GC-EI/MS同時(shí)測(cè)定水中9種N-亞硝胺

李 婷，鮮啟鳴

（污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引 言

飲用水中的N-亞硝胺不僅與人類膀胱癌的發(fā)生有關(guān)[1-2]，還可能誘導(dǎo)食管和肝臟等器官產(chǎn)生腫瘤[3-4]。目前水中發(fā)現(xiàn)的N-亞硝胺包括：N-亞硝基二甲胺（NDMA）、N-亞硝基甲基乙基胺（NMEA）、N-亞硝基二乙基胺（NDEA）、N-亞硝基二丙基胺（NDPA）、N-亞硝基二丁基胺（NDBA）、N-亞硝基吡咯烷（NPyr）、N-亞硝基嗎啉（NMor）、N-亞硝基哌啶（NPip）和N-亞硝基二苯胺（NDPhA）。美國加利福尼亞州規(guī)定飲用水中NDMA、NDEA和NDPA的濃度限制均為10 ng/L[5]，遠(yuǎn)低于US EPA中對(duì)常規(guī)消毒副產(chǎn)物THM4和HAA5的濃度限值：80μg/L和60μg/L。因此，檢測(cè)水中痕量的N-亞硝胺，對(duì)于評(píng)價(jià)飲用水質(zhì)，進(jìn)一步研究去除水中的N-亞硝胺以提高飲用水的安全性具有重要意義。

目前，水中N-亞硝胺的提取方法主要有固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）。測(cè)定儀器主要有GC-NCD[6]、GC-NPD[7]、GC/MS[8]、GC/HRMS[9]、GC/MS/MS、LC/MS/MS[10]、LC/MS/HRMS[11]和 UPLC/MS/MS[12]，一般選用CI源為離子源。對(duì)于不同的前處理，固相微萃取影響因素多、靈敏度低，僅適用廢水中N-亞硝胺的檢測(cè)[13]。對(duì)于不同的進(jìn)樣方式，采用LC進(jìn)樣時(shí)，檢測(cè)低分子量的N-亞硝胺易受雜質(zhì)的影響[10]，采用GC進(jìn)樣效果較好。對(duì)于不同的檢測(cè)器，MS檢測(cè)的效果優(yōu)于 NCD和NPD[6，14]，與 HRMS和 MS/MS相比也可以滿足分析要求[8-9，15]。因此本實(shí)驗(yàn)采用固相萃取、GC/MS測(cè)定9種N-亞硝胺，確定了水樣前處理和采用EI作為離子源、GC/MS檢測(cè)N-亞硝胺的條件，并應(yīng)用于測(cè)定自來水廠水樣中9種N-亞硝胺的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器、材料與試劑

儀器材料：TRACE GC ULTRa型氣相色譜與FINNIGAN Polaris Q型質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Thermo ELECTRON CORPORATION公司）；PTA-5型色譜柱（美國 Supelco公司）：30m×0.25mm×0.5μm；12管防交叉污染固相萃取裝置（美國Supelco公司）；RV10 basic型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國IKA集團(tuán)）；SE812型氮吹儀（北京帥恩科技有限責(zé)任公司）；SPE小柱（2g椰殼活性炭/6mL，美國Restek公司）；高純氮?dú)猓暇┨鞚蓺怏w有限責(zé)任公司）；MILLI-Q A10超純水機(jī)（美國Millipore公司）。

試劑：2 000 mg/L 9種N-亞硝胺的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（美國Supelco公司）；NDMA-d6和 NDPA-d14（98%，美國 Cambridge Isotope Laboratories公司）；二氯甲烷（HPLC級(jí)，美國ROE Scientific公司）；甲醇（HPLC級(jí)，美國Tedia公司）；無水硫酸鈉（分析純，南京化學(xué)試劑有限公司）；硫代硫酸鈉（分析純，南京化學(xué)試劑有限公司）；超純水（經(jīng)紫外燈照射后使用）；蒸餾水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液

以二氯甲烷為溶劑，配置9種N-亞硝胺及NDMA-d6的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度依次為：2，5，10，20，50，100，200，500，1000μg/L，每一濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液中定量?jī)?nèi)標(biāo)NDPA-d14的濃度均為250μg/L。

1.3 樣品制備

向棕色采樣瓶中預(yù)先加入濃度為100mg/L的硫代硫酸鈉，以脫去水樣中的氯。采樣時(shí)，水樣充滿采樣瓶。采樣后水樣在4℃下避光保存，在14d內(nèi)完成分析。水樣分析前NDMA-d6加標(biāo)濃度為20ng/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣質(zhì)聯(lián)用儀分析條件的優(yōu)化

采用GC/MS分析9種N-亞硝胺，EI為電離源，高純氦氣為載氣，不分流進(jìn)樣1μL。

實(shí)驗(yàn)就不同的進(jìn)樣口溫度（140，200，250℃）、傳輸線溫度（170，280℃）、離子源溫度（150，170，210℃）和不同的載氣流速（1.0，1.5，2.0 mL/min）對(duì) N-亞硝胺分離及響應(yīng)的影響分別進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：進(jìn)樣口溫度、傳輸線溫度和離子源溫度對(duì)N-亞硝胺的分離及響應(yīng)的影響不大。從防止污染的角度考慮，最終選擇進(jìn)樣口溫度為250℃，傳輸線溫度為280℃，離子源溫度為210℃。較低的載氣流速有利于N-亞硝胺的分離，但會(huì)降低響應(yīng)，因此選擇了較高的載氣流速2.0mL/min。同時(shí)，通過分析柱溫對(duì)9種N-亞硝胺分離的影響，確定了N-亞硝胺的GC/MS程序升溫條件：初始柱溫設(shè)為35℃，保持4min，以8℃/min的速度升至220℃，再以40℃/min的速度升至280℃，保持2min。采用保留時(shí)間和特征碎片離子定性，選擇離子檢測(cè)法（SIM）定量，N-亞硝胺的峰形見圖1，具體參數(shù)見表1。

圖1 2mg/L 9種N-亞硝胺、NDMA-d6及250μg/L NDPA-d14標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖

2.2 樣品前處理?xiàng)l件的選擇

2.2.1 固相萃取材料的選擇與活化

N-亞硝胺固相萃取常用的材料有椰殼活性炭、Ambersorb572及Ambersorb 572與LiChrolut EN的組合材料。不同的填充材料對(duì)不同N-亞硝胺的萃取效果不同。椰殼活性炭對(duì)NDMA的萃取回收率遠(yuǎn)高于Ambersorb 572和Ambersorb 572+LiChrolut EN，分別為 88%[9]，43%[9]和 60%[16]，而 NDMA 是毒性較大、研究較為廣泛的N-亞硝胺之一，因此選用椰殼活性炭作為固相萃取材料。采用椰殼活性炭萃取前，依次用6mL二氯甲烷、12mL甲醇和15mL超純水活化。

表1 N-亞硝胺的GC/MS分析條件

2.2.2 水樣體積及濃縮倍數(shù)的選擇

根據(jù)已有的研究，水樣的體積一般選取0.25，0.5，1 L，由于自來水樣中N-亞硝胺的濃度低至ng/L級(jí)別，而GC/MS分析時(shí)選用的是EI源，響應(yīng)較CI源低，因此，水樣體積選為1L，以提高方法的檢出性能。

不同N-亞硝胺在GC-EI/MS上檢出的最低濃度為2～20μg/L，因此要將水樣濃縮。已有研究一般將水樣濃縮500倍、1000倍和2500倍，即當(dāng)提取液濃縮后的濃度為20μg/L時(shí)，對(duì)應(yīng)水樣中N-亞硝胺的濃度分別為40，20，8 ng/L，而目前N-亞硝胺的濃度限值一般為10ng/L，因此應(yīng)盡量降低N-亞硝胺的檢出限。據(jù)此，水樣的濃縮倍數(shù)選為5000倍，即1L水樣應(yīng)濃縮至0.2mL。

2.2.3 水樣的萃取、洗脫與干燥

試驗(yàn)分別比較了5，10 mL/min的水樣萃取流速，結(jié)果N-亞硝胺的回收率無顯著差異。為縮短樣品處理時(shí)間，以10mL/min為最終萃取流速。水樣萃取后，用15mL二氯甲烷洗脫，洗脫液經(jīng)6 g無水硫酸鈉（預(yù)先用二氯甲烷清洗濕潤(rùn)）干燥，再用6mL二氯甲烷淋洗無水硫酸鈉，收集流出液。

2.2.4 提取液濃縮條件的優(yōu)化

由于N-亞硝胺為揮發(fā)性物質(zhì)，為減少在提取液濃縮時(shí)N-亞硝胺的損失，在濃縮前向提取液中加入500 μL 甲醇，同時(shí)加入 50 ng NDPA-d14混勻，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)在室溫下濃縮至1mL，再加入2mL二氯甲烷沖洗內(nèi)壁，在25℃水浴下緩慢氮吹至0.2mL。由于甲醇的沸點(diǎn)略高于二氯甲烷，加入甲醇可以盡量減少N-亞硝胺在氮吹時(shí)隨二氯甲烷揮發(fā)而造成的損失。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)可以極大縮短液體濃縮的時(shí)間，21mL洗脫液濃縮至1mL只需6～8min，而3mL預(yù)濃縮液氮吹至0.2mL需要1h。實(shí)驗(yàn)表明：21mL洗脫液旋蒸發(fā)預(yù)濃縮再氮吹至0.2 mL與直接氮吹濃縮至0.2 mL相比，N-亞硝胺的回收率可以增大4%～12%。

2.3 方法的線性、檢出限、回收率和精密度

采用內(nèi)標(biāo)法繪制2～1 000 μg/L不同N-亞硝胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線，r2范圍為 0.9976～0.9996，見表 2。

表2 N-亞硝胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線

在選定的儀器條件下，分別用標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）法和信噪比（S/N）法測(cè)定N-亞硝胺的檢出限（LOD）。SD法是配制7份加標(biāo)濃度為10ng/L的水樣，測(cè)定N-亞硝胺的濃度，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限。S/N法是取儀器響應(yīng)信噪比為3時(shí)對(duì)應(yīng)水樣中N-亞硝胺的濃度。SD法和S/N法的檢出限分別為 0.8～4.3ng/L 和 0.2～5.0ng/L，詳見表 3。

表3 N-亞硝胺的檢出限

實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定了蒸餾水加標(biāo)10，50，200 ng/L N-亞硝胺的回收率，分別平行測(cè)定7次，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。結(jié)果加標(biāo)10ng/L N-亞硝胺的回收率為75%～103%，加標(biāo)50ng/L N-亞硝胺的回收率為62%～101%，加標(biāo)200 ng/L N-亞硝胺的回收率為48%～97%，詳見表4。除加標(biāo)50ng/L和200ng/L NDPhA的回收率低于70%外，其余回收率結(jié)果均在70%～130%范圍內(nèi)，滿足EPA 521的要求。

表4 N-亞硝胺蒸餾水加標(biāo)回收率

2.4 實(shí)際樣品的測(cè)定

選取以江水、河水、湖水為水源的3家水廠I、II、III的進(jìn)水、出水和管網(wǎng)水分別進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表5。水樣NDMA-d6加標(biāo)的回收率均在70%以上。其中水廠III的進(jìn)水、出水和管網(wǎng)水中檢測(cè)的NDEA的色譜圖見圖2。

不同水廠檢出N-亞硝胺的種類和濃度不同，表明N-亞硝胺與源水水質(zhì)以及水廠的處理工藝有關(guān)。水廠進(jìn)水中檢出的N-亞硝胺種類多、濃度較高，而管網(wǎng)水檢出的N-亞硝胺種類少且濃度低，表明飲用水廠的處理工藝可有效去除部分N-亞硝胺。

NDMA在水廠Ⅲ的進(jìn)水、出水和管網(wǎng)水中的濃度逐漸升高，可能是源水中含有的NDMA前驅(qū)物，在水處理過程中難以去除，在管網(wǎng)中與消毒劑繼續(xù)反應(yīng)生成。NDMA在水廠III的管網(wǎng)水中濃度達(dá)45.3ng/L，低于上海報(bào)道的管網(wǎng)水濃度78.93ng/L[17]。

圖2 水廠Ⅲ檢出的NDEA色譜圖

表5 不同水廠不同水樣中N-亞硝胺的濃度1）

3 結(jié)束語

本方法采用椰殼活性炭固相萃取、建立了GC-EI/MS測(cè)定水中9種N-亞硝胺的定性定量方法，該方法靈敏度高、回收率好。能適用于自來水廠中N-亞硝胺的痕量分析。

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