固相萃取-超高效液相色谱/三重四极杆质谱法同时测定地表水中8种亚硝胺类化合物

张蓓蓓，赵永刚，孙慧婧，史震宇

(国家环境保护地表水环境有机污染物监测分析重点实验室，江苏省环境监测中心， 江苏 南京 210019)

N-亚硝胺类化合物(Nitroamines，NAms)作为新型的含氮消毒副产物，是一类潜在的人类致癌物，主要包括N-亚硝基二甲胺(NDMA)、N-亚硝基甲乙胺(NMEA)、N-亚硝基二乙胺(NDEA)、N-亚硝基二正丙胺(NDPA)、N-亚硝基二正丁胺(NDBA)、N-亚硝基吗琳(NMOR)、N-亚硝基吡咯烷(NPYR)、N-亚硝基哌啶(NPIP)和N-亚硝基二苯胺(NDPhA)等9种。其中NDMA是NAms的典型代表，它是发现最早、检出率最高、研究最为广泛的一种亚硝胺类消毒副产物[1]。自1956年Magee[2]报道了亚硝胺类物质具有致癌作用后，人们对其毒性及致癌作用进行了广泛的研究。动物实验表明，100种亚硝胺类化合物中75%以上能诱发癌症[3]。亚硝胺具有非常强的基因毒性，诱导肿瘤产生的部位主要集中在肝脏和食管，也可能引发膀胱、肺和脑部产生肿瘤[4-5]。

亚硝胺类物质存在于大气、土壤、水、化工产品、烟草、食品、药物和农药等环境介质中[6]，且分布广泛。其来源主要有：工业生产过程中使用或产生的亚硝胺类物质、饮用水消毒副产物、食品中广泛存在的亚硝基类物质及其前体物的转化[7]。2010年，Wang等[8]检测了中国12个水厂的原水及出厂水中的9种亚硝胺类饮用水消毒副产物(DBPs)的浓度水平，检测出6种亚硝胺类物质，分别为NDMA, NDEA, NDBA，NMOR, NDPhA和NMEA，其中NDMA, NDEA, NDBA和NMOR是最常检出的亚硝胺类物质。2015年，Ting等[9]对我国江苏省8个城市9个饮用水厂中水源水、管网水及饮用水出水中的NAms进行了检测，饮用水中9种NAms的总质量浓度最高达765 ng/L，均值为42 ng/L，其中NDMA的浓度与华南地区报道的数据相近，在中国处于较高水平。董蕾等[10]研究了2015—2016年我国东北、东南、西南的6个地区性代表城市的原水、出厂水和管网水中含氮消毒副产物，结果表明，6个城市饮用水中NDMA、NDPA和NDEA质量浓度>10 ng/L。

为了保障饮用水安全，确保人体健康，部分国家和地区对饮用水中亚硝胺的浓度水平做出了限制。2002年，美国加利福尼亚州的健康服务部制定的NDMA、NDEA和NDPA标准限值为10 ng/L。加拿大卫生部规定饮用水中NDMA的质量浓度不得>40 ng/L，安大略省环境部限定该省饮用水中NDMA的质量浓度应<9 ng/L。2004年，荷兰限定饮用水中MDMA的质量浓度不得>12 ng/L。2007年，德国卫生部给出饮用水中NMOR和NDMA的限制值为10 ng/L。世界卫生组织(WHO)于2008年规定NDMA的限制值为100 ng/L。2009年，美国马萨诸塞州和澳大利亚建议饮用水中NDMA的限制值分别为10和100 ng/L。我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)及相关环境质量标准中均未将亚硝胺类纳入管控目标。虽然我国已有《水质 亚硝胺类化合物的测定 气相色谱法》(HJ 809—2016)标准方法，该方法仅测定水中4种亚硝胺类且检出限仅在μg/L水平。因此，进一步优化这类化合物的分析方法，提高方法的灵敏度和准确性，才能够满足各类环境监管的需求。

相较于气相色谱和气相色谱-质谱法[11-12]，近年来研究人员逐步采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)分析亚硝胺类化合物[13-14]，LC-MS/MS技术对高沸点、热不稳定、亲水性亚硝胺类化合物的测定具有优势。9种常见的亚硝胺类化合物中，NDPhA由于分子量大、水溶性较差及热不稳定性等化学性质，在水样前处理过程及仪器分析过程中，与其他8种化合物均显示出较大差异。基于亚硝胺类在我国水体中的污染状况、国内外环境监管情况及化学性质分类，最终选取了NDMA、NDEA、NMEA、NDPA、NDBA、NPYR、NMOR、NPIP 这8种目标物，通过固相萃取(SPE)对地表水样进行萃取富集，采用液相色谱-大气压化学电离源-三重四极杆质谱法(UPLC-APCI-MS/MS)实现同时定性定量分析。

1 材料和方法

1.1 实验试剂

NDMA、NDEA、NMEA、NDPA、NDBA、NPYR、NMOR、NPIP共8种标样(5 000 mg/L，美国AccuStandard公司)；N-亚硝基二甲胺-D6(NDMA-D6)、N-亚硝基二丙基胺-D14(NDPA-D14)共2种内标物(100 mg/L，美国AccuStandard公司)；甲醇、二氯甲烷(色谱纯，德国Merck公司)；超纯水由Millipore纯水机每日制备。

1.2 样品制备

制备仪器：E 9000全自动固相萃取仪(日本GL公司)；椰壳活性炭固相萃取柱(2 g/6 mL， 德国CNW公司)；TurboVapII型全自动定量浓缩仪(瑞典Biotage公司)；0.22 μm聚偏二氟乙烯针头过滤器(德国Merck公司)。

制备过程：量取1 000 mL水样置于干净的玻璃样品瓶中，用椰壳活性炭固相萃取柱对水样进行富集。小柱依次用10 mL二氯甲烷，10 mL甲醇以及10 mL超纯水活化。之后，水样以5 mL/min的流速进行上样。水样全部通过后，用10 mL超纯水淋洗小柱。小柱在氮气流和真空泵作用下进行除水，最后用15 mL二氯甲烷洗脱收集。洗脱液加入0.5 mL超纯水后，经氮气吹至0.5 mL左右，用超纯水定容至1.0 mL，加入10 μL 5.0 mg/L的内标使用液。将上述样品经0.22 μm针式滤头过滤，转移至2 mL样品瓶中，在4 ℃下保存，并在7 d内进行仪器分析。

1.3 分析仪器与条件

分析仪器：Aquity/AB SCIEX 6500超高效液相色谱/串联质谱仪(美国Waters公司)；Analyst 1.6工作站；Atlantis T3色谱柱(100 mm×2.1 mm×1.7 μm，美国 Waters公司)。

分析条件：流动相为超纯水(A)和甲醇(B)，采用梯度洗脱模式，0～1 min，B相体积保持5%；1～3 min，B相体积由5%线性上升为30%；3～8 min，B相体积由30%线性上升为100%，并保持1 min；之后B相体积迅速降为5%并保持1 min。流量 0.45 mL/min，进样量 10 μL，色谱柱温为 30 ℃。内标法定量。

8种目标物采用大气压力化学电离源(APCI)分析，正离子扫描方式，多反应监测。质谱参数：气帘气压力为2.07×105Pa，碰撞气压力为Medium，喷雾气压力为3.45×105Pa，电晕针电流1.0 μA，离子源加热气体温度为250 ℃，离子化电压为5 500 V。目标物均采用多离子反应监测方式(MRM)，具体条件见表1。

表1 目标物的多反应监测参数①

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

本实验为了获得最佳分离效果和较好的色谱峰形, 分别考察了甲醇-水溶液、甲醇-0.1%甲酸水溶液、甲醇-0.005 mol/L醋酸铵水溶液作为流动相对目标物分离的影响。结果表明，水相中添加剂的加入，对目标物的峰形没有影响，醋酸铵的加入会使部分目标物的响应降低。另外，在水相pH值为 2.00～8.00的甲酸铵水溶液和甲醇流动相中进行研究发现，NMEA出现了色谱双峰的现象，无论pH值如何调整，双峰均未得到改善(图1)。经研究和查阅文献发现，8种目标物中仅NMEA为非对称性结构，该目标物存在手性对映异构体，因此呈现了色谱双峰的现象[15]。

图1 NMEA色谱双峰

考察了不同色谱柱对亚硝胺类化合物的保留行为。相比较于C18柱，T3柱对于强极性化合物如NDMA的色谱保留更强，更加有利于实际样品中基质和目标物的分离。

2.2 质谱条件的选择

对质量浓度为1.0 mg/L的8种目标物单个标准溶液在电喷雾离子源(ESI)+/-及大气压化学电离源(APCI)+/-的4种方式下进行一级质谱母离子扫描。结果表明，在APCI正离子模式下8种目标物有更好的响应，基峰均为[M+H]+。优化母离子锥孔电压之后，选定[M+H]+为母离子，进行二级质谱扫描，寻找子离子碎片，确定定量离子和定性离子及其最佳碰撞能量，以达到最佳的检测灵敏度。

同时考察了不同离子源加热温度(250，350，550 ℃)和不同电晕针电流(1.0，3.0，5.0 μA)对各目标物色谱响应的影响，结果表明，离子源加热温度为250 ℃时各目标物的响应最高，随着温度的上升，目标物响应下降明显。电晕针电流在1.0，3.0，5.0 μA时各目标物的响应变化不明显，故最终选取1.0 μA电流、250 ℃离子源加热温度作为方法条件。

2.3 固相萃取条件选择

Planas等[16]对比了椰壳活性炭和琥珀活性炭 572(Ambersorb 572)对目标化合物的富集效果。实验结果表明，采用椰壳活性炭萃取，绝大多数亚硝胺类目标化合物的回收率(73%～91%)均较高。Ambersorb 572的萃取效果低于椰壳活性炭，尤其针对NDMA，回收率仅为43%，是椰壳活性炭回收率(88%)的一半。参照文献[16]，本实验采用椰壳活性炭固相萃取小柱进行富集。空白水样中各目标物的加标质量浓度为50 ng/L，平均回收率见图2。由图2可见，采用椰壳活性炭固相萃取柱进行萃取，8种目标物的回收率为62.1%～86.3%。

图2 固相萃取法对8种目标物的空白水样加标回收率(n=6)

2.4 标准曲线

用超纯水配制质量浓度依次为5，10，20，50，80和100 μg/L的混合标准溶液系列1.0 mL，置于进样瓶中，各加入10 μL 5 mg/L的内标使用液，混匀。以待测物与内标物定量离子的峰面积比(Y)对待测物的质量浓度(X，μg/L)进行线性回归，得到线性方程。8种目标物在线性范围内呈良好的线性关系，相关系数(r)均>0.995 0，8种目标物多反应监测色谱图见图3。

图3 8种目标物色谱图(ρ=100 μg/L)

2.5 检出限

根据《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168—2010)方法检出限测定要求，配制质量浓度为5.0 ng/L的空白水加标样7份，按照样品分析过程进行测定，计算7次平行测定的标准偏差(S)，以3S为检出限(LOD)，4倍检出限为定量下限(LOQ)，结果见表2。8种目标物的检出限为1.1～1.8 ng/L，方法灵敏度高，完全能够满足地表水中该类痕量污染物检测要求。

表2 水中目标物的方法检出限及定量下限(n=7) ng/L

2.6 精密度及准确度

配制低(10.0 ng/L)、中(40.0 ng/L)、高(80.0 ng/L)3个质量浓度水平的地表水加标样各6份，按上述优化的实验条件，进行准确度和精密度实验。选取的地表水样品在加标前经测定，8种目标物均未检出。每个添加浓度测定6份样品，计算加标回收率和相对标准偏差。结果表明，8种目标物的回收率为55.4%～90.4%，测定结果的相对标准偏差为3.1%～14.3%。方法准确度和精密度均符合痕量分析的要求。

表3 地表水中8种目标物的精密度和准确度(n=6)

2.7 实际地表水样品分析

用该方法对江苏省盐城市、泰州市和南通市3个地区的部分地表水开展了监测。结果表明，盐城市部分地表水中检出较高质量浓度的NDMA，2个点位的地表水样品中检出浓度分别为298和30.7 ng/L，推测在盐城地表水测定点位上游存在相关的工业源排放。其他地区所有目标物均未检出。

3 结语

建立了固相萃取(SPE)-超高效液相色谱/三重四极杆串联质谱(UPLC-MS/MS)同时测定地表水中8种亚硝胺的方法，该方法可实现8种亚硝胺类化合物的同时测定，方法具备准确度高、灵敏度高的优势。经实际样品的测定表明，该方法具有较好的适用性，抗干扰能力强，完全能够满足地表水样品的快速监测要求，亦适用于各类环境质量标准的评价要求。