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凯倪
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1 使用 Agilent 6460 三重四极杆液质联用系统对水中日益被关注的新型污染物 (CEC) 进行高灵敏度 HPLC 分析应用简报环境分析作者 Tarun Anumol, Sylvain Merel, Shane Snyder 化学与环境工程系 BIO5 研究院亚利桑那大学亚利桑那州图森市美国摘要目前已开发出一种能够快速灵敏监控污水处理过程中 36 种 CEC 的方法其中大部分化合物的检测限和定量限远低于十亿分之一 (ppb), 方法检测限 (MRL) 在万亿分之 (ppb) 0.1 到 15 范围内整个周期时间在 20 min 以内

2 引言如今在水中能够检测到很多过去未曾检测到的化学品, 或者检测到的水平可能与预期存在显著差异 [1] 因为这些物质的存在出现频率以及来源对人类健康和环境造成的风险尚不明确, 它们通常被称为日益被关注的新型污染物 (CEC) 美国国家环境保护局 (EPA) 正致力于加深对多种 CEC 的了解, 尤其是对药品和个人护理产品 (PPCP) 以及全氟化合物的了解随着 CEC 日益频繁地在世界各地的河流湖泊和地下水中被检测出来, 加深对 CEC 的了解对于衡量其对环境与人类健康的潜在威胁而言是必不可少的已知某些 CEC 是内分泌干扰物, 而另外一些则能够影响糖皮质激素活性长期暴露在低剂量 CEC 之下所带来的协同效应尚不明确因此,EPA 制定了非受控污染物监控法规 (UCMR) 用于评估水源中 CEC 的潜在威胁最新的 UCMR 要求监控从 2013 到 2015 年的 30 种污染物国家实验室公共给水系统都将参与评估监控筛检调查和预筛选测试 [2] 这一综合项目需要使用到灵敏精确重现性好且快速的方法本应用简报描述了一种快速而灵敏的方法, 它可检测 36 种 CEC 分析物且每个样品分析周期在 20 min 之内此 UHPLC/MS/MS 方法是采用 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统与 Agilent 6460 三重四极杆液质联用系统结合而开发的, 使用正负电喷雾离子化功能此方法对 36 种化合物中的大多数化合物的检测限 (LOD) 和定量限 (LOQ) 均远低于 1 ppb, 方法检测限 (MRL) 在 0.1ppt 到 15 ppt 范围内此方法已经被用于监控污水处理过程 ( 从未处理污水到脱氯最终流出物 ) 中的 CEC 水平其中几种 CEC 在污水中的初始浓度高于 1,000 ng/l (ppt), 并且多数在经过水处理之后浓度仍高于 500 ng/l 实验部分试剂和标准品校准标样中全氟十六酸 (PFHxDA) 购自 Matrix Scientific 眠尔通购自 Cerilliant(Round Rock,TX) 三氯生购自 Alfa Aesar, 其他均购自 Sigma-Aldrich 首先通过使用固体纯品溶于 HPLC 农药级甲醇 (Burdick & Jackson) 制备浓度为 500 µg/ml 的各标准储备液随后在甲醇中混合所有标准品制备 10 µg/ml 浓度的校准和配方溶液, 然后连续稀释以获得所需浓度标记的内标除 13 C 4 -PFOA 13 C 4 -PFOS 13 C 2 -PFHxA 13 C 4 -PFBA 购自 Wellington 实验室 ;primidone-d 5 和 13 C 6 -diclofenac 购自 Toronto Research Chemicals;gemfibrozil-d 6 购自 C/D/N Isotopes 以外, 其他均购自剑桥同位素实验室 ( 见表 1) 使用的所有溶剂均达到最高纯度, 可适用于液相色谱 / 质谱分析甲基叔丁基醚 (MTBE) 甲酸氢氧化铵购自 Fisher Scientific, 而乙腈则购自 Burdick and Jackson 表 1. 标记的内标物化合物化合物咖啡因 - 13 C 3 全氟辛酸 - 13 C 4 甲氧苄啶 -d 3 吉非罗齐 -d 6 三氯蔗糖 -d 6 全氟辛烷磺酸盐 - 13 C 4 扑米酮 -d 5 三氯卡班 - 13 C 6 磺胺甲基异恶唑 -d 6 全氟丁酸 - 13 C 4 眠尔通 -d 3 布洛芬 -d 3 氟西汀 -d 5 双酚 A- 13 C 12 卡马西平 -d 10 萘普生 - 13 C 1 d 3 二乙基甲苯酰胺 -d 6 双氯芬酸 - 13 C 6 三氯卡班 - 13 C 6 阿特拉津 -d 5 2

3 仪器此方法是在结合了 Agilent 6460 三重四极杆液质联用系统并使用正负电喷雾离子化功能的 Agilent 1290 Infinity HPLC 系统上开发的仪器条件如表 2 和表 3 所示表 2. HPLC 和 ESI+ MS 仪器条件 HPLC 条件分析色谱柱 Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18 色谱柱, 2.1 x 50 mm,1.8 µm 粒径 ( 部件号 ) 表 3. HPLC 和 ESI- MS 仪器条件 HPLC 条件分析色谱柱 Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18 色谱柱, 2.1 x 50 mm,1.8 µm( 部件号 ) 保护柱具有 0.3 µm 不锈钢滤芯的 Agilent 1290 Infinity 在线保护柱具有 0.3 µm 不锈钢滤芯的 Agilent 1290 Infinity 在线过滤器 ( 部件号 ) 过滤器 ( 部件号 ) 柱温 30 C 进样体积 3 µl 柱温 30 C 进样体积 3 µl 流动相 A = 水 + 0.1% (v/v) 甲酸 B = 乙腈 + 0.1% (v/v) 甲酸流动相 A = 水 + 5 mm 醋酸铵 B =(90% 乙腈 + 10% 水 )+ 5 mm 醋酸铵运行时间 8 min min 后运行时间运行时间 6.4 min min 后运行时间流速 0.4 ml/min 流速 0.4 ml/min 梯度时间 (min) 流动相 0 5% B 1.5 5% B 3 20% B 4 45% B % B 7 100% B % B 后运行时间 : 1.45 min 质谱条件梯度时间 (min) 流动相 0 20% B % B 5 100% B % B % B 后运行时间 : 1.5 minutes 质谱条件采集参数 ESI 模式, 正电离 ; 动态多反应监测采集参数 ESI 模式, 负电离 ; 动态多反应监测鞘气温度 375 C 鞘气温度 350 C 鞘气流速 11 L/min 鞘气流速 11 L/min 干燥气温度 275 C 干燥气温度 225 C 干燥气 11 L/min 干燥气 10 L/min 喷雾器压力 45 psig 喷雾器压力 45 psig 喷嘴电压正压 0 V; 负压 500 V 喷嘴电压正压 0 V; 负压 1500 V Vcap 正压 4000 V; 负压 3500 V Vcap 正压 4000 V; 负压 3600 V D EMV 400 V D EMV 400 V 3

4 样品前处理水样品取自两家污水处理厂, 经过多个阶段的处理每个 1L 量的样品中加 ng/l 内标, 然后使用 200 mg 亲水亲油平衡 (HLB) 固相萃取小柱进行萃取在自动固相萃取系统上进行样品前处理, 通过 5 ml 甲醇和 5 ml 10/90 (v/v) MTBE 洗脱然后, 样品使用氮气吹至 100 µl, 再用甲醇复溶至 1 ml 的最终体积分析参数 36 种分析物的多反应监测 (MRM) 转换及其内标物如表 4 和表 5 所示表 4. 多反应监测 (MRM) ESI + 分析参数化合物母离子子离子碎裂电压 (V) 碰撞能量 (V) 化合物母离子子离子碎裂电压 (V) 碰撞能量 (V) 咖啡因 a b 咖啡因 - 13 C 甲氧苄啶甲氧苄啶 -d 三氯蔗糖 +Na 三氯蔗糖 -d 去炎松扑米酮扑米酮 -d 新诺明磺胺甲基异恶唑 -d 眠尔通眠尔通 -d 苯海拉明地尔硫卓氢化可的松泼尼松西玛津氟西汀氟西汀 -d 立痛定卡马西平 -d 地塞米松磷酸三氯乙酯阿特拉津阿特拉津 -d 二乙基甲苯酰胺二乙基甲苯酰胺 -d 睾丸素炔诺酮磷酸三氯丙酯甲基炔诺酮二苯甲酮 a 定量离子 b 辅助定量离子

5 结果与讨论方法性能目前已开发了一种灵敏耐用的液相色谱 - 串联质谱方法, 可检测 36 种日益被关注的新型污染物 ( 表 6) 的, 此方法中大部分化合物 ( 表 4 和表 5) 使用了多组 transitions 和标记的内标此方法在 1 ng/l 到 2400 ng/l 范围内提供了高准确度的校准曲线, 线性拟合的 R2 值大于 0.99( 图 1) 表 5. 多反应监测 (MRM) ESI 分析参数表 6. 目标分析物化合物母离子子离子碎裂电压碰撞能量全氟辛酸 a b 86 5 全氟辛酸 - 13 C PFDA 吉非罗齐吉非罗齐 -d 全氟辛烷磺酸盐全氟辛烷磺酸盐 - 13 C 三氯卡班三氯卡班 - 13 C 三氯生 PFHxDA PFBS 全氟丁酸全氟丁酸 - 13 C 布洛芬布洛芬 -d 双酚 A 双酚 A- 13 C 萘普生萘普生 - 13 C 1 d 双氯芬酸双氯芬酸 - 13 C a 定量离子 b 辅助定量离子化合物阿特拉津二苯甲酮双酚 A 咖啡因立痛定二乙基甲苯酰胺地塞米松双氯芬酸地尔硫卓苯海拉明氟西汀吉非罗齐氢化可的松 ( 皮质醇 ) 布洛芬眠尔通萘普生诺塞甾酮甲基炔诺酮全氟丁酸 PFBS PFDA PFHxDA 全氟辛酸全氟辛烷磺酸盐泼尼松扑米酮西玛津三氯蔗糖新诺明磷酸三氯乙酯磷酸三氯丙酯睾丸素去炎松三氯卡班三氯生甲氧苄啶用途农药紫外线遮光剂增塑剂兴奋剂抗癫痫药驱虫剂抗炎药抗关节炎抗心律失常抗组胺剂抗抑郁药降脂药抗炎药镇痛药抗焦虑镇痛药避孕药成分激素避孕药全氟化合物全氟化合物全氟化合物全氟化合物全氟化合物全氟化合物抗炎药抗惊厥药除草剂人工甜味剂抗生素阻燃剂阻燃剂雄激素合成皮质类固醇抗生素抗菌药抗生素 5

6 测定每一种目标分析物的 LOD LOQ 和 MRL LOD 是指能够在三次连续进样中提供信噪比 > 3( 峰高 ) 的最低浓度,LOQ 是指能够为定量和定性离子对提供信噪比 > 10 的最低浓度 36 种目标分析物的 LOD 和 LOQ 值均列在表 7 中 y = *x R 2 = (ng/ml) y = *x R 2 = (ng/ml) 1.2 y = *x R 2 = (ng/ml) 8 y = *x R 2 = (ng/ml) 图 1. 扑米酮 ( ng/l) 咖啡因 (1 2400) 吉非罗齐 ( ng/l) 三氯卡班 ( ng/l) 的校准曲线 ( 重复两次 ), 所有校准曲线的 R 2 值 >

7 使用八等分的加标浓度高于 LOQ 两到三倍的 HPLC 级水来测定每种分析物的方法检测限 (MRL) 使用固相萃取流程对样品进行萃取并将其进样到 UHPLC 中然后, 使用标准偏差和 t- 检验在 99% 置信区间计算 MRL, 计算值保留一位小数所有 36 种分析物的 MRL 如表 7 所示除了一种分析物之外, 其他所有分析物的 LOD 值均小于或等于 1 µg/l ppb 其中好几种分析物的 LOD 值低达 0.02 µg/l, 即 20 ppt 大部分分析物的 LOQ 值小于或等于 5 ppb, 少部分小于或等于 100 ppt 所有分析物的 MRL 值均小于或等于 15 ng/l ppt, 多种分析物可低至 0.1 至 0.5 ppt 表种引发关注的新型污染物的 LOD LOQ MRL 化合物检测限 (µg/l) 定量限 (µg/l) MRL (ng/l) ESI 正模式分析咖啡因甲氧苄啶三氯蔗糖去炎松扑米酮新诺明眠尔通苯海拉明地尔硫卓氢化可的松泼尼松西玛津氟西汀立痛定地塞米松磷酸三氯乙酯阿特拉津二乙基甲苯酰胺睾丸素炔诺酮磷酸三氯丙酯甲基炔诺酮二苯甲酮 ESI 负模式分析全氟辛酸 PFDA 吉非罗齐全氟辛烷磺酸盐三氯卡班三氯生 PFHxDA PFBS 全氟丁酸 NA 布洛芬双酚 A 萘普生双氯芬酸 NA = 未分析 7

8 污水分析使用本方法对亚利桑那和加利福尼亚两家污水处理厂不同的处理点的样品进行分析使用自动固相萃取将样品萃取至 1 ml 甲醇溶液中如果化合物的初始浓度超出了校准曲线的范围, 则稀释样品并重新运行然后使用合适的内标物对所有的浓度值进行校正涵盖多个污水处理阶段的 36 种分析物所测得的浓度见表 8 表明污水中多种 CEC 的初始浓度高于 1000 ng/l, 部分 CEC 在经过水处理之后浓度仍高于 500 ng/l 表 8. 多个处理阶段的污水中 CEC (ng/l) 的测定污水处理厂 1 污水处理厂 2 化合物格栅处理之后 BNROD 之后沙滤之后氯化之后澄清池处理之后二级流出物活性污泥处理后脱氯最终流出物 ESI 正模式分析咖啡因 >4, >4, 甲氧苄啶 1, <MRL 1, 三氯蔗糖 8,979 8,171 7,573 7,954 >6,000 >6,000 >6000 扑米酮 1, 去炎松 14 <MRL <MRL <MRL 4 <MRL <MRL 新诺明 6,078 3,909 3, , 眠尔通 , 苯海拉明 <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL 地尔硫卓 NA NA NA NA NA NA NA 氢化可的松 NA NA NA NA <MRL <MRL <MRL 泼尼松 59 <MRL <MRL <MRL 西玛津 <MRL <MRL <MRL 卡马西平氟西汀地塞米松 94 <MRL <MRL <MRL 19 <MRL <MRL 磷酸三氯乙酯阿特拉津 <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL 二乙基甲苯酰胺 , 睾丸素炔诺酮 <MRL <MRL <MRL 磷酸三氯丙酯 5,665 3,874 3,408 2, , 甲基炔诺酮二苯甲酮 4, >4,000 2, ESI 负模式分析全氟丁酸 <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL 萘普生 >6, >6, PFBS 双氯芬酸 <MRL <MRL 布洛芬 >8, <MRL <MRL >6,000 1, 全氟辛酸双酚 A 吉非罗齐 >6, ,747 2, PFDA <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL 全氟辛烷磺酸盐 , 三氯卡班三氯生 4, , PFHxDA <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL <MRL 8

9 结论目前将 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统与 Agilent 6460 三重四极杆液质联用系统结合成功开发出一种快速灵敏的方法, 它可监控污水处理过程中痕量水平的 CEC 20 min 内可完成每个样品中 36 种低 ppt 水平的分析物的分析采用多反应监测方式通过二次转换可以验证多种结果,20 种标记内标物的使用为定量提供了更好的精密度和准确度参考文献 1. Contaminants of Emerging Concern, accessed October 3, Unregulated Contaminant Monitoring Rule 3 (UCMR3), ucmr3/index.cfm, accessed October 3, 如需更多信息这些数据代表典型结果有关我们的产品和服务的详细信息, 请访问我们的网站 : 9

10 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 中国印刷 2012 年 11 月 6 日 CHCN

监控水源中痕量污染物的难度之一在于, 检测需要充足的样品量并经过充分的样品前处理才能完成传统分析方法在实施仪器分析之前通常需要使用 1L 水样, 并对水样进行固相萃取, 达到合适的萃取浓度这些方法需要输送大量样品花费大量的人力以及大量有机溶剂本应用简报描述了一种在线 SPE 痕量富集方法,

监控水源中痕量污染物的难度之一在于, 检测需要充足的样品量并经过充分的样品前处理才能完成传统分析方法在实施仪器分析之前通常需要使用 1L 水样, 并对水样进行固相萃取, 达到合适的萃取浓度这些方法需要输送大量样品花费大量的人力以及大量有机溶剂本应用简报描述了一种在线 SPE 痕量富集方法, 使用在线 SPE 富集对水中痕量有机污染物进行高灵敏度 LC/MS 定量分析应用简报环境作者 Tarun Anumol 和 Shane Snyder 化学与环境工程系 BIO5 研究院亚利桑那大学亚利桑那州图森市美国 Sheher Bano Mohsin 安捷伦科技公司伊利诺伊州绍姆堡美国摘要本实验开发出一种可快速灵敏分析水中痕量有机化合物的在线 SPE 方法, 该方法具有高重现性和高稳定性,