液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定水中的亞硝胺類物質(zhì)

郭茜楠， 張 蕊， 王升昊

(天津水務(wù)集團水質(zhì)監(jiān)測中心， 天津 300241)

飲用水消毒副產(chǎn)物(disinfection byproducts,DBPs)是飲用水消毒過程中消毒劑與水中有機物反應(yīng)產(chǎn)生的一系列副產(chǎn)物，其種類繁多，常見的有三鹵甲烷 (THMs)、鹵代乙酸 (HAAs)、鹵酸鹽 (氯酸鹽、次氯酸鹽和溴酸鹽)等[1]。亞硝胺類消毒副產(chǎn)物(N-DBPs )作為一種新型的消毒副產(chǎn)物，具有致癌、致畸、致突變的危害，廣泛存在于大氣、水、土壤、食品、橡膠制品、煙草等環(huán)境介質(zhì)中[2]，盡管其濃度相對較低但毒性卻高于常見的鹵代消毒副產(chǎn)物。很多國家或地區(qū)已確定了亞硝胺類物質(zhì)的檢出限，例如美國加利福尼亞州已規(guī)定亞硝基二甲胺(NDMA)、N-二乙基亞硝胺(NDEA)和N-二丙基亞硝胺(NDPA)在飲用水中的濃度限值均為10 ng/L；德國也規(guī)定飲用水中亞硝基二甲胺(NDMA)和N-亞硝基嗎啉(NMOR)的健康標(biāo)準(zhǔn)不得超過10 ng/L；而加拿大安大略省環(huán)境部則更為嚴(yán)格，規(guī)定 NDMA 的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為 9 ng/L[3]。因此，檢測飲用水中痕量亞硝胺類物質(zhì)，對評價飲用水水質(zhì)、保證水源安全具有重要意義。

筆者建立了超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用法快速測定飲用水中亞硝胺類物質(zhì)的方法，以更好地助力進一步研究去除和控制飲用水中亞硝胺類物質(zhì)含量，保證飲用水安全。

1 實驗試劑與儀器

1.1 8種亞硝胺物質(zhì)的基本信息

研究中涉及檢測的亞硝胺類組分見表1。

表1 8種亞硝胺類物質(zhì)的基本信息

1.2 儀器和試劑

液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS /MS)Waters Xevo TQ-XS 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀，包含自動進樣系統(tǒng)、超高效液相色譜儀、三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀并配有大氣壓化學(xué)電離源(atmospheric pressure chemical ionization，APCI)。

儀器軟件：Masslynx 4.1軟件(Waters)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集和結(jié)果分析。

液相色譜柱：ACQUITY UPLC HSS T3 100 mm，內(nèi)徑 2.1 mm，粒徑 1.8 μm。

固相萃取裝置：全自動或手動的固相萃取裝置均可，本文使用手動固相萃取儀。

濃縮蒸發(fā)裝置：TTL-DC II氮吹儀。

固相萃取小柱：CNWBOND Cocount Charocal(椰子殼活性炭)2 g,6 mL。

9種N-亞硝胺混標(biāo)，2 000 mg/L 甲醇溶液；二氯甲烷、甲醇、甲酸，均為色譜純； Milli-Q 超純水，15 MΩ·cm；高純氮氣，純度>99.9%。

1.3 儀器參數(shù)設(shè)置

液相色譜條件：流動相由甲醇(流動相A)和0.1%的甲酸溶液(流動相B)組成，流速為0.3 mL/min，進樣量為10 μL，色譜柱溫度為45℃。流動相梯度：2.5% A保持2 min，隨后1 min內(nèi)提高A的比例至50%并保持1 min，然后在0.5 min內(nèi)升至80%，接著在2.5 min內(nèi)升至97.5%，最后在0.1 min內(nèi)降至2.5%，整個程序共6.5 min。

質(zhì)譜條件：大氣壓化學(xué)電離源正離子模式(APCI)，毛細管電壓3.1 kV；離子源溫度，150℃；脫溶劑氣流量，500 L/h；錐孔氣(氮氣)流量，180 L/h；碰撞氣流量，0.15 mL/min。

1.4 實驗步驟

1.4.1樣品采集

采用硬質(zhì)棕色磨口玻璃瓶采集水樣，預(yù)先按每升水 80～100 mg 的比例加入固體過硫酸鈉，脫去水樣中活性氯。水樣應(yīng)充滿樣品瓶并加蓋密封，4℃以下冷藏，避光保存，盡快檢測[4]。

1.4.2N-亞硝胺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

采用外標(biāo)法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，以二氯甲烷為溶劑，采用購買的標(biāo)品梯度稀釋得到 9 種 N-亞硝胺標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制濃度依次為 5，10，20，50，100和200 μg/L。

1.4.3樣品前處理

準(zhǔn)確量取1 L水樣，采用固相萃取的方法對樣品進行處理，在使用固相萃取小柱萃取之前，依次用 6 mL二氯甲烷、12 mL甲醇和15 mL超純水活化椰殼柱。水樣以3～5 mL/min 的速率通過活化后的椰殼柱。水樣上樣完畢后，進行真空抽干120 min。隨后，使用二氯甲烷進行洗脫，每次4 mL，共洗脫3次。洗脫過程中，洗脫液應(yīng)自然滴落。收集洗脫液，使用氮吹儀在35℃下對洗脫液進行濃縮，最后用二氯甲烷定容至0.5 mL，上機進樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜采集條件的確認(rèn)

在實驗初期，選用電噴霧電離源(ESI)與大氣壓化學(xué)電離源(APCI)進行質(zhì)譜參數(shù)摸索對比。NDMA、NMEA等分子量較小、揮發(fā)性強的物質(zhì)，在ESI下的響應(yīng)不及APCI。因此，最終確定用APCI進行檢測。通過質(zhì)譜方法優(yōu)化，最終確定8種物質(zhì)的錐孔電壓、碰撞能級以及定量離子見表2。

表2 8種亞硝胺類物質(zhì)的質(zhì)譜采集條件

注：*為定量子離子。

2.2 方法檢出限與精密度

實驗條件下，8種亞硝胺類化合物的線性范圍為 5.0～200 μg/L。結(jié)果表明，8種N-亞硝胺有良好的線性關(guān)系且3次數(shù)據(jù)的平行性較好，其線性回歸方程、線性相關(guān)系數(shù)、最低檢出限如表3所示。

表3 8種亞硝胺類物質(zhì)的線性方程和檢出限

8種N-亞硝胺線性相關(guān)系數(shù)R2為0.993～0.996，最低檢出限為 0.07～1.3 ng/L，儀器精密度均在10%以內(nèi)。

2.3 樣品前處理優(yōu)化

2.3.1萃取柱克數(shù)的選擇

經(jīng)試驗證明，8種亞硝胺在椰殼柱上都能被保留，使用1 mg固相萃取柱與2 mg固相萃取柱的回收率(n=6)見表4。結(jié)果表明，在進行25 和50 ng/L的水樣回收時，絕大多數(shù)物質(zhì)使用2 mg固相萃取柱的回收率優(yōu)于1 mg固相萃取柱，因此最終確定使用2 mg固相萃取柱。

表4 純水中8種亞硝胺類物質(zhì)在不同質(zhì)量椰殼柱下的回收率 %

2.3.2樣品 pH 條件的確定

為了確定水樣pH對回收率的影響，試驗分別用鹽酸溶液和碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)水樣的pH值。在酸性(pH=3) 、近中性(pH=6)和堿性(pH=8)水樣條件下，對濃度為 20.0 μg/L的6份加標(biāo)水樣使用固相萃取方法萃取，萃取液經(jīng)濃縮后測定。結(jié)果表明，3種pH下8種物質(zhì)的回收率均在80%～110%之間，所以最終選擇不調(diào)節(jié)水樣pH直接進行固相萃取。

2.3.3曲線配制及定容試劑的選擇

選擇二氯甲烷、水、甲醇作為基質(zhì)配制曲線進行對比，發(fā)現(xiàn)采用水作為基質(zhì)時，NDPA在低濃度點的響應(yīng)不好；采用甲醇作為基質(zhì)時，甲醇對NDMA、NDEA兩種物質(zhì)響應(yīng)有影響，NDMA在甲醇基質(zhì)下不能出峰；采用二氯甲烷配線時，各種物質(zhì)在曲線濃度最低點響應(yīng)相對較好。因此選擇二氯甲烷作為配制曲線的試劑。

分別用二氯甲烷和純水作為定容溶劑進行試驗，結(jié)果相差不大?？紤]到配制溶劑與前處理洗脫、定容溶劑的一致性，最終選擇二氯甲烷作為定容試劑。

2.3.4吸附流速、抽干時間及濃縮倍數(shù)的選擇

在真空泵壓力為400 mbar時，選擇0.5，1 和1.5 h作為固定的抽干時間進行回收率對比，發(fā)現(xiàn)0.5 及1 h停止抽干后洗脫，洗脫后得到的液體依然混有水份，不利于定容與檢測。1.5 h停止抽干后洗脫得到的回收率較好，因此將抽干時間定為1.5 h。

水樣流速會影響亞硝胺在椰殼柱上的保留，流速太快會導(dǎo)致吸附保留效果不佳。筆者根據(jù)有機檢測固相萃取的富集經(jīng)驗與相關(guān)文獻報道，選擇樣品上柱流速在3～5 mL/min[5]。

根據(jù)已有研究，將水樣體積定為1 L，選擇將水樣濃縮1 000，2 000和5 000倍進行對比，即定容體積分別為 1，0.5和0.2 mL，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對實驗影響不大。為了提高靈敏度，更好地分析水中痕量的亞硝胺類物質(zhì)，結(jié)合定容體積對回收率平行性的影響，最終選擇濃縮倍數(shù)為2 000倍，即1 L水樣應(yīng)濃縮定容至0.5 mL。

2.3.5濃縮條件的選擇

對比了水浴氮吹不同溫度下的回收率，發(fā)現(xiàn)在 40℃ 水浴下的回收率低于35℃。由于8種亞硝胺類物質(zhì)中NDMA、NDEA等具有揮發(fā)性，不宜選擇過高的溫度進行氮吹，以免造成損失，因此最終確定35℃進行氮吹。

2.4 不同濃度下的回收率及精密度的測定

對8種N-亞硝胺類物質(zhì)進行10.0，50.0和100 μg/L 的加標(biāo)回收實驗(n=6)，其回收率結(jié)果見表5。除NDBA的回收率在70%以下，其余回收率均在 70%～110%內(nèi)。RSD不大于15%，精密度良好。說明本方法的適用性較好，可以滿足實際水體中N-亞硝胺的檢測要求。

表5 8種亞硝胺類物質(zhì)在不同添加水平下的回收率和精密度 %

2.5 其余亞硝胺類物質(zhì)的摸索性研究

在進行8種亞硝胺類物質(zhì)檢測方法開發(fā)的同時，對N-亞硝基二苯胺(NDPhA)進行了儀器檢測方法摸索。該物質(zhì)的質(zhì)譜響應(yīng)較好，儀器檢出限能達到2.65 μg/L，但在進行前處理方法摸索時發(fā)現(xiàn)其不能通過本文提及的固相萃取方式進行回收。因此，該物質(zhì)不能運用本文的前處理富集方式進行固相萃取回收，可以考慮直接水樣上機進行檢測。

3 結(jié)論

通過優(yōu)化前處理條件，利用APCI源，建立了水中常見的8種亞硝胺類物質(zhì)的固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測法，該方法具有靈敏度高、適用性好等優(yōu)點。下一步，應(yīng)考慮采用此方法對實際樣品中亞硝胺類消毒副產(chǎn)物進行檢測，討論飲用水中亞硝胺消毒副產(chǎn)物含量與消毒方式之間的相關(guān)性，為降低水中亞硝胺的含量的研究提供支持。