張圣虎，許晶晶，2，劉濟寧，吳晟旻，石利利*（.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 20042；2.南京工業(yè)大學理學院，江蘇 南京 20009）

長江南京段水體中7種苯胺類化合物的檢測方法及生態(tài)風險評價

張圣虎1，許晶晶1，2，劉濟寧1，吳晟旻1，石利利1*（1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京 210042；2.南京工業(yè)大學理學院，江蘇 南京 210009）

應用固相萃取結合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，建立了同時測定環(huán)境水樣中7種苯胺類化合物的檢測方法.實驗表明，以ZORBAX Eclipse Plus C18 （3.5μm，2.1×150mm）色譜柱為分離柱，乙腈-水（2mmol/L甲酸銨）為梯度洗脫的流動相，在電噴霧質(zhì)譜正離子模式下，7min內(nèi)可以分離目標化合物；在1～200μg/L濃度范圍內(nèi)，7種苯胺類化合物的峰面積與質(zhì)量濃度的線性關系良好；添加水平分別為0.8、4.0、20.0μg/L時，目標化合物的平均回收率分別為68.5%～102.2%、71.4%～89.4%、62.0%～78.3%，相對標準偏差均小于6.9%；利用本方法對長江南京段平水期（2014.4）、豐水期（2014.8）和枯水期（2014.12）的14個采樣點的環(huán)境水樣進行檢測，檢出4-硝基苯胺、2，6-二乙基苯胺、3，4-二氯苯胺和4-異丙基苯胺4種苯胺類化合物，且4-硝基苯胺在3個時期14個采樣點均能檢出；風險商值法評估長江南京段水體中4-硝基苯胺的生態(tài)風險為低生態(tài)風險.

高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜；固相萃??；苯胺類化合物；環(huán)境水樣

苯胺類化合物作為合成藥物、染料、殺蟲劑、高分子材料等的重要原料，被廣泛應用于化工、印染和制藥等工業(yè).研究表明，苯胺類化合物對水生生物和人體具有一定的毒害作用［1-4］，能夠影響組織細胞供氧造成內(nèi)窒息，長期作用可能導致神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和血象變化，個別苯胺類化合物還具有三致效應和內(nèi)分泌干擾效應［5-6］.目前，我國已將部分苯胺類化合物列為“水中優(yōu)先控制污染物”［7］和化學品環(huán)境風險防控“十二五”規(guī)劃中累積風險類重點防控化學品.因此，分析和測定環(huán)境水樣中苯胺類化合物的暴露濃度，可為水環(huán)境污染控制提供理論支撐.

目前，國內(nèi)外關于水中苯胺類化合物的測定方法還不多，并且目標化合物的種類也很少，采用方法包括氣相色譜法（GC）［8-10］、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS）［11］、高效液相色譜法（HPLC）［12-14］、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）［15］、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）［16］等.相對于其它分析方法，液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對苯胺類化合物的測定無需進行衍生化前處理，同時靈敏度高，選擇性和特異性好，能對低濃度的地表水樣品進行很好的定量分析檢測.因此，本研究根據(jù)長江南京段周邊化工園區(qū)生產(chǎn)和使用苯胺類化合物的調(diào)研情況，選取7種生產(chǎn)及使用量大的苯胺類化合物，擬建立環(huán)境水樣中7種苯胺類化合物的HPLC-MS/MS檢測方法，探討長江南京段平水期、豐水期和枯水期的暴露濃度，并運用風險商值法進行初步風險評估，以期為長江南京段水體中苯胺類化合物的生態(tài)風險控制和水環(huán)境質(zhì)量管理提供技術支持.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

長江南京段自江寧銅井鎮(zhèn)南至棲霞與句容交界的大道河，全長98km，平均水深13m.南岸上起江寧銅井鎮(zhèn)與馬鞍山市交浦口烏江鎮(zhèn)與和縣交界，下至六合龍袍鎮(zhèn)與儀征市交界.

1.2 樣品采集

分別于2014年4～12月在長江南京段（31°48'N～32°14'N，118°30'E～119°12'E）區(qū)域進行平水期（4月下旬）、豐水期（8月下旬）和枯水期（12月下旬）3次大范圍的表層水體采樣調(diào)查，共14個采樣點（圖1），采樣深度約3m，水體平穩(wěn)無波浪.使用有機玻璃采水器采集水樣，每個樣點采集3個平行樣，共采集3～4L水樣，裝入棕色玻璃瓶中，在24h內(nèi)富集萃取.

1.3 儀器與試劑

高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（LC-Agilent Technologies 1290Infinity，MS-AB SCIEX QTRAP 4500，美國AB公司）；ZORBAX Eclipse Plus C18色譜柱（150mm×2.1mm，3.5μm）（美國Agilent公司）；MCX固相萃取小柱（150mg，6mL）（美國Waters公司）；HLB固相萃取小柱（200mg，6mL）（美國Waters公司）；PCX固相萃取小柱（200mg，6mL）（美國Agilent公司）；加速溶劑萃取儀（戴安中國有限公司）；旋轉蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI公司）；Milli-Q超純水器（美國Mimpore公司）；AG-285電子天平（瑞士Mettler公司）.

圖1 長江南京段采樣點分布Fig.1 Sampling sites of Yangtze River of Nanjing section

4-硝基苯胺（純度99%）、2-氯-4-硝基苯胺（純度98%）、4-異丙基苯胺（純度99%）、2，6-二乙基苯胺（純度98%）、3，4-二氯苯胺（純度98%）、2，4-二氨基甲苯（純度98%）、2，6-二甲基苯胺（純度99%），以上化學品均購自百靈威科技有限公司；乙腈、甲醇（色譜純，德國Merck公司）；二氯甲烷、丙酮（色譜純，美國TEDIA公司）；甲酸銨（色譜純，美國ROE SCIENTIFIC公司）；實驗用水為Milli-Q超純水.

1.4 樣品處理

取水樣100mL過0.45μm玻璃纖維濾膜后，過MCX固相萃取小柱對苯胺類化合物進行富集.MCX固相萃取柱依次用10mL甲醇、10mL去離子水活化，控制水樣以5mL/min流速通過小柱富集.水樣全部通過后，采用4mL2%甲酸水溶液，流速為2mL/min鎖定苯胺類物質(zhì)；4mL 25%甲醇水溶液凈化，在負壓條件下抽真空30min進行干燥后，用2%氨水甲醇溶液，流速為1mL/min洗脫目標化合物，并定容至5mL，經(jīng)0.22μm針式有機濾膜過濾后，置于進樣瓶中待測.

1.5 儀器條件

1.5．1 液相色譜條件 采用ZORBAX Eclipse Plus C18色譜柱（150mm×2.1mm，3.5μm），流動相：2mmol/L甲酸銨水溶液（A）和乙腈（B），柱溫40℃，進樣量5μL.采用梯度洗脫進行樣品分析，具體洗脫條件見表1.

1.5．2 質(zhì)譜條件 采用電噴霧（ESI）離子源，正電離模式，多反應離子監(jiān)測（MRM）掃描定量分析目標污染物.氣簾氣（CUR）壓力為241318Pa，噴霧氣（GS1）壓力為379214Pa，輔助加熱氣（GS2）壓力為413688Pa，源溫度（TEM）為450℃，離子化電壓（IS）為5500V，碰撞氣（CAD）medium，碰撞能量（CE）、去簇電壓（DP）、入口電壓（EP）和出口電壓（CXP）經(jīng)實驗優(yōu)化見表2.

表1 梯度洗脫條件Table 1 Condition of Gradient elution

表2 目標化合物的質(zhì)譜參數(shù)Table 2 Mass spectrometric conditions for target compounds

1.6 質(zhì)量保證和控制（QA/QC）

目標化合物通過與標準樣品的保留時間（2%以內(nèi)）和選擇離子的峰面積比例（20%以內(nèi)）比較進行定性確認，并采用最高豐度或背景干擾最少的選擇離子進行定量分析.每一組樣品（10～15個）添加1個基質(zhì)空白、1個樣品重復和1個基質(zhì)加標回收作為質(zhì)量控制.方法空白中沒有目標化合物檢出.

1.7 生態(tài)風險評價方法

采用風險商值法（RQ）評估長江南京段水體中苯胺類化合物的生態(tài)風險等級.RQ 值為預測環(huán)境濃度（PEC）或?qū)崪y環(huán)境濃度（MEC）與預測無效應濃度（PNEC）的比值.根據(jù)RQ 值大小，將環(huán)境風險等級分為3級，即RQ值在0.01～0.1間為低生態(tài)風險，在0.1～1.0間為中等生態(tài)風險，大于1為高生態(tài)風險［17］.基于上述分析方法（SPEHPLC/MS/MS），可測得長江南京段水體中苯胺類化合物的MEC值，并通過獲得相應苯胺類化合物的PNEC值，即可依據(jù)RQ法判斷生態(tài)風險等級.

2 結果與討論

2.1 分析方法的優(yōu)化

2.1．1 質(zhì)譜條件的優(yōu)化 根據(jù)目標化合物的分子結構特征，選擇ESI正電離模式.采用半自動進樣方式，以5μL/min的流速將500μg/L的標準工作儲備液分別注入離子源；在MRM模式下對每種化合物進行一級質(zhì)譜分析（Q1掃描），得到每種化合物的分子離子峰；選取相應母離子峰，對其子離子進行二級質(zhì)譜分析（Q2掃描），得到碎片離子信息；接著對目標化合物二級質(zhì)譜的 CE、DP、EP、CXP等質(zhì)譜參數(shù)進行優(yōu)化，使目標化合物的分子離子與特征離子碎片的離子強度達到最大時為最優(yōu)條件（表2）.

圖2 目標化合物的HPLC-MRM譜圖Fig.2 HPLC-MRM chromatogram of target compounds

2.1．2 色譜分離條件的優(yōu)化 分別用乙腈-水、乙腈-水（2mmol/L甲酸銨）作為流動相，對7種目標化合物（0.5mg/L）的分離效果和峰形進行比較.結果發(fā)現(xiàn)，以乙腈-水為流動相只有部分目標化合物出峰，而當在水中加入2mmol/L甲酸銨顯著改善目標化合物的響應值和峰形.由于待測化合物結構中都含有氨基，屬于弱堿性物質(zhì)，加入適量甲酸銨可以提高待測物離子化效率從而改變目標化合物的響應（圖2）.因此，選擇乙腈-水（2mmol/L甲酸銨）作為流動相.采用上述條件盡管不能將7種目標化合物全部完全分開，但由于采用了選擇離子掃描模式（MRM），可避免待測物之間的相互干擾，并不影響準確定性與定量分析.

2.1．3 固相萃取柱的選擇 比較了HLB、MCX和PCX固相萃取柱對苯胺類化合物的萃取效率（圖3）.結果表明，HLB固相萃取柱對苯胺類化合物的回收率較低（1.1%～65.7%），而采用MCX和PCX固相萃取柱進行萃取時，對目標化合物都有較高的萃取率，均在60%以上，由于目標化合物屬于堿性離子型化合物，陽離子交換柱適合堿性離子型化合物的富集和分離.但是比較兩種固相萃取柱的萃取率，MCX固相萃取柱對5種苯胺類化合物的萃取率要高于PCX固相萃取柱對相應化合物的萃取率，因此，選用MCX固相萃取柱進行實際水樣的萃取.

圖3 三種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 線性范圍和檢出限 準確吸取目標化合物混合標準樣品，用甲醇/水（V/V=1/1）稀釋成質(zhì)量濃度為1，10，20，50，100，200μg/L的一系列標準工作溶液，在優(yōu)化的液相色譜和質(zhì)譜條件下進行分析檢測.對20μg/L的標準工作溶液在1d內(nèi)檢測3次，計算日內(nèi)精密度；對其每天檢測1次，連續(xù)檢測3d，根據(jù)結果計算日間精密度.以峰面積（Y）對質(zhì)量濃度（X，μg/L）進行線性回歸.各目標物在1～200μg/L范圍內(nèi)線性關系顯著，結果如表3所示.與已有文獻［16］中報道的檢出限基本一致（如2，6-二甲基苯胺的檢出限LOD=1.0μg/L）.

表3 目標化合物的標準曲線方程、相關系數(shù)、日內(nèi)及日間精密度（n=3）、檢出限及定量限Table 3 The linear equations， correlation coefficients， RSD （n=3）， LODs and LOQs of target compounds

表4 空白水樣中目標化合物的回收率、相對標準偏差（RSD）Table 4 Recovery， RSD of target compounds in water samples

2.1．5 回收率和精密度 方法采用空白水樣加標方式，在濃度水平分別為0.8，4，20μg/L的空白加標水樣進行回收率測定，每個加標水樣平行配制3份樣品，按上述方法進行前處理和色譜分析，采用外標法定量，結果見表4.回收率和相對標準偏差均能滿足樣品分析要求.

2.2 長江南京段水體中苯胺類化合物濃度水平

2014年3次水樣樣品中共檢測到4種苯胺類化合物：4-硝基苯胺、2，6-二乙基苯胺、3，4-二氯苯胺和4-異丙基苯胺（表5）.其中，4月份水樣樣品中檢出的苯胺類化合物種類相對較多，共檢出3種目標化合物，分別為4-硝基苯胺、2，6-二乙基苯胺和3，4-二氯苯胺，而且在長江南京段的14個采樣點均有檢出；8月份的水樣樣品中僅檢測到4-硝基苯胺，12月份的水樣樣品中雖檢測到4-硝基苯胺和4-異丙基苯胺兩種苯胺類化合物，但是4-異丙基苯胺僅在3個采樣點檢出，一方面可能是由于降雨量相對增多，另一方面南京青奧會期間限制化工企業(yè)生產(chǎn)，在一定程度上都會降低長江南京段水體中苯胺類化合物的暴露水平.

4-硝基苯胺在14個采樣點的3次采樣樣品中均能檢出（表5），而且隨著水溫的升高（4月份17.6℃，8月份25.8℃，12月份13.1℃），水中暴露濃度會降低（4月份59.8ng/L，8月份31.4ng/L，12月份492.5ng/L）.此外，4-硝基苯胺暴露濃度在3次采樣均呈現(xiàn)出以下規(guī)律，即A采樣點（銅井河口）暴露濃度基本最低，B采樣點（林山自動站）暴露濃度最高，而且按照采樣點位置表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，這表明在B采樣點附近可能有持續(xù)的污染源.目前，4-硝基苯胺已經(jīng)被列入環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單中，而且美國EPA和日本環(huán)保廳都已將其列入檢測控制化合物中.因此，本研究對4-硝基苯胺在長江南京段水體中的生態(tài)風險進一步分析.

表5 4，8，12月長江南京段水樣中目標化合物的測定含量Table 5 Concentrations of target compounds in the water samples of the Yangtze River in nanjing section in April，August and December （ng/L）

2.3 環(huán)境污染物的生態(tài)風險評估

生態(tài)風險評價（ERA）過程是定量預測環(huán)境危害對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響的概率及評估該危害的可接受程度的技術方法體系，是環(huán)境風險管理和決策的主要依據(jù).生態(tài)風險評價的最終目的是得出濃度閾值或風險臨界值，為制定相關標準或基準、采取生態(tài)風險控制措施提供技術支撐.

風險商（RQ）作為一種風險表征方法而被廣泛使用，可定量化表征生態(tài)風險［18］.RQ值計算公式如下：

水環(huán)境中PNEC水值可由評估因子法推導而得，其中評估因子根據(jù)獲得的急性與慢性毒性數(shù)據(jù)量及不同情況可以選擇1000、100、50、10，見表6.4-硝基苯胺對水生生物的急性和慢性毒性數(shù)據(jù)見表7，因此，選擇評估因子1000計算PNEC水.藻、溞、魚的EC50/LC50最小值為25.0mg/L，除以評估因子1000，得到PNEC水為25.0μg/L.

本研究中采用“最大值”原則來評價長江南京段水體中4-硝基苯胺的生態(tài)風險，水環(huán)境中實測濃度（MEC）最大值為0.574μg/L，預測無效應濃度（PNEC）為25.0μg/L，RQ（0.02）在0.01～0.1間，為低生態(tài)風險.雖然污染程度較輕，但是研究表明硝基苯胺類化合物很難被生物降解［19］，極易產(chǎn)生對環(huán)境的累計污染，而長江作為南京重要的飲用水來源，仍會對人體造成較大的危害.

表6 推導PNEC水的評估因子Table 6 Assessment factors for derivation of PNECwater

表7 4-硝基苯胺對水生生物的急性和慢性毒性數(shù)據(jù)aTable 7 Acute and chronic toxicity data of 4-Nitroaniline for freshwater species

3 結論

3.1 建立了同時測定環(huán)境水體中7種苯胺類化合物暴露濃度的SPE-HPLC/MS/MS測試方法，方法穩(wěn)定可靠，能夠滿足環(huán)境水體中7種苯胺類化合物暴露濃度的檢測分析.

3.2 在長江南京段平水期（2014.4）、豐水期（2014.8）和枯水期（2014.12）的3次采樣中，平水期的水樣中檢測到苯胺類化合物的種類最多；4-硝基苯胺在三次水樣中均能檢測到，且暴露濃度依次為枯水期＞平水期＞豐水期；生態(tài)風險評估表明4-硝基苯胺為低環(huán)境風險.

［1］Dom N， Knapen D， Benoot D， et al. Aquatic multi-species acute toxicity of （chlorinated） anilines： experimental versus predicted data ［J］. Chemosphere， 2010，81（2）：177-186.

［2］李志華，朱正麗，陸光華，等.2-氯苯酚與取代苯酚及苯胺類化合物對鯽魚聯(lián)合毒性效應的定量構效關系 ［J］. 河海大學學報（自然科學版）， 2012，40（2）：156-161.

［3］鄭洪秀，于玲紅，李玉梅，等.取代苯酚、苯胺類化合物對黃河水中藻類的急性毒性研究 ［J］. 內(nèi)蒙古科技大學學報， 2008，27（6）：173-186.

［4］葛會林，劉樹深，劉 芳.多組分苯胺類混合物對發(fā)光菌的抑制毒性 ［J］. 生態(tài)毒理學報， 2006，1（4）：295-302.

［5］蘆 冉.3，4-二氯苯胺對雄性大鼠生殖系統(tǒng)的毒性效應 ［D］.北京：首都師范大學， 2008.

［6］International Agency for Research on Cancer. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. ［EB/Z］. http：//monographs. iarc. fr /ENG/Classification /2013-04-10.

［7］周文敏，傅德黔，孫宗光.水中優(yōu)先控制污染物黑名單 ［J］. 中國環(huán)境監(jiān)測， 1990，6（4）：1-3.

［8］Beatriz J S， Evaristo B， Mercedes G. Occurrence of aromatic amines and N-nitrosamines in the different steps of a drinking water treatment plant ［J］. Water Res.， 2012，46（14）：4543-4555.

［9］魯 杰，楊大進，葛志亮，等.復合食品包裝制品中有毒芳香胺-2，4-二氨基甲苯的檢測技術的研究 ［J］. 中國衛(wèi)生檢驗雜志，2007，17（10）：1743-1745.

［10］Kishan R N， Archana J， Krishna K. Liquid-phase microextraction and GC for the determination of primary， secondary and tertiary aromatic amines as their iodo-derivatives ［J］. Talanta， 2007，73（4）：684-691.

［11］Margarita Aznar， Elena Canellas， Cristina Nerín. Simultaneous determination of aliphatic and aromatic amines in water and sediment samples by ion-pair extraction and gas chromatography-mass spectrometry ［J］. J Chromatogr A.， 2009，1216（27）：5176-5181.

［12］徐水平，姜 煥.高效液相色譜法測定水中對（鄰）硝基苯胺 ［J］.中國環(huán)境監(jiān)測， 2003，19（3）：14-17.

［13］王 超，彭 濤，高愈霄，等.混合型固相萃取/超高壓液相色譜法測定廢水中苯胺類化合物 ［J］. 分析測試學報， 2013，32（12）：1415-1420.

［14］Tong C L， Guo Y， Liu W P. Simultaneous determination of five mitroaniline and dinitroaniline isomers in wastewaters by solidphase extraction and high-performance liquid chromatography with ultraviolet detection ［J］. Chemosphere， 2010，81：430-435.

［15］彭方毅，何 苗，盛建武，等.水中硝基苯胺類化合物酶免疫化學分析技術研究 ［J］. 化學學報， 2007，65（22）：2563-2569.

［16］Margarita A， Elena C， Cristina N. Quantitative determination of 22primary aromatic amines by cation-exchange solid-phase extraction and liquid chromatography-mass spectrometry ［J］. Journal of Chromatography A， 2009，1216：5176-5181.

［17］Hernando M D， Mezcua M， Fernandez-Alba A R， et al. Environmental risk assessment of pharmaceutical residues in wasterwater effluents， surface waters and sediments ［J］. Talanta，2006，69（2）：334-342.

［18］湯薪瑤，左劍惡，余 忻，等.制藥廢水中頭孢類抗生素殘留檢測方法及環(huán)境風險評估 ［J］. 中國環(huán)境科學， 2014，34（9）：2273-2278.

［19］Adrian S. High-rate biodegradation of 3- and 4-nitroaniline ［J］. Chemosphere， 1999，39（13）：2325-2346.

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

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 MCX 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 the 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.

HPLC-MS/MS；solid phase extraction；aniline compounds；environmental water samples

X522

A

100-6923（2015）10-3135-07

張圣虎（1984-），男，山東菏澤人，助理研究員，博士，主要從事環(huán)境污染物暴露評估和風險評價研究.發(fā)表論文10篇.

2015-03-05

國家“863”計劃（2013AA06A308）

* 責任作者， 研究員， sll@nies.org