饮用水中亚硝胺类化合物检测方案(二手分析仪器)

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GC/MS/MS 参数 作者 Ralph Hindle Vogon 实验室， Cochrane， AB，Canada Diana Wong、Ron Honnold和 Craig Marvin 安捷伦科技有限公司 使用 GC/MS/MS 分析饮用水中的亚硝胺类化合物物满足 EPA方法521的等效性 使用 Agilent 7010 和 7000三重四极杆气质联用系统 Eurofins Eaton Analytical-安捷伦方法521.1 (EEA-安捷伦方法521.1)以使用电子电离(EI)模式下的三重四极杆 GC/MS (GC/MS/MS)对饮用水中亚硝胺类化合物进行的多实验室研究为基础开发而来。目前，离子阱 GC/MS (GC/IT)是美国国家环境保护局(EPA)方法521 推荐的技术，但该技术现已过时。只要样品前处理步骤不变，EPA 也可采用其他检测方法。在 EPA 方法521中，对分析物添加N-亚硝基吗啉 (NMOR) 进行研究。研究分为两个阶段。在第Ⅰ阶段，实验室A证明与经过批准白 GC/IT 相比， GC/MS/MS 能够获得更低的最低浓度最小报告限值 (LCMRL) 和检测限(DL)。 GC/MS/MS 还具有更少的进样量和更短的分析时间。对大量实际样品中的亚硝胺类化合物进行分析后发现， GC/MS/MS 与 GC/IT 呈现了良好的相关性。在第Ⅱ阶段中，实验室A萃取 LCMRL 样品(32)并发发至实验室B与实验室C， 分别采用Agilent 7010 和7000 GC/MS/MS 系统进行验证。7010和7000 GC/MS/MS 的结果均优于方法521 中的 LCMRL 和 DL 要求。获得的线性校准曲线R²>0.99。方法性能经过三个不同实验室的验证并获得了EPA 对方法等效性的书面批准。 亚硝胺类化合物，特别是亚硝基二甲胺(NDMA)，是存在于饮用水中的污染物，这类物质对健康的潜在威胁引发了环保团体的关注。工业来源污染：((如火箭燃料生产中产生的直接污染物)将产生高浓度的 NDMA。此外， NDMA 也是饮用水和废水进行氯化、氯胺化和臭氧化消毒的副产物。EPA 方法 521 (2005)是一种测定饮用水中亚硝胺类化合物的方法。GC/IT是方法521中使用的仪器，但这项技术已经过时。EPA地下水和饮用水办公室(OGWDW) 考虑在不改变样品前处理指南和灵敏度标准的前提下，替换为其他检测技术。 EEA-安捷伦方法521.1使用三重四极杆GC/MS (GC/MS/MS) 作为替代技术进行开发，并经过了两部分的研究。在研究第Ⅰ阶段，实验室A比较了 GC/IT 与GC/MS/MS的性能。在第Ⅱ阶段中，实验室A将样品萃取物分发给实验室B和实验室C， 按照 EPA 方案采用 GC/MS/MS进行三实验室验证研究。使用 GC/MS/MS对方法521中列出的亚硝胺类化合物以及其他 NMOR (表1)进行了LCMRL与DL 评估。 7010和 7000 GC/MS/MS 系统分别配备 了高效离子源(HES) 和 Extractor 离子源。7010 HES 是一种全新设计的离子源，产生的离子是7000 Extractor离子源的20倍，灵敏度大大提高(图1)。在第Ⅱ阶段中对这两种离子源进行研究，以确定满足方法521 中的LCMRL 和 DL要求是否需要 HES。 本应用简报将介绍EEA-安捷伦方法 521.1的开发，该方法利用 GC/MS/MS技术以电子电离(EI)模式代替方法521中指定的CI模式，对饮用水中的亚硝胺类化合物进行测定。方法521中与样品前处理和质量控制相关的程序和指南不发生改变。 表 1.EEA-安捷伦方法521.1中研究的亚硝胺类化合物 分析物 化学文摘社 (CAS) 登己号 N-亚硝基二甲胺 (NDMA) 62-75-9 N-亚硝基甲基乙胺 (NMEA) 10595-95-6 N-亚硝基二乙胺(NDEA) 55-18-5 N-亚硝基二正丙胺(NDPA) 621-64-7 N-亚硝基吗啉 (NMOR) 59-89-2 N-亚硝基吡咯烷(NPYR) 930-55-2 N-亚硝基哌啶(NPIP) 100-75-4 N-亚硝基二正丁胺 (NDBA) 924-16-3 图1.7010和7000 GC/MS/MS 系统的离子源设计。7000 GC/MS/MS 配备 Extractor 离子源。7010 GC/MS/MS配备高效离子源 样品前处理 样品前处理的详细说明见EEA-安捷伦方法521.114。将水样通过含椰壳活性炭的固相萃取 (SPE)柱，萃取出分析物和替代物，并用二氯甲烷洗脱。将二氯甲烷萃取液浓缩致干，之后添加内标。使用GC/MS/MS 或 GC/IT 对样品组分进行分离、鉴定和分析。 GC/MS/MS 系统 Agilent 7010 GC/MS/MS和7000GC/MS/MS 系统各包含一台 Agilent 7890气相色谱仪(GC)，分别配备7010和7000三重四极杆质谱检测器。两台系统均配备7693自动液体进本器 (ALS) 和多模式进样口(MMI)。不同实验室间的进样口温度与参数互不相同。 实验室A采用不分流程序升温进样 实验室B采用不分流恒温进样 实验室C采用脉冲不分流恒温进样 表2-4分别列出了进样器、GC 和 MSD参数。表5列出了所有亚硝胺类化合物分析的多反应模式(MRM) 离子对以及最佳碰撞能量。 第1阶段： GC/IT 与 GC/MS/MS 对比实验室A对水样进行萃取，并将样品萃取物进样至 Varian 4000 GC/IT 和7010GC/MS/MS 进行对比。EPA 方法 521.4中详细描述了 GC-IT 参数。 第Ⅱ阶段：使用 GC/MS/MS 进行实验室间验证研究 实验室A对水样进行萃取并将萃取物分发至实验室B和C进行方法验证。实验室A和B使用7010 GC/MS/MS对方法进行了验证。实验室C使用7000GC/MS/MS 对方法进行了验证。 图 2. GC/MS/MS系统配置。图中所示为实验室A的进样器参数。除进样口参数外，所有实验室采用相同的GC/MS/MS配置 表2.进样器参数 表3.气相色谱参数 参数 设定值 进样口 多模式进样口 衬管 不分流双锥形超高惰性衬管(部件号5190-3983)* 进样量 1pL 粘度延迟 2s 载气 氦气 模式* 不分流或脉冲不分流* 温度* 程序升温或恒温* 压力 8.98 psi 总流速 104.2 mL/min 隔垫吹扫流速 3 mL/min 分流出口吹扫流速 100 mL/min (0.8 min时) 实验室A 衬管 2mm浅凹坑不分流超高惰性衬管(部件号5190-2297) 温度 35℃(保持0.1 min) 速率1：以100℃/min 升至280°℃ 模式 不分流 实验室B 温度 260-280°℃ 模式 不分流 实验室C 温度 260-280°℃ 模式 脉冲不分流 进样脉冲压力 40 psi， 持续至0.75 min 参数 设定值 色谱柱 DB-1701(部件号122-0733) 色谱柱固定相 14%氰丙基苯基，86%二甲基聚硅氧烷 色谱柱规格 30m长×250pm直径，膜厚1pm 色谱柱配置 进样口到质谱检测器 流速 1.2 mL/min 柱温箱温度 初始：33℃(保持1 min) 速率1：以35℃/min升至80℃(保持2min)速率2：以10℃/min 升至 140℃ 速率3：以50℃/min 升至 280℃ (保持2 min) 平衡时间 3-5 min 表 4. MSD 参数 参数 设定值 离子源 EI 离子源温度 280°℃ 四极杆1温度 150°C 四极杆2温度 150°C 传输线温度 260-280°℃ 淬灭气体 氦气，4mL/min 碰撞气体 氮气， 1.5 mL/min 溶剂延迟 5.5 min 增益 3.0 峰宽 0.05 电子能量 70eV *参见实验室A、实验室B和实验室C的衬管、模式和温度设置 表5. GC/MS/MS在 EI模式下的方法分析物定量的保留时间、建议 MRM 离子对和碰撞能量 分析物 保留时间(min) 片段 保留时间窗口(min) 母离子 (m/z)' 子离子(m/z)° CE° 分辨率 驻留时间(ms) NDMA-d6(SUR) 7.02 1 5.8-7.6 80 50 8 Unit/Wide 75 80 46 25 Unit/Wide 75 NDMA 7.05 1 5.8-7.6 74 44 6 Wide/Wide 75 74 42 22 Wide/Wide 75 NMEA 8.58 2 7.6-9.0 88 71 4 Wide/Wide 150 88 42 23 Wide/Wide 150 NDEA 9.79 3 9.0-11.4 102 85 4 Wide/Wide 150 102 44 12 Wide/Wide 150 NDPA-d14 (IS) 11.78 4 11.4-11.9 144 126 10 Unit/Unit 50 144 50 20 Unit/Unit 50 NDPA 11.83 4 11.4-11.9 130 43 10 Wide/Wide 100 101 70 10 Wide/Wide 100 NMOR 12.09 5 11.9-12.15 116 86 2 Wide/Wide 150 116 56 15 Wide/Wide 150 NPYR 12.3 6 12.15-12.28 100 55 7 Unit/Wide 100 100 70 7 Unit/Wide 100 100 43 10 Unit/Wide 100 NPIP 12.59 7 12.28-12.62 114 84 7 Wide/Wide 150 114 55 25 Wide/Wide 150 NDBA 12.89 8 12.62-13.8 158 141 10 Wide/Wide 100 158 99 10 Wide/Wide 100 116 99 10 Wide/Wide 100 a按照表2-4中列出的参数在7010 GC/MS/MS 上获得的保留时间。采用恒温进样条件。不同仪器的绝对保留时间可能有细微差别 根据结构重要性和离子丰度选择母离子和子离子对。将丰度最高的离子选为定量离子 °根据离子丰度优化碰撞能量(CE)， 不同仪器可能有细微差别 °MS 的 Unit 和Wide 分辨率中半峰宽分别为0.7和1.2 amu °调整驻留时间，使每秒大约进行3.3次循环。驻留时间在定量离子和定性离子之间可能会不同，不同仪器之间也会有所变化 第1阶段： GC/IT 与 GC/MS/MS 对比在分析饮用水中的亚硝胺类化合物时，GC/MS/MS 比 GC/IT 更具优势。采用GC/MS/MS 可获得更快的分析速度，最后一个化合物 NDBA 在12.9分钟即可洗脱出来，相比之下，采用 GC/IT 需要30.5分钟(图3)。与 GC/IT相比，GC/MS/MS 的分析时间更短， i可使实验室运行效率提高2-3倍。DB-1701色谱柱可在 GC/MS/MS 上实现 NDPA、NPYR和 NMOR 的基线分离，而这在 GC/IT 中仍是一项挑战。从GC/IT 的 10-20pL到GC/MS/MS 的1uL，更低的进样量可降低基质污染，减少维护，延长正常运行时间。使用El代替CI，增加易用性和可靠性。 GC/MS/MS 的高灵敏度能够实现萃取水样中亚硝胺类化合物的低浓度分析(图4)。在定量分析实际萃取水样中的亚硝胺类化合物时， GC/IT 和 GC/MS/MS之间具有优异的相关性。图5A为实际水样分析中 NDMA 的相关性示例。图5B为从水样中萃取的 NDMA 的校准相关性。使用 GC/MS/MS 可以获得更低的 LCMRL和DL(图6)。 图3. A) GC/IT： 40 ng/L 亚硝胺类化合物的校准液。B) GC/MS/MS： 40 ng/L亚硝胺类化合物的校准液。GC/IT 参数参照方法521。GC/MS/MS 参数如表2-5所示 图5.实际水样萃取物中 NDMA 的 GC/MS/MS 分析结果与 GC/IT分析结果的相关性(A)以及萃取水样的校准(B)。使用相同的停留时间、标样、萃取流程和混合物通过 GC/MS/MS 和 GC/IT 对水样进行萃取和分析 NDMA NMEA NDEA NDPA NMOR NPYR NPIP NDBA 图6.使用7010 GC/MS/MS 和 Varian 4000 GC/IT 获得的最低浓度最小报告限值(A)和检测限(B)对比。用于计算 LCMRL 和 DL的加标浓度范围为 0.1-10 ng/L。 n/a 表示 LCMRL 和 DL 高于最高加标浓度，或加标浓度超过了 NMOR 和 NPYR 的工作范围 第Ⅱ阶段：实验室间验证研究 7010和7000 GC/MS/MS 系统均能满足甚至超出本研究中亚硝胺类化合物分析所需的灵敏度要求。对于实验室间验证研究，实验室A萃取了试剂加标水样并将萃取物分发到实验室B和C，分别采用7010 GC/MS/MS 和7000 GC/MS/MS进行分析。图7A和图7B为三个实验室分析的每种亚硝胺类化合物的 LCMRL和DL数据图。7010 GC/MS/MS的LCMRL 在 0.12-0.67 ng/L范围内，7000GC/MS/MS 的 LCMRL 在 0.33-1.2 ng/L范围内(图7A)，均低于方法521中1.2-2.1 ng/L 的 LCMRL范围。多实验室验证研究中，7010 GC/MS/MS 系统的DL 在0.037-0.46 ng/mL 范围内， 7000GC/MS/MS 系统的 DL 在 0.12-0.6 ng/L范围内，均低于方法521中0.26-0.66 ng/L 的 DL范围(图7B)。在7010和7000 GC/MS/MS 系统上对 0.0625-100 ng/L 范围内的11个校准点进行线性曲线拟合，均获得了R²>0.99 的线性结果(表6)。7010和7000 GC/MS/MS系统均满足 LCMRL 和 DL 的要求。7010GC/MS/MS 能够获得的 LCMRL 和 DL 低于7000 GC/MS/MS。 EEA-安捷伦方法521.1在进样上更具灵活性。实验室A、B、C分别采用了程序升温不分流、恒温不分流以及恒温脉冲不分流模式。实验室A采用2mm浅凹坑不分流超高惰性衬管，而实验室B和C采用4mm 双锥形不分流超高惰性衬管。尽管三个实验室采用了不同的进样参数和衬管，但所有实验室以及7010和7000GC/MS/MS 系统均可满足 LCMRL 和DL要求。 图7.实验室间验证研究得到的 LCMRL 和 DL。除实验室C的NDMA外，三个实验室的 LCMRL 和 DL 均由实验室加标空标(LFB)测得，其中分析物加标浓度依次为0.1、0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0 ng/L (每个浓度n=4)。实验室C 的 NDMA 由 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0 ng/L分析物(每个浓度n=4)的LFB加标浓度测得。实验室A和实验室B的LCMRL 和 DL数据由 7010 GC/MS/MS 获得。实验室C的数据由7000 GC/MS/MS 获得 表6.实验室间验证比对的校准曲线线性* 分析物 7010实验室A7 7010实验室B 7000实验室C NDMA 0.9999 0.9979 0.9935 NMEA 0.9999 0.9983 0.9988 NDEA 0.9999 0.9993 0.9986 NDPA 0.9998 0.9987 0.9965 NMOR 1.0000 0.9993 0.9992 NPYR 0.9981 0.9994 0.9976 NPIP 0.9999 0.9993 0.9979 NDBA 0.9996 0.9990 0.9985 * R²通过11个校准点(0.0625、0.125、0.25、0.50、1.0、2.0、4.0、10、20、40、100 ng/L) 的线性曲线拟合和1/x加权进行计算 EEA-捷捷伦方法521.1提供了一种用于饮用水中亚硝胺类化合物分析的流程，本方法使用 GC/MS/MS 技术代替了经批准但已过时的 GC/IT 技术。在对实际水样进行分析和校准时， GC/MS/MS 和GC-IT 表现了良好的相关性。如分发样品组的实验室间验证研究结果所示，7010和7000 GC/MS/MS 系统可轻松满足LCMRL 和DL要求，且进样量更低、分析时间更短，并对分析物实现基线完全分离。 GC/MS/MS 方法稳定，衬管选择和参数设置灵活，可以满足 LCMRL 和 DL要求。基于这些数据， EPA 已经正式批准使用该方法代替 GC/IT 进行亚硝胺类化合物的分析。 1. ( Letter of Equivalency for EEA-Agilent521.1 for The Analysis ofNitrosamines in Drinking Water by GC/MS/MS. U.S. EPA Letter March 13，2018 ) 2. ( Magee， P. N. Toxicity of Nitrosamines： Their Possible Human Health Hazards. Food Cosmet. Toxicol.1971， 9 (2)， 207-218 ) 3. ( Mitch， W. A.； et al. N-Nitrosodimethylamine (NDMA)as a Drinking Water Contaminant：A Review. Environ. Eng. Sci. 2003，20(5)， 389-404 ) 4. Munch， J. W. Method 521： Determination Of Nitrosamines ( In Drinking Water By Solid Phase Extraction And Capillary Column GasChromatography With Large Volume ) Injection And Chemical lonization Tandem Mass Spectrometry (MS/MS). U.S. Environmental Protection Agency， Washington D.C. 2005 查找当地的安捷伦客户中心： www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线：800-820-3278，400-820-3278(手机用户) 联系我们： LSCA-China_800@agilent.com 在线询价：www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com 本文中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 ( ◎安捷伦科技(中国)有限公司，2018 ) ( 2018年5月2日， 中国出版 ) 在第 I 阶段，实验室 A 证明与经过批准的 GC/IT 相比，GC/MS/MS 能够获得更低的低浓度报告限值 (LCMRL) 和检测限 (DL)。GC/MS/MS 还具有更少的进样量和更短的分析时间。对大量实际样品中的亚硝胺类化合物进行分析后发现，GC/MS/MS 与 GC/IT 呈现了良好的相关性。在第II 阶段中，实验室 A 萃取 LCMRL 样品 (32) 并分发至实验室 B 与实验室 C，分别采用Agilent 7010 和 7000 GC/MS/MS 系统进行验证。7010 和 7000 GC/MS/MS 的结果均优于方法 521 中的 LCMRL 和 DL 要求。获得的线性校准曲线 R2 > 0.99。方法性能经过三个不同实验室的验证并获得了 EPA 对方法等效性的书面批准。