空气中二恶英(二噁英)检测方案(自动进样器)

Abundance 大体积进样连接气相色谱质谱法测定二恶英 王亚伟1，张庆华1，江桂斌1*，贺卿2 1环境化学与生态毒理学国家重点实验室，中国科学院，北京，1000852弗科斯科技有限公司 ATAS中国技术服务中心，北京，100012 摘要：利用大体积进样技术 (Large volume injection， LVI)，结合气相色谱一质谱仪器，对二恶英的测定效果进行了研究。同时与传统分流/不分流进样技术进行了对比。对进样量1，5，10，25， 50 uL 和100pL 的色谱图进行了分析。研究表明使用大体积进样方式，在不影响色谱分离度的同时，大幅度提高了仪器分析灵敏度。 关键词：气相色谱一质谱联用；；大体积进样；二恶英 Determination of dioxin by gas chromatography-mass spectrometrycoupled with large volume injection Yawei Wang， Qinghua Zhang， Guibin Jiangl*， Qing He lState Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology， Research Center for Eco-Environmental Sciences， The Chinese Academy of Sciences， Beijing 100085， PR China 2Focus Technology Co.， Ltd-Service Center of ATA S in China， Beijing， 100012 Performance for dioxin determination by gas chromatography-mass spectro： triycoupled with large volume injection was studied. The comparison for the injectionvolume of 1， 5， 10，25，50 pL to 100 pL was studied. The results showed that theseparation performance was not affected and analytical sensitivity is greatly decreasedcompared to the traditional split/splitless injection. Keywords： GasChromatography- MassSpectrometry；； Dioxin； LargeVolume ( *作者简介：王亚 伟 ，男，博士研究 生 。E-mail： wang yw 123@12 6 .co m ) ( 基金项目：持久性有机污染物的环境安全、演变趋势与控制原理，科技部973项目(2003CB415001) ) Injection 二恶英是两类化学结构和毒理学性质相似的三环多氯代芳香烃类化合物的简称(1)，包括多氯代苯并一对一二恶英 (polychlorinated dibenzo-p-dioxins， PBDDs)和多氯代一苯并呋喃(polychlorinated dibenzofurans， PCDFs)。PCDDs 和PCDFs各有75个和130个同族体 (congener)。2001年，由联合国环境署(UNEP)组织，签订了斯德哥尔摩公约。，二二恶英被列入公约收控的持久性有机污染物(persistentorganic pollutants， POPs)(2)。 二恶英的化学检测方法一般采用气相色谱来进行分离。所用检测器包括电子捕获检测器(electron capture detector， ECD)， 火焰离子化检测器(flame ionizationdetector， FID)， 质谱检测器(mass spectrometry， MS)等，但与MS联用检测是最常用的方法(3，4)。二恶英在环境样品中的含量基本在pg/g或pg/L的水平甚至更低。为了满足二恶英的超痕量分析要求，需要最大限度地降低检测限，提高分析灵敏度。一般通过两种方法来实现：第一种是提高分析仪器的灵敏度。在目前的条件下仪器分析的灵敏度技术趋于成熟，大幅度提高已经不太现实；第二二种是增加进样量。对于这种方法有两种途径可以实现，第一是增加样品提取量，同时加大样品的浓缩倍数后进样，这种方法浓缩率可以达到数万倍。但由于提取器容量的限制，不可能无限的增加提取量，并且增加提取量会造成样品前处理工作量的大大增加。目前将样品提取液浓缩至10至20uL的方法主要是采用氮吹浓缩的方法，要求操作人员十分小心，而且很容易造成样品的损失。第二种途径是采用大体积进样技术。程序升温大体积进样是目前应用最多的一种大体积进样技术。基本原理是在温度较低时用载气将溶剂迅速带走，然后利用可快速程序升温的进样器将样品汽化进样，从而实现大体积进样。这种方法最明显的优点是可以在毛细管色 谱柱上实现几十甚至上百微升的进样量，从而大大提高方法的检测限。从上世纪90年代，大体积进样技术已经用于环境样品的测定(5)。在我国，，该项技术被用于分析痕量氯霉素(6)，饮用水和地下水中的苯基脲类和三嗪类除草剂(7)，空气中的痕量苯(8)，毒鼠强和氟乙酰胺(9)等。 本实验室在已有的实验基础上，结合弗科斯科技有限公司的GC 多模式进样系统，对大体积进样模式和常规的分流/不分流模式在分析二恶英的实验中进行了对比评价。 1实验部分 1.1仪器与试剂 Agilent 6890N 气相色谱仪(Wilmington， USA) 连接 5973 质谱。 GC 多模式进样系统 OPTIC 3 (弗科斯科技有限公司，荷兰)；大体积进样衬管：P/No：A100060。图1， a为大体积进样衬管示意图。 所用溶剂为农残级，购自 Fisher 公司。柱效检查标准溶液(ED-935， TCDD ColumnPerformance Check Solution)购自 Cambridge 公司，具体描述见表1。 取初始标准溶液10uL，分别稀释至5倍，10倍，25倍，50倍，100倍。初始标准溶液和稀释后的系列溶液分别进样1，5，，10，25，50，100pL，以保证在不同体积进样条件下，目标化合物绝对量一致。 表1.柱效检查标准溶液二恶英单体浓度及检测离子峰。 Table 1 Concentrations of TCDD column performance check solution and ion peak. 单体 含量 (ng/uL) 检测离子峰 2，3，7，8-TetraCDD 100/550 320，322 1，2，3，4- TetraCDD 100/550 320，322 1，4，7，8-TetraCDD 100/550 320，322 1，2，3，7/1，2，3，8-TetraCDD pair 100/550 320，322 1，2，7，8-TetraCDD 200/550 320， 322 1，2，6，7-TetraCDD 200/550 320，322 2，3，7，8-TetraCDD(3C12) 250/550 332，334 1，2，3，4-TetraCDD(3C12) 500/550 332，334 1.2大体积进样条件选择 图1，b显示为大体积进样的条件选择界面。进样口的初始温度设为40℃，升温速率为10°C/sec，快速升温至280C。载气为氦气，流速保持在1ml/min， 转移时间设为 90sec。排空流量为50ml/min，吹扫流量 25ml/min。 对于溶剂排空模式的进样方式，样品主要通过两个过程进行仪器分析。第一步进行溶剂的排空。在低温状态下，进行大流量载气的吹扫以便溶剂挥发并由分流阀排出，而待测物被富集保留在衬管填充物上。第二步，待溶剂挥发完全之后，分流阀关闭，进样口温度迅速升高，吸附在填充物上的待测物被迅速解析下来并被载气转移到色谱柱进行分析。 在大体积进样中，需要验证的问题是随着进样量的增加，是否会对色谱的分离效果产生影响以及上一次进样的被分析物是否释放完全而不影响下一次的进样。为了验证上一次进样残留对对下一次进样没有影响，在每个浓度梯度测定完毕，进行溶剂空白进样。结果发现，在此进样条件下，上次进样残留对下次进样分析不会造成干扰。 图11(a)：大体积进样衬管示意图；1；(b)：大体积进样条件选择流程界面。 Fig. 1. (a) The figure of liner pipe； (b)： Operational parameters of LVI during the running time. 1.3色谱和质谱条件选择 色谱柱： HP-5MS， 30m×0.25mm×0.25um， 10，50，100pL进样针。炉温升温程序：80℃(0.5 min)8C/min 220℃ 2℃/min 270℃(5min)。电离方式为电 子轰击 (EI)， 采集方式为选择离子检测模式。 2.结果与讨论 2.1分流/不分流进样 首先，我们采用分流/不分流进样模式，用质谱色谱图对标准溶液进行了分析，进样量为1uL， 并且与100uL 的进样量进行对比，图2为选择离子对比图。EPA1613规定，在分析二恶英进行柱效检测时， 2，3，7，8-TCDD 与最近的单体1，2，3，7-TCDD 间的峰谷比 2，3，7，8-TCDD 峰高要<25%。在本文所用的条件下，由图2可以看出已经达到了基线分离。这说明我们所建立的分离条件是符合要求 的。 2.2大体积进样 对于大体积进样模式，分别进行1，5，10，25，50，100uL的进样量，每个浓度平行进样三次，计算其标准偏差。色谱图见图3。 2.3峰面积对比 图4显示了六个目标化合物在不同进样体积下的峰响应面积。从下到上的曲线依次为 1，2，3，7/1，2，3，8- TetraCDD， 1，4，7，8- TetraCDD，1，2，7，8- TetraCDD， 1，2，6，7- TetraCD，2，3，7，8-TetraCDD， 1，2，3，4- TetraCDD 在不同进样量条件下的峰响应面积。六个目标化合物的三次平行进样的相对标准偏差在2-12%之间，，平均值为7%。这说明在进行二恶英的测定时，用大体积进样技术可以保证样品分析的很好的重复性。从图4和图2对比可以看出，采用大体积进样模式所得到的峰响应面积比常规的分流/不分流模式的峰响应面积要大。这是因为在使用分流/不分流进样模式时，只有部分被分析物进入分离检测系统，另外一部分被分析物被载气吹扫带走，而利用大体积进样技术时，被分析物首先在载体上富集，然后经过快速升温解吸， Time--> Abundance 图2，气相色谱一质谱分流/不分流进样与大体积进样柱效检验选择离子对比比。 峰从左到右依次为：：1，4，7，8-TetraCDD， 1，2，3，4- TetraCDD， 1，2，3，7/1，2，3，8-TetraCDD， 2，3，7，8-TetraCDD，1，2，7，8-TetraCDD，1，2，6，7-TetraCDD. Fig. 2. The chromatography of the column check standard by GC-low resolution massspectrometry using split/splitess injection. Time--> 图3.不同体积进样的色谱分离效果图。0512702.D： 1uL；0512706.D： 5uL；0512709.D： 10uL；0512713.D：25pL；0512716.D： 50pL；0512721.D：100pL. Fig. 3 The chromatography of different injection volume. 被载气吹入分离检测系统，所以在被分析物的进样绝对量相同的条件下，大体积进样的峰响应面积要大于常规分流/不分流进样技术，这样就增加了仪器检测的灵敏度。同时，对于在目标化合物进样绝对量保证一致的前提下，随着进样体积的增加，峰响应面积并没有明显的变化。这说明，对于大体积进样技术，随着进样体积的增加，并不影响目标化合物进入分离检测系统的效率。同时我们还可以观察到，对于100uL的进样量，峰面积还有一定的增加。 2.4峰宽对比 图5显示了进样量从1uL增加到 100uL 时六个目标化合物的峰宽示意图。三次平行进样除了 1pL 进样量的峰宽相对标准偏差比较大以外(最大值为31%)，其它进样量的峰宽相对标准偏差均在0-14%之间，平均值为3%左右。这说明采用大体积进样可以减少由于进样量所带来的仪器分析误差。 同时从图5我们还可以看出，从1pL增加到100uL的进样，色谱峰并没有明显 的峰展宽现象。这说明随着进样量的增加，并不影响目标化合物色谱峰的峰形和分离效果。 图4.六个目标化合物在不同进样量条件下的峰面积响应对比。 Fig. 4. The comparison of peak response of six target compounds under different injection volumes condition. 图5.六个目标化合物在不同进样量条件下的峰宽对比。 Fig. 5. The comparison of peak width of six target compounds under different injection volumes condition. 从以上对色谱峰的峰型，峰面积的分析对比我们可以看到，大体积进样技术并不影响被分析物在机器上的响应，也没有明显的峰展宽和脱尾现象发生。这些数据说明不仅其有很好的定量性能，而且表明系统可以忍受较大体积的进样。在二恶英等痕量超痕量仪器分析过程中，可以用大体积进样技术代替常规的分流/不分流技术。由于在常规进样过程中，常常需要将被分析样品用氮吹的方法浓缩到10-20uL的体积，以便进入机器的自动检测。而使用大体积进样技术，则可以将最终的被分析样品的体积浓缩到1ml甚至更大的体积就可进行进样。这样，就减少了氮吹浓缩的时间。从而简化了分析步骤，节约了样品预处理的时间。另外，由于长时间对样品的浓缩氮吹，可能使部分被分析物挥发而造成方法的误差，而大体积进样技术则可以避免由于氮吹而造成的加标回收率的降低。 3结论 从以上比对结果可以看出，利用大体积进样方法在分析二恶英样品中比可以代替分流/不分流进样方式具有更高的分析灵敏度，而且对分离效果没有影响。。同时简化了样品分析步骤，节约了样品预处理的时间。 ( 参考文献 ) ( [1]. L indstrom G， Hooper K， Petreas M， S t ephens R， G i lman A. Workshop on perinatalexposure to dioxin-like compounds. I. Summary. Environ. Health Persp. 1 995，1 0 3(Suppl2)： 1 35-142. ) [2].UNEP. Final act of the conference of plenipotentiaries on the StockholmConvention on persistent organic pollutants. UNEP/POPs/CONF/4，2001. [31S.ing S B， Kulshrestha G. 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