饮用水中痕量亚硝胺检测方案(气质联用仪)

thermoscientific 赛默飞高端气质产品应用于饮用水中痕量亚硝胺分析 1.前言 上世纪50年代，医学界就发现亚硝胺是一类广泛存在于食物、香烟及酒等中，且毒性强烈的致癌物质，其会引起口腔癌、食道癌、鼻癌、气管癌、肺癌、肝癌及胰腺癌等。由于具有高致癌性及高检出率，在20世纪末饮用水中的亚硝胺类物质得到了国内外研究人员的关注。一般认为，其是在氯胺消毒等工艺过程中产生的消毒副产物。相关专家表示，在已经鉴别出的700多种消毒副产物中，亚硝胺是健康风险最大的消毒副产物类别之一，特别是N-亚硝基二甲胺(NDMA)。 清华大学陈超老师在我国饮用水系统中亚硝胺类消毒副产物的普查中，从全国23个省、44个大中小城市和城镇、共155个点位采集了164个水样，包括出厂水、用户龙头水和水源水。测试了当前已知的全部9种亚硝胺类消毒副产物，其中NDMA 的浓度最高。 在已检测的全部水样中，出厂水和龙头水中的 NDMA 平均浓度分别为 11 ng/L 和 13 ng/L， 水源水中的 NDMA生成潜能平均为 66 ng/L。长江三角洲地区的近10个供水系统中，出厂水和龙头水中的 NDMA 平均浓度分别为 27 ng/L和28.5 ng/L， 水源水中的 NDMA 生成潜能为204 ng/L。与美国环保局在2012年公开的一项大规模普查数据相比，出厂水和龙头水中的检出率是美国的3.6倍，西欧国家的饮用水亚硝胺浓度比美国还低。 不难看出，我国水质亚硝胺污染较为严重，但中国尚无饮用水亚硝胺标准。目前已经有部分发达国家和地区建立了饮用水中 NDMA 的标准。世界卫生组织在2008年提出了100 ng/L 的推荐值，加拿大，澳大利亚都有了国家标准，分别是40 ng/L、100 ng/L；加拿大安大略省、美国麻省 和加州的标准更严，分别是9 ng/L、10 ng/L、10 ng/L。 水质中痕量亚硝胺的存在，为其分析检测带来不小的挑战。2016年10月颁布实施的 HJ809-2016《水质亚硝胺类化合物的测定气相色谱法》采用液液萃取的样品前处理技术，氢火焰离子化检测器(FID)，测定了水中4种亚硝胺类化合物。当取样体积为250 ml时，本标准的方法检出限分别为：N-亚硝基二甲胺 0.6 pg/L、N-亚硝基二乙胺 0.5 pg/L、N-亚硝基二正丙胺0.5 pg/L、N-亚硝基二苯胺 0.4 pg/L；测定下限分别为：N-亚硝基二甲胺2.4 pg/L、N-亚硝基二乙胺 2.0 pg/L、N-亚硝基二正丙胺2.0 pg/L、N-亚硝基二苯胺 1.6 pg/L。虽然仪器普及率较高，但是定性能力稍差，在存在基质干扰时，需要第二根色谱柱辅助定性。 2004年，美国EPA 521给出了水体中包括 NDMA 在内7种亚硝胺物质的检测方法。方法采用 SPE 技术对样品进行预处理， NDMA-d6 作为内标，将洗脱液经大体积进样器(LVI)导入气相色谱-化学电离源-串联质谱仪(GC-CI-MS/MS)进行定性和定量分析，该方法的检出限为0.26~0.66 ng/L。该方法灵敏度高，但大体积进样及化学源的配置相当复杂，给实验人员带来一定的操作难度，尤其是CI源的反应气为乙腈或甲醇，在国内较难购买和使用。安大略省环境部(OME)公布的饮用水中 NDMA 测定方法，采用 Ambersorb 572作为固相吸附剂，二氯甲烷为洗脱剂，利用气相色谱(GC)与高分辨质谱(MS)结合的技术对目标物进行分离和定量，方法检出限为 0.4 ng/L。据报道，该方法存在回收率较低，检测周期较长，操作复杂等问题。本实验分别采用三重四极杆气质联用 TSQ 8000 Evo 及气质超高分辨质谱 Exactive GC 进行水中亚硝胺的分析。在目标物定量分析(Target Quan)方面，两者均体现出优异的灵敏度和稳定性，无需借助大体积进样来提高方法灵敏度。其中， Exactive GC 能够实现高分辨(R=60000，FWHM at 200 m/z)、高质量精度及高灵敏度的全扫描分析，因此，在定量分析的同时，也可进行非目标物的定性分析(Unknown Screening )。 2.实验部分 2.1仪器和试剂 质谱仪： TSQ 8000 Evo 质谱仪(赛默飞世尔科技，美国)；Exactive GC 质谱仪(赛默飞世尔科技，美国)；气相色谱仪：：Trace1310 气相色谱配 Al 1310 自动进样器(赛默飞世尔科技，美国)；色谱柱： TG-1701MS 30 m*0.25mm*0.25 pm 毛细管色谱柱。 2.2仪器方法 2.2.1色谱方法 柱温箱：35℃(1min)_25℃/min_130℃_125℃/min 230℃ (6min)； 进样口：不分流进样(1min)，进样口温度250℃； 载气流速：1.2mL/min(恒流) 进样体积：1.0uL(TSQ8000 Evo) ；2.0 uL (Exactive GC)； 2.2.2质谱方法 3.实验结果及分析 3.1 TSQ 8000 Evo 应用特有的 AutoSRM 功能， 快速优化离子对参数，结果如下： 表1亚硝胺化合物离子对 化合物名称 离子对1 离子对2 离子对3 N-Nitrosodimethylamine(NDMA) 74.1>44.1(6eV) 74.1>43.1(12eV)74.1>42.1(14eV) N-Nitrosomethylethylamine (NMEA) 88.1>71.1(4eV) 88.1>42.1(16eV) 88.1>43 (8eV) N-Nitrosodiethylamine(NDEA) 102.1>85.1(4eV) 102.1>44.1(12eV)57.1>42.1( 6eV) Nitrosopyrrolidine(NPYR) 100.1>55.1(6eV) 100.1>43.1(10eV) 100.1>70.1(6eV) N-Nitrosodi-n-propylamine(NDPA) 130.1>113.1(4eV) 101.1>70.1(6eV)70.1>43.1(6eV) N-Nitrosopiperidine(NPIP) 114.1>84(8eV ) 1114.1>41.1(12eV)114.1>97.1( 6eV ) N-Nitrosodi-n-buytlamine(NDBA) 116.1>99.1(6eV) 115.1>84.1(6eV) 158.2>99.1( 8eV) 稀释配置浓度分别为 0.5 ppb、1 ppb、5 ppb、10 ppb、20 ppb、50 ppb 及 100 ppb 溶剂混标，应用上述条件进行分析，其中 0.5 ppb 混标连续进样8针，计算 RSD 及IDL 值。以 NDMA 为例，计算结果如下： 表20.5ppb混标结果 NDMA NMEA NDEA NPYR NDPA NPIP NDBA 1 2743 11678 9090 3887 6779 5248 7536 2 2294 11902 9328 3690 6495 5781 7261 3 2450 11651 9352 3694 6871 5890 7083 4 1940 11507 9547 4076 5335 5719 7178 5 2123 11733 10149 3612 6268 6669 7379 6 2016 10460 9489 4354 6520 5830 7131 7 1874 10929 9588 3488 6252 5358 7054 8 1692 10884 8424 3700 6569 5972 7198 平均值 2141.5 11343 9370.88 3812.63 6386.13 5808.38 7227.5 SD 340.28 515.52 489.21 281.68 476.52 430.97 161.63 RSD(%) 0.16 0.05 0.05 0.07 0.07 0.07 0.02 IDL(ppb) 0.24 0.07 0.08 0.11 0.11 0.11 0.03 N-Nitrosodimethylamine 图1NDMA的标准曲线 图20.5 ppbNDMA 色谱图 从结果看，应用 TSQ8000 Evo 结合 El 源进行亚硝胺分析，灵敏度符合EPA标准，且线性及IDL结果良好，完全满足水中亚硝胺的定量分析。 3.2 Exactive GC 使用全氟三丁胺 (perfluorotributylamine， PFTBA)进行仪器调谐和校正，可在5分钟内达到质量准确度<0.5 ppm。为确保选择性足够高，数据采集使用60，000分辨率(m/z 200， FWHM) 进行。在此条件下，能够确保每个色谱峰至少采集12个点，以便色谱峰积分结果稳定、可靠。为进一步评估全扫描下有可能受到的基质干扰时，既使用了溶剂标品也用了实际的饮用水(水龙头水)样品。以NDMA 为例， NDMA 分子离子(m/z 74.04747)的准确检测会受到背景离子的干扰。在所有实验中，仪器的分辨率都设为60000(m/z 200， FWHM)，相当于 m/z 74处的质量分辨率>100000，足够在基质背景中实现NDMA 目标离子的选择性检测(图3)。 图3饮用水样品中的NDMA， 在 m/z 74.04747 下分辨率 R> 100000(FWHM) 图40.1 pg/L 的校准溶剂标样(A)和1.0ng/L 的加标饮用水样品(B)中的NDMA (m/z 74.04747， XIC， EI 为 70 eV)的绝对柱上浓度 图5各浓度水平 NDMA 标样的绝对峰面积重现性(0.1，10和100 pg/L 样品 n=5， 1.0 pg/L 样品n=9)。每个水平的平均%RSD 数据标示在每个数据柱上方 图5各各度水平 NDMA 标样的绝对峰面积重现性(0.1，10和100 pg/L样品n=5， 1.0 pg/L样品n=9)。每个水平的平均%RSD 数据标示在每个数据柱上方 图6NDMA在7点线性范围(0.1-50pg/L)内的工作曲线 Exactive GC 技术的一个显著优势在于它的高分辨全扫描采集模式使得分析人员可以通过对定量实验的原始数据进行进一步分析，从而在实验数据取得之后还能够筛查样品中是否还有其它可能有害的化学物质。在本研究中，我们通过使用 TraceFinder 对饮用水样品的原始数据按照非靶向筛查工作流程进行处理来做演示。该工作流程会自动进行化合物去卷积并得到纯的质谱图，然后再进行谱库检索来进行化合物的鉴定。结果显示，饮用水样品中还包含220种并不存在于 DCM 溶剂空白中的化合物。这些化合物的鉴定使用NIST 谱库(SI阈值为800)和一个高分辨过滤分数(HRF，阈值为80)进行。HRF 使用精确质量数信息来解释 NIST(或类似)谱库匹配得到的碎片离子。4饮用水样品中检测到的绝大部分污染物都是卤代有机化合物、药物(如：克林霉素、非氨酯等)、单帖烯类(D-芋烯)和邻苯二甲酸盐等。图7给出了一些鉴定出的可信度很高的部分化合物，其中氯碘甲烷曾有文献报道为消毒剂副产物。此外，四氯乙烯是一种广泛使用的、在私人或公共饮用水中频繁检出的干洗剂，已知对人类健康有害。这两种化合物的谱库匹配结果均极佳(SI>890)， 总分>95%且分子离子的质量准确度<0.5 ppm。 Fle ￥ 图7饮用水样品中检出的化学污染物实例(图中显示 TraceFinder 去卷积浏览器中氯碘甲烷(a)和全氯乙烯(b)以及它们相应的去卷积之后的质谱图、鉴定结果可靠度总分、NIST 谱库匹配结果(SI)和每个被测离子的精确质量数) 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 www.thermofisher.com 全国服务热线：800 810 5118 饮用水的安全问题涉及到目标物定量和非目标物定性两个应用方向。在目标物定量方面，以文中亚硝胺类化合物为例，样品前处理包括一个对水样进行固相萃取(SPE)的步骤，最终样品浓缩1000倍。TSQ 8000 Evo 及 ExactiveGC 均符合相关法规要求，可以轻松在 1.0 ng/L 浓度水平实现该化合物的检测和准确定量。 其中， TSQ 8000 Evo 因仪器配置简单，操作便捷，更易于在常规分析检测中推广。在同样条件下，应用 ExactiveGC 技术可对已采集的数据再次挖掘，进行溯源，使得对饮用水样品中的其它有害污染物的检测和鉴定成为可能。检测到的其它污染物主要是卤代有机化合物，这些化合物的出现可能主要跟一些加氯消毒法或氯氯消毒处理有关。总的来说，实验结果证明 TSQ 8000 Evo 及 Exactive GC 系统在 NDMA痕量分析方面具有极佳的表现。 SCIENTIFIC 支持手机用户)A Thermo Fisher Scientific Brand     上世纪 50 年代，医学界就发现亚硝胺是一类广泛存在于 食物、香烟及酒等中，且毒性强烈的致癌物质，其会引起 口腔癌、食道癌、鼻癌、气管癌、肺癌、肝癌及胰腺癌等。 由于具有高致癌性及高检出率，在 20 世纪末饮用水中的 亚硝胺类物质得到了国内外研究人员的关注。一般认为， 其是在氯胺消毒等工艺过程中产生的消毒副产物。相关专 家表示，在已经鉴别出的 700 多种消毒副产物中，亚硝胺是健康风险zui大的消毒副产物类别之一，特别是 N-亚硝 基二甲胺（NDMA）。     清华大学陈超老师在我国饮用水系统中亚硝胺类消毒副产 物的普查中，从全国 23 个省、44 个大中小城市和城镇、 共 155 个点位采集了 164 个水样，包括出厂水、用户龙 头水和水源水。测试了当前已知的全部 9 种亚硝胺类消毒 副产物，其中 NDMA 的浓度zui高。     在已检测的全部水样中，出厂水和龙头水中的 NDMA 平均 浓度分别为 11 ng/L 和 13 ng/L，水源水中的 NDMA 生成 潜能平均为 66 ng/L。长江三角洲地区的近 10 个供水系统 中，出厂水和龙头水中的 NDMA 平均浓度分别为 27 ng/L 和 28.5 ng/L，水源水中的 NDMA 生成潜能为 204 ng/L。 与美国环保局在 2012 年公开的一项大规模普查数据相比， 出厂水和龙头水中的检出率是美国的 3.6 倍，西欧国家的 饮用水亚硝胺浓度比美国还低。     不难看出，我国水质亚硝胺污染较为严重，但中国尚无饮 用水亚硝胺标准。目前已经有部分发达国家和地区建立了 饮用水中 NDMA 的标准。世界卫生组织在 2008 年提出了 100 ng/L 的推荐值，加拿大，澳大利亚都有了国家标准， 分别是 40 ng/L、100 ng/L；加拿大安大略省、美国麻省 和加州的标准更严，分别是 9 ng/L、10 ng/L、10 ng/L。     水质中痕量亚硝胺的存在，为其分析检测带来不小的挑战。 2016 年 10 月颁布实施的 HJ809-2016《水质 亚硝胺类化 合物的测定 气相色谱法》采用液液萃取的样品前处理技 术，氢火焰离子化检测器（FID），测定了水中 4 种亚硝 胺类化合物。当取样体积为 250 ml 时，本标准的方法检 出限分别为：N-亚硝基二甲胺 0.6 µg/L、N-亚硝基二乙 胺 0.5 µg/L、N-亚硝基二正丙胺 0.5 µg/L、N-亚硝基二 苯胺 0.4 µg/L；测定下限分别为：N-亚硝基二甲胺 2.4 µg/L、N-亚硝基二乙胺 2.0 µg/L、N-亚硝基二正丙胺 2.0 µg/L、N-亚硝基二苯胺 1.6 µg/L。虽然仪器普及率较高， 但是定性能力稍差，在存在基质干扰时，需要第二根色谱 柱辅助定性。