土壤中PAH检测方案(气相色谱仪)

应用简报 Agilent环境、食品检测与农业Trusted Answers 用于分析挑战性基质中 PAH 的优化的GC/MS 方法使用配备 JetClean 和柱中反吹的 Agilent 5977 系列GC/MSD Anastasia A. Andrianova 利用 Agilent 8890 气相色谱系统结合Agilent 5977 系列 MSD 系统来分析多环芳烃和 Bruce D. Quimby(PAH)。通过选择合适的仪器配置和操作条件，该系统提供了一种用于分析复杂基质安捷伦科技有限公司中PAH 的稳定方法。柱中反吹、连续氢气离子源清洁 (JetClean) 和可替换拉出透镜的使用，在1-1000 pg 校准范围内获得了优异的线性。对来自高有机含量土壤的提取物进行重复进样，证明了系统精密度和稳定性。 前言 PAH 对水生生物具有毒性，并且可能是一类人类致癌物。 PAH 具有多种来源，是一类广泛分布于世界各地的污染物。 PAH 有三种来源： 成岩作用：来源于与化石燃料相关的石油应用 高热作用：来自燃烧源 生物源：由天然生物过程形成 鉴于 PAH 的普遍存在性，人们将其作为痕量污染物并对许多不同种类的食品(从海鲜到食用油再到熏肉)进行监测。此外还对空气、水和土壤环境中的 PAH 进行监测。 PAH 可通过多种技术进行分析，包括HPLC/UV、GC/FID、GC/MS 或GC/MS/MS。 本应用简报将重点介绍在 SIM 模式下操作的 GC/MS。常用的校准范围为 1-1000 pg，可接受的线性标准为R勺>0.99。通常将校准标样和样品中的内标 (ISTD) 峰面积重现性分别规定为±20%和±30%。 PAH 的理化特性为分析带来了许多困难。，它们的分子量和沸点范围较宽。尽管PAH 活性不高且不易降解，但它们具有一定的粘性，容易粘附到表面。 PAH 易于凝结(沉积)，并且难以气化。因此， 在分析过程中采用高温并最大程度减小表面接触非常重要。晚洗脱组分经常出现峰拖尾，导致需要手动积分，并增加了数据审查工作。某些情况下，整个校准范围内的 ISTD 响应不一致，导致方法的线性存在问题。 除 PAH 相关的挑战外，分析过程中通常还存在基质相关的问题。例如，在食品和土壤分析中，分析物之后洗脱的高沸点基质污染物可能需要延长烘烤时间，以防止后续运行中出现鬼峰。沸点最高的污染物可能在柱头沉积，导致保留时间漂移，进而需要更频繁地切割色谱柱并调整 SIM和数据分析时间窗口。 该系统经过配置以最大程度减少高基质样品中 PAH 分析的潜在问题。所用的重要技术包括： ( Agilent JetClea n ： 5977 系列 GC/MSD 中的这一选件可在分析过程中使氢气以低流速 (0.33mL/min) 连续进入离子源。文献已证明1- 3 ，利用氢气连续清洁离子源能够显著改善 PAH 分析中随时间变化的校准线性和响应精 密度。大幅减少了手动离子源清洁工 作，尤其是对于高基质样品的分析 ) 9mm提取透镜：安捷伦的 Extractor离子源具有更高的灵活性，可满足不同分析挑战的特定需求。在 PAH分析中，9 mm 提取透镜是最大程度减小可沉积 PAH 的表面的一个不错选择，与 JetClean 相结合，有助于实现更好的线性、精密度和峰形 柱中反吹：反吹是在最后一种分析物流出色谱柱后使载气流反向的一种技术。采集 MS数据后，柱温箱在后运行模式下保持在最终温度下，流经第一根色谱柱的载气流反向。这一反向气流将数据采集结束时色谱柱中的所有高沸点化合物带出柱头并使其进入分流出口捕集阱中。气流反向功能由安捷伦吹扫 Ultimate 接头 (PUU)提供。在本例中，PUU 为插在两根相同的15m 色谱柱之间的三通。在分析过程中，利用来自8890气路反吹模块(PSD)的尾吹气流速较小的载气吹扫连接管路。在反吹过程中，大幅提高来自PSD 的尾吹气流速，将高沸点化合物向后吹扫出第一根色谱柱，向前吹扫出第二根色谱柱。在本配置中，反吹时间为1.5分钟 8890 PSD 模块： PSD是针对反吹应用优化的8890 气动模块。在反吹过程中，相比于之前的配置，其显著减小了所用的氦气流量。 PSD 可实现无缝脉冲进样并简化反吹设置 图1示出了所用的系统配置。 表1和表2列出了仪器操作参数。必须保持足够高的仪器温度以防止高沸点PAH 沉积。进样口和 MSD 传输线保持在320°℃。 MS 离子源应为最低320℃。利用脉冲不分流进样最大程度将 PAH(尤其是重组分)传输到色谱柱中。必须使用孔径4mm、带玻璃毛的直型衬管。玻璃毛可传热热 PAH， 并堵住进入进样口基座的通道。如果 PAH 沉积到进样口基座，将很难气化并吹扫到色谱柱中。 图1.系统配置 表1.用于 PAH分析的 GC 和MS条件 5977 系列 GC/MSD 离子源 惰性 Extractor 拉出透镜 9mm 真空泵 高性能涡轮泵 调谐文件 Atune.U 模式 SIM 溶剂延迟 4分钟 电子倍增器电压增益模式 1.0 TID 开 四极杆温度 150°℃ 离子源温度 以25C/min 升至200℃， 以8℃/min 升至335℃，保持6.325分钟总运行时间：29分钟 后运行时间：1.5分钟 平衡时间：0.5分钟 320C 传输线温度 320°C JetClean 模式 采集和清洁 JetClean 氢气流速 0.33 mL/min 出口连接 PSD (PUU) 后运行流速(反吹) -12.027 mL/min 色谱柱2 DB-EUPAH，0.25 mmx15 m，0.25 pm (定制订购) 控制模式 恒流， 1.1272 mL/min 进样口连接 PUU 出口连接 MSD 后运行流速(反吹) 12.518 mL/min 使用异辛烷稀释安捷伦 PAH分析仪校准试剂盒((部件号 G3440-85009)，制得 PAH校准标样。该试剂盒包含浓度为10pg/mL 的27 种 PAH的储备液以及浓度为 50 pg/mL 的 5 种 ISTD 的储备液。配制了七种校准浓度：1、2、10、20、100、200和1000ng/mL。各种浓度的校准标样中还包含 500 ng/mL 的 ISTD。有关化合物鉴定，请参见表2和图2。将泥炭样品 (Garden Magic， MichiganPeat Company， Houston， TX) 在120℃下过夜干燥。使用30 mL 二氯甲烷/丙酮(1：1 v：v)对 5g干燥的泥炭在搅拌下进行过夜萃取。对提取物进行过滤，并通过蒸发使滤液体积减少为原来的1/7.5。利用所得的提取物开展稳定性实验。 初始校准 图2展示了 100 pg/uL 校准标示的 SIM TIC。利用所选的参数，所有 PAH (尤其 是最晚洗脱的化合物)的峰形非常出色。 1.萘-d 12.二苯并噻吩 2.萘 13.菲-d1o 24.苯并[]荧蒽 3. 1-甲基萘 14.菲 25.苯并[e]芘 4. 2-甲基萘 15.蒽 26.苯并[a]芘 5. 联苯 16.1-甲基菲 27.花-d12 6. 2，6-二甲基萘 17.荧蒽 28.花 7.苊烯 18.芘 29.二苯并[a，c]蒽 -d10 19.苯并[a]蒽 30.二苯并[a，h]蒽 苊 20.菌-d12 31.茚并[1，2，3-cd]芘 10.2，3，5-三甲基萘 21. 32.苯并[ghi]它 11.芴 22.苯并[b]荧蒽 使用 9mm 透镜和连续氢气清洁通常会导致信噪比 (S/N)下降，因此检查所需的最低校准浓度非常重要。例如，图3展示了多种含量为1 pg的化合物的定量离子的响应。所有含量为1 pg 的分析物均具有足够高的信号，可满足校准需要。 采集时间(min) 图2.100 pg/pL 校准标样的 SIM TIC 图3.最低浓度的校准标样(1pg)中选定化合物的定量离子的响应 表3列出了利用1-1000 pg 内的七种含量对系统进行三次 ISTD 校准所得到的 R²值。在整个范围内，所有分析物均表现出优异的线性。 表3.七种浓度的 ISTD 校准三次所得到的R值，1-1000 pg SIM 响应稳定性 图4展示了对100 pg 标样进行60次连续重复进样所得到的 ISTD 峰面积响应的精密度。 ISTD 峰面积的 RSD 为： 萘-dg(3.3%) -d10(3.2%) -d12(2.7%) 菲-d12(2.0%) 化合物 RT (min) 校准1 校准2 校准3 萘 5.149 1.0000 1.0000 1.0000 1-甲基萘 5.758 1.0000 1.0000 1.0000 2-甲基萘 5.926 1.0000 1.0000 1.0000 联苯 6.304 0.9998 0.9998 0.9998 2，6-二甲基萘 6.346 1.0000 1.0000 1.0000 苊烯 7.042 1.0000 1.0000 1.0000 苊 7.204 1.0000 1.0000 1.0000 2，3，5-三甲基萘 7.416 1.0000 1.0000 1.0000 芴 7.912 1.0000 1.0000 1.0000 二苯并噻吩 9.675 1.0000 1.0000 1.0000 菲 9.935 1.0000 1.0000 1.0000 蒽 10.002 1.0000 1.0000 1.0000 1-甲基菲 11.282 1.0000 1.0000 1.0000 荧蒽 12.952 1.0000 0.9999 1.0000 芘 13.764 1.0000 0.9999 1.0000 苯并[a]蒽 17.215 1.0000 1.0000 1.0000 䓛 17.474 1.0000 1.0000 1.0000 苯并[b]荧蒽 20.461 1.0000 1.0000 0.9999 苯并[k]荧蒽 20.528 1.0000 1.0000 1.0000 苯并[j]荧蒽 20.624 1.0000 0.9999 0.9999 苯并[e] 21.494 1.0000 1.0000 1.0000 苯并[a]芘 21.631 1.0000 1.0000 1.0000 花 21.966 1.0000 1.0000 1.0000 二苯并[a，c]蒽 24.460 1.0000 1.0000 0.9999 二苯并[a，h]蔥 24.588 0.9999 0.9999 0.9997 茚并[1，2，3-cd]芘 24.622 1.0000 1.0000 0.9998 苯并[ghi]它 25.778 1.0000 1.0000 1.0000 图4.100 pg校准标样进样分析60次所得到的 ISTD 响应稳定性。峰面积基于首次进样结结果进行归一化 图5展示了对100 pg 标样进行60次连续重复运行所得到的多种分析物的计算浓度。该系统表现出优异的响应稳定性。所有27种分析物的计算浓度的平均 RSD为1.1%。 土壤提取物的响应稳定性 特意选择具有高基质含量的土壤提取物进行稳定性测试，以挑战系统性能。图6对提取物与 100 pg PAH 标样的扫描 TIC进行了比较。土壤提取物具有极高的基质含量。请注意，对于具有这一有机物含量水平的土壤，在常规分析中应考虑进行进一步样品净化。所用的样品前处理仅用于测试目的。 为测试系统的稳定性，在土壤提取物中加入27种分析物(各自含量为100 pg)和500 pg 的各种 ISTD。然后对加标提取物进样分析60次。在每次运行中，根据基于溶剂的校准曲线对 PAH 进行定量，并对所得的计算浓度作图。图7展示了多种分析物的计算浓度。萘和苯并[ghi]花的实测浓度均高于加标浓度(100 pg)。发现这些化合物在土壤中的含量与图7中的偏移大致对应。土壤中的花(未示出)含量约为200 pg。 所有27种分析物的计算浓度的平均 RSD为4.4%。对于27种分析物中的22种，在对土壤样品进样60次后得到的计算浓度处于土壤样品首次进样所得浓度的20%误差范围以内。与预期结果一样，最重的分析物(如苯并[ghi]花)响应下降速度最快。 图5.100 pg校准标样进行60次连续进样所得到的计算浓度的稳定性 图6.含500 pg ISTD 的土壤提取物和100 pg PAH标样的扫描TIC，两用采用相同刻度绘制，结果表明提取物中存在大量物质 图7.加标100 pg PAH标样和 500 pg ISTD 的土壤基质进样60次所得到的计算浓度的稳定性 对土壤提取物进样分析60次后，执行进样口维护。维护工作包括更换隔垫、进样口衬管和分流平板，并从色谱柱1的柱头截去30 cm。移除衬管和分流平板后，用甲醇饱和的棉签清洁进样口。经过维护后，运行100 ppb校准标样，并使用在重复测定之前生成的原始校准曲线进行定量分析。表4列出了实测浓度。所有分析物均处于预期浓度的7%误差范围以内。表4还列出了在进样口维护后执行全范围校准所得到的R²值。表4中的数据表明，土壤导致的系统性能下降仅限于进样口和柱头，符合预期。 表4.系统维护后的校准检查以及7种浓度 ISTD 校准(1-1000 pg SIM)的R²值 对于如本实验所用的基质含量，通常无需离子源清洁。使用 JetClean 和 9 mm 拉出透镜大大减少了通常会导致离子源性能下降的沉积物。 化合物 RT(min) 维护之后， 100pg校准验证标样的计算浓度 维护之后执行校准 所得到的R 萘 5.141 100 1.0000 1-甲基萘 5.752 100 1.0000 2-甲基萘 5.920 102 1.0000 联苯 6.298 99 1.0000 2，6-二甲基萘 6.340 100 1.0000 苊烯 7.031 96 1.0000 苊 7.193 98 1.0000 2，3，5-三甲基萘 7.408 99 1.0000 芴 7.904 98 1.0000 二苯并噻吩 9.663 97 1.0000 菲 9.923 96 1.0000 蒽 9.991 97 1.0000 1-甲基菲 11.268 97 1.0000 荧蒽 12.943 94 1.0000 芘 13.752 95 1.0000 苯并[a]蒽 17.210 95 1.0000 17.465 95 1.0000 苯并[b]荧蒽 20.455 96 1.0000 苯并[k]荧蒽 20.519 96 1.0000 苯并荧蒽 20.615 95 0.9999 苯并[e]芘 21.485 93 1.0000 苯并[a]芘 21.622 93 1.0000 花 21.957 94 1.0000 二苯并[a，c]蔥 24.452 95 1.0000 二苯并[a，h] 24.574 95 1.0000 茚并[1，2，3-cd]芘 24.614 94 1.0000 苯并[ghi]菲 25.766 93 1.0000 ( 该系统解决了 GC/MS PAH 分析中面临的许多问题。使用 JetClean、9mm拉出透 镜、更高的区域温度以及合适的衬管， 大大改善了线性、峰形和系统稳定性。JetClean 大幅减少了对手动清洁离子源的需求，有助于提升实验室的分析效率。对于分析具有严重基质干扰的大体积样品的实验室而言，配备 JetClean 和柱中反吹的 Agilent 8890/7000D 三重四极杆气质联用系统不仅提供了本文中证明的所有优势，还具有更优异的 MS/MS 特异性“。与 GC/MS 相比， GC/MS/MS针对基质产生的质谱干扰物质具有更高的选择性，从 而简化了数据审查。 ) ( Szelewski， M.； Quimby， B . D. Optimized P AH Analysis Using theAgilent Self-Cleaning lon Source and Enhanced PAH Analyzer (使用安捷 伦智氢洁离子源和增强型 PAH 分析 仪优化 PAH 分析)，安捷伦科技公司应用简报，出版号5191-3003EN， 2013 ) ( 2. Anderson， K. A.；et al.Modified ion source triple quadrupole massspectrometer gas chromatograph forpolycyclic aromatic hydrocarbons，Journal of Chromatography A 2015， 1419(6)， 89-9US ) ( 3. Q uimby， B. D.； Prest， H. F； S zelewski，M. J.； Freed， M. K. In-situ conditioningin mass spectrometer systems， USPatent 8，378，293 Feb 19， 2013 ) Andrianova， A. A.； Quimby， B. D. Optimized GC/MS/MS Analysis forPAHs in Challenging Matrices(用于分析挑战性基质中 PAH 的优化的GC/MS/MS 方法)，安捷伦科技公司 应用简报，出版号5994-0498EN， 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。 利用 Agilent 8890 气相色谱系统结合 Agilent 5977 系列 MSD 系统来分析多环芳烃(PAH)。通过选择合适的仪器配置和操作条件，该系统提供了一种用于分析复杂基质中 PAH 的稳定方法。柱中反吹、连续氢气离子源清洁 (JetClean) 和可替换拉出透镜的使用，在 1–1000 pg 校准范围内获得了优异的线性。对来自高有机含量土壤的提取物进行重复进样，证明了系统精密度和稳定性。