土壤中二噁英检测方案(气质联用仪)

Excellence in ScienceGCMSMS-107 GCMSMS-107 上海市淮海西路570号红坊E楼咨询电话：021-22013542http：//www.shimadzu.com.cn GCMS-TQ8050应用于土壤中二噁英(PCDD/Fs)的检测 GCMSMS-107 摘要：本文介绍了一种气相色谱-三重四极杆质谱法(GC-MS/MS)测定土壤中超痕量二噁英(PCDD/Fs)的分析方法。方法采用岛津GCMS-TQ8050仪结合MRM监测模式进行检测，采用13C标记同位素内标法定量。结果显示该方法具有较好的灵敏度和重复性(2，3，7，8-TCDD绝对进样量为20 fg时，峰面积RSD%<20%(n=12)，信噪比S/N>50)，且在0.1-40 ng/mL (TCDD)浓度范围内具有良好的线性(线性相关系数R²0.999)。实际样品的检测结果与高分辨气相色谱-高分辨质谱(HRGC/HRMS)法的定定结果具有较好的一致性，表明GCMS-TQ8050能够实现对土壤中痕量二噁英的分析检测。 关键词： GCMS-TQ8050土壤二噁英 多氯代二苯并-对-二噁英/多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)是一类典型的持久性有机污染物污染物(POPs)，具有致癌、致畸、致突变”等特性，被国际癌症研究机构(IARC)列为一级致癌物 (GroupI)。 现有研究表明， Dioxins 是目前世界上发现的无意识合成副产品中毒性最强的化合物。具有亲脂疏水特性的 Dioxins 易于长期残留在土壤、底泥等富含有机质的环境介质中，因此它们在环境中的检测成为了全世界关注的热点。 同位素稀释高分辨气相色谱质谱法(HRGC/HRMS)是分析环境中超痕量浓度的Dioxins 的有效方法之一，但由于该法操作复杂，分析周期长，成本和运行费用昂贵，限制了 HRGC/HRMS 的普及和应用。目前，随着三重四极杆气质灵敏度的增加，欧盟、美国、日本等国都已将其用于 Dioxins 的筛选检测 实验部分 1.1试剂 PCDD/Fs标准品及13C标记同位素内标分 中。 岛津 GCMS-TQ8050 采用了新高效检测器和3种降噪技术，实现了飞克级的定量分析，并提高了耐用性与稳定性，并达到了世界上最高的灵敏度水平之一。本文利用岛津GCMS-TQ8050 结合 Smart MRM 功能建立的土壤中 PCDD/Fs 的分析方法，并对实际样品进行了检测，其结果与高分辨气相色谱/高分辨质谱法(HRGC/HRMS)检测结果具有较好的一致性。 岛津 GCMS-TQ8050 别购自美国 Cambridge Isotope Laboratories 和加拿大 Wellington Laboratories. ( 作者： 王 璞，孙慧中1，张庆华1，田菲菲2 ) ( 1 中 国科学院生态环境中心二恶英实验室，北京，100085，中国 ) ( 岛津企业管理(中国)有限公司北京分析中心，北京，100020，中国 ) 1.2样品前处理 土壤样品的前处理方法基于 EPA method1613B[4]并进行适当修改。样品萃取采用加速溶剂萃取(ASE)法，净化采用酸/碱复合硅胶柱和活性炭柱。样品萃取前加入13C标记替代内标(1613-LCS)，仪器分析前加入13C标记进样内标(1613-IS)。 1.3仪器条件 样品分析采用岛津 GCMS-TQ8050。表1是 GC-MS/MS 的仪器分析条件。PCDD/Fs分析的 MRM 方法采用岛津的 MRM 自动优化工具，在一个序列中优化最佳的产物离子及碰撞能量，并将 MRM 的相关参数自动注册到Smart MRM 数据库，建立 MRM 的仪器方法(见图1)。该 MRM 方法中所监测的17种PCDD/Fs 及其 13C标记同位素内标均选择两个不同的前体离子和对应产物离子，并给出各离子对的驻留时间(dwell time)。为改善低浓度下目标物色谱峰的峰型(2，3，7，8-TCDD/F，10 fg/uL)，以及灵敏度和重现性，设置中将2，3，7，8-TCDD/F 的驻留时间增加至 0.35s； 为保证各组中化合物的循环采集时间在1.1s， 将13C标记同位素内标的2，3，7，8-TCDD/F的驻留时间减少至0.2s。PCDD/Fs同系物和13C标记 内标的保留时间及 MRM 条件设置见表2。 表1.GCMS 的仪器条件 气相条件 色谱柱 DB-5MS (60m×250 um×0.25 um) 进样口模式 不分流进样 进样体积 2uL 高压进样 300kPa (2min) 进样时间 1 min 进样温度 290°℃ 色谱柱柱温程 150℃(3 min)→(20C/min)→230C 序 (18 min)→(5℃/min)→235℃ (10 min)→(4C/min)→320C(1 min) 控制模式 恒线速度控制 流量 1.03 mL/min 质谱条件 离子化方式 EI 离子源温度 250°C 接口温度 270°C 采集模式 MRM 模式 CID 气 氩气 Q1分辨率 Unit Q3分辨率 Unit 发射电流 250 uA 循环时间 1.1 sec CID气压力 150 kPa 检测器电压 1.6kV 图1采用 Smart MRM 功能建立的 PCDD/Fs 同系物 MRM 自动采集方法 表2. PCDD/Fs 同系物和13C标立同位素内标的保留时间及 MRM条件设置 峰号 分析物 保留时间 前体离子>产物离子子 CE(V) 前体离子>产物离子子 CE(V) 3C-2，3，7，8-TCDF 26.572 315.90>251.90 31 317.90>253.90 31 2 2，3，7，8-TCDF 26.597 303.90>240.90 31 305.90>242.90 31 3 13C-1，2，3，4-TCDD 26.857 331.90>267.90 25 333.90>269.90 25 4 C-2，3，7，8-TCDD 27.749 331.90>267.90 25 333.90>269.90 25 5 2，3，7，8-TCDD 27.807 319.90>256.90 25 321.90>258.90 25 6 1C-1，2，3，7，8-PeCDF 35.283 351.90>287.90 34 349.90>285.90 34 7 1，2，3，7，8-PeCDF 35.312 339.90>276.90 34 337.90>274.90 34 8 3C-2，3，4，7，8-PeCDF 38.217 351.90>287.90 37 349.90>285.90 37 9 2，3，4，7，8-PeCDF 38.276 339.90>276.90 37 337.90>274.90 37 10 C-1，2，3，7，8-PeCDD 39.103 367.90>303.90 25 365.90>301.90 25 11 1，2，3，7，8-PeCDD 39.125 355.90>292.90 25 353.90>290.90 25 12 C-1，2，3，4，7，8-HxCDF 45.332 385.80>321.90 37 387.80>323.90 37 13 1，2，3，4，7，8-HxCDF 45.361 373.80>310.90 37 375.80>312.90 37 14 3C-1，2，3，6，7，8-HxCDF 45.594 385.80>321.90 37 387.80>323.90 37 15 1，2，3，6，7，8-HxCDF 45.609 373.80>310.90 37 375.80>312.90 37 16 C-2，3，4，6，7，8-HxCDF 46.825 385.80>321.90 37 387.80>323.90 37 17 2，3，4，6，7，8-HxCDF 46.836 373.80>310.90 37 375.80>312.90 37 18 13c-1，2，3，4，7，8-HxCDD 47.204 401.80>337.90 25 403.80>339.80 25 19 1，2，3，4，7，8-HxCDD 47.205 389.80>326.90 25 391.80>328.80 25 20 C-1，2，3，6，7，8-HxCDD 47.418 401.80>337.90 25 403.80>339.80 25 21 1，2，3，6，7，8-HxCDD 47.427 389.80>326.90 25 391.80>328.80 25 22 3C-1，2，3，7，8，9-HxCDD 47.890 401.80>337.90 25 403.80>339.80 25 23 1，2，3，7，8，9-HxCDD 47.919 389.80>326.90 25 391.80>328.80 25 24 C-1，2，3，7，8，9-HxCDF 48.452 385.80>321.90 34 387.80>323.90 34 GCMSMS-107 25 1，2，3，7，8，9-HxCDF 48.541 373.80>310.90 34 375.80>312.90 34 26 C-1，2，3，4，6，7，8-HpCDF 51.214 419.80>355.80 37 421.80>357.80 37 27 1，2，3，4，6，7，8-HpCDF 51.230 407.80>344.80 37 409.80>346.80 37 28 c-1，2，3，4，6，7，8-HpCDD 53.068 435.80>371.80 25 437.80>373.80 25 29 1，2，3，4，6，7，8-HpCDD 53.084 423.80>360.80 25 425.80>362.80 25 30 C-1，2，3，4，7，8，9-HpCDF 53.848 419.80>355.80 37 421.80>357.80 37 31 1，2，3，4，7，8，9-HpCDF 53.867 407.80>344.80 37 409.80>346.80 37 32 3C-OCDD 57.454 469.70>405.80 25 471.70>407.80 25 33 OCDD 57.464 457.70>394.80 25 459.70>396.80 25 34 OCDF 57.687 441.70>378.80 34 443.70>380.80 34 结果与讨论 2.1色谱图 图2是17种PCDD/Fs 同系物的分析质量色谱图 (EPA 1613-CS3)，仪器分析时间共计60min。 图2.PCDD/Fs (10-100 pg/uL) 的质量色谱图 (EPA 1613-CS3)，峰号对应目标物参见表2. 2.2线性考察 采用 EPA-1613 CVS 系列 (CSL，CS0.5，CS1-CS4)制作标准曲线。标准溶液进样量为1uL。所有化合物在设定范围内(例： 0.1-40ng/ml (TCDD))线性相关系数R²>0.999。17种PCDD/Fs 同系物的平均相对响应因子见表3。图3-5分别例举了 2，3，7，8-TCDD， 2，3，7，8-TCDF和 1，2，3，7，8-PeCDD 的校正曲线。 表3. PCDD/Fs 校准曲线的相关系数及各同系物的平均响应因子。 化合物 线性回归方程 R2 平均RRF RRF%RSD 2，3，7，8-TCDD Y=1.1344X+2.708327e-003 0.9994 1.32 11.5 1，2，3，7，8-PeCDD Y=0.9919633X+1.230142e-002 0.9992 1.10 1，2，3，4，7，8-HxCDD Y=1.03673X+3.009931e-003 1.0000 1.09 1，2，3，6，7，8-HxCDD Y=1.02256X-1.3048e-003 0.9999 1.06 1，2，3，7，8，9-HxCDD Y=1.02393X-1.378672e-002 0.9987 0.99 1，2，3，4，6，7，8-HpCDD Y=0.9479387X+2.145782e-002 0.9979 1.15 9.2 OCDD Y=0.9942801X+9.678293e-003 0.9997 1.10 6.1 2，3，7，8-TCDF Y=1.089904X+2.212659e-003 0.9995 1.19 4.5 1，2，3，7，8-PeCDF Y=0.9938926X+9.222148e-003 0.9997 1.08 2，3，4，7，8-PeCDF Y=1.006096X +1.239982e-002 0.9995 1.12 1，2，3，4，7，8-HxCDF Y=0.9915336X+2.928402e-003 1.0000 1.08 1，2，3，6，7，8-HxCDF Y=0.9722466X+5.713008e-003 0.9999 1.06 2，3，4，6，7，8-HxCDF Y=0.9473578X+1.432298e-002 0.9994 1.11 1，2，3，7，8，9-HxCDF Y=1.013798X-5.043215e-003 0.9997 0.99 1，2，3，4，6，7，8-HpCDF Y=1.050944X+3.74009e-003 1.0000 1.13 1，2，3，4，7，8，9-HpCDF Y=1.042322X+3.703036e-003 1.0000 1.12 OCDF Y=1.188512X+9.885828e-003 0.9997 1.30 图3.2，3，7，8-TCDD 的6点线性拟合校准曲线及平均响应因子 图4.2，3，7，8-TCDF 的6点线性拟合校准曲线及平均响应因子 图 5.1，2，3，7，8-PeCDD的6点线性拟合校准曲线及平均响应因子 2.3灵敏度考察 为考察 GC-MS/MS 在低进样浓度的响应灵敏度，将 EPA-1613CS1标准溶液稀释50倍(10fg/uL 2，3，7，8-TCDD)， 进样量为2pL， 即绝对进样量为 20 fg。 PCDD/Fs 同系物的 MRM 分析质量色谱图如图6. 图6. PCDD/Fs 同系物(10-100 fg/uL， 2uL 进样体积)的 MRM分析质量色谱图。注：图中峰号代表的化合物参见表2. 2.4重复性考察 将稀释50倍的 EPA-1613CS1 (10 fg/pL， 2，3，7，8-TCDD)分别进行日内和日间进样，考察仪器响应的重复性和稳定性。日内连续进样4次，日间连续进样3天，共计12次。峰面积变化的结果见图7，/，117种 PCDD/Fs 同系物与对应13C标记同位素内标的峰面积 RSD 均小于20%(见图7)，表明仪器响应的重复性和稳定性均较好。 图7.PCDD/Fs 与13C标记同位素内标峰面积的重现性(n=12)2.5实际样品分析土壤样品经前处理后，在相同的气相色谱条件下分别进行 GC-MS/MS 和 HRGC/HRMS 检测分析。图8是土壤样品中 PCDD/Fs 同系物的 GC-MS/MS 和 HRGC/HRMS 检测结果对比。在GC-MS/MS 的检测结果中，土壤中 PCDD/Fs 的毒性相当量(TEQ)为 0.47 pg WHO-TEQ2005/g；了 HRGC/HRMS 的检测结果中，土壤中 PCDD/Fs 的毒性相当量 (TEQ) 分别为 0.54 pg WHO-TEQ2005/g 二者相对偏差 RD<15%， 表明 GC-MS/MS 与 HRGC/HRMS 的分析结果具有较好的一致性。 结论 岛津 GCMS-TQ8050 系统能够实现对土壤中 PCDD/Fs 的有效筛查和定量分析。该方法具有较高的灵敏度，良好的线性和重现性。对实际样品的分析显示， GC-MS/MS 能够获得与HRGC/HRMS 的基本一致的分析结果，表明 GCMS-TQ8040 能够实现对土壤中痕量 PCDD/Fs 的分析检测。 田岛津全球应用技术开发支持中心 本文介绍了一种气相色谱-三重四极杆质谱法(GC-MS/MS)测定土壤中超痕量二恶英(PCDD/Fs)的分析方法。方法采用岛津GCMS-TQ8050仪结合MRM监测模式进行检测，采用13C标记同位素内标法定量。结果显示该方法具有较好的灵敏度和重复性（2,3,7,8-TCDD绝对进样量为20 fg时，峰面积RSD%< 20%（n=12），信噪比S/N>50），且在0.1-40 ng/mL (TCDD)浓度范围内具有良好的线性（线性相关系数R2>0.999）。实际样品的检测结果与高分辨气相色谱-高分辨质谱（HRGC/HRMS）法的测定结果具有较好的一致性，表明GCMS-TQ8050能够实现对土壤中痕量二恶英的分析检测。