王孝生， 盧 嘉， 王冬梅， 劉尊培

(1.馬鞍山市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 馬鞍山 243001；2.皖南醫(yī)學(xué)院 檢驗學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

硝基苯類物質(zhì)是硝基芳香族化合物的總稱，是染料合成、油漆涂料、塑料、炸藥、醫(yī)藥及農(nóng)藥制造等領(lǐng)域的重要中間體，具有明顯的致突、致畸和致癌性，是我國環(huán)境保護中優(yōu)先控制的高毒污染物之一。然而，硝基苯類化合物在工業(yè)生產(chǎn)過程可能隨廢物排放到環(huán)境中，從而造成對地表水和地下水的污染[1]。因此對環(huán)境水體中硝基苯類化合物的監(jiān)測具有重要的意義。國家在集中式生活飲用水地表水源地特定項目(《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表3)中對硝基苯類化合物有標(biāo)準(zhǔn)限值規(guī)定。因此準(zhǔn)確測定飲用水中的硝基苯類物質(zhì)，在環(huán)境監(jiān)控和保障人們飲水安全方面具有重要的現(xiàn)實意義。

硝基苯類化合物檢測的方法很早就有研究，目前應(yīng)用的主要有分光光度法[2]、化學(xué)發(fā)光分析法[3]、伏安分析法[4]、氣相色譜法[5-6]等。其中，氣相色譜法能有效實現(xiàn)多種異構(gòu)體的同時檢測且簡便、快速。國家先后出臺了采用不同檢測器(電子捕獲檢測器和質(zhì)譜檢測器)的氣相色譜檢測環(huán)境水樣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HJ 648—2013和HJ 716—2014)。盡管如此，由于硝基苯類物質(zhì)異構(gòu)體種類較多且結(jié)構(gòu)相似度高，使用上述方法進行實樣分析時依然存在假陽性結(jié)果和抗干擾性差等不足。因此，利用新技術(shù)、新儀器來構(gòu)筑硝基苯類物質(zhì)分析方法，以提高實樣檢測的可靠性和穩(wěn)定性具有較好的現(xiàn)實意義。

氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀由于可以在分離的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多級質(zhì)譜分析，而具有靈敏度高、抗干擾性強、假陽性少等優(yōu)點，近年來在環(huán)境檢測中獲得了較多關(guān)注[7-10]。目前報道中還沒有對硝基苯類化合物的多重反應(yīng)監(jiān)測(multiple reaction monitoring，MRM)方法進行描述。本文采用氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜法，首次對這十種硝基苯類化合物的MRM方法進行優(yōu)化，建立了抗干擾性強、靈敏度高、假陽性少、檢出限更低的檢測飲用水中硝基苯類化合物的方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

島津氣相色譜儀2010plus、島津TQ8040三重四級桿質(zhì)譜儀均購自日本島津公司；Rtx-5MS(30m×0.25mm，0.25m，日本島津公司)；全自動固相萃取儀Auto SPE-06購自于?？苾x器(廈門)有限公司；十通道平行濃縮儀MultiVap-10購自于北京萊伯泰科儀器有限公司。C18固相萃取小柱，6mL/500mg(上海安譜科學(xué)儀器有限公司)；親水-疏水平衡固相萃取(hydrophile-lipophile balance，HLB)小柱，6mL/500mg(美國沃特世)。

甲苯中十種硝基苯類混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(硝基苯、對-硝基氯苯、間-硝基氯苯、鄰-硝基氯苯、對-二硝基苯、間-二硝基苯、鄰-二硝基苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯)由壇墨質(zhì)檢科技有限公司提供(產(chǎn)品批號：80884JN，1000mg·L-1)，用二氯甲烷稀釋成濃度為5mg·L-1的中間液；內(nèi)標(biāo)液：丙酮中1-溴-2-硝基苯(壇墨質(zhì)檢科技有限公司提供，產(chǎn)品批號：A2003412，1000mg·L-1)，用二氯甲烷稀釋成濃度為10mg·L-1的中間液。甲醇、二氯甲烷均為色譜純。

1.2 試驗方法

1.2.1 氣相色譜條件 載氣為高純 He (99.999%)；碰撞氣為Ar，色譜柱升溫程序為：60℃以 10℃·min-1升溫至 200℃，以 15℃·min-1升溫至 250℃；進樣口溫度為 250℃；流量為1.0mL·min-1；進樣體積為 1μL，不分流進樣。

1.2.2 質(zhì)譜條件 EI 源溫度為 200℃，電離能量為70eV，溶劑延遲時間為5min，傳輸線溫度為 280℃。

1.2.3 檢測條件 通常 GC-MS-MS 對未知化合物的分析分為 4步：確定前體離子、設(shè)定產(chǎn)物離子和優(yōu)化碰撞電壓、建立MRM方法。

1.2.3.1 確定前體離子 在選定的最佳儀器條件下，創(chuàng)建Q3全掃描方法測定5mg·L-1標(biāo)準(zhǔn)樣品，得到的即為該物質(zhì)的特征一級質(zhì)譜圖，設(shè)定前體離子。Q3全掃描條件參數(shù)：溶劑延遲時間為5min，掃描質(zhì)量范圍為 40～500amu，掃描時間為 300ms。具體的保留時間和前體離子見表1。

表1 硝基苯類保留時間及前體離子質(zhì)量數(shù)Table 1 Retention time of nitrobenzenes and their precursors mass number

1.2.3.2 設(shè)定產(chǎn)物離子和優(yōu)化碰撞電壓 島津公司開發(fā)的“MRM_Optimization_Tool”軟件可以自動創(chuàng)建產(chǎn)物離子掃描批處理表，運行產(chǎn)物離子掃描批處理表，采集產(chǎn)物離子掃描數(shù)據(jù)，再通過“MRM_Optimization_Tool”軟件打開采集的產(chǎn)物離子掃描數(shù)據(jù)，設(shè)定多重反應(yīng)轉(zhuǎn)變數(shù)為4，碎片離子范圍：50-(母離子-1.5)m/z，通過軟件自動生成碰撞能量優(yōu)化曲線，進而得到各組分的最佳碰撞電壓(CE)及離子豐度比值，具體見表 2。

1.2.3.3 建立MRM方法 運用島津“SmartDatabase_Blank”軟件在上述設(shè)定的產(chǎn)物離子和優(yōu)化碰撞電壓的基礎(chǔ)上自動創(chuàng)建MRM方法，在檢測器的電壓在調(diào)諧電壓的基礎(chǔ)上加0.6eV，具體見表3。采集200μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)樣品，設(shè)定MRM離子比率，得到的總離子流圖(圖 1)。

表2 硝基苯類的產(chǎn)物離子掃描離子對、最佳碰撞電壓及離子豐度比值Table 2 Product ions′ scanning ion pair,optimum collision voltage and ion abundance ratio of nitrobenzene

表3 硝基苯類MRM條件Table 3 Conditions for multiple reaction monitoring of nitrobenzene

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以色譜純二氯甲烷為溶劑，分別將硝基苯類的中間液稀釋成10，20，50，100，200μg·L-1標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，內(nèi)標(biāo)溶液的濃度為200μg· L-1。依次進樣1μL。

圖1 MRM條件下的總離子流圖Figure 1 Total ion chromatogram under multiple reaction monitoring conditions

1.4 樣品的處理

水樣經(jīng)全自動固相萃取儀處理。活化：依次用5mL二氯甲烷、5mL甲醇和10mL水，活化固相萃取柱，流速為5mL·min-1。萃?。簻?zhǔn)確量取1000mL水樣，向每份水樣中加入5mL甲醇，混勻。使水樣以8mL·min-1的流速富集，上樣完畢后，用10mL水沖洗內(nèi)壁，并富集于固相萃取柱中，再用10mL純水淋洗固相萃取柱，氮氣吹掃固相萃取柱10min。洗脫：用15mL二氯甲烷分兩次(5mL+10mL)以2mL·min-1的速度洗脫樣品，洗脫液經(jīng)無水硫酸鈉脫水后，收集洗脫液濃縮至0.5mL左右，加入20μl內(nèi)標(biāo)液的中間液，定容至1mL，上機分析。

2 結(jié)果與討論

圖2 不同填料對應(yīng)的積分面積圖Figure 2 Integral area map of different fillers

2.1 固相萃取小柱的選擇

對相同加標(biāo)量的水樣，分別用常用的C18和親水-疏水平衡固相萃取(HLB)小柱按1.4節(jié)的樣品處理步驟進行活化、富集、洗脫、濃縮、定容上機，結(jié)果顯示親水-疏水平衡固相萃取小柱的回收率較高，見圖2?？赡艿脑蚴怯H水-疏水平衡固相萃取小柱的基體材料為聚苯乙烯-二乙烯基苯球形高分子共聚物，是一種親水共聚物，與C18硅膠相比，親水-疏水平衡固相萃取小柱吸附劑的表面積增大2～3倍，容量因子大大提高，吸附容量通常是C18的3～10倍。所以，本實驗選擇親水-疏水平衡固相萃取小柱為樣品的前處理材料。

2.2 MRM方法與單選擇離子方法的比較

在相同的氣相色譜條件(柱流量為 1.0mL·min-1；不分流進樣)和相同檢測器電壓(相對調(diào)諧結(jié)果+0.6kV)下，分別用MRM方法與單選擇離子方法對實際地表水樣品進行加標(biāo)(0.020μg·L-1)分析，MRM方法與單選擇離子方法的信噪比(噪音寬度：0.1min；計算方法：峰至峰)測定結(jié)果見表4。由表4可見，MRM方法中通過一級質(zhì)譜檢測器的背景噪音經(jīng)中間的碰撞池和三級質(zhì)譜檢測器兩級篩選后大大降低，導(dǎo)致信噪比變高，提高22～1330倍。信噪比高，一般靈敏度也隨之增高；同時，信噪比高，也說明了目標(biāo)物質(zhì)周圍的假陽性物質(zhì)干擾少。因此，同等氣相和電壓條件下，MRM方法比單選擇離子方法靈敏度高、假陽性物質(zhì)干擾少。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照1.3節(jié)的方法配制系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化的MRM條件下進行分析。以保留時間定性，以峰面積對質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在配制7個相同低濃度的十種硝基苯類混合水溶液，按1.4節(jié)的樣品處理步驟后上機測試，依據(jù)《HJ168—2010環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》附錄A，以MDL=S×t(n-1,0.99)計算方法檢出限，其中S為7次測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，在99%的置信區(qū)間內(nèi)，t(n-1,0.99)=3.143。

表4 兩種方法信噪比匯總表Table 4 Summary table of signal to noise ratio of two methods

表5 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限Table 5 Standard curve and detection limit

由表5可知，在0.010～0.200μg·L-1線性范圍內(nèi)，十種硝基苯類化合物的相關(guān)系數(shù)可達到0.9980～0.9999，方法檢出限為0.0008～0.0028μg·L-1。在相同取樣體積的情況下，本方法的檢出限較單質(zhì)譜方法(HJ716—2014)檢出限(0.04～0.05μg·L-1)有很大的提升。

2.4 實際水樣和加標(biāo)回收測試

對馬鞍山市某飲用水源水中的10中硝基苯類化合物進行檢測，并對水樣進行硝基苯類低和高2個濃度(20和80μg·L-1)的加標(biāo)回收測試，每種濃度的樣品加標(biāo)三份，經(jīng)固相萃取等前處理后上機測試，結(jié)果見表6。由表6可知，該方法的平均回收率為67.0%～122%，RSD為3.01%～13.4%。

表6 實際樣品加標(biāo)回收率試驗結(jié)果Table 6 Recovery test results of actual sample

3 結(jié)論

使用氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀分析飲用水中的十種硝基苯類，通過一系列條件的優(yōu)化，首次建立了硝基苯類的MRM方法，通過篩選-碰撞-篩選，以及特定的碎片離子與特定的母離子對應(yīng)關(guān)系，很大程度上減少了背景和假陽性干擾，測定結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。與已報道的方法相比，靈敏度高，檢出限更低，為飲用水中痕量硝基苯類殘留的分析提供了更加有效的方法，可滿足飲用水中硝基苯類的測定需求。