Simultaneous determination of 10 N-nitrosamines in drinking water by tandem solid phase extraction-gas chromatography tandem mass spectrometry
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摘要:背景
饮用水消毒副产物
N -亚硝胺对哺乳动物具有强烈的致癌性。饮用水中N -亚硝胺的污染状况在ng·L−1水平，准确定性、定量分析存在较大困难，因此开发一种灵敏、准确的生活饮用水中N -亚硝胺的分析方法十分必要。目的建立生活饮用水中10种
N -亚硝胺同时测定的串联固相萃取-气相色谱串联质谱法。应用建立的方法测定南京市生活饮用水中10种N -亚硝胺的含量，初步了解南京市生活饮用水中N -亚硝胺的污染状况。方法预实验对比椰壳活性炭、HLB Pro两种固相萃取小柱对10种
N -亚硝胺的萃取效率。采用固相萃取小柱连接件将椰壳活性炭与HLB Pro固相萃取小柱进行串联，分别组合成椰壳活性炭（上）-HLB Pro（下）与HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）两种串联方式萃取加标样品，结合直接、独立两种洗脱方式优化最佳萃取效率。2021年11—12月用1 L棕色玻璃采样瓶采集南京地区9家市政供水单位的原水9份、出厂水10份及末梢水7份，1.0 L生活饮用水样品加入同位素内标制备成含25 ng·L−1同位素内标的待测样品。全自动固相萃取仪以15 mL·min−1的速率全部上样至HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）串联固相萃取小柱。萃取完成后将串联固相萃取小柱转移至固相萃取真空装置，HLB Pro、椰壳活性炭固相萃取小柱分别用10 mL二氯甲烷洗脱，合并二氯甲烷洗脱液并移除上层少量水相，氮吹浓缩至1.0 mL左右，气相色谱质谱仪检测、同位素内标法定量。结果预实验发现椰壳活性炭、HLB Pro两种固相萃取小柱对生活饮用水中 10 种
N -亚硝胺的萃取效率具有较高的互补性。采用HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）串联固相萃取方式、独立洗脱、洗脱液合并浓缩的程序，可以获取最佳萃取效率。在此条件下，采用气相色谱串联质谱法检测，10种N -亚硝胺组分在2~50 ng·L−1的范围内线性关系良好，相关系数均大于0.9996，方法检出限为0.149~0.211 ng·L−1，测定下限为0.596~0.844 ng·L−1。在5.0、15、30 ng·L−1加标浓度下，10种N -亚硝胺平均加标回收率88.0%~104.8%，相对标准偏差1.22%~4.87%。应用本法对南京市生活饮用水中10种N -亚硝胺含量进行测定，检测结果显示10种N -亚硝胺在原水、出厂水和末梢水中均有不同程度的检出，各组分检出率0%~100%，检出质量浓度ND~27.6 ng·L−1。结论本研究建立的串联固相萃取-气相色谱串联质谱法能够实现生活饮用水中多种
N -亚硝胺高灵敏、高通量的同时测定。Abstract:BackgroundN -nitrosamines, a group of by-products of drinking water disinfection, have strong cytotoxicity to mammals.N -nitrosamines in drinking water are at the ng·L−1 level, and its accurate qualitative and quantitative analysis is difficult, so it is necessary to develop a sensitive and accurate method to determineN -nitrosamines in drinking water.ObjectiveTo establish a solid phase extraction-gas chromatography tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) method for simultaneous determination of 10 kinds of
N -nitrosamines in drinking water. To apply the established method to determine the levels of 10 kinds ofN -nitrosamines in drinking water in Nanjing, and to understand the pollution status.MethodsCoconut charcoal solid phase extraction (SPE) cartridge and HLB Pro SPE cartridge were compared for the extraction efficiency of 10
N -nitrosamines in drinking water. A coconut charcoal SPE cartridge and a HLB Pro SPE cartridge were concatenated using a SPE connector, and then formed two combinations: coconut charcoal (top)-HLB Pro (bottom) and HLB Pro (top)-coconut charcoal (bottom), to extract the spiked samples, and combined with direct and independent elution ways to obtain the best extraction efficiency. From November to December 2021, 9 raw water, 10 finished water, and 7 tap water samples were collected from 9 municipal water supply units in Nanjing with 1 L brown glass sampling bottles. An 1.0 L drinking water sample was added with the isotope internal standard to prepare a test sample containing an isotope internal standard concentration of 25 ng·L−1. The automatic SPE instrument loaded all the 1.0 L drinking water samples to the tandem SPE cartridge of the HLB Pro (top)-coconut charcoal (bottom) at the rate of 15 mL·min−1. After extraction, the HLB Pro SPE cartridge and coconut charcoal SPE cartridge were transferred to the solid phase extraction vacuum device and eluted with 10 mL of dichloromethane respectively, then the dichloromethane eluents were combined, and concentrated to about 1.0 mL by nitrogen blowing after a small amount of the upper aqueous phase was removed. The concentrated solution was detected by GC-MS/MS and quantified by isotope internal standard method.ResultsThe comparison of sample spike recovery experiments showed that coconut charcoal solid phase extraction (SPE) cartridge and HLB Pro SPE cartridge presented highcomplementarity for the extraction efficiency of 10
N -nitrosamines in drinking water. Using HLB Pro (top)-coconut charcoal (bottom), independent elution, and combined with eluents, the optimal extraction efficiency was obtained. Under these conditions, by GC MS/MS, the 10N -nitrosamines showed a good linear relationship within the range of 2–50 ng·L−1, the correlation coefficients were all greater than 0.9996, the method detection limit was 0.149–0.211 ng·L−1, and the limit of quantification was 0.596–0.844 ng·L−1. At the spiked concentrations of 5.0, 15, and 30 ng·L−1, the average recoveries of the 10 kinds ofN -nitrosamines were 88.0%–104.8%, and the relative standard deviations were 1.22%–4.87%. When applying the method to determine the concentrations of the 10N -nitrosamines in Nanjing drinking water, the results showed that the 10N -nitrosamines were positive in different degrees in raw water, finish water, and terminal water, the detection rates were 0%–100%, and the concentrations were ND–27.6 ng·L−1.ConclusionThis tandem solid phase extraction-gas chromatography tandem mass spectrometry method can achieve simultaneous determination of a variety of
N -nitrosamines in drinking water with high sensitivity and high throughput. -
饮用水消毒是杀灭水中有害细菌、病毒等病原微生物，防止介水疾病传播的有效途径。目前，国内外集中式和分散式供水主要采用氯、氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒技术，但在消毒过程中消毒剂会与水中复杂的天然有机物形成大量的消毒副产物，N-亚硝胺便是其中一类含氮消毒副产物[1]。毒理学研究表明，N-亚硝胺对哺乳动物具有强烈的致癌性[2-3]。国际癌症研究机构、美国环境保护署（Environmental Protection Agency, EPA）将多种N-亚硝胺列为二级A类、B类致癌物[4-5]。鉴于N-亚硝胺对人类健康的重大危害，许多国家、地区和组织对饮用水中N-亚硝基二甲胺（N-nitrosodimethylamine, NDMA）和其他N-亚硝胺的污染采取了严格的控制措施。世界卫生组织（World Health Organization, WHO）《饮用水水质准则》推荐NDMA准则值为100 ng·L−1[6]；加拿大《饮用水质量指南》规定饮用水中NDMA限量为40 ng·L−1[7]；美国明尼苏达州卫生部规定饮用水中NDMA的标准指导值为5 ng·L−1[8]。美国EPA[9]将N-亚硝基二乙胺（N-nitrosodiethylamine, NDEA）、NDMA、N-亚硝基二丙胺（N-nitrosodi-n-propylamine, NDPA）、N-亚硝基二苯胺（N-nitrosodiphenylamine, NDPhA）、N-亚硝基吡咯烷（N-nitrosopyrrolidine, NPYR）这5种N-亚硝胺一起列入《饮用水污染物候选清单3》，同时将NDEA、NDMA、N-亚硝基二丁胺（N-nitrosodi-n-butylamine, NDBA）、NDPA、N-亚硝基甲基乙基胺（N-nitrosomethylethylamine, NMEA）、NPYR这6种N-亚硝胺纳入公共水系统非限制污染物监测条例[10]。我国上海[11]、深圳[12]两地参照WHO相关标准，设定生活饮用水中NDMA卫生标准限值为100 ng·L−1。
N-亚硝胺的极性和疏水性随着分子量和烷基链长度的增加而降低[1]，本法拟研究的10种N-亚硝胺极性分布范围宽、水溶性差异大，同时相关研究表明国内外饮用水中N-亚硝胺的污染状况在ng·L−1水平[13-14]，准确定性、定量分析存在较大困难，因此开发一种灵敏、准确的生活饮用水中N-亚硝胺的分析方法十分必要。但目前主流色谱分析技术均难以直接测定，故富集浓缩成为检测如此低水平N-亚硝胺方法的重要组成部分，富集浓缩的关键瓶颈是如何同时有效地从生活饮用水中萃取极性范围宽、水溶性差异大的N-亚硝胺。在众多水样品前处理方法中，固相萃取因具有萃取溶剂用量少、不易乳化、浓缩倍数高、易于自动化的优点，是水体中痕量化合物最常用的富集、浓缩技术[15-17]。
理想的固相萃取方法取决于萃取过程的两个因素：（1）目标化合物高效吸附在固相萃取材料表面；（2）目标化合物从固相萃取材料表面有效洗脱收集。美国EPA 方法521[15]是测定生活饮用水中多种N-亚硝胺的经典方法，该法采用椰壳活性炭萃取生活饮用水中7种N-亚硝胺取得较为满意的结果，是目前萃取水体中N-亚硝胺报道最为广泛的吸附材料[15-17]，但相关研究发现椰壳活性炭材料对疏水性强、极性小的组分回收率较低[18]，表明单一椰壳活性炭固相萃取小柱富集生活饮用水中极性分布范围宽、水溶性差异大的多种N-亚硝胺存在较大难度。为萃取水质中多种N-亚硝胺并获得更好的回收率，需要开发使用两种类型固相萃取小柱的方法。本研究将从固相萃取小柱的选择、组合、洗脱及浓缩步骤等方面进行探讨，结合气相色谱串联质谱技术，建立同时测定生活饮用水中10种N-亚硝胺的串联固相萃取-气相色谱串联质谱法，并应用建立的方法测定南京市生活饮用水中10种N-亚硝胺的含量，初步了解南京市生活饮用水中N-亚硝胺的污染状况。
1. 材料与方法
1.1 主要仪器与试剂
GCMS-TQ8050 NX气相色谱串联质谱仪（日本SHIMADZU），AutoTrace280固相萃取仪（美国Thermo Fisher），Milli-Q Reference水纯化系统（美国Millipore），G系列12位固相萃取装置（配真空泵，中国上海安谱），TZL-5013多管旋涡混合仪（中国苏州POXIWAR），Sorvall Lynx6000高速离心机（美国Thermo Fisher），N-EVAP-24氮吹仪（温控精度±2 ℃，美国Organomation），ML203/02电子分析天平（瑞士METTLER TOLEDO），1700系列进样针（10、25、50、100 μL，瑞士Hamilton）。
NDMA、NMEA、NDEA、N-亚硝基哌啶（N-nitrosopiperidine, NPIP）、NDPhA、N-亚硝基吗啉（N-nitrosomorpholine, NMorPh)、NDPA、NDBA、NPYR、N-亚硝基联苄基胺（N-nitrosodibenzylamine, NDBzA）混合标准溶液（100 mg·L−1，美国o2si），N-亚硝基二甲胺-d6（NDMA-d6）、N-亚硝基二丙胺-d14（NDPA-d14）混合标准溶液（10 mg·L−1，美国o2 si），HLB Pro固相萃取小柱（聚苯乙烯-二乙烯基苯填料，200 mg，6 mL，中国上海安谱），椰壳活性炭固相萃取小柱（2 g，6 mL，80~120目，中国上海安谱），固相萃取小柱连接件（中国上海安谱），二氯甲烷（色谱纯，中国上海安谱），甲醇（色谱纯，德国Merck），SCAA-113亲水PTFE针式滤器（13 mm×0.45 μm，中国上海安谱），无水硫酸镁除水盐包（EMR-Lipid 5982-0102，美国Agilent），一次性使用无菌注射器（2 mL带针，中国上海碧迪），9 mm棕色螺纹口自动进样瓶（2 mL，中国上海安谱），硫代硫酸钠（分析纯，中国上海国药），刻度离心管（15 mL，美国Corning）。实验所用纯水均由Milli-Q Reference水纯化系统制得，符合分析实验室用水标准GB/T 6682—2008规定的一级水的标准。
1.2 仪器条件
气相色谱串联质谱条件参照李登昆等[16，19]研究，并进行优化。
1.2.1 气相色谱
色谱柱采用美国Agilent J&W VF-WAXms色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；色谱柱流量1.0 mL·min−1（高纯He>99.999％），进样口隔垫吹扫流量3 mL·min−1；进样体积1.0 μL，不分流进样；气化室温度250 ℃；色谱柱升温程序：50 ℃保持1 min，10 ℃·min−1升至110 ℃，15 ℃·min−1升至200 ℃，最后50 ℃·min−1升至250 ℃，保持10 min。
1.2.2 质谱条件
溶剂延迟6 min；质谱采用电子电离（electron Ionization, EI）源，传输线温度250 ℃；离子源温度230 ℃，EI源电离能量70 eV，多反应监测（multiple reaction monitoring, MRM）模式扫描；前四极杆温度150 ℃；后四极杆温度150 ℃；碰撞诱导裂解气：高纯Ar>99.99%，压力：150 kPa。10种N-亚硝胺与2种同位素内标质谱参数见表1。
表 1 10种N-亚硝胺与2种同位素内标的质谱参数Table 1. MS/MS parameters for 10 N-nitrosamines and 2 isotope internal standards化合物 扫描段/
min间隔/
s定量离子对 定性离子对1 定性离子对2 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV NDMA-d6 6.5~8.5 0.1 80.00 > 50.10 8 80.00 > 46.10 18 — — NDMA 6.5~8.5 0.1 74.00 > 44.10 6 74.00 > 42.10 21 — — NMEA 6.5~8.5 0.1 88.00 > 71.10 6 88.00 > 43.10 9 88.00 > 73.10 6 NDEA 6.5~8.5 0.1 102.00 > 85.10 6 102.00 > 44.10 12 102.00 > 56.10 15 NDPA-d14 8.5~10.5 0.1 144.00 > 126.20 4 126.00 > 78.10 12 — — NDPA 8.5~10.5 0.1 130.00 > 113.10 6 130.00 > 43.10 15 113.00 > 71.10 9 NDBA 10.5~13.5 0.05 116.00 > 99.10 6 158.00 > 141.20 4 141.00 > 99.10 8 NPIP 10.5~13.5 0.05 114.00 > 84.10 9 114.00 > 55.10 20 114.00 > 97.10 8 NPYR 10.5~13.5 0.1 100.00 > 68.10 8 100.00 > 43.10 9 100.00 > 55.10 9 NMorPh 10.5~13.5 0.1 116.00 > 86.10 6 86.00 > 56.10 12 116.00 > 56.10 12 NDPhA 13.5~18.0 0.1 169.00 > 167.20 24 168.00 > 166.10 28 169.00 > 66.10 24 NDBzA 18.0~21.5 0.1 91.00 > 65.10 15 181.10 > 166.10 12 181.10 > 103.10 16 1.3 标准储备液配制
从冰箱−20 ℃冷冻层取出10种N-亚硝胺混合标准溶液（100 mg·L−1），NDMA-d6、NDPA-d14同位素内标混合标准溶液（10 mg·L−1）置于通风橱内恒温至室温，分别用甲醇稀释成1.0 mg·L−1的10种N-亚硝胺混合标准储备液，以及1.0 mg·L−1的NDMA-d6、NDPA-d14同位素内标混合储备液。
1.4 样品采集和保存
采用1 L棕色具聚四氟乙烯材质盖垫的螺纹口玻璃瓶作为采样瓶，参照EPA方法521[15]水样的采集与保存措施，加入80～100 mg硫代硫酸钠作为脱氯剂，2021年11—12月采集南京地区9家市政供水单位的原水9份、出厂水10份、末梢水7份，水样充满玻璃瓶后密封、冷藏带回实验室，6 ℃以下避光保存，尽快完成萃取、测定。
1.5 样品处理
1.5.1 固相萃取小柱活化
采用固相萃取连接件将HLB Pro固相萃取小柱（上）与椰壳活性炭固相萃取小柱（下）串联，串联固相萃取小柱依次用6 mL二氯甲烷冲洗，15 mL·min−1的氮气吹5 min，6 mL甲醇冲洗，15 mL·min−1的氮气吹5 min，再依次用6 mL甲醇及15 mL纯水活化平衡，活化平衡过程始终保持固相萃取小柱填料处于活化液浸润状态。
1.5.2 样品萃取
用50 μL进样针准确移取同位素内标混合储备液25 μL加至1.0 L水样中并充分混匀，制备成含同位素内标质量浓度为25 ng·L−1的待测样品。全自动固相萃取仪采用蠕动泵以15 mL·min−1的速率将待测样品全部上样至串联的固相萃取小柱，压力控制模式下全自动固相萃取仪以15 mL·min−1的流速氮吹串联固相萃取小柱10 min，萃取步骤完成后将串联的固相萃取小柱转移至12位固相萃取装置上，待洗脱。
1.5.3 固相萃取小柱洗脱
HLB Pro固相萃取小柱、椰壳活性炭固相萃取小柱分别用10 mL二氯甲烷逐滴匀速洗脱至15 mL离心管中，全部滴下后真空泵加压抽2~3 min，合并两管中二氯甲烷洗脱液并弃去上层少量残余水相。
1.5.4 洗脱液浓缩
二氯甲烷洗脱液的挥发是一个吸热过程，在氮吹浓缩过程中离心管内外壁极易冷凝大量水珠，为减少冷凝水珠的形成和缩短洗脱液的浓缩时间，需要对浓缩离心管加热，由于二氯甲烷的沸点小于40 ℃，加热温度过高时又容易暴沸，故将氮吹仪温度控制在35 ℃左右，同时为降低NDMA、NMEA、NDEA等易挥发组分在浓缩过程中的挥发损失，将氮吹仪的氮气流速调成0.5 mL·min−1的微流状态。二氯甲烷脱液置于氮吹仪微流氮吹浓缩至1.0 mL左右时停止氮吹，加入无水硫酸镁至出现粉末状时为止（约0.2 g），静置3～5 min充分吸附残留微量水分，高速离心机以100605×g离心2 min，上层有机相经亲水式PTFE滤器过滤至2.0 mL自动进样瓶中，待测定。
1.6 方法检出限（method detection limit, MDL）的确定方法
根据《环境监测分析方法标准制订技术导则（2020）》[20]，按照公式
$ V_{MDL}={t_{(n - 1,0.99)}} \times S $ 计算MDL，4倍MDL作为测定下限。式中：VMDL；n，样品的平行测定次数；t，自由度为n−1，置信度为99%时的t分布值（单侧）；S，n次平行测定标准偏差。其中，当自由度为6时，置信度为99%时，t取值3.143。2. 结果
2.1 串联固相萃取条件的确定
2.1.1 固相萃取小柱的选择
量取实验室自来水1.0 L，准确加入10种N-亚硝胺混合标准储备液（1.0 mg·L−1）15 μL，同位素内标储备液（1.0 mg·L−1）25 μL，充分混匀配制成质量浓度为15 ng·L−1的加标样品，按“1.5.1固相萃取小柱活化”步骤活化固相萃取小柱，按“1.5.2样品萃取”步骤萃取加标样，萃取完成后10 mL二氯甲烷逐滴匀速洗脱并收集，洗脱液按“1.5.4”步骤氮吹浓缩，浓缩液按“1.2仪器条件”测定考察对比椰壳活性炭、HLB Pro两种固相萃取小柱对饮用水中10种N-亚硝胺的萃取效率。预实验发现HLB Pro固相萃取小柱对NDMA与NMEA两种组分没有保留。为确保两种固相萃取小柱的萃取效率具有可比性，全部以NDPA-d14作为参考内标进行定量，椰壳活性炭固相萃取小柱对NDMA、NMEA、NDEA、NDPA、NDBA、NPIP、NPYR、NMorPh的相对回收率在94.5%~103.3%的范围内，NDPhA、NDBzA的相对回收率分别为44.4%、30.0%；HLB Pro固相萃取小柱对NDPA、NPIP、NDPhA、NDBzA的相对回收率在82.6%~102.5%之间，NDEA、NDBA的相对回收率分别为56.5%、62.7%，NPYR、NMorPh的相对回收率仅为5.7%、10.9%（图1）。预实验结果表明椰壳活性炭小柱对生活饮用水中10种N-亚硝胺的多数组分具有较好的萃取效率，仅NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率较差，而HLB Pro小柱恰好能弥补椰壳活性炭小柱对NDPhA、NDBzA萃取性能的不足，故本实验尝试串联两种固相萃取小柱萃取生活饮用水中10种N-亚硝胺。
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图 1 两种固相萃取小柱对10种N-亚硝胺的萃取效率（15 ng·L−1）Figure 1. Extraction efficiencies of 10 N-nitrosamines by 2 kinds of SPE columns (15 ng·L−1)2.1.2 固相萃取小柱的串联及洗脱
鉴于两种固相萃取小柱萃取效率的差异互补性，采用固相萃取小柱连接件将椰壳活性炭、HLB Pro固相萃取小柱进行串联组合，按与“2.1.1”相同方式萃取、测定加标质量浓度均为15 ng·L−1的样品，优化10种N-亚硝胺相对回收率的串联组合及洗脱方式。首先组合成椰壳活性炭（上）-HLB Pro（下）的串联柱萃取加标样，采用20 mL二氯甲烷直接洗脱、浓缩时，串联柱对10种N-亚硝胺的相对回收率与单根椰壳活性炭固相萃取小柱的性能几乎一致；当串联的小柱分离，各用10 mL二氯甲烷独立洗脱、合并浓缩测定时，NDMA、NMEA、NDEA、NDPA、NDBA、NPIP、NPYR、NMorPh的相对回收率保持基本不变，而NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率分别降至26.8%、20.4%，舍弃该串联组合。遂将串联组合调整为HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）的方式萃取加标样，20 mL二氯甲烷直接洗脱、浓缩时，NDMA、NMEA、NDEA、NDPA、NDBA、NPIP、NPYR、NMorPh的相对回收率在90.8%~107.7%之间，NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率为63.9%、64.6%；当串联的小柱分离，各用10 mL二氯甲烷独立洗脱、合并浓缩测定时，NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率分别大幅提高至88.0%、101.1%，10种N-亚硝胺的相对回收率均在88.0%~101.1%之内。两种组合及不同洗脱方式的比对结果见表2。综上，本法采用HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）的串联柱萃取，串联小柱分离独立洗脱，洗脱液合并浓缩的方式富集生活饮用水中10种N-亚硝胺。
表 2 串联固相萃取小柱对10种N-亚硝胺的萃取效率Table 2. Extraction efficiencies of 10 N-nitrosamines by tandem SPE columns化合物 椰壳活性炭(上)-HLB
Pro(下)串联萃取HLB Pro(上)-椰壳活性炭
(下)串联萃取直接洗脱 独立洗脱 直接洗脱 独立洗脱 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% NDMA 94.7 2.77 96.0 3.67 95.3 2.30 99.2 1.97 NMEA 105.1 3.00 100.6 4.30 99.6 5.39 97.0 2.37 NDEA 97.6 3.31 100.1 3.28 92.7 5.21 95.2 2.47 NDPA 106.0 4.69 98.6 2.61 103.3 4.38 93.7 2.99 NDBA 106.6 3.94 96.5 2.49 107.7 3.97 97.4 1.32 NPIP 103.2 4.75 101.7 5.90 95.6 4.97 100.1 1.22 NPYR 104.5 5.62 106.0 3.99 90.8 4.01 93.6 4.87 NMorPh 101.4 5.38 102.1 4.25 94.1 4.80 97.9 2.86 NDPhA 44.7 3.43 26.8 3.49 63.9 3.57 88.0 1.32 NDBzA 33.3 14.59 20.4 18.25 64.6 3.13 101.1 3.03 2.2 方法验证
2.2.1 标准曲线的绘制
吸取“1.3 标准储备液配制”中10种N-亚硝胺混合标准储备液2、5、10、25、50 μL，NDMA-d6、NDPA-d14同位素内标混合储备液25 μL，用二氯甲烷稀释配制成相当于水体中10种N-亚硝胺的质量浓度分别为2、5、10、25、50 ng·L−1，两种同位素内标质量浓度分别为25 ng·L−1的混合标准系列，按“1.2 仪器条件”测定，得到10种N-亚硝胺及2种同位素内标的MRM扫描总离子流色谱图（图2）。根据“2.1 串联固相萃取条件的确定”实验结论，HLB Pro小柱在串联柱的上部富集内标NDPA-d14及NDEA、NDPA、NDBA、NPIP、NDPhA、NDBzA组分，而椰壳活性炭小柱在串联柱底部富集内标NDMA-d6及NDMA、NMEA、NPYR、NMorPh组分。根据内标富集对应关系，NDMA、NMEA、NPYR、NMorPh组分以NDMA-d6为内标，NDEA、NDPA、NDBA、NPIP、NDPhA、NDBzA组分以NDPA-d14为内标，用目标化合物定量离子峰面积与内标物定量离子峰面积比为纵坐标，系列溶液相对浓度为横坐标绘制标准曲线。10种N-亚硝胺同位素内标线性回归方程及相关参数见表3。
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图 2 10种N-亚硝胺及2种同位素内标MRM总离子流色谱图（25 ng·L−1）Figure 2. Total ion chromatograms of 10 N-nitrosamines and 2 isotope internal standards (25 ng·L−1)表 3 10种N-亚硝胺的线性参数、检出限及测定下限Table 3. Linearity parameters, method detection limits, and lower limits of quantification of 10 N-nitrosamines化合物 保留时间/min 内标物 线性范围/(ng·L−1) 线性回归方程 R2 检出限/(ng·L−1) 测定下限/(ng·L−1) NDMA 6.809 NDMA-d6 2~50 Y=4.0743×10−2X−1.8531×10−2 0.9996 0.151 0.603 NMEA 7.400 NDMA-d6 2~50 Y=4.1901×10−2X−1.5792×10−2 0.9997 0.149 0.596 NDEA 7.757 NDPA-d14 2~50 Y=0.1009X−9.3511×10−3 0.9999 0.182 0.729 NDPA 9.282 NDPA-d14 2~50 Y=5.9102×10−2X−2.6110×10−3 0.9998 0.149 0.597 NDBA 10.984 NDPA-d14 2~50 Y=0.1122X−4.5559×10−4 0.9999 0.170 0.679 NPIP 11.230 NDPA-d14 2~50 Y=8.7627×10−2X−2.7274×10−3 0.9999 0.211 0.844 NPYR 11.527 NDMA-d6 2~50 Y=8.5107×10−3X−4.8725×10−3 0.9996 0.192 0.768 NmorPh 11.913 NDMA-d6 2~50 Y=3.3488×10−2X−1.3189×10−2 0.9996 0.176 0.703 NDPhA 16.014 NDPA-d14 2~50 Y=0.6486X−5.4468×10−5 0.9999 0.164 0.657 NDBzA 18.915 NDPA-d14 2~50 Y=0.4453X−0.1163 0.9998 0.188 0.752 2.2.2 方法检出限
量取纯水1.0 L，准确加入10种N-亚硝胺混合标准储备液2.0 μL，配制成2.0 ng·L−1的加标样品7份，加入同位素内标储备液25 μL，按方法1.5进行萃取、浓缩，按方法1.6计算，方法检出限为0.149~0.211 ng·L–1，测定下限为0.596~0.844 ng·L–1。见表3。
2.2.3 准确度和精密度
以实验室自来水作为末梢水样，按方法1.4 采集水样1.0 L，分别准确加入10种N-亚硝胺混合标准储备液5.0、15、30 μL，同位素内标储备液25 μL，配制成5.0、15、30 ng·L−1的加标样品各6份，按方法1.5进行萃取、浓缩、测定，取纯水做空白实验。饮用水中10种N-亚硝胺平均加标回收率为88.0%~104.8%，相对标准偏差为1.22%~4.87%。见表4。
表 4 饮用水中10种N-亚硝胺平均加标回收率与精密度（n=6）Table 4. Average recoveries and precision of 10 N-nitrosamines in drinking water (n=6)化合物 样品本底/
(ng·L−1)加标5.0 ng·L−1 加标15 ng·L−1 加标30 ng·L−1 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% NDMA 7.57 12.3 95.3 2.71 22.5 99.2 1.97 36.8 97.4 1.95 NMEA 0.901 6.14 104.8 1.82 15.5 97.0 2.37 32.2 104.4 2.80 NDEA 0.846 5.90 101.0 2.42 15.1 95.2 2.47 28.9 93.6 2.73 NDPA 3.90 8.84 98.7 2.70 18.0 93.7 2.99 33.5 98.5 3.05 NDBA 4.64 9.57 98.6 2.76 19.3 97.4 1.32 34.9 100.9 3.19 NPIP ND 5.13 94.2 2.98 15.0 97.3 1.22 29.7 97.7 2.82 NPYR 2.03 7.03 100.0 3.30 16.1 93.6 4.87 31.9 99.5 3.06 NMorPh 1.24 6.48 104.7 2.71 15.9 97.9 2.86 32.0 102.7 3.51 NDPhA 0.818 5.78 99.3 1.90 14.0 88.0 1.32 28.8 93.4 3.32 NDBzA 1.11 6.09 99.7 3.53 16.3 101.1 3.03 31.3 100.7 4.52 [注] ND：低于测定下限，以1/2测定下限的数值参加平均值统计计算。保留3位有效数字。 2.3 样品测定
准确移取同位素内标混合储备液25 μL至采集的1.0 L水样中，并充分混匀制备成含25 ng·L−1同位素内标的待测样，全自动固相萃取仪按“1.5.1固相萃取小柱活化”步骤活化HLB Pro（上）- 椰壳活性炭（下）串联固相萃取小柱，按“1.5.2样品萃取”步骤以15 mL·min−1的速率将待测样品全部上样至串联的固相萃取小柱，萃取完成后HLB Pro固相萃取小柱与椰壳活性炭固相萃取小柱分别用10 mL二氯甲烷逐滴匀速洗脱至15 mL离心管中，合并二氯甲烷洗脱液并弃去上层少量残余水相，按“1.5.4 洗脱液浓缩”步骤氮吹浓缩，浓缩液按“1.2 仪器条件”测定。测定结果表明10种N-亚硝胺在原水、出厂水、末梢水中均有不同程度的检出，各组分检出率0%～100%，检出质量浓度ND～27.6 ng·L−1，见表5。
表 5 原水、出厂水和末梢水中10种N-亚硝胺的测定结果Table 5. Determination of 10 N-nitrosamines in raw water, finished water and tap water化合物 原水(n=9) 出厂水(n=10) 末梢水(n=7) 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 NDMA 7.75~27.6 17.1 9/9 0.812~21.9 9.30 10/10 5.24~9.19 6.98 7/7 NMEA 1.66~7.95 4.28 9/9 1.81~5.54 3.89 10/10 0.689~2.09 1.13 7/7 NDEA ND~3.20 0.909 4/9 ND~2.69 1.11 8/10 ND~2.14 1.22 6/7 NDPA ND~4.26 2.34 8/9 1.87~3.42 2.60 10/10 1.93~3.90 2.57 7/7 NDBA 1.86~13.7 6.29 9/9 3.15~9.69 5.86 10/10 1.38~9.75 4.01 7/7 NPIP ND~1.17 0.576 2/9 ND~5.69 1.17 4/10 ND~1.58 0.883 4/7 NPYR ND~18.8 5.90 6/9 1.40~9.96 5.65 10/10 ND~8.45 3.12 6/7 NMorPh ND~5.36 3.08 8/9 ND~3.55 1.92 9/10 ND~3.80 1.55 6/7 NDPhA ND~2.83 1.28 8/9 ND~3.32 1.14 8/10 ND~0.908 0.481 2/7 NDBzA ND~11.4 2.98 6/9 ND~2.76 1.32 7/10 ND~4.06 1.33 4/7 总计 30.0~67.1 44.7 — 16.3~52.7 34.0 — 15.7~36.3 23.3 — [注] ND：低于测定下限，以1/2测定下限的数值参加平均值统计计算。保留3位有效数字。 3. 讨论
椰壳活性炭固相萃取小柱是水体中N-亚硝胺萃取富集的首选吸附材料，HLB Pro固相萃取小柱是应用最为广泛的反相吸附小柱。本研究通过预实验对比椰壳活性炭、HLB Pro两种固相萃取小柱对生活饮用水中10种N-亚硝胺的萃取效率，预实验结果显示，两种固相萃取小柱对10种N-亚硝胺组分萃取效率差异具有较好的互补性，特别是HLB Pro小柱能弥补椰壳活性炭小柱对NDPhA、NDBzA萃取性能不足的弱点。
鉴于此，本研究采用固相萃取小柱连接件将椰壳活性炭、HLB Pro固相萃取小柱进行串联萃取饮用水中10种N-亚硝胺。预实验首先采用椰壳活性炭（上）-HLB Pro（下）的串联方式进行萃取，结果显示采用此种串联组合方式萃取时，无论是直接洗脱还是独立洗脱，与单独椰壳活性炭固相萃取小柱的萃取效率相比，NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率都不能得到明显改善，完全没有体现出HLB Pro小柱对椰壳活性炭小柱萃取效率互补的性能，究其原因是NDPhA、NDBzA的疏水部分具有两个苯基，极易吸附到椰壳活性炭材料上难以洗脱。故调整为HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）的串联方式进行萃取，当采用直接洗脱时NDPhA、NDBzA两种组分的相对回收率有了明显改善，进而采用独立洗脱、洗脱液合并浓缩测定时，NDPhA、NDBzA的相对回收率大幅提升至88.0%、101.1%，10种N-亚硝胺组分的相对回收率均在88.0%~101.1%的范围内。综上，本法采用HLB Pro（上）-椰壳活性炭（下）串联固相萃取方式、独立洗脱、洗脱液合并浓缩的程序，结合气相色谱串联质谱仪建立的生活饮用水中10种N-亚硝胺测定的串联固相萃取-气相色谱串联质谱法。
通过加标回收方式验证本法准确度和精密度，实验结果显示本法准确性高、稳定性好，能够克服单一椰壳活性炭固相小柱萃取性能不足的弱点，适用于生活饮用水中多种痕量N-亚硝胺的测定。应用本法对南京市域内的原水、出厂水和末梢水中10种N-亚硝胺含量进行分析，结果显示各水样中10种N-亚硝胺均有不同程度的检出，尽管各组分浓度及总浓度均小于WHO推荐的NDMA准则值，但不应忽视N-亚硝胺对健康的不利影响。
综上，本研究建立的串联固相萃取-气相色谱串联质谱法能够实现生活饮用水中多种N-亚硝胺高灵敏、高通量的同时测定。
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图 1 两种固相萃取小柱对10种N-亚硝胺的萃取效率（15 ng·L−1）
Figure 1. Extraction efficiencies of 10 N-nitrosamines by 2 kinds of SPE columns (15 ng·L−1)
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图 2 10种N-亚硝胺及2种同位素内标MRM总离子流色谱图（25 ng·L−1）
Figure 2. Total ion chromatograms of 10 N-nitrosamines and 2 isotope internal standards (25 ng·L−1)
表 1 10种N-亚硝胺与2种同位素内标的质谱参数
Table 1 MS/MS parameters for 10 N-nitrosamines and 2 isotope internal standards
化合物 扫描段/
min间隔/
s定量离子对 定性离子对1 定性离子对2 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV 质荷比(m/z) 碰撞能量/eV NDMA-d6 6.5~8.5 0.1 80.00 > 50.10 8 80.00 > 46.10 18 — — NDMA 6.5~8.5 0.1 74.00 > 44.10 6 74.00 > 42.10 21 — — NMEA 6.5~8.5 0.1 88.00 > 71.10 6 88.00 > 43.10 9 88.00 > 73.10 6 NDEA 6.5~8.5 0.1 102.00 > 85.10 6 102.00 > 44.10 12 102.00 > 56.10 15 NDPA-d14 8.5~10.5 0.1 144.00 > 126.20 4 126.00 > 78.10 12 — — NDPA 8.5~10.5 0.1 130.00 > 113.10 6 130.00 > 43.10 15 113.00 > 71.10 9 NDBA 10.5~13.5 0.05 116.00 > 99.10 6 158.00 > 141.20 4 141.00 > 99.10 8 NPIP 10.5~13.5 0.05 114.00 > 84.10 9 114.00 > 55.10 20 114.00 > 97.10 8 NPYR 10.5~13.5 0.1 100.00 > 68.10 8 100.00 > 43.10 9 100.00 > 55.10 9 NMorPh 10.5~13.5 0.1 116.00 > 86.10 6 86.00 > 56.10 12 116.00 > 56.10 12 NDPhA 13.5~18.0 0.1 169.00 > 167.20 24 168.00 > 166.10 28 169.00 > 66.10 24 NDBzA 18.0~21.5 0.1 91.00 > 65.10 15 181.10 > 166.10 12 181.10 > 103.10 16 
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表 2 串联固相萃取小柱对10种N-亚硝胺的萃取效率
Table 2 Extraction efficiencies of 10 N-nitrosamines by tandem SPE columns
化合物 椰壳活性炭(上)-HLB
Pro(下)串联萃取HLB Pro(上)-椰壳活性炭
(下)串联萃取直接洗脱 独立洗脱 直接洗脱 独立洗脱 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% 平均回收
率/%RSD/% NDMA 94.7 2.77 96.0 3.67 95.3 2.30 99.2 1.97 NMEA 105.1 3.00 100.6 4.30 99.6 5.39 97.0 2.37 NDEA 97.6 3.31 100.1 3.28 92.7 5.21 95.2 2.47 NDPA 106.0 4.69 98.6 2.61 103.3 4.38 93.7 2.99 NDBA 106.6 3.94 96.5 2.49 107.7 3.97 97.4 1.32 NPIP 103.2 4.75 101.7 5.90 95.6 4.97 100.1 1.22 NPYR 104.5 5.62 106.0 3.99 90.8 4.01 93.6 4.87 NMorPh 101.4 5.38 102.1 4.25 94.1 4.80 97.9 2.86 NDPhA 44.7 3.43 26.8 3.49 63.9 3.57 88.0 1.32 NDBzA 33.3 14.59 20.4 18.25 64.6 3.13 101.1 3.03
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表 3 10种N-亚硝胺的线性参数、检出限及测定下限
Table 3 Linearity parameters, method detection limits, and lower limits of quantification of 10 N-nitrosamines
化合物 保留时间/min 内标物 线性范围/(ng·L−1) 线性回归方程 R2 检出限/(ng·L−1) 测定下限/(ng·L−1) NDMA 6.809 NDMA-d6 2~50 Y=4.0743×10−2X−1.8531×10−2 0.9996 0.151 0.603 NMEA 7.400 NDMA-d6 2~50 Y=4.1901×10−2X−1.5792×10−2 0.9997 0.149 0.596 NDEA 7.757 NDPA-d14 2~50 Y=0.1009X−9.3511×10−3 0.9999 0.182 0.729 NDPA 9.282 NDPA-d14 2~50 Y=5.9102×10−2X−2.6110×10−3 0.9998 0.149 0.597 NDBA 10.984 NDPA-d14 2~50 Y=0.1122X−4.5559×10−4 0.9999 0.170 0.679 NPIP 11.230 NDPA-d14 2~50 Y=8.7627×10−2X−2.7274×10−3 0.9999 0.211 0.844 NPYR 11.527 NDMA-d6 2~50 Y=8.5107×10−3X−4.8725×10−3 0.9996 0.192 0.768 NmorPh 11.913 NDMA-d6 2~50 Y=3.3488×10−2X−1.3189×10−2 0.9996 0.176 0.703 NDPhA 16.014 NDPA-d14 2~50 Y=0.6486X−5.4468×10−5 0.9999 0.164 0.657 NDBzA 18.915 NDPA-d14 2~50 Y=0.4453X−0.1163 0.9998 0.188 0.752
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表 4 饮用水中10种N-亚硝胺平均加标回收率与精密度（n=6）
Table 4 Average recoveries and precision of 10 N-nitrosamines in drinking water (n=6)
化合物 样品本底/
(ng·L−1)加标5.0 ng·L−1 加标15 ng·L−1 加标30 ng·L−1 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% 测定平均值/
(ng·L−1)平均回收率/% RSD/% NDMA 7.57 12.3 95.3 2.71 22.5 99.2 1.97 36.8 97.4 1.95 NMEA 0.901 6.14 104.8 1.82 15.5 97.0 2.37 32.2 104.4 2.80 NDEA 0.846 5.90 101.0 2.42 15.1 95.2 2.47 28.9 93.6 2.73 NDPA 3.90 8.84 98.7 2.70 18.0 93.7 2.99 33.5 98.5 3.05 NDBA 4.64 9.57 98.6 2.76 19.3 97.4 1.32 34.9 100.9 3.19 NPIP ND 5.13 94.2 2.98 15.0 97.3 1.22 29.7 97.7 2.82 NPYR 2.03 7.03 100.0 3.30 16.1 93.6 4.87 31.9 99.5 3.06 NMorPh 1.24 6.48 104.7 2.71 15.9 97.9 2.86 32.0 102.7 3.51 NDPhA 0.818 5.78 99.3 1.90 14.0 88.0 1.32 28.8 93.4 3.32 NDBzA 1.11 6.09 99.7 3.53 16.3 101.1 3.03 31.3 100.7 4.52 [注] ND：低于测定下限，以1/2测定下限的数值参加平均值统计计算。保留3位有效数字。
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表 5 原水、出厂水和末梢水中10种N-亚硝胺的测定结果
Table 5 Determination of 10 N-nitrosamines in raw water, finished water and tap water
化合物 原水(n=9) 出厂水(n=10) 末梢水(n=7) 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 检出质量浓度/
(ng·L−1)平均质量浓度/
(ng·L−1)检出比 NDMA 7.75~27.6 17.1 9/9 0.812~21.9 9.30 10/10 5.24~9.19 6.98 7/7 NMEA 1.66~7.95 4.28 9/9 1.81~5.54 3.89 10/10 0.689~2.09 1.13 7/7 NDEA ND~3.20 0.909 4/9 ND~2.69 1.11 8/10 ND~2.14 1.22 6/7 NDPA ND~4.26 2.34 8/9 1.87~3.42 2.60 10/10 1.93~3.90 2.57 7/7 NDBA 1.86~13.7 6.29 9/9 3.15~9.69 5.86 10/10 1.38~9.75 4.01 7/7 NPIP ND~1.17 0.576 2/9 ND~5.69 1.17 4/10 ND~1.58 0.883 4/7 NPYR ND~18.8 5.90 6/9 1.40~9.96 5.65 10/10 ND~8.45 3.12 6/7 NMorPh ND~5.36 3.08 8/9 ND~3.55 1.92 9/10 ND~3.80 1.55 6/7 NDPhA ND~2.83 1.28 8/9 ND~3.32 1.14 8/10 ND~0.908 0.481 2/7 NDBzA ND~11.4 2.98 6/9 ND~2.76 1.32 7/10 ND~4.06 1.33 4/7 总计 30.0~67.1 44.7 — 16.3~52.7 34.0 — 15.7~36.3 23.3 — [注] ND：低于测定下限，以1/2测定下限的数值参加平均值统计计算。保留3位有效数字。
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