气相色谱-正化学源离子阱质谱法测定饮用水中9种N-亚硝胺*

王亚恩，王建华，李馨，刘靖靖，张慧丽，汤志旭

(1.山东出入境检验检疫局技术中心，山东青岛 266002； 2.中国海洋大学，山东青岛 266100)

气相色谱-正化学源离子阱质谱法测定饮用水中9种N-亚硝胺*

王亚恩1，王建华1，李馨1，刘靖靖1，张慧丽2，汤志旭1

(1.山东出入境检验检疫局技术中心，山东青岛 266002； 2.中国海洋大学，山东青岛 266100)

采用气相色谱-正化学源离子阱质谱法测定N-亚硝胺。利用二氯甲烷直接提取饮用水中的9种挥发性亚硝胺，9种挥发性亚硝胺的质量浓度与色谱峰面积线性相关，相关系数均不小于0.995，方法定量限为0.3～4.9 μg／L，测定结果的相对标准偏差小于10%(n=6)，低、中、高3个添加水平的平均回收率为65%～109%。该方法快速、准确，灵敏度高，易于操作，适用于饮用水中挥发性亚硝胺的检测。

N-亚硝胺；气相色谱-正化学源离子阱质谱法；饮用水

作为消毒副产物，目前饮用水中已经发现多种N-亚硝胺化合物(N-nitrosamines)，主要是亚硝基二甲胺(NDMA)、亚硝基甲基乙基胺(NMEA)、亚硝基二乙基胺(NDEA)、亚硝基吡咯烷(NPYR)、亚硝基吗啉(NMOR)、亚硝基二丙基胺(NDPA)、亚硝基哌啶(NPIP)、亚硝基二丁基胺(NDBA)和亚硝基二苯基胺(NDPhA)等。NDMA是发现最早、研究最为广泛的N-亚硝胺类消毒副产物，1994年首次于加拿大安大略湖饮用水中发现［1-2］，随后其余8种相继在饮用水中发现［3-4］。

研究表明，N-亚硝胺可诱导食管和肝脏等器官产生癌变［5-6］。美国环境保护局限定饮用水中NDMA的最大残留限量为7 ng／L［7］；德国规定NDMA 和NMOR 的最大残留限量为10 ng／L［8-9］；加拿大安大略省环境部则规定NDMA 的饮用水质标准为9 ng／L［10］。目前，对饮用水中N-亚硝胺类消毒副产物的研究引起国内外的日益重视［11-12］。

N-亚硝胺消毒副产物在水中的质量浓度一般为ng／L水平，因此开发高效的样品富集浓缩技术和采用高灵敏度的检测手段是对此类化合物进行定性定量的关键。目前，饮用水中亚硝胺类化合物的常规前处理方式是通过液液萃取或固相萃取进行水样浓缩，检测过程比较繁杂，GB／T 5009.26-2003《食品中N-亚硝胺类的测定》采用气相色谱-热能分析仪检测，虽然该法检测灵敏度高，但仪器应用面窄，不适合推广［13-14］。其它分析方法还有GC［15-17］，GC-MS［18-19］，GC-MSMS［20］，LC-MSMS［21-22］等，并且均选用EI源为离子源。笔者采用液液萃取进行水样浓缩，联合气相离子阱质谱和正化学源(PCI)测定饮用水中的N-亚硝胺，该法快速，灵敏度高。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱-离子阱质谱仪：Agilent 7890GC-240MS型，美国安捷伦公司；

旋转蒸发仪：R-3型，瑞士Buchi公司；

氮吹仪：cerex48型，美国Cerex公司；

超纯水机：Milli-Q Integral型，美国Millipore公司；

9种亚硝胺混合标准品：质量浓度均为2 000 μg／mL，纯度均大于98%，美国Sigma公司；

NDMA-D6内标液：1 000 μg／mL，美国Sigma公司；

二氯甲烷：HPLC级，美国ROE公司；

无水硫酸钠：分析纯，南京化学试剂有限公司；

实验用水为超纯水。

1.2 标准溶液的配制

以二氯甲烷为溶剂，配制9种N-亚硝胺及NDMA-D6的混合标准溶液，质量浓度依次为1，5，10，20，50，100，200，500，1 000 μg／L，内标NDMA -D6的质量浓度均为100 μg／L。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 色谱条件

色谱柱：DB-VRX毛细管柱(30 m×0.25 mm，1.4 μm)；升温程序：起始柱温为60℃，保持2 min，以8℃／min 升至180℃，最后以10℃／min 升至240℃并保持2 min；进样口温度：240℃；传输线温度：240℃；进样体积：1 μL；不分流进样；载气：高纯氦气，流量为1.5 mL／min。

1.3.2 质谱条件

PCI电离源；离子阱(Trap)温度：180℃；真空腔(Manifold)温度：50℃；反应气：甲醇；溶剂延迟时间：5 min；扫描范围：m／z60～200。

1.4 样品前处理

准确称取饮用水样品1 000 mL，以100 mL二氯甲烷分别超声15 min提取3次，利用分液漏斗分离有机溶剂相，混合3次二氯甲烷提取液后经10 g无水硫酸钠脱水过滤处理后，添加100 μL甲醇在40℃水浴下抽真空至6 mL左右，转移至带刻度的氮吹管中，使用缓氮气流吹至小于1 mL，最后用二氯甲烷重新定容至1 mL。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

分别考察比较了两种不同固定液、不同极性的气相色谱柱：HP-5MS型非极性柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)和DB-VRX型中等极性柱(30 m×0.25 mm，1.4 μm)对9种N-亚硝胺和1种内标的色谱分离效果，结果表明，选用DB-VRX型毛细管色谱柱能够获得较为理想的色谱峰形、分离效果和灵敏度。确定色谱柱后就不同的进样口温度、传输线温度、离子源温度和不同的载气流量对N-亚硝胺分离及响应的影响分别进行比较，结果显示进样口温度、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并不显著。从色谱柱相应要求和防止污染考虑，最终选择进样口温度为240℃，传输线温度为240℃，离子源温度为180℃。较小的载气流量有利于N-亚硝胺的分离，但会降低响应值，因此选择较大的载气流量1.5 mL／min。

2.2 质谱条件的优化

由于N-亚硝胺化合物母离子和子离子的质量数均偏低(＜200)，质谱响应较弱。特别是使用EI源进行电离分析时，特征碎片离子不明显，背景干扰严重，对N-亚硝胺化合物的选择性和响应较弱［23］。然而CI源是一种软化学电离源，其主要获得准分子离子，一般少有碎片离子。与EI源相比，CI源具有背景干扰少、响应灵敏度高的特点。由于N-亚硝胺类化合物具有碱性和亲核的性质，故采用PCI源，以甲醇为反应气对N-亚硝胺化合物进行分析。另外，为了更准确地定性定量分析此类化合物，优化多级反应质谱条件显得更为重要。经过多次试验，确定了最优的质谱参数，包括母离子和子离子的选择以及AMD电压等，见表1。

表1 N-亚硝胺的质谱采集条件

2.3 样品前处理条件的优化

国际上对于饮用水中的亚硝胺的限量标准基本都处在10 ng／L的水平上［7-10］，而除GC-TEA法外，几乎所有检测水中痕量亚硝胺的相关应用仪器的定量限都在μg／L以上，甚至mg／L水平。因此除了要选择适当检测手段以及优化色谱质谱条件和相关参数以外，还应优化选取样品量以及浓缩倍数。本实验中不同N-亚硝胺在GC-PCIIon Trap MS上的定量限为0.3～4.9 μg／L(见表2)。因此将水样浓缩100倍、500倍、1 000倍后，当提取液浓缩后的质量浓度为5 μg／L时，对应水样中的N-亚硝胺的质量浓度分别为50，10，5 ng／L，由此可见，水样浓缩1 000倍后的实验定量限便低于相关限量要求标准，即取水量1 000 mL浓缩至1 mL。

2.4 萃取液浓缩过程优化

为了减少由于挥发性亚硝胺物质在浓缩过程的损失，在旋转蒸发浓缩前向萃取液中分别添加100 μL甲醇和正十烷，室温下旋转蒸发浓缩至约6 mL，加入2 mL二氯甲烷冲洗内壁，涡旋混匀后全部移至带有刻度的氮吹管中，使用缓氮气流吹至小于1 mL，最后用二氯甲烷重新定容至1 mL。添加甲醇的回收率效果优于正十烷，并且经过多次实验考证，无论是旋转蒸发浓缩还是缓氮气流浓缩均不许将溶剂蒸干，否则NDMA，NMEA，NDEA的平均回收率小于10%，NPYR，NMOR，NDPA，NPIP，NDBA的平均回收率在20%～50%之间，NMOR的回收率约为90%。

2.5 加标样品色谱图

在1.3仪器工作条件下，对50 ng／L水平加标样品进行测定，色谱图见图1。由图1可见，9种N-亚硝胺色谱分离良好。

图1 加标样品的色谱图

2.6 线性方程和定量限

配制质量浓度分别为5，10，20，50，100，500，1 000 μg／L的系列标准工作溶液，在1.3色谱质谱条件下测定，以色谱峰面积(y)为纵坐标、质量浓度(x)为横坐标进行线性回归，以信噪比S／N为10确定定量限，9种挥发性N-亚硝胺的线性方程、相关系数和方法定量限见表2。由表2可知9种挥发性N-亚硝胺的方法定量限为0.3～4.9μg／L。

表2 9种挥发性亚硝胺的线性方程、相关系数和方法定量限

2.7 方法的精密度和回收率

将低、中、高不同质量浓度水平的N-亚硝胺标准溶液加入到超纯水阴性样品中，再按照1.3和1.4所述条件进行检测，每个样品平行测定6次，精密度和回收率结果见表3。由表3可知，本方法的相对标准偏差(RSD)小于10%，回收率为65%～109%，表明本方法精密度和准确度均较高。

表3 样品加标回收试验结果(n=6) %

3 结语

通过优化GC-PCI-Ion Trap和前处理方法，建立了一种新型的饮用水中N-亚硝胺的快捷检测方法，该法能够满足评价饮用水中9种亚硝胺是否能够导致人类健康风险的检测要求。

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国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享讨论会在京召开

为落实《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》(以下称《意见》)，国家科技基础条件平台中心在北京召开国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享讨论会。来自中国科学院化学所、中国科学院网络中心、中国科学院国家天文台、清华大学分析测试中心、中国科学技术大学合肥国家同步辐射实验室、中国计量科学研究院和湖北省科技信息研究院等单位相关专家参加此次会议，科技部基础司、平台中心的有关负责同志出席会议。

根据落实《意见》的总体安排，本次会议重点对重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台调研和功能模块设计、重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台建设的可行性进行深入讨论并对重大科研基础设施和大型科研仪器的服务情况、对外开放情况、支撑科学研究和企业创新等方面的成果、运行服务考核评价等内容进行深入的交流和研讨。

重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台的建设是推进重大科研基础设施和大型科研仪器资源对外开放共享与管理的重要举措。重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享的重点是推进管理单位机制和制度的创新，关键是强化管理单位对实验技术人员相关制度的建立与落实。下一步平台中心将在有关司局的指导下，加快推进重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台的建设与实施，为贯彻落实《意见》提供有效支撑，营造重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享良好环境。

(仪器信息网)

Simultaneous Determination of NineN-nitrosamines in Drinking Water by Gas Chromatography-Positive Chemical Ionization Ion Trap Mass Spectrometry

Wang Yaen1, Wang Jianhua1, Li Xin1, Liu Jingjing1, Zhang Huili2， Tang Zhixu1
(1.Shandong Exit & Entry Inspection and Quarantine Bureau，Qingdao 266002, China；2.Ocean University of China，Qingdao 266100， China)

A gas chromatography-positive chemical ionization mass ion trap spectrometric method was developed for determination of 9N-nitrosamines in drinking water. The sample was extracted by methylene dichloride, the concentration ofN-nitrosamine was linear with the chromatographic peak area with the corelation coefficent not less than 0.995. The limit of quantitation for 9N-nitrosamine ranged from 0.3 μg／L to 4.9 μg／L. The recoveries of 9N-nitrosamine at different level were 65%-109%. The precision of the method measured by relative standard deviation (RSD) was less than 10% (n=6) for allN-nitrosamines spiked at different levels. The method is accurate and sensitive，which can be applied to the analysis of 9N-nitrosamine in drinking water.

N-nitrosamines; chromatography-positive chemical ionization ion trap mass spectrometry; drinking water

O657.7

：A

：1008-6145(2015)04-0016-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2015.04.005

*质检公益性行业科研专项(201410177)；山东出入境检验检疫局科技项目(SK 201355)

联系人：王建华；E-mail: whywrs9@163.com

2015-05-12