李懷建,吳 梅,張宏偉,王幫進(jìn),占 潔,王楊君,汪 午,

(1.上海大學(xué)環(huán)境污染與健康研究所,上海 200444;2.青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院,山東青島 266071; 3.南方醫(yī)科大學(xué),廣東廣州 510515)

大氣中強(qiáng)致癌物3-硝基苯并蒽酮GC/MS檢測(cè)方法的建立

李懷建1,吳 梅2,張宏偉3,王幫進(jìn)1,占 潔1,王楊君1,汪 午1,3

(1.上海大學(xué)環(huán)境污染與健康研究所,上海 200444;2.青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院,山東青島 266071; 3.南方醫(yī)科大學(xué),廣東廣州 510515)

持久性有機(jī)污染物 (POPs)3-硝基苯并蒽酮(3-NBA)是一種極強(qiáng)的直接致突變和致癌物,多種動(dòng)物試驗(yàn)以及人體細(xì)胞試驗(yàn)證明其具有極強(qiáng)的致突變能力。環(huán)境中的3-NBA主要來(lái)源于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣和大氣光氧化反應(yīng),其在大氣中濃度遠(yuǎn)低于多環(huán)芳烴。利用高效液相色譜(HPLC)法,分離、富集目標(biāo)組分,再結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)技術(shù),可建立大氣中3-硝基苯并蒽酮的檢測(cè)方法,儀器檢測(cè)限為13.7 pg,方法檢測(cè)限為1.9 pg·m-3。方法回收率為88.52%,目標(biāo)化合物回收率為78.2%。該方法重現(xiàn)性好、測(cè)定精度高,可用于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)分析。

持久性有機(jī)污染物(POPs);3-硝基苯并蒽酮;氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)

硝基多環(huán)芳烴 (nitro polycyclic aromatic hydrocarbon,NPAH)是一類(lèi)極強(qiáng)的直接致突變和致癌物,主要來(lái)源于化石燃料的燃燒過(guò)程,例如柴油機(jī)或汽油機(jī)機(jī)車(chē)燃料燃燒[1];也可以由大氣中多環(huán)芳烴 (polycyclic aromatic hydrocarbon,PAH)與 OH或者 NO3自由基反應(yīng)生成[2-9]。由于NPAH被證明其致突變或致癌能力要比相應(yīng)的PAH高出很多倍[10],所以分析排放源和大氣環(huán)境中的NPAH極為重要。

3-硝基苯并蒽酮(3-nitrobenzanthrone,3-NBA)于1997年在柴油機(jī)尾氣和大氣顆粒物中首次被發(fā)現(xiàn),與1,8-二硝基芘的致突變能力相當(dāng),后者是文獻(xiàn)報(bào)道致突變性最強(qiáng)的多環(huán)芳烴[11]。由于特殊而穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu),3-NBA難以被生物降解。3-NBA的主要代謝物——3-氨基苯并蒽酮(3-aminobenzanthrone,3-ABA)曾在受柴油機(jī)尾氣職業(yè)暴露的鹽礦工人的尿液中被檢出,說(shuō)明暴露于柴油機(jī)尾氣中極有可能給大多數(shù)人帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)[12]。各種生物試驗(yàn)研究表明,3-NBA及其代謝產(chǎn)物是突變和癌變過(guò)程中DNA加合物形成的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[13-14],這些加合物不僅具有致細(xì)胞損傷突變,可參與病變的誘變過(guò)程,而且是機(jī)體內(nèi)致癌作用的關(guān)鍵因素。

3-硝基苯并蒽酮在大氣環(huán)境中的濃度極低,存在于基質(zhì)復(fù)雜的顆粒物中,對(duì)大氣中3-硝基苯并蒽酮的測(cè)定,由于存在著分析手段和技術(shù)方面的挑戰(zhàn),目前報(bào)道的并不多[15-17],國(guó)內(nèi)這方面的研究還是空白。本工作利用正相 HPLC法分離、富集目標(biāo)組分,結(jié)合GC/MS技術(shù),建立大氣中3-硝基苯并蒽酮的檢測(cè)方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與裝置

Waters 2695高效液相色譜儀:美國(guó)Waters公司產(chǎn)品,配有2996型二級(jí)管陣列檢測(cè)器;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國(guó) Hewlett-Packard公司產(chǎn)品,配有6890氣相色譜儀/5975四極桿質(zhì)譜檢測(cè)器和ChemStation工作站。

1.2 主要材料與試劑

3-硝基苯并蒽酮(純度99%):德國(guó)環(huán)境致癌物生物化學(xué)研究所產(chǎn)品;1-硝基芘-d9:美國(guó)Chiron公司產(chǎn)品;二氯甲烷(色譜純):德國(guó)CNW公司產(chǎn)品;正己烷(色譜純):德國(guó)Merck公司產(chǎn)品;N,N-二甲基甲酰胺:美國(guó) Tedia公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)條件

1.3.1 樣品采集及前處理 使用PM2.5Anderson大流量采樣器(美國(guó)),流量1.0 m3·min-1,石英纖維濾膜(Whatman,20.3 cm×25.4 cm),采集時(shí)間24 h。取1/2濾膜,先用二氯甲烷提取,再用 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)-H2O系統(tǒng)提取其中的芳烴類(lèi)和極性化合物,最后用環(huán)己烷萃取,得到弱極性的芳烴類(lèi)化合物。

1.3.2 儀器分析 使用正相 HPLC法,分離、富集目標(biāo)組分前,先采用環(huán)己烷-N,N-二甲基甲酰胺-H2O系統(tǒng)萃取PAH類(lèi)化合物,根據(jù)質(zhì)譜特征離子及保留時(shí)間進(jìn)行定性,外標(biāo)法定量。

1.3.2.1 HPLC條件 分離柱:Kromasil 60-5SIL(250 mm×4.6 mm×5μm,60 A);流動(dòng)相:正己烷/二氯甲烷;梯度淋洗程序:100%正己烷保持10 min,5 min內(nèi)等梯度變換為95%正己烷:5%二氯甲烷,35 min內(nèi)等梯度變換為100%二氯甲烷,保持10 min。收集40～50 min之間的組分,其中包含3-NBA組分。

1.3.2.2 氣相色譜條件 色譜柱:Rtx-5MS石英毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25μm);升溫程序:70℃保持1 min,以8℃·min-1升至200℃,保持1 min,以5℃·min-1升至260℃,保持4 min,以1℃·min-1升至280℃,保持1 min,以20℃·min-1升至300℃,保持2 min;載氣(He):流速1.5 mL·min-1;進(jìn)樣量1μL,不分流進(jìn)樣。

1.3.2.3 質(zhì)譜條件 電離方式為電子轟擊(EI),電子能量70 eV,接口溫度275℃,離子源溫度230℃,選擇離子模式,質(zhì)量掃描范圍 m/z 50～550。

1.4 樣品分析全流程的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證(QA/QC)措施

對(duì)每個(gè)分析樣品(包括樣品、方法空白、基質(zhì)加標(biāo)、加標(biāo)空白)都要添加回收率指示物標(biāo)樣,以控制整個(gè)分析流程的回收率。

1.5 儀器分析的QA/QC措施

連續(xù)分析6個(gè)濃度約為5倍噪音的標(biāo)樣,得標(biāo)準(zhǔn)偏差,儀器檢測(cè)限(IDL)=3.36 S。在空白濾膜上加標(biāo),加標(biāo)濃度為5倍IDL,重復(fù)分析6個(gè)基質(zhì)加標(biāo)樣,取得其標(biāo)準(zhǔn)偏差(S),方法檢測(cè)限(MDL)=3.36 S。方法檢測(cè)限以實(shí)際樣品采樣體積計(jì)算。

取5種濃度為0.5～8 mg·L-1的標(biāo)樣,用外標(biāo)法建立工作曲線,檢測(cè)器的響應(yīng)值與每個(gè)濃度的相關(guān)系數(shù)均大于0.97。使用已建立的工作曲線測(cè)定新配制的已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值之差在20%以?xún)?nèi)。

2 結(jié)果與討論

化合物的GC/MS譜圖示于圖1,其中相關(guān)的有化合物1和5。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液中目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)的GC/MS圖a.色譜圖;b.1-硝基芘-d9的EI質(zhì)譜圖;c.3-NBA的EI質(zhì)譜圖Fig.1 G as chromatograms and mass spectra for the target compound and surrogate a.chromatograms;b.electron ionization spectra for 1-nitropyrene-d9;c.spectrum for 3-NBA

2.1 儀器檢測(cè)限和方法檢測(cè)限

根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算,3-硝基苯并蒽酮的儀器檢測(cè)限值為13.7 pg,按實(shí)際采樣體積700 m3計(jì)算,方法檢測(cè)限為1.9 pg·m-3,分別列于表1和表2。

表1 儀器檢測(cè)限(IDL)Table 1 Instrument detect limit(IDL)

表2 方法檢測(cè)限(MDL)Table 2 Method detect limit(MDL)

2.2 方法空白

方法空白的數(shù)據(jù)用來(lái)評(píng)估和控制整個(gè)試驗(yàn)流程可能發(fā)生的人為污染,以及操作過(guò)程的準(zhǔn)確性,在方法空白中未檢出目標(biāo)化合物,可見(jiàn)整個(gè)試驗(yàn)流程對(duì)目標(biāo)化合物沒(méi)有人為的實(shí)驗(yàn)室背景因素影響。

2.3 基質(zhì)加標(biāo)

基質(zhì)加標(biāo)在控制試驗(yàn)流程的基礎(chǔ)上還需要考慮基質(zhì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響,基質(zhì)加標(biāo)回收率列于表3。計(jì)算結(jié)果表明,3-硝基苯并蒽酮的基質(zhì)加標(biāo)平均回收率為78.2%,指示物的平均回收率為76.3%。

表3 基質(zhì)加標(biāo)回收率Table 3 Recovery of matrix spike

2.4 平行樣品

對(duì)同一真實(shí)樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)試,3次測(cè)試得到的指示物回收率平均值為88.5%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于15%,列于表4。

表4 平行樣品測(cè)試結(jié)果Table 4 Results of sample duplicate

3 結(jié) 論

本工作建立了大氣中3-硝基苯并蒽酮的檢測(cè)方法,利用 HPLC對(duì)含3-硝基苯并蒽酮組分進(jìn)行分離、富集,再用 GC/MS法對(duì)其進(jìn)行定量分析。該法具有較好的選擇性、重現(xiàn)性和靈敏度,可用于大氣中3-硝基苯并蒽酮的常規(guī)檢測(cè)。

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Development of Analytical Method for 3-Nitrobenzanthrone, A Potential Carcinogen in Atmosphere by GC/MS

LI Huai-jian1,WU Mei2,ZHAN G Hong-wei3,WANGBang-jin1, ZHAN Jie1,WANG Yang-jun1,WANG Wu1,3
(1.Institute ofEnvironmental Pollution and Health,Shanghai University,S hanghai200444,China; 2.Qingdao University Medical College,Qingdao266071,China; 3.Southern Medical University,Guangzhou510515,China)

3-Nitrobenzanthrone,a persistent organic pollutants(POPs),is an extremely potential mutagen and susceptible carcinogen as proved by the tests using both animal and human cells.The major sources of 3-nitrobenzanthrone are believed to be vehicle exhaust from diesel engines,as well as photooxidation reaction in the atmosphere.Its atmospheric concentration is far below polycyclic aromatic hydrocarbons.This paper reported an analytical method that was established by using high pressure liquid chromatography(HPLC)to separate and enrich the target fraction and consequently measured with gas chromatographymass spectrometry(GC/MS).The instrument detection limit(IDL)is 13.7 pg,and themethod detection limit(MDL)is 1.86 pg·m-3.The method recoveries for the deuterated surrogate,1-nitropyrene-d9,and 3-nitrobenzanthrone are 88.5%and 78.2%,respectively. The method features good accuracy,precision and reproducibility,and could be used for regular measurements of 3-nitrobenzanthrone.

persistent organic pollutants(POPs);3-nitrobenzanthrone;gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)

O 657.63

A

1004-2997(2010)03-0187-05

2009-12-30;

2010-03-18

國(guó)家自然科學(xué)基金(20677036,20877051),上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(10YZ08),上海市重點(diǎn)學(xué)科(S30109)資助

李懷建(1985～),男(漢族),貴州人,碩士研究生,環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)。E-mail:lihuaijian@shu.edu.cn

汪 午(1968～),女(漢族),安徽人,博士,從事大氣化學(xué)研究。E-mail:wangwu@shu.edu.cn