Application Notes CM17 加速溶剂萃取 - 三重四级杆气质联用测定 PM2.5 中的多环芳烃和多氯联苯 李春丽 赛默飞世尔科技 中国 有限公司 关键词 雾霾 多环芳烃 多氯联苯 ASE35 TSQ 8 Evo 三重四极杆气质联用 HJ646-213 引言 随着工业的发展 环境问题受到了严峻的挑战 如 213 年我国多地遭遇了严重的雾霾天气 目前 可吸入颗粒 物 PM2.5 粒径在 2.5 微米以下的颗粒物 已成为现在环 境监测的重点项目 据文献报道 PM2.5 会导致呼吸道损 害 与呼吸道疾病 肺部疾病 心血管疾病有直接关联 甚至涉及到免疫毒性 致癌及生殖毒性等毒性 [1] 据世 卫组织估计 211 年有 2 多万人因吸入室内和室外空 气污染中的细小颗粒而死亡 PM2.5 是一种成分非常复杂的混合物 包含了碳颗粒物 无机盐类及其酸根 金属 有机化合物和致病微生物等 PM2.5 承载的有机物化合物中 多环芳烃 PAHs 的危害 最为显著 它具有强烈的致突变 致癌和致畸作用 且 具有生物蓄积性和持久性 根据我国 环境空气质量标准 (GB 395-212) 苯并 (a) 芘的日均限值为.25μg/m3[2] 对 于多环芳烃的检测 全球范围已经发布了多项关于环境 空气中颗粒物中的多环芳烃的检测标准 我国于 213 年 也颁布了新标准 HJ646-213 环境空气和废气 气相和颗 粒物中多环芳烃的测定 气相色谱 - 质谱法 多氯联苯 在标准 HJ646-213 中 前处理采用的是索氏萃取法 每 个样品的萃取时间为 16 小时 耗时长 成本高 本实 验 采 取 的 前 处 理 方 法 - 加 速 溶 剂 萃 取 技 术 Accelerated Solvent Extraction ASE 其萃取速度和效率较常规索氏 萃取法快且溶剂用量少 该技术在较高的温度 4 2 ) 和高压 15 psi) 下用溶剂萃取固体或半固体样 品中的目标组分 ASE 具有萃取效率高 速度快 溶剂 用量少等优点 [3] 目前 ASE 广泛应用于环境 食品 药 物等领域 EPA3545A 方法即为采用 ASE 对环境样品中多 种有机污染物进行提取的前处理方法 [4] PCBs-polychlorinated biphenyls 是一类苯环上与碳原子连 本方法参考 HJ646-213 标准 采用加速溶剂萃取 - 串接气 接的氢被氯取代的联苯化合物 拥有 29 个异构体和同 质联用法测定 PM2.5 中的多环芳烃和多氯联苯 方法前处 系物 是环境持久性有机污染物之一 被列为斯德哥尔 理简单快速 通过二级质谱扫描充分减少了在复杂基质 摩公约中优先控制的 12 类持久性有机污染物之一 PCBs 样品中的背景干扰影响 提高了目标化合物的检测灵敏 是重要的内分泌干扰物 具有致畸 致癌和致突变性 度 该方法具有灵敏度高 稳定性好 线性范围宽等优点 是危害人类健康的重要有机污染物 与常规有机污染物 不同 该类持久性有机污染物在自然环境中极难降解 并能通过水或空气等载体转移 导致了在全球范围的污 染传播
2 1. 实验部分 1.1 仪器和试剂质谱仪器 :TSQ 8 Evo 质谱仪 ( 赛默飞世尔科技, 美国 ); 气相色谱仪 :Trace131 GC 配 AI l31 自动进样器 ( 赛默飞世尔科技, 美国 ); 色谱柱 :TG-5MS 3m*.25mm*.25μm 毛细管色谱柱 ; Thermo Scientific TM Dionex TM ASE TM 35 加速溶剂萃取, 配 1 ml 不锈钢萃取池 (P/N 6887), 6 ml 收集瓶 (P/N 48784) Thermo Scientific TM Reacti-Therm 氮吹仪 (PN: 3292-) 试剂 : 正己烷 : 农残级 ; Thermo Scientific TM 硅藻土 (1 kg )(P/N 62819) Thermo Scientific TM 纤维素膜 ( 27 mm )(P/N 6893) 1.2 仪器方法气相方法 : 柱温箱 :7ºC 保持 1min,25ºC/min 升至 14ºC, 再以 1ºC/min 的速率升至 24ºC, 最后以 5 /min 升温升温至 3, 保持 3min; 进样口 : 不分流进样, 不分流时间 : 1min, 衬管 : 惰性不分流 ( 货号 :453A1925), 进样口温度为 27ºC; 载气 : 恒流,1ml/min; 传输线 :28ºC 质谱方法 : 离子源温度为 3 ºC, 采用 Acquisition-Timed 方法,SRM 扫描, 具体检测离子对如表 1 所示 : 表 1. 多环芳烃和多氯联苯的质谱条件 Name RT Mass Product Mass Collision Energy Naphthalene 4.68 Acenaphthylene 6.97 Acenaphthene 7.3 Fluorene 8.25 Phenanthrene 1.24 Anthracene 1.33 128 76.6 3 128 12.1 2 152 126 25 152 151.1 15 153 126.6 25 153 151.9 2 166 115 4 166 165 15 178 151.9 2 178 176 25 178 151.9 2 178 176.1 25 186 15.7 25 PCB28 11.11 256 185.9 3 257.8 188 25 22 15 4 PCB52 11.77 289.9 22 3 291.8 221.9 35 Fluoranthene 12.94 11 88 1 22 2.1 35 253.9 184 35 PCB11 13.42 325.8 255.9 35 327.7 255.8 35 Pyrene 13.44 11 88 1 22 2 35
3 Name RT Mass Product Mass Collision Energy 253.9 184 35 PCB118 14.61 325.8 255.9 35 327.7 255.8 35 289.8 219.9 4 PCB138 15.7 359.8 289.9 35 361.7 291.8 35 289.8 219.9 4 PCB153 15.66 359.8 289.8 35 361.7 291.8 3 Benzo(a)anthracene 16.64 Chrysene 16.75 228 21.9 25 228 226.1 3 113 112.5 1 228 226.1 3 323.8 253.9 4 PCB18 17.19 393.8 323.8 35 395.7 325.8 35 Benzo(b)flouranthene 2.7 Benzo(k)flouranthene 2.15 Benzo(a)pyrene 21.8 Indeno(1,2,3-cd)pyrene 24.66 Dibenz(a,h)anthracene 24.79 Benzo(g,h,i)perylene 25.4 126 113 1 252 25.2 35 126 113 1 252 25.3 35 126 113 1 252 25.1 35 138 125 15 276 274.1 4 139 125.9 1 278 276.3 35 138 137.2 15 276 274.2 4 1.3 样品采集参考标准 HJ646-213: 采用 MTL 公司的石英滤膜采集 PM 2.5 颗粒物, 采样流量为 L/min, 采样时间为 24h 样品采集完成后避光于 4 以下保存 1.4 样品前处理取样品石英滤膜一张, 小心用镊子卷成圈, 置于底层垫有纤维素膜的萃取池 (1mL) 中, 加入适量硅藻土, 按下列加速溶剂萃取条件萃取 萃取完成后萃取液氮吹浓缩至近干, 加入正己烷定容至 1mL, 直接 GC-MS/MS 分析 ASE 条件 萃取溶剂 : 正己烷 系统压力 : 15 psi 萃取温度 : 加热时间 : 5 min 静态萃取时间 : 5 min 循环次数 : 2 冲洗体积 : 6% 吹扫时间 : 9 s 萃取池大小 : 11 ml 总时间消耗 : 2 min 总溶剂消耗 : 2mL
4 2. 实验结果分析 2.1 色谱分离结果 我们通过 Auto-Time-SRM 模式优化碰撞能量可以确定每个 化合物 SRM 质谱条件 ( 母离子 - 子离子 - 碰撞能量 ) 见表 1, 在该条件下运行样品可得到目标物的 SRM 色谱质谱图见 图 1 RT: 4.64-26.5 SM: 7G 9 RT: 4.64-26.5 SM: 7G 8 9 7 我们通过 Auto-Time-SRM 模式优化碰撞能量可以确定每个化合物 SRM 质谱条件 ( 母离子 - 子离子 - 碰撞能 量 ) 见表 1, 在该条件下运行样品可得到目标物的 SRM 色谱质谱图见图 1 8.52 8.52 NL: 1.55E6 TIC MS 5ppb NL: 1.55E6 TIC MS 5ppb 8 6 7 5 6 4 5 3 4 2 3 1 2 1 1.54 7.53 1.65 1.54 13.25 7.21 13.26 13.76 7.53 1.65 13.24 4.86 17.5 17.15 2.52 2.61 21.55 13.25 17.4 7.21 13.26 13.77 17.16 25.89 17.3 11.37 12.2 13.24 13.76 13.78 25.13 4.86 14.87 17.5 17.2 17.15 17.18 2.52 2.61 21.55 25.1 7.96 17.4 5.32 6.88 8.75 8.96 13.13 17.1 13.77 17.47 17.16 2.1 21.64 23.98 25.89 17.3 11.37 12.2 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 13.78 25.13 14.87 17.2 17.18 25.1 5.32 6.88 7.96 8.75 8.96 13.13 17.1 17.47 2.1 21.64 23.98 图 1. 标准溶液色谱图 (5 μg/l) 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 图 1 标准溶液色谱图 (5 μg/l) 2.2 方法的最低检测限 2.2 方法的最低检测限烃的检出限为.1 ug/l, 由图 3 可以看出 7 种多氯联苯的以 S/N=3 为检出限以 S/N=3 为检出限,S/N=1,S/N=1 为定量限计算信噪比为定量限计算信噪比, 检测, 检测限谱图示于图检出限为.5 ug/l 本方法的检出限优于其他文献报道值 2 和图 3 由图 2 可以看出,16 种多, 限谱图示于图 RT: 4.9 环芳烃的检出限为 - 5.92 SM: 2 7G 和图 3 由图.12 可以看出 ug/l, RT: 6.65-7.5 SM: 由图 7G,16 3 可以看出种多环芳 7 种多氯联苯的检出限为 RT: 6.97-8.15 SM: 7G.5 ug/l RT: 7.26-9.35 本方法的检出限优 SM: 7G RT: 4.83 NL: 1.19E5 RT : 7.18 NL: 1.94E4 RT : 7.5 NL: 3.74E4 RT : 8.49 NL: 7.87E4 SN: 3 SN: 6 于其他文献报道值 128.@cid2., 可保证样品中 23 种有机污染物残留的定性与定量检测 152.@cid15. 153.@cid2. [12.95-12.15] M S 苊烯 [151.95-151.15] M S [151.895-151.95] M S 166.@cid15. 萘 Genesis ppt Genesis ppt 苊 Genesis ppt [164.995-165.5] M S 茐 ppt 5 5 5 5 RT: 4.9-5.92 SM: 7G RT: 6.65-7.5 SM: 7G RT: 6.97-8.15 SM: 7G RT: 7.26-9.35 SM: 7G RT: 4.83 NL: 1.19E5 RT : 7.18 NL: 1.94E4 RT : 7.5 NL: 3.74E4 RT : 8.49 NL: 7.87E4 8.31 8.89 SN: 3 SN: 6 128.@cid2. 152.@cid15. 153.@cid2. [12.95-12.15] M S [151.95-151.15] M S [151.895-151.95] M S 4.5 5. 5.5 苊烯 166.@cid15. Genesis ppt 7. 7.5 Genesis ppt 7. 7.5 8. Genesis ppt 8 9 萘苊 [164.995-165.5] M S 茐 ppt 5 5 5 5 RT: 9.78-11.9 SM: 7G RT: 12.22-13.72 SM: 7G RT: 12.82-14.44 SM: 7G RT : 1.51 NL: 2.96E4 RT : 13.22 NL: 1.22E4 RT : 13.73 NL: 1.23E4 SN: 21 SN: 8 22.@cid35. 4.5 5. 5.5 7. 7.5 7. 7.5 8. 22.@cid35. 178.@cid2. [2.95-2.15] M S [199.995-2.5] M S 菲 蒽 [151.895-151.95] M S 荧蒽 Genesis ppt 芘 Genesis ppt ppt 5 RT : 1.62 5 5 RT: 9.78-11.9 SM: 7G SN: 5 RT: 12.22-13.72 SM: 7G RT: 12.82-14.44 SM: 7G RT : 1.51 NL: 2.96E4 RT : 13.22 NL: 1.22E4 RT : 13.73 NL: 1.23E4 1.6 1.27 1.94 SN: 21 SN: 8 22.@cid35. 22.@cid35. 178.@cid2. [2.95-2.15] M S [199.995-2.5] M S 1.菲 1.5 蒽 11. [151.895-151.95] M S 12.5荧蒽 13. 13.5 Genesis ppt 13. 芘 13.5 14. Genesis ppt ppt 5 RT : 1.62 5 5 SN: 5 RT: 19.71-21.24 SM: 7G RT: 2.5-23.18 SM: 7G RT: 24.23-26.5 SM: 7G 1.6 1.27 1.94 RT : 2.49 NL: 3.8E3 RT : 21.52 NL: 3.11E3 RT : 25.1 NL: 2.2E3 SN: 46 SN: 4 SN: 5 252.@cid35. 252.@cid35. 1. 1.5 11. 12.5 13. 13.5 13. 13.5 14. 276.@cid4. [25.195-25.25] M S [25.95-25.15] M S [274.95-274.15] M S 苯并 (b) 荧蒽 ICIS ppt Genesis ppt 茚并 (1,2,3-cd) 芘 Genesis ppt 苯并 (a) 芘 5 苯并 (k) 荧蒽 2.24 2.72 5 5 RT: 19.71-21.24 SM: 7G RT: 2.5-23.18 SM: 7G 2.8 21.92 RT: 24.23-26.5 SM: 7G RT : 2.49 NL: 3.8E3 RT : 21.52 NL: 3.11E3 RT : 25.1 NL: 2.2E3 SN: 46 SN: 4 SN: 5 252.@cid35. 252.@cid35. 276.@cid4. [25.195-25.25] M S [25.95-25.15] M S [274.95-274.15] M S 苯并 (b) 2.荧蒽 2.5 21. 21 22 23 25 26 ICIS ppt Genesis ppt 茚并 (1,2,3-cd) 芘 Genesis ppt Time 苯并 (min) (a) 芘 5 苯并 (k) 荧蒽 2.24 2.72 5 5 2.8 21.92 2. 2.5 21. 21 22 23 可保证样品中 23 种有机污染物残留的定性与定量检测 25 26 RT: 16.51-17.8 SM: 7G 8.31 8.89 RT : 17.11 SN: 7 8 9 苯并 (a) 蒽 屈 5 RT: 16.51-17.8 SM: 7G RT : 17.11 SN: 7 苯并 (a) 蒽屈 17. 17.5 5 RT: 24.9-26.35 SM: 7G RT : 25.24 SN: 12 17. 17.5 二苯并 (a,h) 蒽 NL: 8.18E3 228.@cid3. [226.95-226.15] M S Genesis ppt NL: 8.18E3 228.@cid3. [226.95-226.15] M S Genesis ppt 25.7 25.59 RT: 25.86 RT: 24.9-26.35 苯并 SM: (g,h,i) 7G 苝 SN: 6 RT : 25.24 SN: 12 二苯并 (a,h) 蒽 25. 25.7 25.5 26. 25.59 RT: 25.86 苯并 (g,h,i) 苝 SN: 6 25. 25.5 26. 图 2:.1ug/L 16 种多环芳烃的色谱图 图 2..1ug/L 16 种多环芳烃的色谱图
5 8 6 4 2 PCB28 RT: 11.34 SN: 63 1.5 11. 11.5 12. NL: 1.49E3 256.@cid3. [185.895-185.95] MS ICIS 5ppt 8 6 4 2 PCB52 RT: 11.99 SN: 88 11. 11.5 12. 12.5 13. NL: 1.36E3 289.9@cid3. [219.995-22.5] MS ICIS 5ppt 8 6 4 2 RT: 15.31 NL: 4.9E2 SN: 4 RT: 14.84 SN: 31 289.8@cid4. PCB 11 PCB 118 [219.895-219.95] MS ICIS 5ppt 15.11 15.65 14.98 15.41 14. 14.5 15. 15.5 8 6 4 2 PCB 138 RT: 15.29 NL: 3.63E2 SN: 23 359.8@cid35. [289.895-289.95] MS Genesis 5ppt 11 12 13 14 15 16 17 18 19 8 6 4 2 RT: 15.87 NL: 1.44E2 RT: 17.45 SN: 26 289.8@cid4. 8 PCB 153 PCB 18 [219.895-219.95] 6 MS Genesis 5ppt 4 2 16. 16.5 17. 17.5 18. 15. 15.5 16. 16.5 17. 17.5 18. 18.5 NL: 1.65E2 323.8@cid4. [253.895-253.95] MS Genesis 5ppt 图 3..5ug/L 7 种多氯联苯的色谱图 2.3 方法线性 检出限及精密度配置混合标准溶液, 各浓度分别为 :.5 1. 2. 5. 1. 和 5. μg/l 采用上述方法分别进样分析, 考察各组分的线性 实验结果表明 23 种组分在.5-5. μg/l 线性 关系良好, 线性相关系数均大于.991( 见表 2) 对同一样品连续进样 7 针,RSD 在.79-3.23% 之间, 重复性良好 同时以三倍信噪比计算各组分检出限, 各组分检出限在.5-.1μg/L 之间 ( 见表 2) 表 2. 保留时间 线性及 RSD% 数据统计 序号 化合物 保留时间 /min 线性范围 μg/l 线性方程相关系数检出限 / μg/l RSD/% 1 萘 4.84.5-5. Y=2.291e5 X +5.86e5.9923.1.88 2 苊烯 7.19.5-5. Y=3.138e5 X +9.617e4.9915.1.96 3 苊 7.5.5-5. Y=4.78e5 X +1.68e5.9918.1 1.34 4 茐 8.49.5-5. Y=6.429e5 X +3.44e5.9924.1.96 5 菲 1.51.5-5. Y=2.296e5 X +4.784e4.998.1 1.49 6 蒽 1.63.5-5. Y=1.71e5 X +3.685e4.9937.1 1.54 7 荧蒽 13.23.5-5. Y=2.415e5 X +5.58e4.9921.1.79 8 芘 13.73.5-5. Y=2.742e5 X +2.993e4.9933.1.8 9 苯并 (a) 蒽 17.2.5-5. Y=2.874e5 X -3.514e4.9939.1 1.5 1 屈 17.12.5-5. Y=3.235e5 X -1.939e4.9931.1.78 11 苯并 (b) 荧蒽 2.49.5-5. Y=1.752e5 X -4.453e4.9966.1 1.47 12 苯并 (k) 荧蒽 2.58.5-5. Y=1.415e5 X -4.922e4.9967.1 1.98 13 苯并 (a) 芘 21.53.5-5. Y=1.831e5 X -6.64e4.9968.1 1.58 14 茚并 (1,2,3-cd) 芘 25.1.5-5. Y=1.531e5 X -7.452e4.9973.1 3.18 15 二苯并 (a,h) 蒽 25.15.5-5. Y=1.332e5 X -4.743e4.9936.1 3.23 16 苯并 (g,h,i) 25.87.5-5. Y=1.798e5 X -1.117e4.9989.1 2.82 17 PCB28 11.34.5-5. Y=1.32e5 X +1.91e4.9928.5 1.48 18 PCB52 11.99.5-5. Y=7.622e5 X +3.62e4.9947.5.86 19 PCB 11 13.63.5-5. Y=3.448e5 X -1.866e3.9967.5 1.39 2 PCB 118 14.85.5-5. Y=2.865e4 X +6.299e3.993.5 2.71 21 PCB 138 15.29.5-5. Y=3.147e4 X -6.53e2.9972.5 1.86 22 PCB 153 15.87.5-5. Y=2.616e4 X +3.387e3.9929.5 1.52 23 PCB 18 17.43.5-5. Y=1.85e4 X -3.135e3.9993.5 2.9
6 2.4 空白加标回收 本实验采用空白石英滤膜进行加标回收率实验, 加标量 分别为 5.,5ng, 考察 23 种目标物的加标回收情况 实 验结果表明各组分的加标回收率均在 78.6-119.8% 之间, 符合分析检测的要求 ( 表 3) 表 3. 23 种目标物加标回收率 序号 化合物 加标量 5.ng 回收率 /% 加标量 5.ng 回收率 /% 1 萘 115.3 82.8 2 苊烯 87.8 78.6 3 苊 111.2 79.2 4 茐 18.2 79.4 5 菲 11.2 86.1 6 蒽 11.2 91.8 7 荧蒽 18.5 85.5 8 芘 11. 84.9 9 苯并 (a) 蒽 119.8 9.2 1 屈 11.2 88. 11 苯并 (b) 荧蒽.9 95.6 12 苯并 (k) 荧蒽 89.5 9.2 13 苯并 (a) 芘 14.6 91.3 14 茚并 (1,2,3-cd) 芘 118.5 87.1 15 二苯并 (a,h) 蒽 11.8 84.9 16 苯并 (g,h,i) 111.3 86.4 17 PCB28 12.4 98.5 18 PCB52 9.6 94.1 19 PCB 11 93.8.3 2 PCB 118 11.9 18.1 21 PCB 138 13.2 12.9 22 PCB 153 98.8 99.8 23 PCB 18 95.1 96.1 2.5 实际样品测定 本实验实际样品由北京环境监测站提供, 总共 5 个样品 ( 样品采集速率 L/min 采集 24h) 按照本方法进行 分析检测 实验结果表明,5 个样品中均不同程度含有 目标有机污染物 ( 见表 4)
表 4. 样品中 23 种目标有机污染物含量 ( 单位 ng/m 3 ) 序号 化合物 样品 1 样品 2 样品 3 样品 4 样品 5 1 萘.143421.179949.216.4935.641 2 苊烯.6896.16345.1722.9487.4581 3 苊.8986.42191.1735.2681.8114 4 茐.13424.896.3263.73599.21514 Application Notes CM17 5 菲.6995.229297.9539.184176.7564 6 蒽.1279.32725.254.26355.9712 7 荧蒽.2317.726353.25316.519852.134681 8 芘.6495.676173.2681.45758.12216 9 苯并 (a) 蒽.522.46415.46367.243733.19913 1 屈.4818.74215.5613.629665.253218 11 苯并 (b) 荧蒽.15946 1.469476.92412.921884.431915 12 苯并 (k) 荧蒽.1843 1.369315.8633.845766.49992 13 苯并 (a) 芘.17735.678698.53931.39299.19264 14 茚并 (1,2,3-cd) 芘.773.47148.34323.2842.144813 15 二苯并 (a,h) 蒽.13135.84994.11165.59661.3795 16 苯并 (g,h,i).47452.48151.41716.414381.21878 17 PCB28.1642.2464.1594.2356.256 18 PCB52.2259.222.1952.2256.215 19 PCB 11.38.273 ND.2587.2534 2 PCB 118.2414.217.167.1319 ND 21 PCB 138.233.295 ND.277.294 22 PCB 153.2183.2189 ND.2197 ND 23 PCB 18 ND ND.1862 ND.1998 3. 结论本文采用加速溶剂萃取 - 三重四级杆气质联用法 (ASE-GC/ MS) 测定 PM 2.5 中的多环芳烃, 样品前处理只需要 2min 即可完成, 无须经过繁琐的人工前处理过程, 与传统的索氏提取相比, 加速溶剂萃取不仅时间消耗少, 试剂消耗量少, 并且操作简单, 回收率高 同时 TSQ 8 Evo 三重四极杆质谱为检测多环芳烃和多氯联苯提供超高的灵敏度 检出限, 能够满足 PM 2.5 中痕量的 PAHs 和 PCBs 的检测需求 参考文献 [1] 杨新兴, 冯丽华, 尉鹏. 大气颗粒物 PM 2.5 及其危害 [J]. 前言科学, 212, 21(6): 22-31. [2] 中华人民共和国国家标准, GB 395-212 环境空气质量标准 [S]. [3] 牟世芬. 加速溶剂萃取的原理及应用 [J]. 环境化学, 21, 2(3): 299-3. [4] EPA Method 3545A. Pressurized Fluid Extraction (PFE)[S]. 赛默飞世尔科技 ( 中国 ) 有限公司 免费服务热线 : 8 81 5118 4 65 5118 ( 支持手机用户 ) AN_CM17