直接进样—液相色谱—串联质谱法同时测定水中的5种苯胺类化合物

周琛 骆春迎 余辉菊 邹海民 谢沛宁 陈晓雨 李永新

摘要 建立了直接进样测定生活饮用水及其水源水中5种苯胺类化合物（苯胺、3硝基苯胺、4硝基苯胺、2，6二氯4硝基苯胺和六硝基二苯胺）的液相色谱串联质谱法。水样经0.22 μm聚醚砜滤膜过滤后直接进样，目标化合物在HSS T3色谱柱上经梯度洗脱，于4 min完成分离，多反应监测模式检测。5种苯胺类化合物在各自线性范围内线性良好，相关系数R≥0.995。方法的检出限为0.773～1.88 μg/L（S/N=3），定量限为2.58～6.27 μg/L（S/N=10）；峰面积的日内和日间相对标准偏差（RSD）分别为0.8%～1.9%和3.3%～4.9%；样品加标回收率为84.1%～105.0%，加标样品的RSD为1.0%～3.1%。应用本方法对35份水样进行了分析。 结果表明，本方法准确、灵敏、快速，适用于生活饮用水及其水源水的常规分析，可为苯胺类化合物的污染评价提供技术支持。

关键词 液相色谱串联质谱法； 苯胺类化合物； 饮用水；水源

1引言

苯胺类化合物常用作染料、橡胶、塑料和油漆等的原料，由于工业污废水的不合理排放对环境造成了严重的污染 [1，2 ]。同时，由于苯胺类化合物很难被生物降解，易在环境中造成累积污染，且苯胺类化合物具有致癌、致畸、致突变性，可通过呼吸道、消化道进入人体内，亦可经皮肤吸收，美国EPA已将其列入优先控制污染物 [3 ]。我国也将苯胺、4硝基苯胺、2，6二氯硝基苯胺等列入环境优先污染物黑名单，同时在《地表水环境质量标准》（GB38382002）中也规定集中式生活饮用水地表水源中苯胺的含量不得超过100 μg/L [4 ]。由于苯胺具有长期残留性、生物蓄积性、致癌性等特点，因此开发高灵敏度并且简单实用的检测技术，对控制水体中苯胺类化合物的污染、保证人类用水安全，具有重要意义。

目前， 苯胺类化合物的检测方法主要有萘乙二胺偶氮光度法 [5，6 ]、液相色谱法 [7，8 ]、毛细管电泳法 [9，10 ]、离子色谱法 [11 ]、气相色谱法 [12～14 ]等。紫外差示分光光度法 [15，16 ]不经过分离直接测定工业废水中的苯胺，该方法简单快速，但是灵敏度较低。采用液/液萃取 [17 ]的方式对水源水中的苯胺、甲苯胺等苯胺类化合物进行富集，气相色谱氢火焰离子化检测器检测，该法靈敏度高但是前处理步骤较繁琐， 且液/液萃取的回收率也较低。梯度淋洗离子色谱测定苯胺，灵敏度较高但分析时间较长。而液相色谱质谱法（LCMS）灵敏度高，无需对大量水样富集浓缩 [18～21 ]， 采用直接进样方式检测水中的苯胺类化合物，其检出限可达0.1～3.0 μg/L，且该法分析速度快，满足对生活饮用水及其水源水快速准确检测的要求。

目前文献多集中于水中苯胺的检测方法研究，而氯苯胺、二硝基苯胺等的LCMS检测却鲜有报道。本研究建立一种无需繁琐样品前处理， 灵敏度高和抗干扰能力强的同时检测生活饮用水及其水源水中苯胺及3硝基苯胺等多种衍生物的液相色谱串联质谱检测方法，实现苯胺类化合物的快速、简便分析。

2实验部分

2.1仪器与试剂

液相色谱仪（Dionex UltiMate 3000，德国Thermo Fisher公司），配有在线脱气装置、双三元泵、柱温箱、自动进样器；3200 QTRAP 杂交串联质谱仪（美国SCIEX公司）；电喷雾电离（ESI）源和Analyst软件（版本1.6.2）。电子天平（万分之一，德国Sartorius公司）；纯水仪（PURELAB Pulse，德国ELGA公司）。

苯胺（Aniline，AN，纯度≥99.5%，德国Dr. Ehrenstorfer公司）；六硝基二苯胺（Hexanitrodiphenylamine，HND，纯度≥99.5%，德国Dr. Ehrenstorfer公司）；2，6二氯硝基苯胺（2，6Dichloro4nitroaniline，2，6DC4NA，纯度≥98.0%，德国Dr. Ehrenstorfer公司）；3硝基苯胺（3Nitroaniline，3NA，纯度≥99.9%， 美国Supelco公司）；4硝基苯胺（4Nitroaniline， 4NA， 纯度≥99.0%，美国SigmaAdlrich公司）。甲醇（色谱纯，美国Fisher Scientific公司）；乙酸铵（LCMS级，美国SigmaAdlrich公司）；甲酸（色谱纯，美国Dikma公司）。实验用水均为超纯水。

3结果和讨论

3.1质谱条件的优化

将浓度为1.00 mg/L的50%甲醇水配制的单标溶液通过注射泵以20 μL/min的速度直接注入质谱仪，在一级全扫描模式下，AN， 3NA， 4NA在ESI+模式下的响应较高，而2，6DC4NA和HND在ESI-模式下的响应较高。除了上述5种苯胺类化合物，预实验中还对2硝基苯胺和2，4二硝基苯胺进行了试验，发现无论是在ESI+还是ESI-模式下，其响应均较低。这可能是因为2硝基苯胺和2，4二硝基苯胺不适合在ESI源下电离，因此本实验未对二者进行测定。5种组分在各自最佳的电离模式下选择母离子。在子离子扫描模式下改变碰撞能量，选择在变化的碰撞能量条件下能相对稳定存在、丰度较高、质荷比（m/z）相对较大的碎片离子作为子离子，每种组分选择2～3个子离子。在MRM模式下检测所选的母子离子对，选择稳定性好（信号值波动±15%范围内）的离子对作为实际监测的离子对。同时，在MRM模式下对去簇电势、入口电势、碰撞池入口电势、碰撞能量、碰撞池出口电势等参数进行优化。5种被测物的最佳质谱检测条件见表1。

离子源其它参数大多不能针对单个离子对分别优化，其中重要的包括CUR， Gas1， Gas2， IS和TEM。利用质谱仪自带软件在FIA模式下， 选择响应值较低的3NA和HND， 分别在ESI+和ESI

Symbolm@@ 模式下混合標准液经色谱柱分离后对它们进行优化，最优离子源条件见2.4.2节。

3.2色谱条件的优化

3.2.1色谱柱的选择文献 [21 ]报道，苯胺一般采用C18柱分析。本实验首先选用Xtimate C18柱（100 mm×2.1 mm， 3 μm， 月旭科技公司）进行目标化合物的分离，结果表明，3NA和4NA未能实现基线分离。实验考察了目标化合物在极性稍强的HSS T3色谱柱上相同洗脱条件下的分离情况，结果表明，5种苯胺类化合物均实现了较好分离（见图1）。因此，本实验选用HSS T3色谱柱。

3.2.2流动相的优化实验比较了等度和梯度洗脱条件对目标物分离的影响。由于前3种目标物的极性较相近，等度洗脱需采用低比例的有机相才能实现较好的分离，但这样会使得后两种极性相对较弱的物质难以被洗脱，导致分析时间太长。多次梯度洗脱实验结果表明，0.0～2.0 min内B相由30%升至43%后再立即升至90%，并保持1.9 min，在此模式下5种组分均可实现较好的分离。

苯胺类化合物为弱碱性有机化合物，以甲醇水为流动相时，色谱峰展宽，且严重拖尾，尤其是HND。酸性条件下，键合相表面未烷基化的硅醇羟基电离被抑制，削弱了二次相互作用，能够改善峰形。因此考察了浓度分别为0.00%， 0.01%， 0.02%， 0.03%， 0.04%， 0.05%（V/V）的甲酸与甲醇组成流动相对待测组分的分离情况（见图2）。结果表明，不加甲酸时，HND峰拖尾较严重，造成相近峰分离度降低；随着甲酸浓度的增加，峰形变尖锐，分离度逐渐改善。当甲酸浓度≥0.02%时，分离度较好， 且各物质的响应较高，所以选用0.02%甲酸组成流动相。

苯胺类化合物被质子化后以铵盐的形式存在，ESI+模式下离子化效率会提高，为了进一步提高待测组分的灵敏度，考虑在水相再加入一定浓度的乙酸铵。实验考察了乙酸铵浓度分别为5， 6， 7和8 mmol/L时目标物的色谱峰形和响应值。结果如图3所示，在ESI+模式下，当乙酸铵浓度由5 mmol/L升至6 mmol/L时，3种物质的色谱峰均变窄，且峰面积均增大；乙酸铵浓度升至8 mmol/L时，3种物质的色谱峰开始变宽，峰面积也减小。因此实验选择含0.02%甲酸、6 mmol/L乙酸铵与甲醇组成最佳流动相。

3.3方法学评价

3.3.1线性范围和检出限取一系列的混合标准液，按2.4节的方法进样测定，每个浓度重复测定3次，以待测物浓度（x，μg/L）为横坐标，定量离子的峰面积（y，cps·min）为纵坐标，绘制标准曲线，各组分在各自的线性范围内线性关系良好（相关系数r≥0.995）。以3倍和10倍基线噪声所对应的各组分含量计算得到的方法检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.773～1.88 μg/L和2.58～6.27 μg/L（见表2），与相关文献报道的检出限相当，满足国家限量标准。

3.3.2精密度实验取5种苯胺类化合物的混合标准液（浓度均为50 μg/L），按2.4的方法测定，在一天内连续测定7次，以定量离子的峰面积的相对标准偏差（RSD）考察日内精密度；在30天内取同一个混合标准溶液，分7天进行测定，考察日间精密度。结果表明，各待测组分的日内RSD为0.8%～1.9%，日间RSD为3.3%～4.9%（见表2）。

3.4加标回收实验和实际样品测定

选取水源水和生活饮用水进行加标回收实验，分别加入3个不同浓度水平的标准溶液，每个浓度水平测定6个平行样，并以定量离子的峰面积的RSD考察加标样品溶液的精密度（表3）。结果表明，各组分的加标回收率为8际情况84.1%～105%，加标样品的RSD为1.0%～3.1%，能满足水样分析测定的要求。

采集某地10份水源水、20份生活饮用水和5份地表水水样，按照本方法对35个水样进行分析。结果显示，34份水样中均未检出5种待测物，1份某染料厂附近池塘水中检出3.01 μg/L 六硝基二苯胺（见图4）。同时，所有样品在MRM模式下均无共流出干扰组分。

4结 论

本研究建立了生活饮用水及其水源水中5种苯胺类化合物的LCMS方法，与《GB 5750.82006生活饮用水标准检验方法有机物指标》中采用固相萃取填充柱气相色谱法测定苯胺相比，本研究采用可有效“屏蔽”样品基体干扰的MRM模式，水样过滤后直接进样分析，仅需简单的前处理即可完成对复杂基体样品的定性与定量分析。本方法快速、准确、灵敏度高，可用于生活饮用水及其水源水中5种苯胺类化合物的定性定量检测，可满足水质监测的要求。

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