气相色谱-三重四级杆串联质谱法测定饮用水中十种硝基苯类污染物

王孝生， 卢 嘉， 王冬梅， 刘尊培

(1.马鞍山市环境监测中心站，安徽 马鞍山 243001；2.皖南医学院 检验学院，安徽 芜湖 241000)

硝基苯类物质是硝基芳香族化合物的总称，是染料合成、油漆涂料、塑料、炸药、医药及农药制造等领域的重要中间体，具有明显的致突、致畸和致癌性，是我国环境保护中优先控制的高毒污染物之一。然而，硝基苯类化合物在工业生产过程可能随废物排放到环境中，从而造成对地表水和地下水的污染[1]。因此对环境水体中硝基苯类化合物的监测具有重要的意义。国家在集中式生活饮用水地表水源地特定项目(《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表3)中对硝基苯类化合物有标准限值规定。因此准确测定饮用水中的硝基苯类物质，在环境监控和保障人们饮水安全方面具有重要的现实意义。

硝基苯类化合物检测的方法很早就有研究，目前应用的主要有分光光度法[2]、化学发光分析法[3]、伏安分析法[4]、气相色谱法[5-6]等。其中，气相色谱法能有效实现多种异构体的同时检测且简便、快速。国家先后出台了采用不同检测器(电子捕获检测器和质谱检测器)的气相色谱检测环境水样的行业标准(HJ 648—2013和HJ 716—2014)。尽管如此，由于硝基苯类物质异构体种类较多且结构相似度高，使用上述方法进行实样分析时依然存在假阳性结果和抗干扰性差等不足。因此，利用新技术、新仪器来构筑硝基苯类物质分析方法，以提高实样检测的可靠性和稳定性具有较好的现实意义。

气相色谱-三重四级杆串联质谱仪由于可以在分离的基础上实现多级质谱分析，而具有灵敏度高、抗干扰性强、假阳性少等优点，近年来在环境检测中获得了较多关注[7-10]。目前报道中还没有对硝基苯类化合物的多重反应监测(multiple reaction monitoring，MRM)方法进行描述。本文采用气相色谱-三重四级杆串联质谱法，首次对这十种硝基苯类化合物的MRM方法进行优化，建立了抗干扰性强、灵敏度高、假阳性少、检出限更低的检测饮用水中硝基苯类化合物的方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

岛津气相色谱仪2010plus、岛津TQ8040三重四级杆质谱仪均购自日本岛津公司；Rtx-5MS(30m×0.25mm，0.25m，日本岛津公司)；全自动固相萃取仪Auto SPE-06购自于睿科仪器(厦门)有限公司；十通道平行浓缩仪MultiVap-10购自于北京莱伯泰科仪器有限公司。C18固相萃取小柱，6mL/500mg(上海安谱科学仪器有限公司)；亲水-疏水平衡固相萃取(hydrophile-lipophile balance，HLB)小柱，6mL/500mg(美国沃特世)。

甲苯中十种硝基苯类混合标准溶液(硝基苯、对-硝基氯苯、间-硝基氯苯、邻-硝基氯苯、对-二硝基苯、间-二硝基苯、邻-二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯)由坛墨质检科技有限公司提供(产品批号：80884JN，1000mg·L-1)，用二氯甲烷稀释成浓度为5mg·L-1的中间液；内标液：丙酮中1-溴-2-硝基苯(坛墨质检科技有限公司提供，产品批号：A2003412，1000mg·L-1)，用二氯甲烷稀释成浓度为10mg·L-1的中间液。甲醇、二氯甲烷均为色谱纯。

1.2 试验方法

1.2.1 气相色谱条件 载气为高纯 He (99.999%)；碰撞气为Ar，色谱柱升温程序为：60℃以 10℃·min-1升温至 200℃，以 15℃·min-1升温至 250℃；进样口温度为 250℃；流量为1.0mL·min-1；进样体积为 1μL，不分流进样。

1.2.2 质谱条件 EI 源温度为 200℃，电离能量为70eV，溶剂延迟时间为5min，传输线温度为 280℃。

1.2.3 检测条件 通常 GC-MS-MS 对未知化合物的分析分为 4步：确定前体离子、设定产物离子和优化碰撞电压、建立MRM方法。

1.2.3.1 确定前体离子 在选定的最佳仪器条件下，创建Q3全扫描方法测定5mg·L-1标准样品，得到的即为该物质的特征一级质谱图，设定前体离子。Q3全扫描条件参数：溶剂延迟时间为5min，扫描质量范围为 40～500amu，扫描时间为 300ms。具体的保留时间和前体离子见表1。

表1 硝基苯类保留时间及前体离子质量数Table 1 Retention time of nitrobenzenes and their precursors mass number

1.2.3.2 设定产物离子和优化碰撞电压 岛津公司开发的“MRM_Optimization_Tool”软件可以自动创建产物离子扫描批处理表，运行产物离子扫描批处理表，采集产物离子扫描数据，再通过“MRM_Optimization_Tool”软件打开采集的产物离子扫描数据，设定多重反应转变数为4，碎片离子范围：50-(母离子-1.5)m/z，通过软件自动生成碰撞能量优化曲线，进而得到各组分的最佳碰撞电压(CE)及离子丰度比值，具体见表 2。

1.2.3.3 建立MRM方法 运用岛津“SmartDatabase_Blank”软件在上述设定的产物离子和优化碰撞电压的基础上自动创建MRM方法，在检测器的电压在调谐电压的基础上加0.6eV，具体见表3。采集200μg·L-1的标准样品，设定MRM离子比率，得到的总离子流图(图 1)。

表2 硝基苯类的产物离子扫描离子对、最佳碰撞电压及离子丰度比值Table 2 Product ions′ scanning ion pair,optimum collision voltage and ion abundance ratio of nitrobenzene

表3 硝基苯类MRM条件Table 3 Conditions for multiple reaction monitoring of nitrobenzene

1.3 标准曲线的绘制

以色谱纯二氯甲烷为溶剂，分别将硝基苯类的中间液稀释成10，20，50，100，200μg·L-1标准系列溶液，内标溶液的浓度为200μg· L-1。依次进样1μL。

图1 MRM条件下的总离子流图Figure 1 Total ion chromatogram under multiple reaction monitoring conditions

1.4 样品的处理

水样经全自动固相萃取仪处理。活化：依次用5mL二氯甲烷、5mL甲醇和10mL水，活化固相萃取柱，流速为5mL·min-1。萃取：准确量取1000mL水样，向每份水样中加入5mL甲醇，混匀。使水样以8mL·min-1的流速富集，上样完毕后，用10mL水冲洗内壁，并富集于固相萃取柱中，再用10mL纯水淋洗固相萃取柱，氮气吹扫固相萃取柱10min。洗脱：用15mL二氯甲烷分两次(5mL+10mL)以2mL·min-1的速度洗脱样品，洗脱液经无水硫酸钠脱水后，收集洗脱液浓缩至0.5mL左右，加入20μl内标液的中间液，定容至1mL，上机分析。

2 结果与讨论

图2 不同填料对应的积分面积图Figure 2 Integral area map of different fillers

2.1 固相萃取小柱的选择

对相同加标量的水样，分别用常用的C18和亲水-疏水平衡固相萃取(HLB)小柱按1.4节的样品处理步骤进行活化、富集、洗脱、浓缩、定容上机，结果显示亲水-疏水平衡固相萃取小柱的回收率较高，见图2。可能的原因是亲水-疏水平衡固相萃取小柱的基体材料为聚苯乙烯-二乙烯基苯球形高分子共聚物，是一种亲水共聚物，与C18硅胶相比，亲水-疏水平衡固相萃取小柱吸附剂的表面积增大2～3倍，容量因子大大提高，吸附容量通常是C18的3～10倍。所以，本实验选择亲水-疏水平衡固相萃取小柱为样品的前处理材料。

2.2 MRM方法与单选择离子方法的比较

在相同的气相色谱条件(柱流量为 1.0mL·min-1；不分流进样)和相同检测器电压(相对调谐结果+0.6kV)下，分别用MRM方法与单选择离子方法对实际地表水样品进行加标(0.020μg·L-1)分析，MRM方法与单选择离子方法的信噪比(噪音宽度：0.1min；计算方法：峰至峰)测定结果见表4。由表4可见，MRM方法中通过一级质谱检测器的背景噪音经中间的碰撞池和三级质谱检测器两级筛选后大大降低，导致信噪比变高，提高22～1330倍。信噪比高，一般灵敏度也随之增高；同时，信噪比高，也说明了目标物质周围的假阳性物质干扰少。因此，同等气相和电压条件下，MRM方法比单选择离子方法灵敏度高、假阳性物质干扰少。

2.3 标准曲线和检出限

按照1.3节的方法配制系列浓度的标准溶液，在优化的MRM条件下进行分析。以保留时间定性，以峰面积对质量浓度绘制标准曲线。在配制7个相同低浓度的十种硝基苯类混合水溶液，按1.4节的样品处理步骤后上机测试，依据《HJ168—2010环境监测 分析方法标准制修订技术导则》附录A，以MDL=S×t(n-1,0.99)计算方法检出限，其中S为7次测定结果的标准偏差，在99%的置信区间内，t(n-1,0.99)=3.143。

表4 两种方法信噪比汇总表Table 4 Summary table of signal to noise ratio of two methods

表5 标准曲线与检出限Table 5 Standard curve and detection limit

由表5可知，在0.010～0.200μg·L-1线性范围内，十种硝基苯类化合物的相关系数可达到0.9980～0.9999，方法检出限为0.0008～0.0028μg·L-1。在相同取样体积的情况下，本方法的检出限较单质谱方法(HJ716—2014)检出限(0.04～0.05μg·L-1)有很大的提升。

2.4 实际水样和加标回收测试

对马鞍山市某饮用水源水中的10中硝基苯类化合物进行检测，并对水样进行硝基苯类低和高2个浓度(20和80μg·L-1)的加标回收测试，每种浓度的样品加标三份，经固相萃取等前处理后上机测试，结果见表6。由表6可知，该方法的平均回收率为67.0%～122%，RSD为3.01%～13.4%。

表6 实际样品加标回收率试验结果Table 6 Recovery test results of actual sample

3 结论

使用气相色谱-三重四级杆串联质谱仪分析饮用水中的十种硝基苯类，通过一系列条件的优化，首次建立了硝基苯类的MRM方法，通过筛选-碰撞-筛选，以及特定的碎片离子与特定的母离子对应关系，很大程度上减少了背景和假阳性干扰，测定结果更准确可靠。与已报道的方法相比，灵敏度高，检出限更低，为饮用水中痕量硝基苯类残留的分析提供了更加有效的方法，可满足饮用水中硝基苯类的测定需求。