GC-EI/MS同时测定水中9种N-亚硝胺

李 婷，鲜啟鸣

（污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院，江苏 南京 210023）

0 引 言

饮用水中的N-亚硝胺不仅与人类膀胱癌的发生有关[1-2]，还可能诱导食管和肝脏等器官产生肿瘤[3-4]。目前水中发现的N-亚硝胺包括：N-亚硝基二甲胺（NDMA）、N-亚硝基甲基乙基胺（NMEA）、N-亚硝基二乙基胺（NDEA）、N-亚硝基二丙基胺（NDPA）、N-亚硝基二丁基胺（NDBA）、N-亚硝基吡咯烷（NPyr）、N-亚硝基吗啉（NMor）、N-亚硝基哌啶（NPip）和N-亚硝基二苯胺（NDPhA）。美国加利福尼亚州规定饮用水中NDMA、NDEA和NDPA的浓度限制均为10 ng/L[5]，远低于US EPA中对常规消毒副产物THM4和HAA5的浓度限值：80μg/L和60μg/L。因此，检测水中痕量的N-亚硝胺，对于评价饮用水质，进一步研究去除水中的N-亚硝胺以提高饮用水的安全性具有重要意义。

目前，水中N-亚硝胺的提取方法主要有固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）。测定仪器主要有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]，一般选用CI源为离子源。对于不同的前处理，固相微萃取影响因素多、灵敏度低，仅适用废水中N-亚硝胺的检测[13]。对于不同的进样方式，采用LC进样时，检测低分子量的N-亚硝胺易受杂质的影响[10]，采用GC进样效果较好。对于不同的检测器，MS检测的效果优于 NCD和NPD[6，14]，与 HRMS和 MS/MS相比也可以满足分析要求[8-9，15]。因此本实验采用固相萃取、GC/MS测定9种N-亚硝胺，确定了水样前处理和采用EI作为离子源、GC/MS检测N-亚硝胺的条件，并应用于测定自来水厂水样中9种N-亚硝胺的含量。

1 材料与方法

1.1 仪器、材料与试剂

仪器材料：TRACE GC ULTRa型气相色谱与FINNIGAN Polaris Q型质谱联用仪（美国Thermo ELECTRON CORPORATION公司）；PTA-5型色谱柱（美国 Supelco公司）：30m×0.25mm×0.5μm；12管防交叉污染固相萃取装置（美国Supelco公司）；RV10 basic型旋转蒸发仪（德国IKA集团）；SE812型氮吹仪（北京帅恩科技有限责任公司）；SPE小柱（2g椰壳活性炭/6mL，美国Restek公司）；高纯氮气（南京天泽气体有限责任公司）；MILLI-Q A10超纯水机（美国Millipore公司）。

试剂：2 000 mg/L 9种N-亚硝胺的混合标准溶液（美国Supelco公司）；NDMA-d6和 NDPA-d14（98%，美国 Cambridge Isotope Laboratories公司）；二氯甲烷（HPLC级，美国ROE Scientific公司）；甲醇（HPLC级，美国Tedia公司）；无水硫酸钠（分析纯，南京化学试剂有限公司）；硫代硫酸钠（分析纯，南京化学试剂有限公司）；超纯水（经紫外灯照射后使用）；蒸馏水。

1.2 标准溶液

以二氯甲烷为溶剂，配置9种N-亚硝胺及NDMA-d6的混合标准溶液，浓度依次为：2，5，10，20，50，100，200，500，1000μg/L，每一浓度的标准溶液中定量内标NDPA-d14的浓度均为250μg/L。

1.3 样品制备

向棕色采样瓶中预先加入浓度为100mg/L的硫代硫酸钠，以脱去水样中的氯。采样时，水样充满采样瓶。采样后水样在4℃下避光保存，在14d内完成分析。水样分析前NDMA-d6加标浓度为20ng/L。

2 结果与讨论

2.1 气质联用仪分析条件的优化

采用GC/MS分析9种N-亚硝胺，EI为电离源，高纯氦气为载气，不分流进样1μL。

实验就不同的进样口温度（140，200，250℃）、传输线温度（170，280℃）、离子源温度（150，170，210℃）和不同的载气流速（1.0，1.5，2.0 mL/min）对 N-亚硝胺分离及响应的影响分别进行了比较。结果发现：进样口温度、传输线温度和离子源温度对N-亚硝胺的分离及响应的影响不大。从防止污染的角度考虑，最终选择进样口温度为250℃，传输线温度为280℃，离子源温度为210℃。较低的载气流速有利于N-亚硝胺的分离，但会降低响应，因此选择了较高的载气流速2.0mL/min。同时，通过分析柱温对9种N-亚硝胺分离的影响，确定了N-亚硝胺的GC/MS程序升温条件：初始柱温设为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。采用保留时间和特征碎片离子定性，选择离子检测法（SIM）定量，N-亚硝胺的峰形见图1，具体参数见表1。

图1 2mg/L 9种N-亚硝胺、NDMA-d6及250μg/L NDPA-d14标准溶液的色谱图

2.2 样品前处理条件的选择

2.2.1 固相萃取材料的选择与活化

N-亚硝胺固相萃取常用的材料有椰壳活性炭、Ambersorb572及Ambersorb 572与LiChrolut EN的组合材料。不同的填充材料对不同N-亚硝胺的萃取效果不同。椰壳活性炭对NDMA的萃取回收率远高于Ambersorb 572和Ambersorb 572+LiChrolut EN，分别为 88%[9]，43%[9]和 60%[16]，而 NDMA 是毒性较大、研究较为广泛的N-亚硝胺之一，因此选用椰壳活性炭作为固相萃取材料。采用椰壳活性炭萃取前，依次用6mL二氯甲烷、12mL甲醇和15mL超纯水活化。

表1 N-亚硝胺的GC/MS分析条件

2.2.2 水样体积及浓缩倍数的选择

根据已有的研究，水样的体积一般选取0.25，0.5，1 L，由于自来水样中N-亚硝胺的浓度低至ng/L级别，而GC/MS分析时选用的是EI源，响应较CI源低，因此，水样体积选为1L，以提高方法的检出性能。

不同N-亚硝胺在GC-EI/MS上检出的最低浓度为2～20μg/L，因此要将水样浓缩。已有研究一般将水样浓缩500倍、1000倍和2500倍，即当提取液浓缩后的浓度为20μg/L时，对应水样中N-亚硝胺的浓度分别为40，20，8 ng/L，而目前N-亚硝胺的浓度限值一般为10ng/L，因此应尽量降低N-亚硝胺的检出限。据此，水样的浓缩倍数选为5000倍，即1L水样应浓缩至0.2mL。

2.2.3 水样的萃取、洗脱与干燥

试验分别比较了5，10 mL/min的水样萃取流速，结果N-亚硝胺的回收率无显著差异。为缩短样品处理时间，以10mL/min为最终萃取流速。水样萃取后，用15mL二氯甲烷洗脱，洗脱液经6 g无水硫酸钠（预先用二氯甲烷清洗湿润）干燥，再用6mL二氯甲烷淋洗无水硫酸钠，收集流出液。

2.2.4 提取液浓缩条件的优化

由于N-亚硝胺为挥发性物质，为减少在提取液浓缩时N-亚硝胺的损失，在浓缩前向提取液中加入500 μL 甲醇，同时加入 50 ng NDPA-d14混匀，采用旋转蒸发在室温下浓缩至1mL，再加入2mL二氯甲烷冲洗内壁，在25℃水浴下缓慢氮吹至0.2mL。由于甲醇的沸点略高于二氯甲烷，加入甲醇可以尽量减少N-亚硝胺在氮吹时随二氯甲烷挥发而造成的损失。旋转蒸发可以极大缩短液体浓缩的时间，21mL洗脱液浓缩至1mL只需6～8min，而3mL预浓缩液氮吹至0.2mL需要1h。实验表明：21mL洗脱液旋蒸发预浓缩再氮吹至0.2 mL与直接氮吹浓缩至0.2 mL相比，N-亚硝胺的回收率可以增大4%～12%。

2.3 方法的线性、检出限、回收率和精密度

采用内标法绘制2～1 000 μg/L不同N-亚硝胺的标准曲线，r2范围为 0.9976～0.9996，见表 2。

表2 N-亚硝胺的标准曲线

在选定的仪器条件下，分别用标准偏差（SD）法和信噪比（S/N）法测定N-亚硝胺的检出限（LOD）。SD法是配制7份加标浓度为10ng/L的水样，测定N-亚硝胺的浓度，计算标准偏差，根据标准偏差计算检出限。S/N法是取仪器响应信噪比为3时对应水样中N-亚硝胺的浓度。SD法和S/N法的检出限分别为 0.8～4.3ng/L 和 0.2～5.0ng/L，详见表 3。

表3 N-亚硝胺的检出限

实验分别测定了蒸馏水加标10，50，200 ng/L N-亚硝胺的回收率，分别平行测定7次，计算相对标准偏差（RSD）。结果加标10ng/L N-亚硝胺的回收率为75%～103%，加标50ng/L N-亚硝胺的回收率为62%～101%，加标200 ng/L N-亚硝胺的回收率为48%～97%，详见表4。除加标50ng/L和200ng/L NDPhA的回收率低于70%外，其余回收率结果均在70%～130%范围内，满足EPA 521的要求。

表4 N-亚硝胺蒸馏水加标回收率

2.4 实际样品的测定

选取以江水、河水、湖水为水源的3家水厂I、II、III的进水、出水和管网水分别进行测试，结果见表5。水样NDMA-d6加标的回收率均在70%以上。其中水厂III的进水、出水和管网水中检测的NDEA的色谱图见图2。

不同水厂检出N-亚硝胺的种类和浓度不同，表明N-亚硝胺与源水水质以及水厂的处理工艺有关。水厂进水中检出的N-亚硝胺种类多、浓度较高，而管网水检出的N-亚硝胺种类少且浓度低，表明饮用水厂的处理工艺可有效去除部分N-亚硝胺。

NDMA在水厂Ⅲ的进水、出水和管网水中的浓度逐渐升高，可能是源水中含有的NDMA前驱物，在水处理过程中难以去除，在管网中与消毒剂继续反应生成。NDMA在水厂III的管网水中浓度达45.3ng/L，低于上海报道的管网水浓度78.93ng/L[17]。

图2 水厂Ⅲ检出的NDEA色谱图

表5 不同水厂不同水样中N-亚硝胺的浓度1）

3 结束语

本方法采用椰壳活性炭固相萃取、建立了GC-EI/MS测定水中9种N-亚硝胺的定性定量方法，该方法灵敏度高、回收率好。能适用于自来水厂中N-亚硝胺的痕量分析。

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