超高效液相色谱-串联质谱法测定水中痕量硝基多环芳烃

薛洪海，汪雨薇，，王 颖，陈 希，温 学，高斯屿，纪 宁

(1.吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，吉林 长春 130118； 2.北京中领工程设计咨询有限公司，北京 100035； 3.吉林省领地房地产开发有限公司，吉林 长春 130117)

超高效液相色谱-串联质谱法测定水中痕量硝基多环芳烃

薛洪海1，汪雨薇1，2，王 颖1，陈 希3，温 学1，高斯屿1，纪 宁2

(1.吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，吉林 长春 130118； 2.北京中领工程设计咨询有限公司，北京 100035； 3.吉林省领地房地产开发有限公司，吉林 长春 130117)

采用带有大气压化学电离离子源的超高效液相色谱-串联质谱仪，研究了水中2种典型硝基多环芳烃——1-硝基芘和1，8-二硝基芘的定量分析条件.结果表明，在多反应监测模式下，可直接分析水中痕量1-硝基芘和1，8-二硝基芘.其线性范围分别为0.72～12 μg/L和0.48～48 μg/L，相关系数分别为0.999 0和0.999 2，回收率分别为97.67%～104.44%和93.33%～103.13%，方法检出限分别为0.21 μg/L和0.15 μg/L，定量限分别为0.72 μg/L和0.26 μg/L.

1-硝基芘；1，8-二硝基芘；超高效液相色谱-串联质谱法

0 引言

硝基多环芳烃(nitro-polycyclic aromatic hydrocarbons，NPAHs)是一类具有直接致突变和致癌活性的多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)衍生物，[1]其致癌性和致突变性是PAHs的几十甚至数万倍.关于PAHs分析方法的报道较多，如液相色谱法、气相色谱法、气质联用(GC-MS)、液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)等，[2-5]而对NPAHs进行定量分析的研究较少.1-硝基芘(1-nitropyrene，1-NP)是一类结构最简单的NPAHs，也是汽车尾气中含量最高的一类NPAHs[6]；1，8-二硝基芘(1，8-dinitropyrene，1，8-DNP)是目前报道的致突变活性最高的一类化合物[7].尽管1-NP和1，8-DNP在水中溶解度较低，仅为12 μg/L和54 μg/L，但有研究者已在雨水、河流中检测到这两种NPAHs.[8-9]

目前，关于大气及大气颗粒物中NPAHs检测方法的报道较多，而对水中NPAHs分析方法的研究相对较少[10].尽管早在1994年，徐晓白院士[11]就利用带有电子捕获检测器的气相色谱仪(GC-ECD)在城市地表水样中检测到多种NPAHs，然而该方法需要复杂的富集及处理过程.最近，关于NPAHs检测方法的研究主要集中于GC-MS法[12]以及高效液相色谱-荧光检测法(HPLC-FLD)[13].鉴于NPAHs的低挥发性和热不稳定性，容易在进样口分解，因此并不适于GC-MS分析.[8]HPLC-FLD法需要先将NPAHs衍生化为氨基多环芳烃(amino-PAH，APAH)，然后再测定具有荧光性的APAH，[14]从而间接获得NPAHs的浓度.但APAH性质不稳定，需要在生成后立即进行测试，且这一衍生化反应易受干扰.此外，上述两种方法检测NPAHs的灵敏度均不高.后来，研究者开发了带有化学发光检测器的高效液相色谱法(HPLC-CL)来分析NPAHs，[15]虽然灵敏度可提高100 倍，但仍然需要衍生化前处理，步骤繁琐.Straube等[16]采用带有不同离子源的LC-MS/MS分析了大鼠血浆中的DNP，结果发现电喷雾电离源中，DNP不能有效雾化，而大气压化学电离源(APCI)和大气压光化学电离源对DNP的检测效果均较好.近年来，有研究者利用LC-MS/MS分析了大气颗粒物和水中的1-NP，[17-21]获得了较高的灵敏度；对于水样来说，采用LC-MS/MS避免了繁杂的前处理过程，可以直接进样分析，因此，可以预见，LC-MS/MS适于用作水中NPAHs的分析，然而目前关于这方面的研究很少.王莉丽等[5]利用带有APCI离子源的LC-MS/MS分析了城市污水中的6种PAHs，在正离子、MRM监测模式下获得了较好的分离效果和较高的灵敏度.

本文利用LC-MS/MS法定量分析了水中痕量NPAHs，优化了质谱和色谱分析条件，通过线性范围、检出限和定量限、回收率和精密度等指标评价了方法的可行性.此外，采集实际水样，分析了其中NPAHs的浓度.本方法具有较好的分离能力、较快的分析速度和较高的灵敏度.

1 实验方法

1.1 主要仪器与装置

Ekspert Ultra LC 110 XL超高效液相色谱仪，美国Eksigent公司产品，配有两元四相梯度泵、自动进样器和柱温箱；3200 Q Trap串联质谱仪，美国AB Sciex公司产品，配有APCI离子源及Analyst 1.6数据采集和处理系统.175L液氮罐，浙江普阳深冷装备有限公司产品；超纯水机，上海摩勒科学仪器有限公司产品.

1.2 主要材料与试剂

1-NP，纯度99%，美国Sigma公司产品；1，8-DNP，纯度98%，美国Aldrich公司产品；甲醇，色谱纯，美国Tedia公司产品；纯净水，杭州娃哈哈集团有限公司产品.

1.3 样品制备

标准溶液的制备：分别准确称取0.002 4 g 1-NP和0.004 8 g 1，8-DNP标准品，用甲醇溶解并定容至1 L，配制成2.4 mg/L 1-NP和4.8 mg/L 1，8-DNP的储备液.使用前，用水稀释成所需溶液.为避免1-NP和1，8-DNP发生光解，采用棕色容量瓶和铝箔包裹，于4℃冰箱中密封保存.

1.4 实验条件

1.4.1 色谱条件

色谱柱：Agilent Zorbax RRHD SB-C18色谱柱(2.1 mm×100 mm，1.8 μm)；柱温40 ℃；进样量20 μL；甲醇和水作为流动相，流速为200 μL/min.

1.4.2 质谱条件

APCI离子源；负离子扫描模式；多重反应监测模式(MRM)；离子源温度500 ℃；电流-3.0 nA；气帘气(curtain gas)压力172 kPa；喷雾气(GS1)压力310 kPa；辅助加热气(GS2)压力207 kPa；碰撞气(CAD)压力为中等.

1.5 实际样品采集方法

2016年1月在吉林省长春市生态广场环岛内(N43°49′，E125°22′)采集实际积雪样品；2016年6月在吉林省长春市南湖大桥下(N43°50′，E125°18′)采集湖水样品.雪样品需在室温融化，随后将融雪水和湖水经0.45 μm滤膜过滤，当天测试其中1-NP和1，8-DNP的质量浓度.

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的优化

在进行化合物优化——母离子扫描(MS)时，本方法对仪器进行了改进，在LC出口和APCI源进口之间加一个三通和注射泵，由注射泵引入2.4 mg/L的1-NP或4.8 mg/L的1，8-DNP的甲醇-水溶液(V(甲醇)/V(水)=50∶50)，由LC提供的1.0 mL/min甲醇-水(V(甲醇)/V(水)=95∶5)作为流动相.在负离子电离模式下，分别在m/z为100～280和100～320范围进行1-NP和1，8-DNP的母离子扫描，在一级全扫描质谱中得到母离子的质量数.随后，进行产物离子扫描(product ion scan)，不断增加碰撞能，最终获得多对离子对，将最强的离子对确定为定量离子对.同时，对去簇电压和碰撞能量进行优化，具体质谱参数见表1.

表1 1-NP和1，8-DNP的质谱参数

2.2 色谱条件的优化

由于1-NP和1，8-DNP的极性较差，尝试了较高体积比的甲醇进行了系列洗脱实验，结果见表2.由表2可见，无论对于1-NP还是1，8-DNP，当V(甲醇)/V(水)=95∶5时，保留时间最短；当V(甲醇)/V(水)=90∶10时，仪器响应值最高，但与V(甲醇)/V(水)=95∶5时响应值相差不多.为节省分析测试时间，选择V(甲醇)/V(水)=95∶5的甲醇-水溶液作为流动相.

在上述优化的质谱和色谱条件下分析1-NP和1，8-DNP，所得色谱图如图1所示.由图1可见，在选定的实验条件下，1-NP和1，8-DNP均具有良好的色谱峰.通过对同一样品重复测定发现，1-NP和1，8-DNP保留时间的重复性均较好，相对标准偏差(RSD)分别为0.19%和0.39%(n=6).1-NP和1，8-DNP的结构及其二级质谱图如图2所示.

表2 1-NP和1，8-DNP的色谱参数

图1 1-NP(a)和1，8-DNP(b)的多反应监测扫描模式色谱图

图2 1-NP(a)和1，8-DNP(b)的二级质谱图及其结构式

2.3 方法评价

2.3.1 线性范围、检出限和定量限

在上述优化实验条件下进行方法评价.分别配制0.72，1.2，3，6，9，12 μg/L的1-NP水溶液和0.48，3.6，12，24，36，48 μg/L的1，8-DNP水溶液，进LC-MS/MS分析，对不同浓度目标物的峰面积进行线性回归，结果表明，1-NP和1，8-DNP分别在0.72～12 μg/L和0.48～48 μg/L的浓度范围内具有的良好线性关系，相关系数(R2)分别为0.999 0和0.999 2.以3倍信噪比(S/N)为方法检出限(LOD)，10倍S/N为定量限(LOQ)，得到1-NP和1，8-DNP的检出限和定量限，结果见表3.Barreto等[22]采用APCI-LC-MS/MS方法检测柴油机油烟中的1-NP，检出限为0.2 μg/L，与本文相当.Straube等[16]采用APCI-LC-MS/MS方法检测大鼠血浆中的1，8-DNP，检出限为5 μg/L(S/N值=5)，劣于本论文.

表3 1-NP和1，8-DNP的线性方程、相关系数、检出限、定量限

2.3.2 回收率和精密度

在不同质量浓度的1-NP和1，8-DNP标准品中分别添加0.5和1倍的加标量，进行回收率测定，结果见表4.由表4可见，在3～6 μg/L范围内，1-NP的回收率为97.67%～104.44%；在2.4～24 μg/L范围内，1，8-DNP的回收率为93.33%～103.13%.相对标准偏差均小于5%，结果令人满意.

表4 1-NP和1，8-DNP的回收率和精密度(n=3)

2.3.3 1-NP和1，8-DNP的同时分析

图3 1-NP和1，8-DNP的多反应监测扫描模式色谱图

将1-NP和1，8-DNP的分析方法进行合并(Merge，MRM)，利用合并后的方法，测定混合标准品中1-NP和1，8-DNP的浓度，结果见图3.由图3可见，本方法可有效分离出混合组份中的1-NP和1，8-DNP，且色谱峰良好.

应用本方法对长春市生态广场积雪以及南湖水样中的1-NP和1，8-DNP浓度进行了同时分析，结果表明，两个采样点融雪水和湖水中1-NP和1，8-DNP的浓度均低于检出限(LOD).

4 结论

本文以APCI为离子源，在MRM模式下，通过对质谱和色谱条件的优化，成功建立了水中2种代表性NPAHs化合物1-NP和1，8-DNP的LC-MS/MS分析方法.与已报道方法相比，本方法不需样品前处理过程，且具有较好的分离能力、较快的分析速度和较高的灵敏度等诸多优点，适用于水环境中痕量NPAHs的分离分析.

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DeterminationoftraceNitro-PAHsinwaterbyultraperformanceliquidchromatography-tandemmassspectrometry

XUE Hong-hai1，WANG Yu-wei1，2，WANG Ying1，CHEN Xi3，WEN Xue1，GAO Si-yu1，JI Ning1

(1.Key Laboratory of Songliao Aquatic Environment，Ministry of Education，Jilin Jianzhu University，Changchun 130118，China； 2.Beijing Zhongling Engineering Design & Consulting Co.Ltd，Beijing 100035，China； 3.Jilin Leading Real Estate Exploitation Ltd，Changchun 130117，China)

Using ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry equipped with atmospheric pressure chemical ionization ion source，this work established the quantitative analysis methods of two typical nitro polycyclic aromatic hydrocarbons，that is，1-nitropyrene and 1，8-dinitropyrene.The results showed that both 1-nitropyrene and 1，8-dinitropyrene could be determined directly under multiple reaction monitoring mode.Both 1-nitropyrene and 1，8-dinitropyrene displayed excellent linearity in the concentration range of 0.72～12 μg/L and 0.48～48 μg/L，the correlation coefficients of the calibration curve were 0.999 0 and 0.999 2.The average rates were in the rang of 97.67%～104.44% and 93.33%～103.13%.In addition，the limits of detection of 1-nitropyrene and 1，8-dinitropyrene were 0.21 μg/L and 0.15 μg/L，and the limit of quantitation were 0.72 and 0.26 μg/L respectively.

1-nitropyrene；1，8-dinitropyrene；ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS)

1000-1832(2017)04-0134-06

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.04.025

2017-04-22

国家自然科学基金资助项目(41403101).

薛洪海(1984—)，女，博士，副教授，主要从事环境化学研究；通讯作者：王颖(1978—)，女，博士，副研究员、主要从事环境生态学研究.

X 132学科代码610·1015

A

(责任编辑：方林)