李 婷，鮮啟鳴

（污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環(huán)境學院，江蘇 南京 210023）

0 引 言

飲用水中的N-亞硝胺不僅與人類膀胱癌的發(fā)生有關[1-2]，還可能誘導食管和肝臟等器官產(chǎn)生腫瘤[3-4]。目前水中發(fā)現(xiàn)的N-亞硝胺包括：N-亞硝基二甲胺（NDMA）、N-亞硝基甲基乙基胺（NMEA）、N-亞硝基二乙基胺（NDEA）、N-亞硝基二丙基胺（NDPA）、N-亞硝基二丁基胺（NDBA）、N-亞硝基吡咯烷（NPyr）、N-亞硝基嗎啉（NMor）、N-亞硝基哌啶（NPip）和N-亞硝基二苯胺（NDPhA）。美國加利福尼亞州規(guī)定飲用水中NDMA、NDEA和NDPA的濃度限制均為10 ng/L[5]，遠低于US EPA中對常規(guī)消毒副產(chǎn)物THM4和HAA5的濃度限值：80μg/L和60μg/L。因此，檢測水中痕量的N-亞硝胺，對于評價飲用水質，進一步研究去除水中的N-亞硝胺以提高飲用水的安全性具有重要意義。

目前，水中N-亞硝胺的提取方法主要有固相萃?。⊿PE）和固相微萃?。⊿PME）。測定儀器主要有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]，一般選用CI源為離子源。對于不同的前處理，固相微萃取影響因素多、靈敏度低，僅適用廢水中N-亞硝胺的檢測[13]。對于不同的進樣方式，采用LC進樣時，檢測低分子量的N-亞硝胺易受雜質的影響[10]，采用GC進樣效果較好。對于不同的檢測器，MS檢測的效果優(yōu)于 NCD和NPD[6，14]，與 HRMS和 MS/MS相比也可以滿足分析要求[8-9，15]。因此本實驗采用固相萃取、GC/MS測定9種N-亞硝胺，確定了水樣前處理和采用EI作為離子源、GC/MS檢測N-亞硝胺的條件，并應用于測定自來水廠水樣中9種N-亞硝胺的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器、材料與試劑

儀器材料：TRACE GC ULTRa型氣相色譜與FINNIGAN Polaris Q型質譜聯(lián)用儀（美國Thermo ELECTRON CORPORATION公司）；PTA-5型色譜柱（美國 Supelco公司）：30m×0.25mm×0.5μm；12管防交叉污染固相萃取裝置（美國Supelco公司）；RV10 basic型旋轉蒸發(fā)儀（德國IKA集團）；SE812型氮吹儀（北京帥恩科技有限責任公司）；SPE小柱（2g椰殼活性炭/6mL，美國Restek公司）；高純氮氣（南京天澤氣體有限責任公司）；MILLI-Q A10超純水機（美國Millipore公司）。

試劑：2 000 mg/L 9種N-亞硝胺的混合標準溶液（美國Supelco公司）；NDMA-d6和 NDPA-d14（98%，美國 Cambridge Isotope Laboratories公司）；二氯甲烷（HPLC級，美國ROE Scientific公司）；甲醇（HPLC級，美國Tedia公司）；無水硫酸鈉（分析純，南京化學試劑有限公司）；硫代硫酸鈉（分析純，南京化學試劑有限公司）；超純水（經(jīng)紫外燈照射后使用）；蒸餾水。

1.2 標準溶液

以二氯甲烷為溶劑，配置9種N-亞硝胺及NDMA-d6的混合標準溶液，濃度依次為：2，5，10，20，50，100，200，500，1000μg/L，每一濃度的標準溶液中定量內標NDPA-d14的濃度均為250μg/L。

1.3 樣品制備

向棕色采樣瓶中預先加入濃度為100mg/L的硫代硫酸鈉，以脫去水樣中的氯。采樣時，水樣充滿采樣瓶。采樣后水樣在4℃下避光保存，在14d內完成分析。水樣分析前NDMA-d6加標濃度為20ng/L。

2 結果與討論

2.1 氣質聯(lián)用儀分析條件的優(yōu)化

采用GC/MS分析9種N-亞硝胺，EI為電離源，高純氦氣為載氣，不分流進樣1μL。

實驗就不同的進樣口溫度（140，200，250℃）、傳輸線溫度（170，280℃）、離子源溫度（150，170，210℃）和不同的載氣流速（1.0，1.5，2.0 mL/min）對 N-亞硝胺分離及響應的影響分別進行了比較。結果發(fā)現(xiàn)：進樣口溫度、傳輸線溫度和離子源溫度對N-亞硝胺的分離及響應的影響不大。從防止污染的角度考慮，最終選擇進樣口溫度為250℃，傳輸線溫度為280℃，離子源溫度為210℃。較低的載氣流速有利于N-亞硝胺的分離，但會降低響應，因此選擇了較高的載氣流速2.0mL/min。同時，通過分析柱溫對9種N-亞硝胺分離的影響，確定了N-亞硝胺的GC/MS程序升溫條件：初始柱溫設為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。采用保留時間和特征碎片離子定性，選擇離子檢測法（SIM）定量，N-亞硝胺的峰形見圖1，具體參數(shù)見表1。

圖1 2mg/L 9種N-亞硝胺、NDMA-d6及250μg/L NDPA-d14標準溶液的色譜圖

2.2 樣品前處理條件的選擇

2.2.1 固相萃取材料的選擇與活化

N-亞硝胺固相萃取常用的材料有椰殼活性炭、Ambersorb572及Ambersorb 572與LiChrolut EN的組合材料。不同的填充材料對不同N-亞硝胺的萃取效果不同。椰殼活性炭對NDMA的萃取回收率遠高于Ambersorb 572和Ambersorb 572+LiChrolut EN，分別為 88%[9]，43%[9]和 60%[16]，而 NDMA 是毒性較大、研究較為廣泛的N-亞硝胺之一，因此選用椰殼活性炭作為固相萃取材料。采用椰殼活性炭萃取前，依次用6mL二氯甲烷、12mL甲醇和15mL超純水活化。

表1 N-亞硝胺的GC/MS分析條件

2.2.2 水樣體積及濃縮倍數(shù)的選擇

根據(jù)已有的研究，水樣的體積一般選取0.25，0.5，1 L，由于自來水樣中N-亞硝胺的濃度低至ng/L級別，而GC/MS分析時選用的是EI源，響應較CI源低，因此，水樣體積選為1L，以提高方法的檢出性能。

不同N-亞硝胺在GC-EI/MS上檢出的最低濃度為2～20μg/L，因此要將水樣濃縮。已有研究一般將水樣濃縮500倍、1000倍和2500倍，即當提取液濃縮后的濃度為20μg/L時，對應水樣中N-亞硝胺的濃度分別為40，20，8 ng/L，而目前N-亞硝胺的濃度限值一般為10ng/L，因此應盡量降低N-亞硝胺的檢出限。據(jù)此，水樣的濃縮倍數(shù)選為5000倍，即1L水樣應濃縮至0.2mL。

2.2.3 水樣的萃取、洗脫與干燥

試驗分別比較了5，10 mL/min的水樣萃取流速，結果N-亞硝胺的回收率無顯著差異。為縮短樣品處理時間，以10mL/min為最終萃取流速。水樣萃取后，用15mL二氯甲烷洗脫，洗脫液經(jīng)6 g無水硫酸鈉（預先用二氯甲烷清洗濕潤）干燥，再用6mL二氯甲烷淋洗無水硫酸鈉，收集流出液。

2.2.4 提取液濃縮條件的優(yōu)化

由于N-亞硝胺為揮發(fā)性物質，為減少在提取液濃縮時N-亞硝胺的損失，在濃縮前向提取液中加入500 μL 甲醇，同時加入 50 ng NDPA-d14混勻，采用旋轉蒸發(fā)在室溫下濃縮至1mL，再加入2mL二氯甲烷沖洗內壁，在25℃水浴下緩慢氮吹至0.2mL。由于甲醇的沸點略高于二氯甲烷，加入甲醇可以盡量減少N-亞硝胺在氮吹時隨二氯甲烷揮發(fā)而造成的損失。旋轉蒸發(fā)可以極大縮短液體濃縮的時間，21mL洗脫液濃縮至1mL只需6～8min，而3mL預濃縮液氮吹至0.2mL需要1h。實驗表明：21mL洗脫液旋蒸發(fā)預濃縮再氮吹至0.2 mL與直接氮吹濃縮至0.2 mL相比，N-亞硝胺的回收率可以增大4%～12%。

2.3 方法的線性、檢出限、回收率和精密度

采用內標法繪制2～1 000 μg/L不同N-亞硝胺的標準曲線，r2范圍為 0.9976～0.9996，見表 2。

表2 N-亞硝胺的標準曲線

在選定的儀器條件下，分別用標準偏差（SD）法和信噪比（S/N）法測定N-亞硝胺的檢出限（LOD）。SD法是配制7份加標濃度為10ng/L的水樣，測定N-亞硝胺的濃度，計算標準偏差，根據(jù)標準偏差計算檢出限。S/N法是取儀器響應信噪比為3時對應水樣中N-亞硝胺的濃度。SD法和S/N法的檢出限分別為 0.8～4.3ng/L 和 0.2～5.0ng/L，詳見表 3。

表3 N-亞硝胺的檢出限

實驗分別測定了蒸餾水加標10，50，200 ng/L N-亞硝胺的回收率，分別平行測定7次，計算相對標準偏差（RSD）。結果加標10ng/L N-亞硝胺的回收率為75%～103%，加標50ng/L N-亞硝胺的回收率為62%～101%，加標200 ng/L N-亞硝胺的回收率為48%～97%，詳見表4。除加標50ng/L和200ng/L NDPhA的回收率低于70%外，其余回收率結果均在70%～130%范圍內，滿足EPA 521的要求。

表4 N-亞硝胺蒸餾水加標回收率

2.4 實際樣品的測定

選取以江水、河水、湖水為水源的3家水廠I、II、III的進水、出水和管網(wǎng)水分別進行測試，結果見表5。水樣NDMA-d6加標的回收率均在70%以上。其中水廠III的進水、出水和管網(wǎng)水中檢測的NDEA的色譜圖見圖2。

不同水廠檢出N-亞硝胺的種類和濃度不同，表明N-亞硝胺與源水水質以及水廠的處理工藝有關。水廠進水中檢出的N-亞硝胺種類多、濃度較高，而管網(wǎng)水檢出的N-亞硝胺種類少且濃度低，表明飲用水廠的處理工藝可有效去除部分N-亞硝胺。

NDMA在水廠Ⅲ的進水、出水和管網(wǎng)水中的濃度逐漸升高，可能是源水中含有的NDMA前驅物，在水處理過程中難以去除，在管網(wǎng)中與消毒劑繼續(xù)反應生成。NDMA在水廠III的管網(wǎng)水中濃度達45.3ng/L，低于上海報道的管網(wǎng)水濃度78.93ng/L[17]。

圖2 水廠Ⅲ檢出的NDEA色譜圖

表5 不同水廠不同水樣中N-亞硝胺的濃度1）

3 結束語

本方法采用椰殼活性炭固相萃取、建立了GC-EI/MS測定水中9種N-亞硝胺的定性定量方法，該方法靈敏度高、回收率好。能適用于自來水廠中N-亞硝胺的痕量分析。

[1]RadomskiJ L，Greenwald D，Hearn W L，et al.Nitrosamine formation in bladder infections and its role in the etiology of bladder cancer[J].Journal of Urology，1978，120（1）：48-50.

[2]Mostafa M H，Sheweita S A，O’Connor P J.Relationship between Schistosomiasis and bladder cancer[J].Clinical Microbiology Reviews，1999，12（1）：97.

[3]World Health Organization International Agency for Research on Cancer，IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans,volume 17：Some NNitroso Compounds，1978[EB/OL].[2013-3-7].http：//monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/allmonos47.php.

[4]Brown J L.N-Nitrosamines[J].Occupational Medicine-State of the Art Reviews，1999，14（4）：839-848.

[5]California Departmentof Public Health.NDMA and other nitrosamines-Drinking water issues [EB/OL].[2012-3-7].http：//www.cdph.ca.gov/certlic/drinkingwater/pages/NDMA.Aspx，2008.

[6]Grebel J E，Young C C，Suffet I H M.Solid-phase microextraction of N-nitrosamines[J].Journal of Chromatography A，2006（1）：11-18.

[7]Jurado S B，Ballesteros E，Gallego M.Screening of N-nitrosamines in tap and swimming pool waters using fast gas chromatography[J].Journal of Separation Science，2010，33（4-5）：610-616.

[8]Pozzi R，Bocchini P，Pinelli F，et al.Determ-ination of nitrosamines in water by gas chromatography/chemical ionization/selective ion trapping mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A，2011（14）：1808-1814.

[9]Planas C，Palacios O，Ventura F，et al.Analysis of nitrosamines in water by automated SPE and isotope dilution GC/HRMS-Occurrence in the different steps of a drinking water treatment plant,and in chlorinated samples from a reservoir and a sewage treatment plant effluent[J].Talanta，2008，76（4）：906-913.

[10]Zhao Y Y，Boyd J M，Woodbeck M，et al.Formation of N-nitrosamines from eleven disinfection treatments of seven different surface waters[J].Environmental Science&Technology，2008，42（13）：4857-4862.

[11]Krauss M，Hollender J.Analysis of nitrosamines in wastewater：exploring the trace level quanti-fication capabilities of a hybrid linear ion trap/orbitrap mass spectrometer[J].AnalyticalChemistry，2008，80（3）：834-842.

[12]羅茜，王東紅，王炳一，等.超高效液相色譜串聯(lián)質譜快速測定飲用水中9種N-亞硝胺的新方法[J].中國科學：化學，2011，41（1）：82-90.

[13]Hung H W，Lin T F，Chiu C H，et al.Trace analysis of n-nitrosamines in water using solid-phase microextraction coupled with gas chromatograph-tandem mass spectrometry[J].Water Air and Soil Pollution，2010，213（1-4）：459-469.

[14]Grebel J E，Suffet I H M.Nitrogen-phosphorus detection and nitrogen chemiluminescence detection of volatile nitrosamines in water matrices：Optimization and performance comparison[J].Journal of Chromatography A，2007（1）：141-144.

[15]Charrois J W A，Arend M W，F(xiàn)roese K L，et al.Detecting N-nitrosamines in drinking water at nanogram per liter levels using ammonia positive chemical ionization[J].Environmental Science &Technology，2004，38（18）：4835-4841.

[16]Zhao Y Y，Boyd J，Hrudey S E，et al.Characterization of new nitrosamines in drinking water using liquid chromatography tandem mass spectrometry[J].Environmental Science&Technology，2006，40（24）：7636-7641.

[17]梁闖，徐斌，夏圣驥，等.SPE/LC/MS/MS檢測水中痕量二甲基亞硝胺[J].中國給水排水，2009，25（14）：82-85，92.