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离宗
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采用配备安捷伦 60 mm 最大光强卡套式流通池的 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统对土壤样品中的痕量炸药进行分析应用报告环境作者 Gerd Vanhoenacker, Frank David Pat Sandra Research Institute for Chromatography Kennedypark 26, 8500 Kortrijk Belgium

1 采用配备安捷伦 60 mm 最大光强卡套式流通池的 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统对土壤样品中的痕量炸药进行分析应用报告环境作者 Gerd Vanhoenacker, Frank David Pat Sandra Research Institute for Chromatography Kennedypark 26, 8500 Kortrijk Belgium AU HMX 254 Area: RDX TB DB 254 B 254 Tetryl 254 TT 254 2A-DT 254 4A-DT DT DT T 4-T 3-T Area: Area: Area: Edgar aegele Agilent Technologies Waldbronn, Germany min 摘要本应用报告描述了如何使用配备安捷伦 60 mm 最大光强卡套式流通池二极管阵列检测器的 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统对土壤中硝基芳香类炸药残留进行分析对于标准溶液, 检测限低于 1 µg/l, 并获得了优异的检测灵敏度在 44 C 时采用 Agilent Poroshell 120 EC-C18 色谱柱使结构相关化合物实现色谱分离该研发方法经验证, 适用于一系列土壤样品分析

2 前言在地下水沉积物和土壤中均可以发现炸药残留, 这些炸药残留是由军事恐怖活动, 以及诸如采矿和建筑施工等民用活动带来的三硝基甲苯 (TT) 及其代谢产物, 以及环三亚甲基三硝胺 (RDX) 是最常见的炸药 1,2 土壤中的细菌可以将 TT 转化为有毒及致突变的 2- 氨基 -4,6- 二硝基甲苯 (2A-DT) 和 4- 氨基 -2,6- 二硝基甲苯 (4A- DT) 代谢产物美国环境保护局已经颁布了 EPA 方法 8330 用于进行硝基芳烃和硝基胺 3,4 的分析本文中的 14 种化合物的结构见表 1 环境样品中炸药的测定是一项具有挑战性的工作一些炸药固有的有限热稳定性使它们不适于进行气相色谱分析因此, 液相色谱成为这些化合物分析的选择由于某些炸药的检测灵敏度要求低至 1-10 ng/kg 或 ng/l, 因此配备大气压化学电离源 (APCI) 的 LC/MS 适用于炸药的残留分析 2 当然, 对于某些化合物, 由于其检测灵敏度要求不在标准规定范围之内, 故仪器成本消耗可能会很高使用 UV 或 DAD 检测器, 可在相对低浓度时检测炸药残留与质量选择检测器相比, 使用 UV 检测器的缺点之一就是缺乏选择性因为有些化合物的结构极为相似, 这使得它们很难得到有效的色谱分离因此,EPA 方法 8330 推荐使用两种色谱柱以 C18 固定相色谱柱为主进行炸药分析, 进而采用 C 固定相色谱柱进行成分鉴定色谱柱串联使两种固定相可以在同一分析中联合发挥作用 5 但是, 样品基质变化显著, 并在样品分析时产生干扰不过, 带有 UV 检测器 (EPA 8330) 的液相色谱仍为此分析的适用方法本文展示了采用配备灵敏检测器的先进设备进行所有炸药分析的优势, 尤其是土壤 O 2 O 2 HMX O 2 RDX O 2 O2 H 2 O 2 2A-DT H 2 4A DT Tetryl 2-T - 表 1 US EPA 方法 8330 中的分析化合物列表样品中炸药的分析本分析采用 Agilent Poroshell 120 色谱柱 O 2 1,3,5 -TB - 2,4-DT - O 2 1,3 -DB - O 2 TT - O 2 2,6-DT - 3-T 4-T - - 2

3 实验部分化学品与溶液炸药标准品混合物购于 Dr. Ehrenstorfer 公司 (Augsburg, Germany) 将标准混合物配制成浓度为 100 ng/ml 的乙腈溶液 ( 表 2) 所有稀释液和样品溶液都须配制成 0.1% 的甲酸溶液, 以防止三硝基苯甲硝胺降解最终的进样溶剂为含 0.1% 甲酸的水 / 乙腈 (v/v=75/25) 混合液样品制备干燥土壤样品的提取流程如下 : 1. 称取 2 g 土壤样品置于 15 ml 离心管中 2. 加标炸药 ( 选项 ) 3. 在乙腈中加入 5 ml 0.1% 甲酸溶液 4. 振摇 10 s 5. 室温超声 15 min 6. 冰箱中储存 2 h 7. 室温超声 15 min 8. 离心 9. 取上清液 1 ml, 加 3 ml 0.1% 甲酸溶液稀释 10. 混合, 用滤膜过滤硝基苯类 - 炸药混标 1 ( ) 1,3-DB 2,4-DT RDX B HMX 1,3,5-TB TT 表 2 样品溶液硝基苯类 - 炸药混标 2 ( ) 2A-DT 4A-DT 2,6-DT 2-T 3-T 4-T Tetryl 色谱条件方法参数 : 色谱柱 Agilent Poroshell 120 EC-C18, 100 mm x 2.1 mm, 2.7 µm ( 部件号 ) 流动相 A=0.01% (v/v) 甲酸溶液 B= 甲醇流速 0.55 ml/min 梯度程序 min 20% 到 28% B min 28% 到 30% B min 30% 到 70%B min 20% B 柱温 44 C 进样量 20 µl, 洗针 ( 冲洗端口,5 s, 水 / 甲醇 =1/1) 样品温度 15 C 二极管阵列检 Signal A: 254/8 nm( 定量 ) 测器 Signal B: 234/8 nm( 定性鉴定波长 ) 峰宽 > min 仪器采用配备以下组件的 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统 : 集成真空脱气机的 1290 Infinity 二元泵 (G4220A) 1290 Infinity 标准自动进样器 (G4226A) 1290 Infinity 恒温器 (G1330B) 1290 Infinity 柱温箱 (G1316C) 1290 Infinity 二极管阵列检测器 (G4212A) 最大光强卡套式高灵敏度流通池 (60 mm 光程 )(G ) 最大光强卡套式标准流通池 (10 mm 光程 )(G ) 3

4 结果与讨论方法优化由于这些化合物结构相似, 所以能在让人接受的时间内分离 14 种化合物就会比较困难因此, 固定相和流动相选择就非常重要最终的色谱方法以技术概述 E[6] 中的描述为基础, 只是用梯度洗脱代替了原始的等度洗脱方法来分析土壤样品应用浅梯度进行炸药的分离和洗脱, 在运行结束时进行色谱柱冲洗包括色谱柱再平衡时间在内的总分析时间为 13 min 柱温控制是分离炸药 6-11[3,4,7] 的关键 44 C 为最佳柱温, 可实现预期的选择性向流动相 A 中加入少量甲酸以确保三硝基苯甲硝胺的稳定性加酸不影响目标化合物的保留, 但是在梯度洗脱时影响基线形状因此, 最终选择低浓度的 0.01% (v/v) 甲酸溶液来获得相对平坦的基线由于采用乙腈提取土壤样品, 因而不牺牲色谱效率和良好峰形的提取物大体积进样是不可能的在给定的分析条件下, 进样体积应该保持在 2 µl 以下当必须采用更大体积进样来提高检测灵敏度时, 应用更弱的溶剂稀释乙腈样品液, 如水用 0.1% 甲酸水溶液释样品溶液至 3 倍体积时, 可实现 20 µl 或更大进样量与未经稀释样品和标准品溶液的进样量相比, 进样 20 µl 稀释样品, 上样量增加了 2.5 倍样品溶剂和进样量影响的示例见图 1 mau mau HMX RDX TB DB B 254 氮气吹干提取物, 用更小体积的进样溶剂复溶残渣, 以进一步浓缩样品遗憾的是一些挥发性较强的炸药 ( 如硝基苯和硝基甲苯 ) 会在此步操作中损失方法验证采用 60 mm 流通池, 溶液进样 20 µl 时的检测限大约为 0.5 ppb (µg/l) 这就意味 min Tetryl TT A-DT A-DT DT DT T T T min 图 1 标准品的乙腈溶液 (500 ng/ml, 进样 5µL)- 下方色谱图和含 0.1% 甲酸的水 / 乙腈标准品溶液 (125 ng/ml, 进样 20 µl)- 上部色谱图的对比色谱图在两个分析中, 每种炸药的上样量均为 2.5 ng 4

5 着分析土壤样品的 LOD 大约为 5 ppb (µg/kg) 高灵敏度最大光强卡套式流通池 (60 mm) 比标准流通池 (10 mm) 有更长的光程, 理论上, 检测灵敏度是后者的 6 倍两种流通池的性能对比结果见表 3 进样 5 ppb 浓度的标准溶液, 信噪比提高约 4.5 倍, 而分离度保持不变因此, 高灵敏度流通池的检测灵敏度将提高 5 倍采用 10 mm 流通池进行 5 ppb 标准溶液分析和采用 60 mm 流通池进行 1 ppb 标准溶液分析的数据对比证实了这个结论, 见表 3 内置标准 10 mm 流通池, 在 1 ppb 浓度时几种测试化合物甚至检测不到光程增加对 1 ppb 标准溶液信号强度的影响见图 2 采用三个水平浓度的溶液考察方法的重复性浓度为 1 10 和 100 ppb 的标准溶液连续进样 8 次, 计算其 RSD 值单次进样浓度为和 500 ppb 标准溶液, 绘制校准曲线结果见表 4 10 mm, 5 ppb 60 mm, 5 ppb 60 mm, 1 ppb 信噪比分离度信噪比分离度信噪比分离度 Tetryl TT A-DT A-DT DT DT 表 3 10 mm 最大光强卡套式流通池和 60 mm 流通池的性能对比 mau B 254 Area: Tetryl 254 Area: TT 254 Area: A-DT 254 Area: A-DT 254 Area: DT 254 Area: DT 254 Area: min 图 2 采用最大光强卡套式标准流通池 (10 mm 光程 )- 下方色谱图和采用最大光强卡套式高灵敏度流通池 (60 mm 光程 )- 上方色谱图对 1 ppb 标准溶液进行分析的详情化合物保留时间 10 ppb 重复性 (n=8),%rsd 峰面积 1 ppb 峰面积 10 ppb 峰面积 100 ppb 线性 (1-500 ppb) R² HMX RDX TB DB B Tetryl TT A-DT A-DT DT DT T T T 表 4 方法性能 5

6 样品分析对三种不同土壤样品加标浓度 50 和 500 ppb (µg/kg 土壤 ) 前后分别进行分析在样品完成制备并经过分析后, 对比 5 和 50 ppb (ng/ml) 标准溶液的进样结果减去未加标样品相应色谱峰后计算加标样品各的回收率, 数据见表 5 对于大多数样品来说回收率均在合理范围内 ( 例如,80-120%) 但是, 有一些数值由于样品基质干扰, 例如加标浓度 50 µg/kg 的 TT 和 2, 6-DT 其回收率比预期值高许多在已开发的方法中, 在 234 nm 采集 DAD 信号进行组分确证和校准在两个波长下, 检测峰对应的各自炸药的计算浓度应该非常相似但在本研究中, 这些土壤样品中的检测峰表现的不是这种情况因此得出结论, 这些峰受到了其它物质的干扰这也证实了对于极低浓度的炸药而言, 与质量选择检测器相比, 以 UV 为基础的检测器缺乏选择性但是, 样品预期浓度在 100 µg/kg 左右时,DAD 仍为首选检测器图 3 为未加标和加标土壤样品分析的实例加标 50 µg/kg 加标 500 µg/kg 化合物土壤 1 土壤 2 土壤 3 土壤 1 土壤 2 土壤 3 HMX RDX TB DB B Tetryl TT A-DT A-DT DT DT T T T 表 5 加标炸药土壤样品的回收率 ( 以百分比数值表示回收率 ) mau HMX 254 Area: RDX TB DB 254 B 254 Tetryl 254 TT 254 2A-DT 254 4A-DT DT DT T 4-T 3-T Area: Area: Area: min 图 3 土壤样品和加标土壤样品 ( 加标 50 和 500 µg/kg) 的叠加色谱图 6

7 结论本文开发的方法可实现 ng/ml 级以下的 US EPA 8330 炸药标准溶液的测定应用本方法分析土壤样品, 相应的检测限大约为 5 ppb(µg/kg) 因为配备最大光强卡套式高灵敏度流通池, 新型 Agilent 1290 Infinity DAD 具有高检测灵敏度, 所以可以实现低浓度检测标准溶液测定的重复性线性及加标土壤样品的回收率结果表明了此方法适用于常规土壤炸药残留分析此外, 采用 Agilent Poroshell 120 EC-C18 色谱柱可以在相对短的分析时间内将这些结构相似化合物进行分离, 说明它可以在分析中提供必要的选择性参考文献 1. R. Schuster, A. Gratzfeld-Huesgen, "HPLC Analysis of Explosive Constituents in Soil Samples," Agilent Technologies, publication, E, R. Kinghorn, C. Milner, 爆炸残留物的飞行时间 LC/MS 分析 Agilent Technologies publication CHC, March U.S. Environmental Protection Agency, EPA Method 8330, itroaromatics and itramines by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Revision 0, September U.S. Environmental Protection Agency, EPA Method 8330A, itroaromatics and itramines by High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Revision 1, February M.J. Lang, HPLC Analysis of Explosives using EPA Method 8330, Varian, LC Application ote nr Isolation, Purification and Chromatography of itro Compounds and Explosives, Agilent Technologies publication E, April J.W. Henderson Jr., W.J. Long, Separation of Explosives in EPA 8330: Column Choices Optimize Speed, Resolution, and Solvent Use, Agilent Technologies publication E, ovember

8 安捷伦科技 ( 中国 ) 有限公司, 年 12 月 1 日出版号 CHC

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5990-6871CHCN_5989_5672.qxd.qxd 采用配备安捷伦 60 mm 最大光强卡套式流通池的 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统对土壤样品中的痕量炸药进行分析应用报告环境作者 Gerd Vanhoenacker, Frank David Pat Sandra Research Institute for Chromatography