環(huán)境樣品中OCPs, PAHs, 和PCBs 的GC-MS/MS 分析方法

 

Inge de Dobbeleer, Joachim Gummersbach, Hans-Joachim Huebschmann, Anton Mayer, Paul Silcock Thermo Fisher Scientific, Dreieich, Germany

 

有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑，多氯聯(lián)苯，多環(huán)芳烴，土壤樣品，水樣品，建筑材料，可重復(fù)性，線性

 

本文描述了對(duì)多種環(huán)境基質(zhì)中半揮發(fā)性化合物的分析，展示了GC-MS/MS系統(tǒng)的高生產(chǎn)力和高質(zhì)量結(jié)果。

 

有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑 (OCP)，多環(huán)芳烴 (PAH)，和多氯聯(lián)苯 (PCB) 等幾類化合物對(duì)于環(huán)境常規(guī)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室和合同檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)都十分熟悉。這些實(shí)驗(yàn)室嘗試采取多種方法來(lái)解決這幾類化合物在多種環(huán)境基質(zhì)中的檢測(cè)問(wèn)題。

 

氣相色譜- 質(zhì)譜(GC-MS) 非常適合用來(lái)進(jìn)行OCPs, PAHs, 和PCBs 的檢測(cè)。較之傳統(tǒng)檢測(cè)器，諸如HPLC 的UV 和熒光檢測(cè)器，以及GC 的ECD 和FID 檢測(cè)器，單四極桿 GC-MS系統(tǒng)已經(jīng)為環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室提供了提高分析這些化合物的機(jī)會(huì)。從而得以有限的簡(jiǎn)化樣品前處理程序，以增加樣品通量并最終降低實(shí)驗(yàn)室成本。

 

較之單四極桿GC-MS，三重四極桿 GC-MS/MS 系統(tǒng)對(duì)化合物選擇性的改善則更為顯著。好的選擇性對(duì)從背景中有效檢出目標(biāo)化合物至關(guān)重要，也因此能夠增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力和生產(chǎn)力。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室都開(kāi)始選擇這一技術(shù)，尤其是那些希望在競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先一步的實(shí)驗(yàn)室。不幸的是，對(duì)于新接觸GC-MS/MS 技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室，采取新技術(shù)并在不顯著影響實(shí)驗(yàn)室的連續(xù)運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的提高是一大挑戰(zhàn)。

 

這份應(yīng)用文章描述了一種基于Thermo ScientificTM TRACETM1310 GC 和TSQTM 8000 三重四極桿GC-MS/MS 系統(tǒng)的GC-MS/MS 方法。通過(guò)該方法能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境樣品中的OCPs, PAHs和PCB 的高性能、高產(chǎn)出的分析。

本文還描述了對(duì)整合在方法開(kāi)發(fā)和分析流程中的智能軟件工具的使用，這些工具能夠有效縮短常規(guī)檢測(cè)方法建立和維護(hù)所需的時(shí)間。

 

 

 

向1 L 樣品中加入正己烷震蕩混合。水相和有機(jī)相充分分相后，將有機(jī)相移出并用無(wú)水 Na2SO4 干燥。 將一份有機(jī)提取液蒸發(fā)濃縮至3–4 mL，再在溫和的氮?dú)饬飨抡舭l(fā)至最終體積。

 

在玻璃瓶中稱量10 g 樣品（土壤，沉積物，或建筑材料），然后加入無(wú)水Na2SO4 和40 mL 混合提取溶劑（己烷和丙酮）。用泰福瓏封口膜封住玻璃瓶口，超聲震蕩20 min。將一份提取液放入Kuderna – Danish 設(shè)備中，再向樣品中加入40 ml 混合提取溶劑并重復(fù)提取一次。將一份二次提取液與一次提取液混合，蒸發(fā)濃縮至3–4 mL，再在溫和的氮?dú)饬飨抡舭l(fā)至最終體積。

 

開(kāi)發(fā)了針對(duì) Thermo Scientific TRACETM 1310 氣相色譜和TSQ8000 質(zhì)譜儀的方法( 表 1).

 

表1. 推薦的儀器方法設(shè)置

 

 

有了TSQ 8000 GC-MS/MS 系統(tǒng)，使用者能夠進(jìn)行自動(dòng)的SRM 方法開(kāi)發(fā)，顯著縮短方法開(kāi)發(fā)時(shí)間。AutoSRM 能夠加快方法開(kāi)發(fā)過(guò)程的速度。優(yōu)化后的參數(shù)會(huì)以全自動(dòng)的方法以excel 表格的格式記錄下來(lái)。該程序始于一個(gè)全掃分析，通過(guò)譜庫(kù)搜索對(duì)峰進(jìn)行識(shí)別。點(diǎn)擊每個(gè)峰都會(huì)顯示出豐度最高的離子列表，這些離子會(huì)被推入一份工作列表，以備二次進(jìn)樣，即產(chǎn)物離子掃描之用。

 

結(jié)果會(huì)再次生成色譜圖，點(diǎn)擊色譜峰會(huì)看到產(chǎn)物離子按豐度遞減的方式總結(jié)而成的列表。最后，這些產(chǎn)物離子會(huì)被推入下一份工作列表中，最終的優(yōu)化過(guò)程始于對(duì)這些離子施加逐步升高的碰撞能。所得結(jié)果將會(huì)以圖表形式展示出來(lái)，同時(shí)再生成第三份工作列表。選擇這份工作列表則會(huì)為所有化合物創(chuàng)建SRM 方法，并且與一個(gè)完整的儀器方法相連。此外，離子對(duì)和保留時(shí)間會(huì)被導(dǎo)出到一個(gè)化合物列表中，將方法自動(dòng)與Thermo Scientific TraceFinderTM 軟件中的定量方法相連。

 

完整的說(shuō)明詳見(jiàn)應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)（application brief） AB52998:AutoSRM 隆重登場(chǎng)：簡(jiǎn)便易用的MRM 帶來(lái)表現(xiàn)優(yōu)秀的結(jié)果一文。

 

TSQ 8000 GC-MS 帶有完整的自動(dòng)調(diào)諧功能，即便不同用戶使用儀器也能確保調(diào)諧的重現(xiàn)性。調(diào)諧功能包含自動(dòng)的柱流失檢測(cè)，主要通過(guò)監(jiān)測(cè)自然空氣/ 水背景和通過(guò)儀表測(cè)定的一定量導(dǎo)入源內(nèi)的氣體的比例實(shí)現(xiàn)。

 

調(diào)諧文件會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在儀器里，儀器文件默認(rèn)與最近一次的調(diào)諧文件相關(guān)，但也完全可以手動(dòng)選擇與其它調(diào)諧文件相關(guān)。

 

 

 

本分析方法的目標(biāo)是幫助實(shí)驗(yàn)室減少分析大量化合物所產(chǎn)生的總工作量。為了有效地對(duì)這整個(gè)化合物列表里的物質(zhì)進(jìn)行分析，我們使用了TRACE 1310 GC 和TG-XLBMS 色譜柱來(lái)優(yōu)化關(guān)鍵異構(gòu)體對(duì)的分離。

 

 

圖 2. 標(biāo)準(zhǔn)品中目標(biāo)化合物的色譜圖，絕對(duì)進(jìn)樣量為2000 pg；除了 benzo(b) 和 (k) fluoranthene 是建筑材料里的400 pg 標(biāo)樣。

 

相同化合物100 次進(jìn)樣之后

a: 菲 和蒽烯

b: 屈 和苯并a 蒽

c: 苯并(b) 和苯并 k 熒蒽

d: 茚并(1,2,3-cd) 芘和二苯并（a,h) 蒽

e: o,p DDD 和 p,p DDT

f: 建材里的苯并(b) 和苯并(k) 熒蒽

 

整個(gè)色譜的表現(xiàn)為所有化合物于17 分鐘內(nèi)洗脫完畢。用水、土壤和建材提取液進(jìn)樣100 次以后得到相同的色譜分離結(jié)果。

 

OCP 和PCB 的校準(zhǔn)曲線在 2 μg/L 至 700 μg/L 的濃度范圍內(nèi)制備。PAH 則需要更高的范圍2 μg/L 至 2,500 μg/L。沒(méi)有對(duì)內(nèi)標(biāo)的曲線進(jìn)行校準(zhǔn)。

所有曲線的線性相關(guān)系數(shù)都大于0.995。一部分目標(biāo)化合物的曲線見(jiàn)圖 3 和 4。

 

圖3. 各種 PAH 的校正曲線。各化合物及其相應(yīng)的 線性相關(guān)系數(shù)為

a: 萘， R2=0.9991

b: 菲， R2= 0.9994

c: 苯并蒽， R2= 0.9985

d: 芴， R2= 0.9998

e: 苯并芘， R2= 0.9993

 

 

圖 4. 各種 農(nóng)藥的校正曲線。各化合物及其相應(yīng)的 漸進(jìn)系數(shù)為

a: PCB153，R2=0.9999

b: 艾氏劑， R2= 0.9993

c: a- 硫丹， R2= 0.9996

d: 四氯苯， R2= 0.9999

e: 氟樂(lè)靈， R2= 0.9999

 

最低的校準(zhǔn)水平為(2μg/L 柱上 2 pg), 所有化合物的響應(yīng)都非常好，信噪比很高。圖5 所示為此濃度下的一些提取SRM 色譜圖。

 

圖 5. 2 μg/L 濃度水平下的峰 ; 柱上絕對(duì)進(jìn)樣量為 2 pg

 

在所有三種基質(zhì)中，可重復(fù)性的建立是通過(guò)將添加標(biāo)樣的土壤提取液、水樣提取液，和建筑材料提取液重復(fù)進(jìn)樣得到的。所有樣品都經(jīng)過(guò)了7 次分析，RSD 通過(guò)外標(biāo)法計(jì)算( 表 2)。

基質(zhì)中所有化合物的可重復(fù)性都表現(xiàn)為低于10%RSD。峰面積積分完全由TraceFinder 軟件自動(dòng)進(jìn)行，沒(méi)有任何手動(dòng)干預(yù)。

 

表2. 7 份不同基質(zhì)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差

 

所有化合物在方法中都有至少兩個(gè)離子對(duì)，在所有樣品、空白，和標(biāo)樣中都監(jiān)測(cè)了兩個(gè)離子對(duì)。

 

 

 

圖 6. 六氯乙烷的離子比，圖中還標(biāo)出了歐盟分析方法表現(xiàn)指導(dǎo)規(guī)定的上下限。均值和標(biāo)準(zhǔn)差在上表中列出。

 

我們計(jì)算了所有校準(zhǔn)曲線、水樣、土樣，和建材樣品中的離子比。離子比的準(zhǔn)確性肯定了整個(gè)濃度區(qū)間內(nèi)所有樣品和標(biāo)樣。

 

一部分基質(zhì)樣品中低濃度化合物的峰見(jiàn)圖7，證明測(cè)量方法的靈敏度和選擇性都很好。

以下給出部分樣品基質(zhì)、低濃度化合物，及濃度值，濃度值以柱上絕對(duì)量形式給出。

 

 

• TSQ 8000 GC-MS/MS 通過(guò)多種整合的軟件工具支持簡(jiǎn)化的方法開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證和管理操作。

• 通過(guò)將三個(gè)獨(dú)立的方法合而為一，將三次進(jìn)樣簡(jiǎn)化為一次進(jìn)樣，新方法提高了實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)力。

• 系統(tǒng)的定量能力和方法表現(xiàn)優(yōu)異，線性和靈敏度非常好，并在多種環(huán)境樣品中保持了很高的準(zhǔn)確度和精密度。

 

1. Analysis of emerging persistent organic pollutants using GCMS/MS; Kalachova et al. SETAC, Berlin 2012.

2. Ziegenhals, K.; Hubschmann, H.J. Fast-GC/HRMS to quantify the EU priority PAH. J. Sep. Sci. 2008, 31, 1779 – 1786.

3. Thermo Scientific Application Brief AB52998:Introducing AutoSRM: MRM Simplicity for High Performance

Results; Cole J.

4. REGULATION (EC) No 2002/657 on analytical performance criteria.

5. Pesticides Method Reference, 2nd ed. 2011, Thermo Fisher Scientific, Austin, TX, USA, P/N 120390.

 

 

 

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