水中爆炸物检测方案(液相色谱仪)

适用于 EPA 8330B1方法的固相萃取和液-质联用仪分析水中爆炸物 应用简报 环境应用 作者 摘要 E.Michael Thurman and Imma Ferrer 环境工程系 科罗拉多大学 科罗拉多州博尔市 美国 用于水中爆炸物痕量检测的 EPA 8330B 方法中的检测方式经历了紫外检测到高效液相色谱检测到液-质联用仪检测的转移，本文使用配置了安捷伦6460三重四极杆液-质联用仪的安捷伦1290 Infinity 液相色谱，在大气压化学电离源、负离子化模式条件下分析水中的爆炸物。用本方法分析了水中十一种痕量的爆炸物，检测限在5-50 ng/L范围内。使用固相萃取 (SPE) C18 萃取柱和聚合物萃取柱用于评价测试。聚合物固相萃取柱具有超高的回收率，范围在80%-101%(离线固相萃取)。超高压液相色谱/6460三重四极杆液质联用系统是检测水中爆炸物的有效方法。 Agilent Technologies EPA 方法8330B[1]于2006年被提出，用来取代较早的版本EPA方法8330， EPA 方法 8330是结合紫外检测的高效液相色谱法，用于检测17种爆炸物。新的方法可以检测水中亚-ppb 浓度的痕量爆炸物。 军事行动和可能的生态破坏都能够导致爆炸物进入周边环境，由于它们对人体有急性和慢性毒性作用，所以环境中爆炸物的检测受到了很多关注。例如， 2，4，6-TNT会导致成年牛蛙产生急性毒性[2]。此外，军事设施地点的爆炸残留物还能够通过土壤进入到地下水中[3]。因此，潜在存在的环境问题的解决需要可靠而灵敏的检测方法，如质谱方法。 本应用简报介绍了将 EPA 8330B 方法转移至先进的质谱检测方法，此方法包括超高压液压色谱 (UHPLC) 法/三重四极杆质谱法。使用固相萃取，在结合了6460三重四极杆液质联用系统的1290 Infinity 液相色谱系统上开发了爆炸物的检测方法并且测定了11种爆炸物的检测限(LOD)，测试浓度范围是5-50 ng/L，回收率是80%至101%。 实验 试剂和标准品 所有标准品均购自AccuStandard (New Haven， CT， USA)， 17种爆炸物分析标准品的产品编号是 M-8330-R。 LC/MS-级甲醇、乙腈和水，购自 Burdick 和 Jackson(美国新泽西州莫里斯镇)。固相萃取柱为反相聚合物柱和 C18萃取柱，购自安捷伦科技(部件号12102052)。所有的标准品都用甲醇溶解，浓度为100 pg/mL，顺序稀释至合适的浓度。 仪器 本方法是在由二元泵、自动进样器、柱温箱和 UHPLC 柱组成的1290 Infinity 液相色谱系统上开发的。液相色谱与6460三重四极杆液质联用系统。仪器操作条件列于表1中。 表1.液相色谱和质谱的运行条件 液相色谱条件 安捷伦 ZORBAX C18， 2.1x50 mm， 1.8 um (部件件95975-902) 25°℃ 100pL A=乙腈 B=0.1%乙酸水溶液 0.4mL/min 时间(min) %A %B 0 20 80 1.7 20 80 10 0 10.3 0 后运行时间 4 min 总分析时间 10.3 min 质谱条件 离子化模式 大气压化学电离，负模式 干燥气温度 350°C 汽化器温度 275°C 干燥气流速 4 L/min 雾化器压力 30 psig CORONA电流(负) 4pA 毛细管电压(负) 1500V 样品制备 在 Gilson 271-GX全自动固相萃取系统(Gilson Inc.，Madison， WI， USA)上，采用聚合物柱或 Bond Elut C18 柱对每个100mL 的样品进行富集浓缩。固相萃取柱先用5mL甲醇、然后用5mL水平衡。上水样，速度控制在 10 mL/min，最后用流速为1 mL/min 的5 mL甲醇进行洗脱。在 Turbovap 浓缩工作站 (Caliper Life Sciences， Mountain View， CA)上，在温度为45℃、水浴条件下，利用氮吹将甲醇浓缩至0.5mL， 然后注入到高效液相色谱-串联质谱系统中进行分析。 结果与讨论 选择电离模式 表2列出了EPA 8330B 方法中的17种爆炸物的名称、缩写和CAS号。表中列举还包括用苯胺制造的新型炸药，如HMX、高熔点炸药和 RDX、研究单位的炸药。用负模式的电喷雾(ESI)和大气压化学电离(APCI) 对这17种爆炸物进行了分析。 负模式大气压化学电离源(APCI) 比负模式电喷雾电离更适合爆炸物的检测(表3)，早期发表的文章也确认了这一结果[4]。由于结构的关系，即使在大气压化学电离的负模式条件下，还是有几个爆炸物无法离子化。尤其是，如化合物含两个以下的硝基基团，那么很难生成负离子。这里所指出的是，硝基苯、2-硝基甲苯、3-硝基甲苯、4-硝基甲苯无法离子化。含有多个硝基基团的组分可以在 APCI负模式下离子化，它们通过丢失一个质子形成偶数电子离子，或者捕获一个电子形成奇数电子离子。 表4显示了，在负模式的大气压化学电离条件下形成的母离子的结构。17个爆炸物中11个被有效离子化。值得注意的是，表4中的所有化合物的结构都含有至少两个硝基基团，这有助于在APCI 负模式条件下被离子化。在超高压液相色谱/三重四极杆质谱联用仪上，开发了这11种爆炸物的分析方法。 表2.本文研究的爆炸物的缩写、名称和 CAS号 CAS号 1，3，5-TNB 1，3，5-三硝基苯 99-35-4 1，3-二硝基苯 99-65-0 2，4，6-三硝基甲苯 118-96-7 2，4-二硝基甲苯 121-14-2 2，6-二硝基甲苯 606-20-2 2-氨基-4，6-二硝基甲苯 35572-78-2 2-硝基甲苯 88-72-2 3，5-二硝基苯胺 618-87-1 3-硝基甲苯 99-08-1 4-氨基-2，6-二硝基甲苯 19406-51-0 4-硝基甲苯 99-99-0 八八-1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-奥克托今 2691-41-0 硝基苯 98-95-3 硝酸甘油 55-63-0 季戊四醇四硝酸酯 78-11-5 六氢-1，3，5-三硝基-1，3，5-三嗪 121-82-4 甲基-2，4，6-三硝基苯硝胺 479-45-8 表3.本文中研究的爆炸物的离子化选择 (X=没有响应；√=有响应) 表 4.在APCI负模式条件下，爆炸物生成的母离子的化学结构 待测物缩写 化学结构 母离子 待测物缩写 化学结构 母离子 1，3，5-TNB [M]-· 3，5-DNA ONH [MH1 NO. 1，3，-DNB NO. [MH] NO.2 4-Am-DNT [MH]- O，N NO. ·O，N HMX NO. [M+CH，COO]- 2.4-DNT [M]-· -N0. NO. [M+CH，COO-]- NO. 2.6-DNT NO. [M+N0，] 2-Am-DNT [MH]- HN NO. NO. NO. 分析方法参数优化 对11个化合物的碰撞电压进行优化以使其母离子的响应最大。在所有三种情况下，母离子是去质子化分子峰或者分子离子峰。HMX 和RDX (较新的硝基胺类的爆炸物)均能在分子上形成乙酸加成物从而得到阴离子。另一方面，三硝基苯甲硝胺在碰撞反应池之前，失去一个硝基(主要发在离子源)，形成其母离子。 表5所示为11种爆炸物的母离子、碰撞电压和产生两个子离子所需的碰撞能量。四极杆的分辨率包括宽设置(wide) MS1 和单位质量分辨率MS2， 以保证捕获最强的离子信号，同时消除基质和溶剂中的杂散离子，保持低的背景噪音。子离子中出现m/z46离子，即硝基(NO，-)，这是常见的现象，因为对于每种爆炸物化合物，硝基是一个重要的丢失基团。对于所有的组分，离子驻留时间设为 5 ms。 11种化合物的 MRM 和它们的子离子列于表5。这些 MRM 用于建立可靠的串联四极杆液质联用的方法。 表5.大气压化学电离(负模式)条件下，检测爆炸物组分的 MRM 参数 化合物名 母离子 MS1 res 子离子 MS2 res 驻留时间 碰撞电压 1，3，5-TNB 213 Wide 183 Unit 5 70 5 3 1，3，5-TNB 213 Wide 95 Unit 70 20 3 1，3-DNB 168 Wide 138 Unit 5 50 5 3 1，3-DNB 168 Wide 46 Unit 5 50 5 3 2，4，6-TNT 226 Wide 196 Unit 90 5 3 2，4，6-TNT 226 Wide 46 Unit 90 20 3 2，4-DNT 181 Wide 135 Unit 90 20 3 2，4-DNT 181 Wide 46 Unit 5 90 20 3 2，6-DNT 182 Wide 152 Unit 50 20 3 2，6-DNT 182 Wide 46 Unit 5 50 10 3 2-Am-DNT 196 Wide 136 Unit 5 90 20 3 2-Am-DNT 196 Wide 46 Unit 90 20 3 3，5-DNA 182 Wide 152 Unit 5 90 10 3 3，5-DNA 182 Wide 46 Unit 90 20 3 4-Am-DNT 196 Wide 119 Unit 5 90 10 3 4-Am-DNT 196 Wide 46 Unit 5 90 20 3 HMX 355 Wide 147 Unit 50 5 HMX 355 Wide 46 Unit 50 10 3 RDX 281 Wide 59 Unit 50 10 3 RDX 281 Wide 46 Unit 5 50 20 3 Tetryl 241 Wide 213 Unit 70 0 3 Tetryl 241 Wide 196 Unit 5 70 10 3 实验条件也被优化，以得到最优的灵敏度、汽化温度、干燥气温度、流速、电晕电流和毛细管电压。可观察到将气体流速从6 L/min 降至 4 L/min 时，信号明显增强，之前应用简报中使用的 LC/APCI-TOF-MS也得到这个现象[4]。由于某些化合物是热不稳定的，所以最优的汽化温度设为275℃。 检测和定量 图1所示为11种爆炸物的超高压液相色谱分离的色谱图。大多数组分都是基线分离。然而，有两个两分异构体(2-氨基-DNT禾4-氨基-DNT)没有完全分离。由于硝基和甲基基团的位置不同导致不同的碎裂机理，因此每个组分产生不同子离子，可以通过质谱的 MRM 的方式将两个同分异构体分开。 图1.C18柱上分离爆炸物化合物的色谱图 图2. 2，4-DNT的外标校正曲线，显示了良好的线性(R2=0.999) 对11种爆炸物建立了标准曲线，结果显示，每个组分都具有很好的线性。图2显示了 2，4-DNT的标准曲线，线性相关系数(R2)是0.999。外标校正曲线的浓度点分别是1，10，25，50， 和100 pg/L 或 ppb， 这是固相萃取浓缩后，大多数爆炸物化合物的灵敏度。 为了建立水中 ng/L 水平爆炸物的分析方法，需要使用固相萃取富集技术(2-3)。因此，用 C18和聚合物固相萃取柱测定11种爆炸物的回收率，结果见表6。大多数爆炸物在两种固相萃取柱上得到相近的回收率，范围在72%至101%的范围内，只有HMX 和 RDX在 C18柱的回收率较低，这主要是因为这两个化合物的极性所致。 使用聚合物固相萃取柱的离线固相萃取和 UHPLC/MS/MS 的多反应监测(MRM)体系建立了11种爆炸物的高灵敏度检测方法。表7显示了加标的100 mL地表水富集浓缩后的11种爆炸物的检测限(LODs)。因为组分在大气压化学电离条件(负模式)下灵敏度的不同，其检测限在5至50 ng/L之间。 结论 用固相萃取进行样品的富集后，用1290 Infinity 液相色谱/6460三重四极杆液质联用系统建立了 EPA 8330B 中11种爆炸物的高灵敏度检测方法。这个可靠的方法采用两个 MRM 离子来进行地表水和地下水中爆炸物的定量和确认分析，检测限在 5-50 ng/L范围内(经过固相萃取富集)。用聚合物固相萃取柱的离线固相萃取得到的回收率在80%-101%之间。 化合物缩写 萃取柱(%) 聚合物柱(%) 1，3，5-TNB 72 80 1，3-DNB 82 101 2，4，6-TNT 101 95 2，4-DNT 91 86 2，6-DNT 95 83 2-Am-DNT 91 97 3，5-DNA 95 83 4-Am-DNT 91 88 HMX 9.2 84 RDX 19 Tetryl 88 *加标浓度为 100 ng/L 的100mL地表水的固相萃取 表7.方法检测限* 化合物缩写 检测限 LOD (ng/L) 1，3，5-TNB 25 1，3-DNB 50 2，4，6-TNT 5 2，4-DNT 25 2，6-DNT 10 2-Am-DNT 5 3，5-DNA 5 4-Am-DNT 10 HMX 10 RDX 25 Tetryl 20 ( 参考文献 ) ( 1.Anon， 2006， “液相色谱法(HPLC)分析芳香族硝基化合牛、硝胺和硝酸酯”， U.S. EPA Method 8330B， 2 9p ) ( 2. N.E Paden， E .E.Smith， R .J. Kendal， “2，4，6-三硝基甲苯、2，4-二硝基甲苯和2，6-二硝基甲苯导致成年牛蛙的急性中毒 (Lithobates catesbiana)” Bulletin of Environmental Contamination a nd Toxicology， 80，487-491(2008) ) ( 3. K. Spiegel， J .V. Headley， K.M. Peru， N. Haidar， N .P. Gurprasard，“德国东部地区一处军事地点的爆炸物残留从土壤中迁移到水中”，Communications in Soil Science and Plant Analysis 36， 1 33-153 (2005) ) ( 4. R.Kinghorn， C.Milner ， J ..Zweigenbaum， ，“安捷伦的飞行时间液质联用仪分析微量的爆炸物残留物”，安捷伦应用报告，5 9 89- 2 449EN ) 更多信息 本文仅代表典型的结果。更多有关我们产品和服务，请访问我们的网站： www.agilent.com/chem/cn。 www.agilent.com/chem/cn 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。 本资料中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 @安捷伦科技(中国)有限公司，2012 2012年6月27日，中国印刷 5991-0676CHCN Agilent Technologies EPA 方法8330B[1] 于2006 年被提出，用来取代较早的版本EPA方法8330，EPA 方法8330 是结合紫外检测的高效液相色谱法，用于检测17 种爆炸物。新的方法可以检测水中亚-ppb 浓度的痕量爆炸物。军事行动和可能的生态破坏都能够导致爆炸物进入周边环境，由于它们对人体有急性和慢性毒性作用，所以环境中爆炸物的检测受到了很多关注。例如，2,4,6-TNT 会导致成年牛蛙产生急性毒性[2]。此外，军事设施地点的爆炸残留物还能够通过土壤进入到地下水中[3]。因此，潜在存在的环境问题的解决需要可靠而灵敏的检测方法，如质谱方法。本应用简报介绍了将EPA 8330B 方法转移至先进的质谱检测方法，此方法包括超高压液相色谱（UHPLC）法/三重四极杆质谱法。使用固相萃取，在结合了6460 三重四极杆液质联用系统的1290 Infinity 液相色谱系统上开发了爆炸物的检测方法并且测定了11 种爆炸物的检测限（LOD），测试浓度范围是5-50 ng/L，回收率是80% 至101%。结论用固相萃取进行样品的富集后，用1290 Infinity 液相色谱/6460三重四极杆液质联用系统建立了EPA 8330B 中11 种爆炸物的高灵敏度检测方法。这个可靠的方法采用两个MRM 离子来进行地表水和地下水中爆炸物的定量和确认分析，检测限在5-50 ng/L范围内（经过固相萃取富集）。用聚合物固相萃取柱的离线固相萃取得到的回收率在80% - 101% 之间。