饮用水中痕量有机污染物检测方案(液质联用仪)

作者 Dan-Hui Dorothy Yang、 Patrick Batoon、Tarun Anumol、Theresa Sosienski、Mark Sartain 安捷伦科技公司 美国加利福尼亚州圣克拉拉市 高灵敏度检测水中的痕量有机污染物 使用 Agilent 1290 Infinity FlexCube 在线 SPE 与Agilent Ultivo 三重四极杆液质联用系统 本应用简报展示了使用 Agilent 1200 Infinity 系列在线 SPE 解决方案与 Agilent Ultivo三重四极杆液质联用系统，检测水中的低浓度 (ng/L) 痕量有机污染物。该方法对水样采用大体积进样，无需进行繁琐的离线样品前处理和富集。Ultivo 融入了多项技术创新，大大减小了仪器体积，同时保持高灵敏度。本研究采用快速极性切换的同步正负离子电喷雾电离模式，对51种化合物进行了检测。通过线性、检测限(LOD)和相对标准偏差(RSD) 几方面证明了该系统的出色性能。 农药、药物、个人护理产品和工业化学品在日常生活中应用广泛，对水源造成了极大的污染。系统性环境污染会危及健康，引发了全球范围的密切关注。政府机构制定了相关法规来监测地表水和饮用水中的化学污染。化学污染物的控制由欧盟饮用水指令 98/83/EC'、美国环保局指南文件”等法规进行指导。世界卫生组织发布了饮用水安全指南，其中规定了水系统中常见的30多种农药的限值。全球各地的法规对这些有机污染物的限值要求(尤其是在饮用水中)可能在亚 ppt 至低 ppt(ng/L) 范围之间波动。为确保这种低浓度定量分析， LC/MS分析前通常需要进行样品富集。典型的离线富集方法是使用固相萃取或液相萃取大体积样品。这一过程不仅耗时，还会产生大量化学废弃物。FlexCube 在线 SPE 解决方案提供了自动化在线样品富集，使用阀系统控制样品交替上样至富集小柱上56。该模块可完美匹配当前的 LC/MS配置，通过单一集成软件平台进行操作。 Ultivo LC/TQ 被设计用于解决当前常规用户所面临的许多挑战。 Ultivo 采用的创新技术有助于减小仪器整体体积，同时其灵敏度和性能完全不逊于许多大型质谱系统。仪器设计的进展， 例如 Cyclone lon Guide 气旋离子导轨、Vortex CollisionCell 涡流碰撞室、超微离子滤片和双曲面四极杆，不仅能最大程度提高定量性能，还可改善仪器可靠性和稳定性。这几大优势的结合确保了更长的正常运行时间和更高的通量。 Ultivo 减少了系统维护过程中的用户干预，哪怕是非专业用户也能顺利完成系统的运行和维护。 Agilent MassHunter 软件简化了数据采集、方法设置、数据分析和报告。另外， Quant-My-Way 简化了数据处理和报告，可满足每位用户的工作流程要求，大幅缩短从进样到获得报告的时间。 本研究对一组包含51种污染物的化合物进行分析。所研究的分析物包括农药、农药代谢物、药品、全氟化合物、增塑剂等。在负离子模式下分析约25%的化合物，其中 Ultivo 提供的快速极性切换对于检测这些低浓度有机污染物至关重要。 ( 仪器 ) ( Agilent Infinity 系列在线 SPE 解决方案 ) ( Agilent 1260 Infinity ll 二元泵 (G7112B) ) ( Agilent 1260 Infinity II MultiSampler (G7167A)， 配有 900 pL计量头/定量环和冷却装置 ) ( Agilent 1290 Infinity Flexible Cube (G4227A)，配有在线 SPE启动装置 (G4742A) ， 提供了一个2位/10 通 Quick-Change 快速更换阀头及相应的毛细管 ) ( A gilent 1260 Infinity lI MCT (G7116A) ) ( 质谱检测 ) ( Agilent Ultivo 三重贡极杆液质联用 系 统，配有安捷伦喷射流电 喷雾离子源 ) ( 分析柱 ) ( Agilent Poroshell 120 EC C18， 3.0× 50 mm， 2.7 pm (部件 号699975-302) ) ( 两个保护柱卡套(部件号820999-901) ) ( 捕集柱(部 件 号 G4742A)， Agilent PLRP-S小柱，2 . 1×12.5 mm， 15-20 pm (部件号5982-1271) ) ( 表1列出了 Agilent 1260 Infinity ⅡI二元泵方法和 FlexCube 在线 SPE 方法。FlexCube 在线 SPE 仅使用 900 uL的进样量，相 比之下，传统 EPA 方法采用离线 SPE 并需要数百毫升样品。 包括富集和分析在内的整个分析周期为21分钟，相比之下， 冗长的离线 SPE 方法则需要数小时。表2列出了安捷伦喷射流电喷雾离子源参数，表3列出了本研究中涉及的化合物。 ) 表1.安捷伦二元泵和 FlexCube 条件 表3.本研究中检测的化合物 参数 值 分析柱 Agilent Poroshell 120 EC C18，3.0×50 mm， 2.7 pm 上样小柱 Agilent PLRP 2.1×12.5 mm，15-20 pm 流动相 二元泵： A)H20+0.01%乙酸+1mM乙酸铵+0.1mM 氟化铵B)0.01%乙酸的乙腈溶液 FlexCube： A1)H20+0.1%甲酸B2) ACN：IPA=1：1 柱温 40°C 进样量 900 pL 二元泵梯度程序 时间(min)%B 0 2 4 2 6 4016.5 9818 98 18.1 2 停止时间 19分钟 后运行时间 2分钟 FlexCube 时间表 时间(min) 0.00 泵送体积：以1.5 mL/min 的流速从通道 A1泵送240秒0.00 右阀改变位置：位置1 (FlexCube) 4.05左阀改变位置：增加阀位置 4.10 泵送体积：以1mL/min 的流速从通道 B2 泵送240秒 8.15泵送体积：以1.5mL/min 的流速从通道 A1泵送240秒 流速 0.40 mL/min 化合物 化合物 吉非罗齐 PFHxA 氢化可的松 PFHxS 布洛芬 PFNA 茚虫威 PFOA 氯唑磷 PFPeA 眠尔通 PFUdA 甲霜灵 扑米酮 灭多威 普奈洛尔 速灭磷(顺式) 残杀威 萘普生 尼泊金丙酯 甲基炔诺酮 西玛津 恶霜灵 磺胺甲恶唑 二甲戊乐灵 TCEP PFBS 睾酮 PFDA 三氯卡班 PFDoA 甲氧苄啶 PFHpA 蚜灭多亚砜 表2.安捷伦喷射流电喷雾离子源参数 参数 值 干燥气温度 250℃ 干燥气流速 11 L/min 鞘气温度 375℃ 鞘气流速 12 L/min 雾化器压力 45 psi 喷嘴电压(V) 500(+)；500(-) 毛细管电压(V) 4000(+)；3500(-) 此配置中的 Agilent 1290 Infinity FlexCube 包括 2位/10通阀。在方法设置中设定好阀位置，以便在上样过程中两根捕集柱交替使用。FlexCube 还包含往复式活塞泵和溶剂选择阀，用于将样品冲洗至捕集柱、清洗小柱并平衡小柱(图1)。如果用于上样的阀位置已经选定， FlexCube 内部的活塞泵将与自动进样器连接，并将样品冲洗至捕集柱 (SPE 1)。另一根捕集柱(SPE 2)与分析泵连接，并将样品洗脱至分析柱。捕集柱上样完成后，切换阀，从而更换捕集柱的位置。液相泵开始泵送梯度溶剂，将捕集柱 (SPE 1)上富集的分析物洗脱至分析柱。同时，前一次运行中洗脱的捕集柱 (SPE 2) 进一步得到清洗和再平衡。溶剂选择阀选取合适的清洗溶剂并通过FlexCube 的活塞泵完成清洗程序。 使用动态多反应监测(dMRM) 方法对涵盖不同分析物类别的51种污染物进行了分析。 化学品和标准品 液相色谱级乙腈 (ACN) 购自美国 Honeywell 公司 (015-4)。新制超纯水产自配置LC-Pak Polisher 和 0.22 um 膜式终端过滤器(Millipak) 的 Milli-Q Integral 水纯化系统。异丙醇(IPA)购自 Honeywell (323-4)。乙酸铵固体购自 Fluka， 然后配制成5 mol/L 溶液(14267-25G)。乙酸购自 Sigma-Aldrich (338826-25ML)。5 mol/L 甲酸铵溶液得自安捷伦公司 (G1946-85021)。 全氟烷基化合物购自 Wellington Laboratories (加拿大)。所有其他标准品购自 Ultra Scientific (USA)、Sigma-Aldrich(USA)或由合作方提供。 Agilent 1260 Infinity II MultiSampler 废液 (900pL 计量头) 色谱泵 Agilent Poroshell B 洗脱 图 1. FlexCube 在线 SPE 阀示意图 结果与讨论 方法线性 在乙腈中配制浓度为 0.5 ppm 的储备液，包含除含氟化合物以外的所有分析物。将 14 pL 上述储备液以及 3.5 pL 含氟化合物(2 ppm 储备液)加入13.98 mL Millipore 水中，使加标浓度达到 500 ng/L。使用该溶液配制8个校准浓度(200、100、50、20、10、5、2.5和1.25 ng/L)。每个浓度重复进样六次，采集相应数据。 采用线性拟合和1/x 加权得到的大多数校准曲线的R²值优于 0.99。图2显示了本研究获得的六种化合物的典型校准曲线。3-羟基克百威、灭多威和乙拌磷亚砜是 EPA 方法540中监测的化合物。这三种化合物能够以最低 1.25 ng/L 的加标浓度得到准确定量。水系统中常见的化合物类别如布洛芬(药物)、全氟烷基化合物(PFOA)和睾酮(激素)也能够在最低校准浓度下得到定量。这表明 Ultivo LC/TQ 和 1290 Infinity FlexCube 在线 SPE 系统这一组合适用于对水中的痕量有机物进行分析。 一些疏水性分析物(例如，茚虫威和二甲戊乐灵)需要进行二次拟合，但R尺仍高达0.994。这种二次拟合可能是由于水中浓度极低的分析物与容器表面直接接触而导致损失。 图2.所选的校准曲线。EPA方法540中包括的化合物以蓝色突出显示 方法灵敏度 图3显示了水中浓度为 10 ng/L 的51种化合物的信号响应。显然，许多化合物可以在远低于这一浓度下被检出。许多化合物的信号响应比较出色；；-一些分析物能够在远低于 1.25 ng/L的最低校准点的浓度下被检出。 图3.在进样量为 900 pL的情况下，10 ppt分析物的信号响应 定量限 (LOQ) 由信噪比 (S/N) 高于10的最低校准点进行计算，在六次重复测定的至少四次测定中，定量准确度为 80%-120%。图4显示了本研究所涉及的化合物的检测灵敏度。，可以看出，86%的分析物能够在低于 10 ng/L 的浓度下得到准确定量。 图4.51种污染物的 LOQ分布(准确度为80%-120%) 方法精度 在1.25 ng/L 至500 ng/L 范围内的各个浓度下，采集六次重复进样的结果。计算准确定量的最低浓度下的%RSD (六次重复测定中至少四次测定结果的准确度为80%-120%)。除一种化合物以外，所有 %RSD 均低于 20%，如图5所示。良好的%RSD 也反映出两种交替使用的富集小柱性能一致。图6展示了多次进样的峰面积和保留时间相当稳定。空白样品偶尔会包含目标分析物。本研究中，空白样品仅明显含有 DEET， 但其浓度远低于10 ng/L。 图5.测量精度(%RSD， n= 6) ×104 图6.在交替使用富集小柱的情况下，对20 ng/L 样品进样分析六次得到的叠加色谱图 实验结果表明，使用 Agilent 1290 Infinity FlexCube 在线 SPE和 Agilent Ultivo 三重四极杆液质联用系统能够对水中的痕量有机污染物进行高灵敏度检测。在进样量为900 pL 的情况下，大多数分析物能够以低至 ng/L级的浓度得到准确定量。除一种化合物以外，均获得了优异的线性和精度。该方法提供了与目前的离线 SPE 方法相媲美的检测浓度，并节省了分析时间、工作量和溶剂用量。 ( 1 . European Union Drinking Water Directive 98/83/EChttp：//ec.europa.eu/environment/water/water-drink/ index_en.html ) 2. EPA METHOD 540： Determination of Selected OrganicChemical In Drinking Water by Solid Phase Extraction andLiquid Chromatography/Tandem Mass Spectrometry (LC/MS/MS) 3. Method 1694： Pharmaceuticals and Personal CareProducts in Water， Soil， Sediment， and Biosolids byHPLC/MS/MS，https：//www.epa.gov/sites/production/files/2015-10/documents/method_1694_2007.pdf 4. Guidelines for Drinking-water Quality (4th Edition)， WorldHealth Organization， 2011， ISBN 978 92 4154815 1 5. Quantification of trace-level herbicides in drinking waterby online enrichment with the Agilent 1200 Infinity SeriesOnline-SPE Solution and Triple Quadrupole MS Detection(Agilent 1200 Infinity 系列在线 SPE解决方案与三重四极杆质谱仪联用实现在线富集以定量检测饮用水中的痕量除草剂)，安捷伦科技公司应用简报，出版号5991-1738EN， 2013 6. 使用 LC/MS分别通过直接进样和在线 SPE 进行水中痕量除草剂定量分析的比较研究，安捷伦科技公司应用简报，出版号5991-2140CHCN， 2013 查找当地的安捷伦客户中心： www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线：800-820-3278，400-820-3278(手机用户)联系我们：LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com ( 本文中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 ) Trusted Answers 摘要本应用简报展示了使用 Agilent 1200 Infinity 系列在线 SPE 解决方案与 Agilent Ultivo三重四极杆液质联用系统，检测水中的低浓度 (ng/L) 痕量有机污染物。该方法对水样采用大体积进样，无需进行繁琐的离线样品前处理和富集。Ultivo 融入了多项技术创新，大大减小了仪器体积，同时保持高灵敏度。本研究采用快速极性切换的同步正负离子电喷雾电离模式，对 51 种化合物进行了检测。通过线性、检测限 (LOD) 和相对标准偏差 (RSD) 几方面证明了该系统的出色性能。前言农药、药物、个人护理产品和工业化学品在日常生活中应用广泛，对水源造成了极大的污染。系统性环境污染会危及健康，引发了全球范围的密切关注。政府机构制定了相关法规来监测地表水和饮用水中的化学污染。化学污染物的控制由欧盟饮用水指令 98/83/EC、美国环保局指南文件等法规进行指导。世界卫生组织发布了饮用水安全指南，其中规定了水系统中常见的 30 多种农药的限值。全球各地的法规对这些有机污染物的限值要求（尤其是在饮用水中）可能在亚 ppt 至低 ppt (ng/L) 范围之间波动。为确保这种低浓度定量分析，LC/MS 分析前通常需要进行样品富集。典型的离线富集方法是使用固相萃取或液相萃取大体积样品。这一过程不仅耗时，还会产生大量化学废弃物。FlexCube 在线 SPE 解决方案提供了自动化在线样品富集，使用阀系统控制样品交替上样至富集小柱上5,6。该模块可完美匹配当前的 LC/MS 配置，通过单一集成软件平台进行操作。Ultivo LC/TQ 被设计用于解决当前常规用户所面临的许多挑战。Ultivo 采用的创新技术有助于减小仪器整体体积，同时其灵敏度和性能完全不逊于许多大型质谱系统。仪器设计的进展，例如 Cyclone Ion Guide 气旋离子导轨、Vortex Collision Cell 涡流碰撞室、超微离子滤片和双曲面四极杆，不仅能最大程度提高定量性能，还可改善仪器可靠性和稳定性。这几大优势的结合确保了更长的正常运行时间和更高的通量。Ultivo 减少了系统维护过程中的用户干预，哪怕是非专业用户也能顺利完成系统的运行和维护。Agilent MassHunter 软件简化了数据采集、方法设置、数据分析和报告。另外，Quant-My-Way 简化了数据处理和报告，可满足每位用户的工作流程要求，大幅缩短从进样到获得报告的时间。本研究对一组包含 51 种污染物的化合物进行分析。所研究的分析物包括农药、农药代谢物、药品、全氟化合物、增塑剂等。在负离子模式下分析约 25% 的化合物，其中 Ultivo 提供的快速极性切换对于检测这些低浓度有机污染物至关重要。结论实验结果表明，使用 Agilent 1290 Infinity FlexCube 在线 SPE 和 Agilent Ultivo 三重四极杆液质联用系统能够对水中的痕量有机污染物进行高灵敏度检测。在进样量为 900 μL 的情况下，大多数分析物能够以低至 ng/L 级的浓度得到准确定量。除一种化合物以外，均获得了优异的线性和精度。该方法提供了与目前的离线 SPE 方法相媲美的检测浓度，并节省了分析时间、工作量和溶剂用量。