%。同时，不同时间下测得41种初级芳香胺化合物的日间重现性（相对标准偏差RSD）均在2.60%～8.11%。表明本方法具有良好的准确性和重现性，能够满足水体中初级芳香胺化合物的测定要求。

本方法在0.08～50µg·L-1浓度范围内具有良好的线性，41种初级芳香胺的相关系数为0.989 9～0.999 8。取3倍和10倍信噪比所对应的初级芳香胺浓度作为方法的检出限（LOD）和定量限（LOQ），41种化合物的LOD和LOQ分别在0.01～0.15µg·L-1和0.04～0.3µg·L-1范围内。

2.4 实际样品验证

采集北京地区10个不同的地表水样品进行测定，均未检出41种初级芳香胺化合物，说明目前该地区尚未受到此类化合物的污染，日后将进一步扩大采样范围，对地表水源进行此类化合物的筛查分析研究。

图1 41种初级芳香胺总离子流图（0.05%甲酸、离子源喷雾电压2 000 V条件下）Figure 1 TICof 41 PAAs（0.05%formic acid，ion source spray voltage 2 000 V）

表3 41种初级芳香胺化合物准确度和重现性实验结果Table 3 Experimental results on the accuracy and reproducibility of 41 PAAs

表4 41种初级芳香胺化合物线性范围、相关系数、检出限和定量限Table 4 Linear range，correlation coefficient，LODand LOQof 41 PAAs

3 结论

本研究建立了水体中41种初级芳香胺化合物的UPLC-MS/MS快速检测方法。水体样品未经净化，直接过膜后超高效液相色谱-串联质谱仪检测。该方法线性关系良好，准确度和精密度高，分析时间短，通量高，目标物覆盖范围广，操作极为简便。