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用于分析挑戰性基質中 PAH 的優化的 GC/MS 方法
閱讀：940 發布時間：2021-10-10摘要：利用 Agilent 8890 氣相色譜系統結合 Agilent 5977 系列 MSD 系統來分析多環芳烴 (PAH)。通過選擇合適的儀器配置和操作條件，該系統提供了一種用于分析復雜基質 中 PAH 的穩定方法。柱中反吹、連續氫氣離子源清潔 (JetClean) 和可替換拉出透鏡 的使用，在 1–1000 pg 校準范圍內獲得了優異的線性。對來自高有機含量土壤的提 取物進行重復進樣，證明了系統精密度和穩定性。
前言：PAH 對水生生物具有毒性，并且可能是 一類人類致癌物。PAH 具有多種來源， 是一類廣泛分布于各地的污染物。 PAH 有三種來源： • 成巖作用：來源于與化石燃料相關的 石油應用 • 高熱作用：來自燃燒源 • 生物源：由天然生物過程形成 鑒于 PAH 的普遍存在性，人們將其作為 痕量污染物并對許多不同種類的食品（從 海鮮到食用油再到熏肉）進行監測。此外 還對空氣、水和土壤環境中的 PAH 進行 監測。PAH 可通過多種技術進行分析， 包括 HPLC/UV、GC/FID、GC/MS 或 GC/MS/MS。 本應用簡報將重點介紹在 SIM 模式下操作 的 GC/MS。常用的校準范圍為 1–1000 pg， 可接受的線性標準為 R2 > 0.99。通常將 校準標樣和樣品中的內標 (ISTD) 峰面積 重現性分別規定為 ±20% 和 ±30%。 PAH 的理化特性為分析帶來了許多困 難。它們的分子量和沸點范圍較寬。盡管 PAH 活性不高且不易降解，但它們具有 一定的粘性，容易粘附到表面。PAH 易 于凝結（沉積），并且難以氣化。因此，在分析過程中采用高溫并大程度減小表 面接觸非常重要。晚洗脫組分經常出現峰 拖尾，導致需要手動積分，并增加了數據 審查工作。某些情況下，整個校準范圍內 的 ISTD 響應不一致，導致方法的線性存 在問題。 除 PAH 相關的挑戰外，分析過程中通常 還存在基質相關的問題。例如，在食品和 土壤分析中，分析物之后洗脫的高沸點基 質污染物可能需要延長烘烤時間，以防止 后續運行中出現鬼峰。沸點高的污染物 可能在柱頭沉積，導致保留時間漂移， 進而需要更頻繁地切割色譜柱并調整 SIM 和數據分析時間窗口。
實驗部分 該系統經過配置以大程度減少高基質樣 品中 PAH 分析的潛在問題。所用的重要 技術包括： • Agilent JetClean：5977 系列 GC/MSD 中的這一選件可在分析過程中使氫氣 以低流速 (0.33 mL/min) 連續進入離 子源。文獻已證明[1-3]，利用氫氣連 續清潔離子源能夠顯著改善 PAH 分 析中隨時間變化的校準線性和響應精 密度。大幅減少了手動離子源清潔工 作，尤其是對于高基質樣品的分析9 mm 提取透鏡：安捷倫的 Extractor 離子源具有更高的靈活性，可滿足不 同分析挑戰的特定需求。在 PAH 分 析中，9 mm 提取透鏡是大程度減 小可沉積 PAH 的表面的一個不錯選 擇，與 JetClean 相結合，有助于實 現更好的線性、精密度和峰形 • 柱中反吹：反吹是在最后一種分析物 流出色譜柱后使載氣流反向的一種技 術。采集 MS 數據后，柱溫箱在后運 行模式下保持在最終溫度下，流經第 一根色譜柱的載氣流反向。這一反向 氣流將數據采集結束時色譜柱中的所 有高沸點化合物帶出柱頭并使其進入 分流出口捕集阱中。氣流反向功能由 安捷倫吹掃 Ultimate 接頭 (PUU) 提 供。在本例中，PUU 為插在兩根相 同的 15 m 色譜柱之間的三通。在分 析過程中，利用來自 8890 氣路反吹 模塊 (PSD) 的尾吹氣流速較小的載氣 吹掃連接管路。在反吹過程中，大幅 提高來自 PSD 的尾吹氣流速，將高 沸點化合物向后吹掃出第一根色譜 柱，向前吹掃出第二根色譜柱。在本 配置中，反吹時間為 1.5 分鐘 • 8890 PSD 模塊：PSD 是針對反吹應 用優化的 8890 氣動模塊。在反吹過 程中，相比于之前的配置，其顯著減 小了所用的氦氣流量。PSD 可實現無 縫脈沖進樣并簡化反吹設置圖 1 示出了所用的系統配置。 表 1 和表 2 列出了儀器操作參數。必 須保持足夠高的儀器溫度以防止高沸點 PAH 沉積。進樣口和 MSD 傳輸線保持在 320 °C。MS 離子源應為 320 °C。 利用脈沖不分流進樣大程度將 PAH （尤其是重組分）傳輸到色譜柱中。必須 使用孔徑 4 mm、帶玻璃毛的直型襯管。 玻璃毛可傳熱給 PAH，并堵住進入進樣 口基座的通道。如果 PAH 沉積到進樣口 基座，將很難氣化并吹掃到色譜柱中。
使用異辛烷稀釋安捷倫 PAH 分析儀校 準試劑盒（部件號 G3440-85009），制 得 PAH 校準標樣。該試劑盒包含濃度為 10 µg/mL 的 27 種 PAH 的儲備液以及濃 度為 50 µg/mL 的 5 種 ISTD 的儲備液。 配制了七種校準濃度：1、2、10、20、 100、200 和 1000 ng/mL。各種濃度的 校準標樣中還包含 500 ng/mL 的 ISTD。 有關化合物鑒定，請參見表 2 和圖 2。 將泥炭樣品 (Garden Magic, Michigan Peat Company, Houston, TX) 在 120 °C 下過夜干燥。使用 30 mL 二氯甲烷/丙酮 (1:1 v:v) 對 5 g 干燥的泥炭在攪拌下進行 過夜萃取。對提取物進行過濾，并通過蒸 發使濾液體積減少為原來的 1/7.5。利用 所得的提取物開展穩定性實驗。
結果與討論 初始校準 圖 2 展示了 100 pg/µL 校準標樣的 SIM TIC。利用所選的參數，所有 PAH（尤其 是最晚洗脫的化合物）的峰形非常出色。 使用 9 mm 透鏡和連續氫氣清潔通常會 導致信噪比 (S/N) 下降，因此檢查所需的 低校準濃度非常重要。例如，圖 3 展 示了多種含量為 1 pg 的化合物的定量離 子的響應。所有含量為 1 pg 的分析物均 具有足夠高的信號，可滿足校準需要。
表 3 列出了利用 1–1000 pg 內的七種含 量對系統進行三次 ISTD 校準所得到的 R2 值。在整個范圍內，所有分析物均表現出 優異的線性。響應穩定性 圖 4 展示了對 100 pg 標樣進行 60 次連 續重復進樣所得到的 ISTD 峰面積響應的 精密度。ISTD 峰面積的 RSD 為： • 萘-d8 (3.3%) • 苊-d10 (3.2%) • 菲-d10 (3.4%) • ?-d12 (2.7%) • 苝-d12 (2.0%)
圖 5 展示了對 100 pg 標樣進行 60 次連 續重復運行所得到的多種分析物的計算濃 度。該系統表現出優異的響應穩定性。 所有 27 種分析物的計算濃度的平均 RSD 為 1.1%。 土壤提取物的響應穩定性 特意選擇具有高基質含量的土壤提取物 進行穩定性測試，以挑戰系統性能。圖 6 對提取物與 100 pg PAH 標樣的掃描 TIC 進行了比較。土壤提取物具有*的基質 含量。請注意，對于具有這一有機物含量 水平的土壤，在常規分析中應考慮進行進 一步樣品凈化。所用的樣品前處理僅用于 測試目的。 為測試系統的穩定性，在土壤提取物中加 入 27 種分析物（各自含量為 100 pg）和 500 pg 的各種 ISTD。然后對加標提取物 進樣分析 60 次。在每次運行中，根據基 于溶劑的校準曲線對 PAH 進行定量，并 對所得的計算濃度作圖。圖 7 展示了多 種分析物的計算濃度。萘和苯并[ghi]苝的 實測濃度均高于加標濃度 (100 pg)。發現 這些化合物在土壤中的含量與圖 7 中的 偏移大致對應。土壤中的苝（未示出）含 量約為 200 pg。 所有 27 種分析物的計算濃度的平均 RSD 為 4.4%。對于 27 種分析物中的 22 種， 在對土壤樣品進樣 60 次后得到的計算 濃度處于土壤樣品進樣所得濃度的 20% 誤差范圍以內。與預期結果一樣， 最重的分析物（如苯并[ghi]苝）響應下降 速度快。
對土壤提取物進樣分析 60 次后，執行進 樣口維護。維護工作包括更換隔墊、進樣 口襯管和分流平板，并從色譜柱 1 的柱 頭截去 30 cm。移除襯管和分流平板后， 用甲醇飽和的棉簽清潔進樣口。經過維 護后，運行 100 ppb 校準標樣，并使用 在重復測定之前生成的原始校準曲線進行 定量分析。表 4 列出了實測濃度。所有 分析物均處于預期濃度的 7% 誤差范圍以 內。表 4 還列出了在進樣口維護后執行 全范圍校準所得到的 R2 值。表 4 中的數 據表明，土壤導致的系統性能下降僅限于 進樣口和柱頭，符合預期。 對于如本實驗所用的基質含量，通常無需 離子源清潔。使用 JetClean 和 9 mm 拉 出透鏡大大減少了通常會導致離子源性能 下降的沉積物。
結論 該系統解決了 GC/MS PAH 分析中面臨的 許多問題。使用 JetClean、9 mm 拉出透 鏡、更高的區域溫度以及合適的襯管， 大大改善了線性、峰形和系統穩定性。 JetClean 大幅減少了對手動清潔離子源 的需求，有助于提升實驗室的分析效率。 對于分析具有嚴重基質干擾的大體積樣品 的實驗室而言，配備 JetClean 和柱中反 吹的 Agilent 8890/7000D 三重四極桿氣質聯用系統不僅提供了本文中證明的所有優 勢，還具有更優異的 MS/MS 特異性[4]。 與 GC/MS 相比，GC/MS/MS 針對基質產 生的質譜干擾物質具有更高的選擇性，從 而簡化了數據審查。