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HPLC-ICP-MS 實現元素形態分析方法的自動序列分析
閱讀：2593 發布時間：2021-7-6前言： 安捷倫ICP-MS是許多行業對各類樣品中的多種元素痕量分析的技術。而包括 As、 Hg、Cr、Se、Br、I、Sn、Pb 和 Sb 在內的多種元素的遷移率、生物利用率和毒性取 決于元素的化學形式或形態[1–6]。由于存在這些差異，可能需要進行形態分析（在通 過 ICP-MS 進行測量之前對不同的化學形態進行色譜分離）從而實現對風險的全面評 估。形態分析對涉及安全問題的樣品（如食品、環境樣品和消費品）尤其重要。 為確保消費者和環境的安全，許多行業和產品都受到與元素形態有關的法規或指南 的約束。例如，對于砷，世界衛生組織 (WHO) 建議食品和飲用水中無機砷 (iAs) 的 最高濃度為 10 µg/kg (ppb)[2]。歐盟 (EU) 和美國食品藥品監督管理局 (US FDA) 均公 布了果汁和大米產品中 iAs 的最高濃度。2020 年 8 月，FDA 最終確定了關于嬰兒米 粉中 iAs 的行業指南，將 iAs 的“干預濃度”限值設定為 100 µg/kg (ppb)[3]。包括中國、日本和菲律賓在內的許多國家/地區均對汞形態，特別是 甲基汞進行了立法監管。WHO 規定飲用水中溴酸鹽的最高指 導濃度為 10 µg/L[2]。此外，還制定了控制飲用水、水泥、皮 革和兒童玩具等產品中六價鉻 (Cr(VI)) 含量的法規。Cr(VI) 是 有害的，而 Cr(III) 是必需的營養物質，因此有必要通過形態分 析確定不同形式的濃度，從而確保符合法規要求。 為了滿足當前和未來可能的法規要求，實驗室需要快速、自 動化、可靠且靈活的方案來測定多種元素的不同形態。連接 到 ICP-MS 的高效液相色譜 (HPLC) 憑借其出色的選擇性和靈 敏度，成為元素形態分析中應用*泛的技術[4–10]。通過優化 的接口和集成的軟件控制，安捷倫 ICP-MS 和 ICP-MS/MS 可 與安捷倫 HPLC 系統輕松連接[7]。聯用系統由 Agilent ICP-MS MassHunter 軟件控制，簡化了方法開發、數據采集和數據報 告的工作流程。
HPLC-ICP-MS 方法通常用于檢測可以在一根色譜柱上分離的 形態，這通常意味著它們被限于測量單個元素的不同形式。但 是，實驗室通常需要對每個樣品中的多種元素進行形態分析， 例如監測海產品中的 As、Sn 和 Hg 形態。雖然可以使用相同 的色譜柱和流動相成功檢測一些不同的元素的形態，但是這種 方法可能會因為兼顧不同元素形態，從而導致方法的效能下 降。實驗室可能還需要針對不同的樣品類型運行多種形態分析 方法，或在方法開發過程中評估多種色譜柱和流動相。在這些 情況下，使用配備 Quick Change 快速切換閥的 HPLC-ICP-MS 系統在不同形態分析方法之間自動切換，可以提高分析效率和 靈活性，同時還可實現無人值守的過夜運行。安捷倫提供一系 列色譜柱選擇閥閥頭，它們可以在 2、4、6、8 個色譜柱位置 之間進行切換。還提供了溶劑選擇閥，可在多達 12 種不同的 流動相之間進行切換。配備 Quick Change 快速切換閥頭的集成式 HPLC-ICP-MS 的 優勢包括： • 使用不同的色譜柱和流動相實現多種形態分析方法的自動 序列分析。這種方法可節省時間、試劑和成本，并通過程度減少樣品處理來減少錯誤 • 通過自定義隊列順序，獨立控制多達 8 種形態分析方法， 從而實現操作的靈活性。通過自動切換色譜柱和溶劑，可 以在一個無人值守序列中運行所有方法 • 支持方法開發，尤其是確定用于分離目標形態的最佳色 譜柱或流動相。可以在進行新方法開發的同時，在檢測 序列里運行常規元素形態分析方法 在本研究中，我們使用配備 Quick Change 快速切換閥頭的 HPLC-ICP-MS 系統對三種不同形態分析方法進行了自動序 列分析測試，以評估該系統的靈活性、性能和穩定性。該套 HPLC-ICP-MS 系統，使用之前研究開發的方法，對無機砷、 甲基汞、溴和碘形態進行了測定[8–10]。
實驗部分 試劑與溶劑 本研究中使用的所有試劑均購自 Sigma-Aldrich。將（）ACS 級，純度 > 99%）溶于 1% HNO3 中， 制得 1000 ppm 的 As(III) 和 As(V) 儲備液。使用甲基汞 (II) （氯化物）（ACS 級，純度 > 99.5%）配制 100 ppm 的儲備 液。分別以溴化鈉、溴酸鈉、碘化鉀、碘酸鉀為原料配制溴 化物、溴酸鹽、碘化物和碘酸鹽的單獨溶液（ACS 級，純 度 > 99%）。將適量的每種鹵化物鹽溶于 Milli-Q 去離子水（DIW， 18.2 MΩ•cm）中，得到每種目標形態濃度為 1000 ppm 的儲備 液。表 2 列出了三種分析方法以及一種色譜柱沖洗方法中所 用流動相的詳細信息。 標樣配制 使用 DIW 分別稀釋每組元素形態的儲備液，制得表 1 所列濃 度的三個校準標樣。
儀器 ：本研究使用配備四元泵和 InfinityLab Quick Change 4 色譜柱選 擇閥快速切換閥頭（部件號 G4237A）的 Agilent 1260 Infinity II 液相色譜系統。使用安捷倫液相色譜連接工具包（部件號 G1833-65200）將 HPLC 與 Agilent 7900 ICP-MS 連接。該儀 器的示意圖如圖 1 所示。在序列分析過程中，Agilent ICP-MS MassHunter 軟件根據操作人員的設定，為每種形態分析方法 選擇合適的 HPLC 色譜柱和流動相，并在序列中自動切換。 四元泵可處理多達 4 種流動相，足以用于本研究中測量的 7 種形態（4 種元素）。對于需要 4 種以上流動相的分析，可 以增加一個 12 位/13 通溶劑選擇閥（部件號 G4235A）。同 樣，當實驗室需要運行使用多達 8 根不同色譜柱的方法時， 可以使用可選的 Quick Change 8 色譜柱選擇閥快速切換閥頭 （部件號 G4239C）代替 4 色譜柱選擇閥。
多序列采集方法 如表 2 所示，本形態分析序列中包含著被清洗步驟分離的三 種分析方法。閥端口 1–3 連接到各自的形態分析方法色譜 柱，閥端口 4 用于使用 DIW 沖洗系統。三種形態分析方法各 自的 HPLC 和 ICP-MS 操作條件和參數另行提供[8–10]。根據不 同元素的采集質量數，每種 HPLC 方法均采用適當的 ICP-MS 運行條件。
結果與討論 基于圖 2 所示的工作流程，對配備 Quick Change 快速切換閥 頭的 HPLC-ICP-MS系統的性能進行了評估。在三天中，每一 天都按照不同的順序運行三個分析方法批次，并間隔運行清 洗序列。每個方法批次包括三個校準濃度的各 3 次進樣，以 及空白樣品的 4 次進樣，因此三個批次共 39 次進樣。加上圖 2 所示的間隔加入的 4 次清洗進樣，每天的序列總共 43 次進 樣。無論方法的運行順序如何，每個序列均在 5.5 小時內完 成。以第 2 天的序列為例，圖 3 概述了由 ICP-MS MassHunter 軟 件控制的自動化程序和隊列順序。圖 3 中的示意圖顯示了如 何設置基于 Quick Change 快速切換閥的 HPLC-ICP-MS 系統， 以用戶定義的順序對多個批次進行常規無人值守分析。與通過 手動切換色譜柱單獨運行方法相比，在一個 HPLC 系統上依次 運行不同方法可以顯著提高形態分析的效率并縮短周期。基于 切換閥的 HPLC-ICP-MS 系統的靈活性意味著可根據實驗室的 要求，在一臺儀器上依次運行多達 8 種形態分析方法。