中国环境科学 2015,35(10)：3135~3141 China Environmental Science 长江南京段水体中7种苯胺类化合物的检测方法及生态风险评价 张圣虎1，许晶晶1,2，刘济宁1，吴晟旻1，石利利1*(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042；2.南京工业大学理学院，江苏南京 210009)
摘要：应用固相萃取结合高效液相谱-串联质谱法，建立了同时测定环境水样中7种苯胺类化合物的检测方法.实验表明，以ZORBAX Eclipse Plus C18 (3.5µm,2.1×150mm)谱柱为分离柱，乙腈-水(2mmol/L甲酸铵)为梯度洗脱的流动相，在电喷雾质谱正离子模式下,7min内可以分离目标化合物；在1~200µg/L浓度范围内,7种苯胺类化合物的峰面积与质量浓度的线性关系良好；添加水平分别为0.8、4.0、20.0µg/L 时，目标化合物的平均回收率分别为68.5%~102.2%、71.4%~89.4%、62.0%~78.3%，相对标准偏差均小于6.9%；利用本方法对长江南京段平水期(2014.4)、丰水期(2014.8)和枯水期(2014.12)的14个采样点的环境水样进行检测，检出4-硝基苯胺、2,6-二乙基苯胺、3,4-二氯苯胺和4-异丙基苯胺4种苯胺类化合物，且4-硝基苯胺在3个时期14个采样点均能检出；风险商值法评估长江南京段水体中4-硝基苯胺的生态风险为低生态风险. 关键词：高效液相谱-串联质谱；固相萃取；苯胺类化合物；环境水样
中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：100-6923(2015)10-3135-07
Analysis method and environmental risk assessment of 7aniline compounds of environmental water samples in Yangtze River of Nanjing section. ZHANG Sheng-Hu1, XU Jing-Jing1,2, LIU Ji-Ning1, WU Sheng-min1 , SHI Li-Li1* (1. Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China；2.Nanjing Tech University, Nanjing 210009, China). China Environmental Science, 2015,35(10)：3135~3141
Abstract：An analysis method based on solid phase extraction (SPE) coupled with liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS) with positive ionization mode has been developed for measuring of seven aniline compounds in environmental water samples. The target compounds were separated on ZORBAX Eclipse Plus C18 (3.5µm,2.1×150mm) column with mobile phases containing acetonitrile and 2mmol/L aqueous ammonium formate. Analytes confirmations were performed using multiple reactions monitoring (MRM) and seven compounds were separated within 7min. The calibration curve was linear in the range 1~1000µg/L. Recovery experiments were performed using M CX extraction cartridge and concentrations varied from 0.8~20µg/L. The recovery rates for target compounds were in the range of 68.5%~102.2%, 71.4%~89.4%, 62.0%~78.3% (RSD < 6.9%, n=3), respectively. Base on the analysis method, the water samples in Yangtze River of Nanjing section at 14sampling site during th
e flow period (April, 2014), the wet period (August, 2014) and the dry period (December, 2014) were analysed. Four target compounds, including 4-Nitroaniline, 2,6-diethyl-Benzenamine, 3,4-Dichloroaniline and 4-Isopropylaniline, were determined in the water, while 4-Nitroaniline was all determined at 14sampling site during the flow period, the wet period and the dry period. Risk quotient method was utilized to evaluate the environmental risks for 4-Nitroaniline, and the results was low risk levels. Key words：HPLC-MS/MS；solid phase extraction；aniline compounds；environmental water samples
苯胺类化合物作为合成药物、染料、杀虫剂、高分子材料等的重要原料，被广泛应用于化工、印染和制药等工业.研究表明，苯胺类化合物对水生生物和人体具有一定的毒害作用[1-4]，能够影响组织细胞供氧造成内窒息，长期作用可能导致神经系统症状和血象变化，个别苯胺类化合物还具有三致效应和内分泌干扰效应[5-6].目前，我国已将部分苯胺类化合物列为“水中优先控制污染物” [7]和化学品环境风险防控“十二五”规划中累收稿日期：2015-03-05
基金项目：国家“863”计划(2013AA06A308)
∗责任作者, 研究员,
3136 中 国 环 境 科 学 35卷
积风险类重点防控化学品.因此，分析和测定环境水样中苯胺类化合物的暴露浓度，可为水环境污染控制提供理论支撑.
目前，国内外关于水中苯胺类化合物的测定方法还不多，并且目标化合物的种类也很少，采用
方法包括气相谱法(GC)[8-10]、气相谱-串联质谱法(GC -MS)[11]、高效液相谱法
(HPLC)[12-14]、酶联免疫吸附法(ELISA)[15]、液相谱-串联质谱法(HPLC -MS/MS)[16]等.相对于其它分析方法，液相谱-串联质谱法对苯胺类化合物的测定无需进行衍生化前处理，同时灵敏度高，选择性和特异性好，能对低浓度的地表水样品进行很好的定量分析检测.因此，本研究根据长江南京段周边化工园区生产和使用苯胺类化合物的调研情况，选取7种生产及使用量大的苯胺类化合物，拟建立环境水样中7种苯胺类化合物的HPLC -MS/MS 检测方法，探讨长江南京段平水期、丰水期和枯水期的暴露浓度，并运用风险商值法进行初步风险评估，以期为长江南京段水体中苯胺类化合物的生态风险控制和水环境质量管理提供技术支持. 1 材料与方法
1.1 研究区域
长江南京段自江宁铜井镇南至栖霞与句容交界的大道河，全长98km，平均水深13m.南岸上起江宁铜井镇与马鞍山市交浦口乌江镇与和县交界，下至六合龙袍镇与仪征市交界.
1.2 样品采集
分别于2014年4~12月在长江南京段(31°48'N~32°14'N,118°30'E~119°12'E)区域进行平水期(4月下旬)、丰水期(8月下旬)和枯水期(12月下旬)3次大范围的表层水体采样调查，共14个
采样点(图1)，采样深度约3m，水体平稳无波浪.使用有机玻璃采水器采集水样，每个样点采集3个平行样，共采集3~4L 水样，装入棕玻璃瓶中，在24h 内富集萃取.
1.3 仪器与试剂
做文明有礼的北京人
高效液相谱-串联质谱仪(LC -Agilent Technologies 1290Infinity,M S -AB SCIEX
QTRAP 4500，美国AB 公司);ZORBAX Eclipse Plus C18谱柱(150mm×2.1mm,3.5µm)(美国Agilent 公司);MCX 固相萃取小柱(150mg, 6mL)(美国Waters 公司);HLB 固相萃取小柱(200mg,6mL)(美国Waters 公司);PCX 固相萃取小柱(200mg,6mL)(美国Agilent 公司)；加速溶剂萃取仪(戴安中国有限公司)；旋转蒸发仪(瑞士BUCHI 公司);Milli -Q 超纯水器(美国Mimpore 公司);AG -285电子天平(瑞士Mettler 公司
).
图1 长江南京段采样点分布
东风烈
Fig.1 Sampling sites of Yangtze River of Nanjing section
4-硝基苯胺(纯度99%)、2-氯-4-硝基苯胺(纯度98%)、4-异丙基苯胺(纯度99%)、2,6-二乙基苯胺(纯度98%)、3,4-二氯苯胺(纯度98%)、2,4-二氨基甲苯(纯度98%)、2,6-二甲基苯胺(纯度99%)，以上化学品均购自百灵威科技有限公司;
乙腈、甲醇(谱纯，德国Merck 公司)；二氯甲烷、丙酮(谱纯，美国TEDIA 公司)；甲酸铵(谱纯，美国ROE SCIENTIFIC 公司)；实验用水为Milli -Q 超纯水. 1.4 样品处理
取水样100mL 过0.45µm 玻璃纤维滤膜后，过MCX 固相萃取小柱对苯胺类化合物进行富集.MCX 固相萃取柱依次用10mL 甲醇、10mL 去离子水活化，控制水样以5mL/min 流速通过小
柱富集.水样全部通过后，采用4mL2%甲酸水溶液，流速为2mL/min 锁定苯胺类物质;4mL 25%甲醇水溶液净化，在负压条件下抽真空30min 进行
干燥后，用2%氨水甲醇溶液，流速为1mL/min 洗
10期张圣虎等：长江南京段水体中7种苯胺类化合物的检测方法及生态风险评价 3137
脱目标化合物，并定容至5mL，经0.22µm针式有机滤膜过滤后，置于进样瓶中待测.
1.5仪器条件
1.5.1液相谱条件采用ZORBAX Eclipse Plus C18谱柱(150mm×
2.1mm,
3.5µm)，流动相: 2mmol/L甲酸铵水溶液(A)和乙腈(B)，柱温40℃，进样量5µL.采用梯度洗脱进行样品分析，具体洗脱条件见表1.
1.5.2质谱条件采用电喷雾(ESI)离子源，正电离模式，多反应离子监测(MRM)扫描定量分析目标污染物.气帘气(CUR)压力为241318Pa，喷雾气(GS1)压力为379214Pa，辅助加热气(GS2)压力为413688Pa，源温度(TEM)为450℃，离子化电压(IS)为5500V，碰撞气(CAD)medium，碰撞能量(CE)、去簇电压(DP)、入口电压(EP)和出口电压(CXP)经实验优化见表
2.
表1梯度洗脱条件
Table 1 Condition of Gradient elution
流动相比例
保留时间(min)流速(µL/min)
A(%) B(%)
0.01 500 95.0 5.0
6.00 500 5.0 95.0
6.10 500 95.0 5.0
7.00 500 95.0 5.0
表2目标化合物的质谱参数
Table 2 Mass spectrometric conditions for target compounds
化合物母离子(m/z) 子离子(m/z) 碰撞能量CE(eV)去簇电压DP(eV)入口电压EP(eV) 出口电压CXP(eV) 4-硝基苯胺 139.0 122.2∗,91.9
20 65 10 8 2-氯-4-硝基苯胺 173.0 156.2∗,126.0
18 72 10 4 4-异丙基苯胺 136.1 94.1∗,76.9
24 55 10 25 2,6-二乙基苯胺 150.3 105.1∗25 74 10 16 3,4-二氯苯胺 164.0 127.0∗,128.9
27 67 10 9 2,4-二氨基甲苯 123.0 108.1∗,106.0
25 66 10 28 2,6-二甲基苯胺 122.1 105.0∗,77.1
22 66 10 8 注∗：定量离子
1.6质量保证和控制(QA/QC)
目标化合物通过与标准样品的保留时间(2%以内)和选择离子的峰面积比例(20%以内)比较进行定性确认，并采用最高丰度或背景干扰最少的选择离子进行定量分析.每一组样品(10~15个)添加1个基质空白、1个样品重复和1个基质加标回收作为质量控制.方法空白中没有目标化合物检出.
1.7生态风险评价方法
采用风险商值法(RQ)评估长江南京段水体中苯胺类化合物的生态风险等级.RQ 值为预测环境浓度(PE
C)或实测环境浓度(MEC)与预测无效应浓度(PNEC)的比值.根据RQ 值大小，将环境风险等级分为3级，即RQ值在0.01~0.1间为低生态风险，在0.1~1.0间为中等生态风险，大于1为高生态风险[17].基于上述分析方法(SPE-HPLC/MS/MS)，可测得长江南京段水体中苯胺类化合物的MEC值，并通过获得相应苯胺类化合物的PNEC值，即可依据RQ法判断生态风险等级.
2结果与讨论
2.1分析方法的优化
2.1.1质谱条件的优化根据目标化合物的分子结构特征，选择ESI正电离模式.采用半自动进样方式，以5µＬ/min的流速将500µg/Ｌ的标准工作储备液分别注入离子源；在MRM模式下对每种化合物进行一级质谱分析(Q1扫描)，得到每种化合物的分子离子峰；选取相应母离子峰，对其子离子进行二级质谱分析(Q2扫描)，得到碎片离子信息；接着对目标化合物二级质谱的 CE、DP、EP、CXP等质谱参数进行优化，使目标化合物的分子离子与特征离子碎片的离子强度达到最大时为最优条件(表2).
3138 中 国 环 境 科 学 35卷
1.93
2.90
3.61
0.0 2.0 4.0 6.0 0.0 2.0 4.0
6.00.0 2.0 4.0
6.0a b
c
d e
f
g
5.84
4.44
3.98
福建茶叶包装
3.63
0.0 2.0 4.0 6.0
时间(min)
时间(min)
时间(min)
0.0
2.0 4.0 6.0 0.0 2.0 4.0 6.00.0
2.0 4.0 6.0 时间(min)
我们约会吧 非诚勿扰时间(min) 时间(min)
时间(min)
强度(c p s )
强度(c p s )
图2 目标化合物的HPLC -MRM 谱图
Fig.2 HPLC -MRM chromatogram of target compounds
a: 2,4-二氨基甲苯(t =1.93min); b: 4-硝基苯胺(t =2.90min); c: 2-氯-4-硝基苯胺(t =3.61min);d: 2,6-二甲基苯胺(t =3.63min); e: 4-异丙基苯胺
(t =3.98min); f: 2,6-二乙基苯胺(t =4.44min); g: 3,4-二氯苯胺(t =5.84min)
2.1.2 谱分离条件的优化 分别用乙腈-水、乙腈-水(2mmol/L 甲酸铵)作为流动相，对7种目标化合物(0.5mg/L)的分离效果和峰形进行比较.结果发现，以乙腈-水为流动相只有部分目标化合物出峰，而当在水中加入2mmol/L 甲酸铵显著改善目标化合物的响应值和峰形.由于待测化合物结构中都含有氨基，属于弱碱性物质，加入适量甲酸铵可以提高待测物离子化效率从而改变目标化合物的响应(图2).因此，选择乙腈-水(2mmol/L 甲酸铵)作为流动相.采用上述条件尽管不能将7种目标化合物全部完全分开，但由于采用了选择离子扫描模式(MRM)，可避免待测物之间的相互干扰，并不影响准确定性与定量分析. 2.1.3 固相萃取柱的选择 比较了HLB 、MCX 和PCX 固相萃取柱对苯胺类化合物的萃取效率(图3).结果表明,HLB 固相萃取柱对苯胺类化合物的回收率较低(1.1%~65.7%)，而采用MCX 和PCX 固相萃取
柱进行萃取时，对目标化合物都有较高的萃取率，均在60%以上，由于目标化合物属于碱性离子型化合物，阳离子交换柱适合碱性离子型化合物的富集和分离.但是比较两种固相萃取柱的萃取率,MCX 固相萃取柱对5种苯胺类化
合物的萃取率要高于PCX 固相萃取柱对相应化合物的萃取率，因此，选用MCX 固相萃取柱进行实际水样的萃取.
4-硝基苯胺
2-氯-4-硝基苯胺
4-异丙基苯胺
2,6-二乙基苯胺
3,4-二氯苯胺
2,4-二甲基苯胺
2,6-二氨基甲苯
20406080100MCX 固相萃取小柱 PCX 固相萃取小柱 HLB 固相萃取小柱
回收率(%)
图3 三种固相萃取柱的萃取效率
Fig.3 Extraction efficiencies of target compounds with
three solid phase extraction columns
2.1.4 线性范围和检出限 准确吸取目标化合物混合标准样品，用甲醇/水(V /V =1/1)稀释成质量浓度为1,10,20,50,100,200µg/L 的一系列标准工
10期张圣虎等：长江南京段水体中7种苯胺类化合物的检测方法及生态风险评价 3139
作溶液，在优化的液相谱和质谱条件下进行分析检测.对20µｇ/Ｌ的标准工作溶液在1d内检测3次，计算日内精密度；对其每天检测1次，连续检测3d，根据结果计算日间精密度.以峰面积(Y)对质量浓度(X,µg/L)进行线性回归.各目标物在1~200µg/L范围内线性关系显著，结果如表3所示.与已有文献[16]中报道的检出限基本一致(如2,6-二甲基苯胺的检出限LOD=1.0µg/L).
表3目标化合物的标准曲线方程、相关系数、日内及日间精密度(n=3)、检出限及定量限Table 3 The linear equations, correlation coefficients, RSD (n=3), LODs and LOQs of target compounds
化合物回归方程相关系数
(R2)
RSD
临床流行病学(%)
RSD
(%)
LOD
(µg/L)
腐蚀疲劳
LOQ
(µg/L)
4-硝基苯胺y=2790.7x+3.2 0.996 1.9 2.4 2.5 8.2 2-氯-4-硝基苯胺y =92.7x+10428.8 0.986 1.0 2.5 3.6 10.0 4-异丙基苯胺y =919.6x+616.1 0.999 0.8 1.8 2.4 8.1 2,6-二乙基苯胺y =425.3x+808.7 0.999 1.8 1.7 2.9 8.5 3,4-二氯苯胺y =28.9x+84.7 0.998 1.5 1.8 3.9 9.5 2,4-二氨基甲苯y =9809.2x+593.3 0.998 0.3 1.5 0.1 0.3 2,6-二甲基苯胺y =309.6x+2010.5 0.995 0.9 1.1 3.3 9.5
表4空白水样中目标化合物的回收率、相对标准偏差
(RSD)
Table 4 Recovery, RSD of target compounds in water
samples
化合物浓度(µg/L) 回收率±相对标准偏差(%, n=3)
4-硝基苯胺0.8
4.0
20.0
78.3± 0.5
89.4± 0.7
100.6± 1.2
2-氯-4-硝基苯胺0.8
4.0
20.0
70.3± 6.5
78.7± 4.5
102.2± 6.0
4-异丙基苯胺0.8
4.0
20.0
70.1± 2.1
71.4± 1.4
71.7± 1.3
2,6-二乙基苯胺0.8
4.0
20.0
76.6± 1.7
72.7± 1.6
75.5± 2.1
3,4-二氯苯胺0.8
4.0
20.0
62.0± 1.5
73.5± 2.1
68.9± 6.9
2,4-二氨基甲苯0.8
4.0
20.0
77.9± 3.3
76.5± 0.3
77.2± 1.6
2,6-二甲基苯胺0.8
4.0
20.0
68.5± 5.4
77.1± 1.8
72.8± 3.0
2.1.5回收率和精密度方法采用空白水样加标方式，在浓度水平分别为0.8,4,20µg/L的空白加标水样进行回收率测定，每个加标水样平行配制3份样品，按上述方法进行前处理和谱分析，采用外标法定量，结果见表4.回收率和相对标准偏差均能满足样品分析要求.
2.2长江南京段水体中苯胺类化合物浓度水平
2014年3次水样样品中共检测到4种苯胺类化合物:4-硝基苯胺、2,6-二乙基苯胺、3,4-二氯苯胺和4-异丙基苯胺(表5).其中,4月份水样样品中检出的苯胺类化合物种类相对较多，共检出3种目标化合物，分
别为4-硝基苯胺、2,6-二乙基苯胺和3,4-二氯苯胺，而且在长江南京段的14个采样点均有检出;8月份的水样样品中仅检测到4-硝基苯胺,12月份的水样样品中虽检测到4-硝基苯胺和4-异丙基苯胺两种苯胺类化合物，但是4-异丙基苯胺仅在3个采样点检出，一方面可能是由于降雨量相对增多，另一方面南京青奥会期间限制化工企业生产，在一定程度上都会降低长江南京段水体中苯胺类化合物的暴露水平.
4-硝基苯胺在14个采样点的3次采样样品中均能检出(表5)，而且随着水温的升高(4月份17.6℃,8月份25.8℃,12月份13.1℃)，水中暴露浓度会降低(4月份59.8ng/L,8月份31.4ng/L,12月份492.5ng/L).此外,4-硝基苯胺暴露浓度在3次采样均呈现出以下规律，即A采样点(铜井河口)暴露浓度基本最低,B采样点(林山自动站)暴露浓度最高，而且按照采样点位置表现出逐渐降低
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议