气溶胶颗粒中半挥发性有机化合物（SVOC）检测方案(气相色谱仪)

作者 Tingting Xu 和 Xiang Li 复旦大学 中国上海 Shifen Xu 安捷伦科技(上海)有限公司 中国上海 Kai Chen 安捷伦科技公司 Santa Clara， CA 使用 Agilent 7200 系列 GC/Q-TOF系统对气溶胶颗粒上的半挥发性有机化合物(SVOC) 进行筛选 应用简报环境 摘要 气溶胶颗粒上吸附的有机化合物组成能够为气雾剂的空气污染研究提供重要线索。将Agilent 7200 系列精确质量数 GC/Q-TOF MS 的全采集电子电离(EI)模式与 AgilentMassHunter软件工具相结合，能够得到一种用于筛选复杂颗粒提取物中多种化合物的非靶向工作流程。使用 EI-MS/MS 功能根据子离子碎片的精确质量数来研究未知化合物的结构。 半挥发性有机化合物 (SVOC) 具有多种分子结构，与气溶胶颗粒的形成及其对健康的影响息息相关[1，2]。由于人们对微小气溶胶颗粒引起污染的关注度日益增长，且颗粒吸附的有机化合物日益多样化，因此 SVOC 的筛选成为了一项要求日益严格的复杂任务，需要采用高选择性、高灵敏度的非靶向工作流程进行数据分析。 一种使用四极杆飞行时间质谱 (Q-TOF)分析气溶胶颗粒有机物含量的精确质量数方法提供了更可靠的鉴定结果，并能够同时筛选几乎无限数量的 SVOC。它提供的理想分析工具可用于筛选和确证复杂气溶胶颗粒提取物中的目标化合物及未知化合物。 本应用简报展示了一种使用高分辨率 Agilent 7200 系列 GC/Q-TOF系统对气溶胶胶粒上吸附的 SVOC 进行非靶向筛选的工作流程。采用通过 NIST标质质谱库搜索的解卷积质谱图获得化合物匹配结果。利用分子离子或碎片离子的精确质量数确证化合物分子式。GC/Q-TOF 系统的另一个优势是能够在 MS/MS模式下运行以研究未知化合物的结构。 实验部分 仪器 采用 Agilent 7890B 气相色谱系统与 Agilent 7200A Q-TOF 系统联用开展研究。仪器配置如图1所示，仪器条件列于表1中。气相色谱运行中启用了保留时间锁定(RTL)功能以及安捷伦农药与环境污染物 (P&EP) MRM 数据库3.0(部件号9250AA)中包括的恒流柱中反吹筛选方法。 图1. 显示柱中反吹的 Agilent 7200 GC/Q-TOF 系统配置。将 Agilent 7890B GC与 Agilent 7200A Q-TOF进行了联用 表1.Agilent 7890B 气相色谱与 Agilent 7200A GC/Q-TOF质谱的仪器条件气相色谱条件 色谱柱 Agilent HP-5ms UI 柱， 15mx0.25 mm， 膜厚 0.25 pm(各两根) 载气 氦气 色谱柱1流量 1.0 mL/min 色谱柱2流量 1.2 mL/min 进样口温度 280°C 进样模式 不分流 进样量 2 pL 柱温箱升温程序 60℃ 下保持 1 min， 以40°C/min 升至120℃， 保持0 min， 以 5C/min 升至310℃， 保持 10 min 运行时间 50.5 min 反吹 5 min (后运行) 传输线温度 310°C Q-TOF MS 条件 电离模式 El 离子源温度 300°C 四极杆温度 180°C 质量范围 50-500m/z 谱图采集速率 5 Hz， 以棒状图和轮廓图两种模式采集 样品前处理 使用采样器(中国广州)在 300 L/min 的流速下，将气溶胶颗粒(PM2.5) 采集到石英纤维过滤器 (QFF， Whatman， 5 英寸×8英寸)上。在采样前后，将 QFF 置于20℃和相对湿度 (RH) 40%的恒温恒湿洁净室中平衡24小时。采用灵敏度达 0.001 mg的电子微量天平 (Sartorious， IL， US) 测定各个 QFF 上的颗粒质量。用50mL二氯甲烷/己烷 (1：1， v/v)在7°℃下对滤液(一半)索氏提取48小时。用过滤器装置对提取物进行过滤。提取物经旋转蒸发器浓缩后，在纯N，流下进一步浓缩至2mL， 溶剂替换为正己烷。 数据分析 在数据处理时，使用 Agilent MassHunter 定量分析软件(B.07.01)中的未知物分析工具进行色谱峰解卷积，然后通然与 NIST 14 质谱库进行对比来鉴定化合物。利用精确质量数信息和 MassHunter定性分析软件(B.07.01)中的精确质量数工具进一步确证解卷积峰的归属。使用分子结构关联(MSC)软件进一步研究初步鉴定出的化合物结构。 结果与讨论 色谱峰解卷积和谱库搜索 使用未知物分析软件中的色谱峰解卷积进行数据处理，为找到尽可能多的化合物，将精确质量提取窗口设置为 100 ppm， 并将可变保留时间窗口大小因子设置为50-200(图2)。根据与 NIST谱库比较得到的匹配因子得分>50的结果鉴别出大约2600种化合物，其中包括烷烃类、藿烷类、酮类、多环芳烃(PAH)、含氧多环芳烃(O-PAH)、酯类和杂环化合物。利用分子式生成器和分子式计算工具对通过解卷积找到的每种化合物的归属进行确证。PAH 和 O-PAH的筛选结果示例如下文所示(图3和图4)。类似的工作流程可应用于筛选其他类别的化合物。 图2.用于进行色谱柱解卷积的未知物分析软件。图中显示了总离子流色谱图 (TIC) (A)、组分和谱库匹配谱图的镜像图(B)以及组分的叠加提取离子色谱图 (EIC)(C) 图3. PAH的筛选结果。色谱图 (A) 叠加了 TIC(黑色)和已鉴定 PAH 的组分图谱(红色)，而通过分子式计算器计算得到的已鉴定 PAH分子离子的质量数误差显示于图B中，分子式分布显示于图C中 图4. 利用精确质量数信息确证 O-PAH。使用分子式计算器计算得到的已鉴定0-PAH的分子离子质量数误差显示于图A中，而分子式分布和示例性结构显示于图B中 PAH 和 0-PAH的鉴定 未知物分析能够鉴定与未分离的复杂混合物共流出的大量 PAH，如图3所示。精确质量数信息可用于确证大约100种PAH，质量数误差小于5 ppm。 P&EP MRM 数据库包含若干 PAH 的保留时间(RT)，利用该数据库可进一步确证匹配结果。数据库与样品之间的 RT 差值均处于0.03分钟的窗口内。良好的 RT匹配结果进一步验证了精确质量数信息可用作确证工具。分子式分布显示气溶胶颗粒的提取物中存在各种 PAH， 这些化合物含有10-28个碳原子。 同样，在气溶胶颗粒的提取物中也鉴定出了O-PAH， 通过精确质量数信息确认了其中34种组分。图4显示了所有鉴定出的O-PAH的质量数误差和分子式分布。一些典型O-PAH的结构也显示于图4中。 利用MS/MS给出未知化合物的结构 色谱峰解卷卷能够发现未知化合物，如图 5 所示。NIST 普库中与这一谱图最接近的匹配结果是蒽并[1，9-cd]吡唑-6(2H)-酮，其分子式为 CaHgN20。然而，仅仅根据质量准确度即可排除这一初步匹配结果，因为该分子离子的误差达到了48.62 ppm。这突出体现了Q-TOF 获得的精确质量数据相对于单位质量仪器获得数据的优势。 使用精确质量数信息给出了该未知化合物的分子式 CgHg0z， 其质量数误差为2.83 ppm。然而，采用该分子式在 NIST 质谱库中未能找到任何化合物。7200 GC/Q-TOF 的另一优势在于能够执行精确质量 MS/MS分析，该分析对于未知物的结构解析非常有价值。 图5.未知化合物与初步 NIST 谱库匹配化合物之间的质谱图比较 (A，B)。解卷积离子的共流出曲线(C)确认它们全部属于同一组分。然而，仅仅根据质量准确度即可排除该化合物，因为其分子离子的误差达到了 48.62 ppm 图6显示了使用MS/MS模式通过精确质量碎片得出该未知化合物结构的工作流程。利用分子式生成器工具可为分子和主要碎片离子分配准确的经验式。为了给出该未知化合物的结构，将谱图作为 CEF 文件导入分子结构关联(MSC) 软件， MSC 将搜索 ChemSpider 数据库以查找所有可能的结构异构体。虽然这种确证并不是完全明晰的，但它还是提供了对初步鉴定的 O-PAH的进一步验证。图7示出了根据 MSC 软件中所列的碎片给出的碎裂途径。 图6. 使用分子式生成工具由 MS/MS 谱图生成的经验式(A)，以及使用 MSC 软件对经验式为 CsH；0，的化合物的结构解析结果(B)。根据相对于所提出的分子式的质量误差，以及需要断裂多少化学键来生成所给出的分子式的罚分对每个单独的碎片离子进行了排序 结论 利用 Agilent 7200 GC/Q-TOF 的多种功能(如精确质量数信息、全谱模式下的高灵敏度和 MS/MS功能)可大大改善对气溶胶颗粒上吸附的 SVOC 化合物的研究。使用 Agilent MassHunter 软件的解卷积、自动碎片分子式标注和结构解析等功能得到了用于SVOC 筛选的非靶向方法。通过谱库搜索进行的化合物确证和针对未知化合物的结构建议也是重要的研究工具。 ( 参考文献 ) 1. U. Poschl."Atmospheric aerosols： composition，transformation， climate and health effects" Angew Chem.Int.， Ed.44，7520-7540(2005) 2. L.B. Liu， et al."Development of analytical methods forpolycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in airborneparticulates： A review"J. Environ. Sci. (China)， 19，1-11(2007) 更多信息 这些数据仅代表典型的结果。有关我们的产品与服务的详细信息，请访问我们的网站 www.agilent.com. 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 安捷伦对本资料可能存在的错误或由于提供、展示或使用本资料所造成的间接损失不承担任何责任。 本文中的信息、说明和技术指标如有变更，恕不另行通知。 C安捷伦科技(中国)有限公司，2016 2016年2月9日，中国出版 5991-5899CHCN     摘要    气溶胶颗粒上吸附的有机化合物组成能够为气雾剂的空气污染研究提供重要线索。将Agilent 7200 系列精确质量数 GC/Q-TOF MS 的全采集电子电离 (EI) 模式与 AgilentMassHunter 软件工具相结合，能够得到一种用于筛选复杂颗粒提取物中多种化合物的非靶向工作流程。使用 EI-MS/MS 功能根据子离子碎片的精确质量数来研究未知化合物的结构。    前言    半挥发性有机化合物 (SVOC) 具有多种分子结构，与气溶胶颗粒的形成及其对健康的影响息息相关 [1,2]。由于人们对微小气溶胶颗粒引起污染的关注度日益增长，且颗粒吸附的有机化合物日益多样化，因此 SVOC 的筛选成为了一项要求日益严格的复杂任务，需要采用高选择性、高灵敏度的非靶向工作流程进行数据分析。一种使用四极杆飞行时间质谱 (Q-TOF) 分析气溶胶颗粒有机物含量的精确质量数方法提供了更可靠的鉴定结果，并能够同时筛选几乎无限数量的 SVOC。它提供的理想分析工具可用于筛选和确证复杂气溶胶颗粒提取物中的目标化合物及未知化合物。    本应用简报展示了一种使用高分辨率 Agilent 7200 系列 GC/Q-TOF系统对气溶胶颗粒上吸附的 SVOC 进行非靶向筛选的工作流程。采用通过 NIST 标称质谱库搜索的解卷积质谱图获得化合物匹配结果。利用分子离子或碎片离子的精确质量数确证化合物分子式。GC/Q-TOF 系统的另一个优势是能够在 MS/MS 模式下运行以研究未知化合物的结构。    结论    利用 Agilent 7200 GC/Q-TOF 的多种功能（如精确质量数信息、全谱模式下的高灵敏度和 MS/MS 功能）可大大改善对气溶胶颗粒上吸附的 SVOC 化合物的研究。使用 Agilent MassHunter 软件的解卷积、自动碎片分子式标注和结构解析等功能得到了用于SVOC 筛选的非靶向方法。通过谱库搜索进行的化合物确证和针对未知化合物的结构建议也是重要的研究工具。