三重四級桿氣質(zhì)聯(lián)用法測定食品和生物體中多氯聯(lián)苯（PCBs）的分析方法研究

Dirk Krumwiede, Hans-Joachim Huebschmann,

Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany

 

TSQ Quantum XLS，dl-PCBs, 食品安全, 同位素稀釋,PCBs,SRM,WHOPCBs

 

多氯聯(lián)苯 (PCBs) 是一類耐用性極強的工業(yè)化學品，主要用于變壓器、電容器、油墨、涂料、農(nóng)藥、粉塵控制，以及絕緣液體的制造。據(jù)估計，全球的PCBs 總產(chǎn)量已達一百五十萬噸。在1930 至1977 年間，美國是多氯聯(lián)苯單一最大生產(chǎn)國，生產(chǎn)了超過六十萬噸的PCBs。歐洲區(qū)緊隨其后，至1984 年的產(chǎn)出為四十五萬噸。

 

多氯聯(lián)苯包括209 種不同的單體（同系物），對健康有不同的影響。雖然美國早在1977 年就禁止生產(chǎn)PCBs，用PCBs 制造的產(chǎn)品卻仍然在使用。由于多氯聯(lián)苯在環(huán)境中降解緩慢，所以它們可以被氣流帶到了地球的各個角落。PCBs 已經(jīng)污染了地球上所有動物及人類的身體。

 

《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》將PCBs 列為世界上已知對人體和環(huán)境有害的十二種最危險的化合物之一。盡管體內(nèi)二惡英水平在緩慢穩(wěn)定的下降，反映出多種防止擴散的努力總的來說取得了一定效果，然而PCBs 污染水平在全球來講預計不會發(fā)生變化 (2007 東京二惡英研討會)。對二惡英水平的監(jiān)測作為斯德哥爾摩公約的工作項目還將繼續(xù)多年，會涉及大量樣品的采集，尤其是對于危險的類二惡英PCBs（dl-PCB) 來說。值得一提的是共面dl-PCB，即非間位取代的PCB，由于具有與2,3,7,8-TCDD 類似的毒性，成為食品安全控制的焦點。dl-PCBs 也對樣品毒性當量（TEQ）值有顯著貢獻。

 

本應用文章詳細記錄了一種使用Thermo Scientific TSQ Quantum XLS 三重四極桿質(zhì)譜儀，對環(huán)境、食品和生物樣品中的PCB 進行定量分析的快速、可靠，并且具有高選擇性的痕量篩查方法。本方法的分析策略近似于美國國家環(huán)境保護局（USEPA）已建立的方法1668A。

 

由于分析響應有差異，每種氯代物都是根據(jù)各自同位素標記的內(nèi)標化合物進行定量。這樣保證了最佳的分析準確性和同類化合物相似性。內(nèi)標化合物用13C 對聯(lián)苯骨架進行了標記，共計十二個標記位點。13C 標記的PCB 被加入到樣品中，以保證在分析過程中實現(xiàn)準確的鑒定并對原始（未標記）化合物濃度進行校正。

 

該方法通常被稱為“同位素稀釋定量法”。本文在IUPAC同類編號后面加“L" 來表示標記的化合物；例如101L 表示五氯聯(lián)苯同類物101 帶同位素標記的形式。

 

樣品分析是利用 TSQ Quantum XLSTM GC-MS/MS 系統(tǒng)進行的, 本系統(tǒng)配備了Thermo Scientific TRACE GC Ultra 氣相色譜儀。 TRACE GC UltraTM 配置了分流/ 不分流進樣口，進樣器采用的是 Thermo Scientific TriPlus AS 液態(tài)自動進樣器。毛細管柱采用的是30 米長的Thermo Scientific TRACE TRDioxin 5MS 柱 (5% 苯基薄膜)，內(nèi)徑為 0.25 mm，薄膜厚度為0.10 μm。表一記錄了氣相色譜、自動進樣器，和質(zhì)譜儀的各項參數(shù)。

 

表1. TSQ Quantum XLS、TRACE GC Ultra，及TriPlus 自動進樣器儀器設置

 

USEPA 方法1668 描述了一種測定PCB 同類物的方法�！璠 方法 1668] 是由美國國家環(huán)境保護局的(EPA) 科學與技術辦公室開發(fā)的，專門針對世界衛(wèi)生組織（WHO) 指定的劇毒多氯聯(lián)苯（PCB) 同類物的特異性檢測方法。方法1668 的修正稿A 里已經(jīng)包含了超過150 種氯代聯(lián)苯（CB）同類物的特異性檢測方法。有毒PCB 以及氯代PCB 的起始和終止水平是用同位素稀釋高分辨氣相色譜/ 高分辨質(zhì)譜(HRGC/HRMS) 測定的。其它CB 用的是內(nèi)標法HRGC/HRMS。方法1668A 適用于水相、固相、組織，以及多相樣品基質(zhì)。

 

本應用使用了商用EPA 1668 標準品 （加拿大安大略省貴湖市惠靈頓）。68A-CVS 是USEPA 方法1668 修正稿A，HRGC/HRMS 方法常用的校準溶液。每個PCB 氯代度的所有內(nèi)標(ISTD) 都是含12 個13C 標記的相似物。樣品和內(nèi)標的處理以及分析策略完全遵照EPA 方法1668A 執(zhí)行。

 

雖然USEPA 方法1668 要求被分析物是“... 經(jīng)氣相色譜分離并由高分辨(R 10,000) 質(zhì)譜儀檢出， [ 且包含] 兩個準確質(zhì)荷比值…并且在提前確定的保留時間窗口中從頭到尾對每個氯代水平進行監(jiān)測”，本應用文章發(fā)展的方法實際上是利用了三重四極桿質(zhì)譜儀作為HRMS 的替代方案，TSQ Quantum XLS 的四極桿為雙曲面四級桿，能夠有效提高選擇性。根據(jù)歐盟委員會指令96/23/EC 中有關分析方法表現(xiàn)的排名，GC-MS/MS 方法的識別點數(shù)與HRMS 相似或更高，尤其是當使用基于MS/MS 的獨立離子對時（表2）。

 

表2. GC/MS 分析方法獲得的識別點數(shù)范例 (n = 整數(shù))。

* 標識的為本文所述方法。

 

根據(jù)歐盟委員會指令96/23/EC，有機物殘留或污染物適用的確認方法必須是基于全掃技術或“若方法不記錄全掃譜圖，則需要至少四個識別點（多氯聯(lián)苯，二惡英，呋喃等）”，即常見的目標化合物多離子檢測方法（MID）。

 

通過使用來自兩個PCB 一級離子的二級質(zhì)譜離子對，并為每個氯代度都進行特異性的子離子檢測，本方法的測量體系遵循了歐盟委員會指令96/23/EC，并為每種PCB 單體化合物提供了5 個識別點。

 

我們監(jiān)測的是基于分子離子 (12C12H10-x 35Clx) 相對于 37Cl 同位素即 (12C12 H10-x 35Clx-1 37Cl) 經(jīng)碰撞誘導解離(CID) 碎裂過程形成的丟失了兩個氯的二級離子的離子對（表3）。同位素內(nèi)標也用相同方法檢測，不過，由于含有12 個13C 標記，所以有12 道爾頓的質(zhì)量位移。

 

表3. PCB 的SRM 數(shù)據(jù)采集體系，對每個一級離子都進行兩個子離子的MID 檢測。PCB 的名稱術語采自EPA 方法1668，并反映了氯代水平。

 

需要注明的是，在選擇一級離子時，只有單一同位素的HxCB 的分子離子M+，例如m/z 357.80 C12H4

35Cl6 ，會生成特異性的二級離子。同位素峰中的下一個離子，m/z 359.80，攜帶一個37Cl，統(tǒng)計上來說會生成兩個二級離子，其中只有一個帶有37Cl。這種同位素效應導致二級離子豐度會隨著氯代程度升高而降低。

 

選擇離子監(jiān)測 (SRM) 模式下的分析序列使用了六個 (6) 保留時間窗口以及有重疊的質(zhì)量區(qū)間來檢測所有十個氯代程度(LOC)。 除了時段1，總要有兩個氯代程度是被平行監(jiān)測的。這種設置是由于相鄰氯代程度的PCB 同類物總是交替洗脫的。每個SRM 分析時段里進行分析的質(zhì)量數(shù)之多顯示出TSQ Quantum XLS 在進行多組分平行檢測任務時的能達到的速度和容量。表4 和5 詳細列出了SRM 時段和設置。

 

圖1. 一個PCB 標準品從一氯代到五氯代PCB 的提取離子色譜圖（柱上1 pg）

 

圖2. 一個PCB 標準品從六氯代到十氯代PCB 的提取離子色譜圖（柱上1 pg）

 

圖3. 標樣中的五氯-PCB 同類物，用兩個獨立的SRM 離子對分別檢測目標化合物（上圖）和同位素標記的（下圖）PCB 同類物104, 123, 118, 114, 105, 126。ISTD 譜圖也顯示出101L 和111L 成分。

 

所有PCB 同系物的每個氯代化合物都通過兩個獨立的SRM 離子對進行檢測。每個離子對使用分子離子的不同氯同位素峰作為一級離子。數(shù)據(jù)采集是根據(jù)表4 和5 中列出的SRM 詳表進行的。TSQ Quantum XLS 得到的MS/MS 結果如圖1 和2 所示。圖1 列出了從一氯代到五氯代PCB 的譜圖，而圖2 列出了從六氯代到十氯代聯(lián)二苯的譜圖。這些結果是使用表3 中列出的SRM 離子對參數(shù)得到的。圖1 和2 中的質(zhì)譜圖使用了每個化合物豐度最高的一級離子來示明氯代度的順序。所有同類物都能用每個SRM 離子對實現(xiàn)高響應的檢測。觀察到的信號豐度的降低是由于當進樣量為柱上1 pg 時，PCB 分子離子的同位素峰濃度根據(jù)統(tǒng)計學規(guī)律產(chǎn)生的降低。

 

圖3 比較了一個氯代度的兩個獨立SRM 離子對。頂部的質(zhì)譜圖代表源于未標記的五氯代PCB 同類物的質(zhì)荷比為323.90 和325.90 的一級離子，而底部質(zhì)譜圖則是同位素標記的內(nèi)標化合物（質(zhì)荷比為335.92 和 337.92 的一級離子）。這一比較證明了不同SRM離子對之間譜圖是高度吻合的，從而支持了對PCB 的識別的可靠性。

 

TSQ Quantum XLS 三重四極桿質(zhì)譜儀在標準分辨率模式下（0.7 Da 峰寬）得到的這些SRM 質(zhì)譜圖與利用氣相色譜和高分辨質(zhì)譜儀（GC-HRMS）得到的數(shù)據(jù)顯示出很好的相關度。 如圖3 所示的五氯代PCB 的情況，通過使用基于兩個不同一級離子的獨立離子對，本TSQ Quantum XLS 方法能夠達到歐盟指令所要求的高確定性。 而即便在每個SRM 窗口中都平行監(jiān)測兩個氯代度時，TSQ Quantum XLS 分析器的高運行速度也能為每個色譜峰提供至少6 到8 個數(shù)據(jù)點。這使得色譜峰的積分和定量的結果都十分可靠。

 

圖4. 血液樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖5. 牛奶樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖6. 蛋黃樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖7. 綠卷心菜樣品中dl- 五氯代PCB

 

 

經(jīng)與標準品檢測結果的比對，樣品中的PCB 濃度水平大致在中等含量飛克(fg) 至低含量皮克(pg) 區(qū)間。 未標記PCB 的檢出濃度為 0.2 和1.0 pg/μL，所有加入的13C 標記的內(nèi)標濃度為100 pg/μL。TSQ Quantum XLS 的選擇性實質(zhì)上消除了背景干擾，可以獲得較低的方法檢出限，和可靠的定量結果，和化合物的準確鑒定。

 

Thermo Scientific TSQ Quantum XLS 有利于復雜基質(zhì)樣品中低含量PCB 的篩查和定量，并能夠提供高度可靠的結果。本分析方法遵循USEPA 方法1668A，使用了同位素稀釋定量法。對復雜基質(zhì)樣品的檢測結果所示，加入13C- 標記的內(nèi)標組分能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠的檢出。

 

確證方法提供了被分析物的化學結構信息。擁有獨特雙曲面四極桿技術的TSQ Quantum XLS 為包括雞蛋、牛奶、卷心菜和血液等復雜基質(zhì)中低含量PCB 樣品的檢測提供了無與倫比的高選擇性。在H-SRM 模式下運行TSQ Quantum XLS 時，能夠觀察到在使用高分辨質(zhì)譜儀（如扇形磁場質(zhì)譜儀）時觀察到的PCB 典型分布模式。

 

本方法提出的使用兩個一級離子并檢測不同SRM 離子對的MS/MS 測量方法，是在各種復雜基質(zhì)中篩查PCB 的有效解決方案。對于食品管控來說，配備TSQ Quantum XLS的 GC-MS/MS 超出當前歐盟指令至少四個識別點，本文描述的方法提供了五個識別點。

 

對第三方及政府監(jiān)控實驗室來說，TSQ Quantum XLS 同樣能夠提供復雜基質(zhì)樣品高樣品通量的高生產(chǎn)率方案。因為使用了簡便的樣品前處理方法，TSQ Quantum XLS 在為PCB痕量分析提供無與倫比的分析表現(xiàn)，同時還有附加的經(jīng)濟優(yōu)勢。

 

1. General information about PCBs, see www.wikipedia.org

2. Fiedler, H., Polychlorinated Biphenyls (PCBs): Uses and Environmental Releases, UNEP Persistent Organic Pollutants.www.chem.unep.ch/pops/POPs_Inc/proceedings/bangkok/FIEDLER1.html

3. Turner, W.E.; Welch, S.M.; et al., Instrumental approaches for improving the detection limit for selected PCDD congeners in samples from the general U.S. population as background levels

continue to decline, Proceedings of the Dioxin Conference, Oslo 2006.

4. Method 1668, Revision A: Chlorinated Biphenyl Congeners in Water, Soil, Sediment, and Tissue by HRGC/HRMS, United States Environmental Protection Agency, Office of Water, EPA No. EPA-821-R-00-002, December 1999

5. EU Commission Directive 96/23/EC concerning the performance of analytical methods and the interpretation of results, 12 August 2002, see http://eur-lex.europa.eu

 

本文中用到了以下縮寫：

MoCB = 一氯代聯(lián)二苯

DiCB = 二氯代聯(lián)二苯

TrCB = 三氯代聯(lián)二苯

TeCB = 四氯代聯(lián)二苯

PeCB = 五氯代聯(lián)二苯

HxCB = 六氯代聯(lián)二苯

HpCB = 七氯代聯(lián)二苯

OcCB = 八氯代聯(lián)二苯

NoCB = 九氯代聯(lián)二苯

DeCB = 十二氯代聯(lián)二苯

同類物編號后面加“L" 表示標記的化合物。

 

表 4. TSQ Quantum XLS H-SRM 分析時段

 

表5. 采集時段1至6的每個SRM參數(shù)

 

原始數(shù)據(jù)采集使用Thermo Scientific TSQ Quantum GC。Thermo Scientific Quantum XLS 的表現(xiàn)通常達到或超過這些結果。