车金水 余 天 Application Notes_C_ASE-10 加速溶剂萃取 - 气质联用法测定 PM2.5 中的多环芳烃 赛默飞世尔科技 中国 有限公司 关键词 雾霾 ASE350 TRACE 1310 GC ISQ GC-MS HJ646-2013 目标 建立一种简单 快速分析 PM2.5 中多环芳烃的检测方法 以满足 HJ646-2013 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 的分析检测要求 引言 随着工业的发展 环境问题受到了严峻的挑战 如 2013 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 2011 年有 200 多万人因吸入室内和室外空气污染中的细小 高效液相色谱法 [6,7] 颗粒而死亡 HJ646-2013 标准中 前处理采用的是索氏提取 每个样 PM2.5 是一种成分非常复杂的混合物 包含了碳颗粒物 品的萃取时间为 16 小时 非常的耗时 耗力 一种新 无机盐类及其酸根 金属 有机化合物和致病微生物等 颖的前处理方法 - 加速溶剂萃取技术 Accelerated Solvent 其中 PM2.5 中承载的有机化合物中 多环芳烃 PAHs 的 Extraction ASE 能够很好的解决传统索氏提取方法的缺点 危害最为显著 它具有强烈的致突变 致癌和致畸作用 该技术在较高的温度 40-200 ) 和高压 1500 psi) 下 且具有生物蓄积性和持久性 根据我国 环境空气质量标 用溶剂萃取固体或半固体样品中的目标组分 ASE 具有萃 准 (GB 3095-2012) 苯并 (a) 芘的日均限值为 0.0025μg/m 取效率高 速度快 溶剂用量少等优点 [8] 目前 ASE 广 对于多环芳烃的检测 全球范围已经发布了多项关于环 泛应用于环境 食品 药物等领域 EPA3545A 方法即为 境空气中颗粒物中的多环芳烃的检测标准 如 ISO 12884 采用 ASE 对环境样品中多种有机污染物进行提取的前处 3 [2] 2000 ISO 11338-2 2003 EPA TO-13A 等 [3,4,5] 我 国 于 2013 理方法 [9] 年颁布了两项新的标准 HJ646-2013 环境空气和废气 气相 本方法参考 HJ646-2013 标准 采用加速溶剂萃取 - 气质联 和颗粒物中多环芳烃的测定 气相色谱 - 质谱法 和 HJ647- 用法测定 PM2.5 中的多环芳烃 方法前处理简单快速 仪 2013 环境空气和废气 气相和颗粒物中多环芳烃的测定 器检测灵敏度高
2 仪 器 Thermo Scientific TM ISQ 单 四 极 杆 气 质 联 用 仪, 包 括 : - TRACE 1310 气 相 色 谱, 配 分 流 不 分 流 进 样 口 - ISQ LT 单 四 极 杆 质 谱 - TriPlus RSH 自 动 进 样 器 Thermo Scientific TM TraceFinder 3.1 数 据 处 理 系 统 Thermo Scientific TM Dionex TM ASE TM 350 加 速 溶 剂 萃 取, 配 10 ml 不 锈 钢 萃 取 池 (P/N 068087), 60 ml 收 集 瓶 (P/N 048784) Thermo Scientific TM Reacti-Therm 氮 吹 仪 (PN: 1003290002-00) 耗 材 Thermo Scientific TM 硅 藻 土 (1 kg )(P/N 062819) Thermo Scientific TM 纤 维 素 膜 ( 27 mm )(P/N 068093) Thermo Scientific TM 不 分 流 衬 管 (P/N453A1925) Thermo Scientific TM 低 流 失 进 样 口 隔 垫 (P/N 31303233) Thermo Scientific TM 气 相 色 谱 进 样 口 石 墨 垫 (P/N 290GA139) Thermo Scientific TM 质 谱 端 石 墨 垫 (P/N 290VA191) 试 剂 与 标 准 品 16 种 多 环 芳 烃 混 合 标 准 溶 液 (EPA 610) 2- 氟 联 苯 (5000mg/L 于 二 氯 甲 烷,1 ml) 对 三 联 苯 -D14(500mg/L 于 乙 酸 乙 酯 : 二 氯 甲 烷 80 : 20) 荧 蒽 -D10(200mg/L 于 异 辛 烷,1ml) 苯 并 (a) 芘 -D12( 纯 品 型,10mg) 萘 -D8( 纯 品 型,0.1g) 苊 -D10( 纯 品 型,0.1g) 菲 -D10(5000mg/L 于 二 氯 甲 烷,1ml) 屈 -D12(1000mg/L 溶 于 二 氯 甲 烷,1ml) 和 -D12(2000mg/L 于 二 氯 甲 烷,1ml) 均 购 自 上 海 安 谱 科 学 仪 器 有 限 公 司 ; 正 己 烷 (C 6 H 14 ),HPLC 级 (Fisher Scientific P/N H302-4) 标 准 溶 液 的 制 备 替 代 物 溶 液 A: 取 2- 氟 联 苯 对 三 联 苯 -D14 适 量, 用 正 己 烷 稀 释 至 1 μg/ml 替 代 物 溶 液 B: 取 荧 蒽 -D10 苯 并 (a) 芘 -D12 适 量, 用 正 己 烷 稀 释 至 1 μg/ml 内 标 混 合 溶 液 C: 取 萘 -D8 苊 -D10 菲 -D10 屈 -D12 和 -D12 适 量, 用 正 己 烷 稀 释 至 1 μg/ml 16 种 多 环 芳 烃 储 备 液 : 取 16 种 多 环 芳 烃 混 合 标 准 溶 液 适 量, 用 正 己 烷 稀 释 至 10 μg/ml 工 作 曲 线 溶 液 : 取 16 种 多 环 芳 烃 储 备 液 替 代 物 溶 液 A 替 代 物 溶 液 B 适 量, 各 工 作 曲 线 溶 液 中 添 加 20 μl 内 标 混 合 溶 液 C, 其 中 16 种 多 环 芳 烃 2- 氟 联 苯 对 三 联 苯 -D14 荧 蒽 -D10 苯 并 (a) 芘 -D12 的 浓 度 分 别 为 :0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0 和 100.0 μg/l( 其 中 苯 并 (b) 荧 蒽 苯 并 (k) 荧 蒽 苯 并 (a) 芘 浓 度 为 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0 和 100.0 μg/l) 的 工 作 曲 线, 内 标 浓 度 为 20.0 μg/l 样 品 采 集 参 考 标 准 HJ646-2013: 采 用 MTL 公 司 的 石 英 滤 膜 采 集 PM 2.5 颗 粒 物, 采 样 流 量 为 100L/min, 采 样 时 间 为 24h( 如 有 需 要, 采 样 前 添 加 20 μl 替 代 物 溶 液 B) 样 品 采 集 完 成 后 避 光 于 4 以 下 保 存 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 (10mL) 中, 添 加 20 μl 替 代 物 溶 液 A, 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, 如 不 需 净 化, 加 入 内 标 混 合 溶 液 C 20 μl, 定 容 至 1 ml, 直 接 GC/MS 分 析 净 化 步 骤 参 考 标 准 HJ646-2013(8.3.3.2 部 分 ): 取 1g/6mL 硅 胶 柱, 依 次 用 4mL 二 氯 甲 烷 10mL 正 己 烷 冲 洗 柱 床, 待 柱 内 充 满 正 己 烷 后 关 闭 流 速 控 制 阀 浸 润 5min, 打 开 控 制 阀, 弃 去 流 出 液 在 溶 剂 流 干 之 前, 关 闭 控 制 阀, 将 浓 缩 后 的 样 品 提 取 液 全 部 转 移 入 柱 内, 打 开 控 制 阀, 用 约 2-3mL 正 己 烷 洗 涤 浓 缩 瓶 两 次, 将 洗 涤 液 转 移 入 固 相 柱, 用 10mL 二 氯 甲 烷 / 正 己 烷 (1:1) 洗 脱 固 相 柱, 收 集 液 于 浓 缩 瓶 中 待 淋 洗 液 流 过 硅 胶 柱 后 关 闭 流 速 控 制 阀, 浸 润 5min, 再 打 开 控 制 阀, 继 续 接 收 流 出 液 至 完 全 流 出 流 出 液 余 40 下 氮 吹 至 1mL 以 下, 加 入 内 标 混 合 溶 液 C 20 μl, 定 容 至 1mL, 待 分 析 ASE 条 件 萃 取 溶 剂 : 正 己 烷 系 统 压 力 : 1500 psi 萃 取 温 度 : 100 加 热 时 间 : 5 min 静 态 萃 取 时 间 : 5 min 循 环 次 数 2 冲 洗 体 积 : 60% 吹 扫 时 间 : 90 s 萃 取 池 大 小 10 ml 总 时 间 消 耗 : 20 min 总 溶 剂 消 耗 : 20mL RSH 条 件 RSH 模 式 : 液 体 进 样 模 式 进 样 体 积 : 1 μl 进 样 针 体 积 : 10 μl
3 GC 条 件 色 谱 柱 : Thermo Scientific TM TG-5MS(30 m 0.25 mm 0.25μm, PN: 26098-1420) 升 温 程 序 :70 (2 min),10 /min to 320 (5 min) 进 样 口 : 进 样 口 温 度 :300 ; 不 分 流 进 ; 分 流 时 间 :1 min; 分 流 比 :60:1 载 气 : 高 纯 氦 (99.999% ), 横 流 模 式, 流 速 :1 ml/min MS 条 件 离 子 源 温 度 : 300 传 输 线 温 度 : 300 灯 丝 电 流 : 25 μa 离 子 化 方 式 : EI, 70 ev 扫 描 方 法 : SIM 模 式 ( 表 1) 表 1. 16 种 多 环 芳 烃 4 种 替 代 物 和 5 种 内 标 保 留 时 间 及 特 征 离 子 序 号 化 合 物 保 留 时 间 /min 定 量 离 子 定 性 离 子 化 合 物 类 型 定 量 内 标 1 萘 -D8 8.08 136 68,137 内 标 1 2 萘 8.12 128 129.127 目 标 化 合 物 内 标 1 3 2- 氟 联 苯 10.70 172 171 173 替 代 物 1 内 标 2 4 苊 烯 11.86 152 151 153 目 标 化 合 物 内 标 2 5 苊 -D10 12.24 164 162 内 标 2 6 苊 12.31 154 153 152 目 标 化 合 物 内 标 2 7 13.51 166 165 167 目 标 化 合 物 内 标 3 8 菲 -D10 15.73 188 94 内 标 3 9 菲 15.78 178 179 176 目 标 化 合 物 内 标 3 10 蒽 15.89 178 179 176 目 标 化 合 物 内 标 3 11 荧 蒽 -D10 18.61 212 106 213 替 代 物 2 内 标 3 12 荧 蒽 18.65 202 101 203 目 标 化 合 物 内 标 3 13 芘 19.16 202 101 203 目 标 化 合 物 内 标 3 14 对 三 联 苯 -D14 19.70 244 122 212 替 代 物 3 内 标 4 15 苯 并 (a) 蒽 20.08 228 114 226 229 目 标 化 合 物 内 标 4 16 屈 -D12 20.12 240 241 120 内 标 4 17 屈 20.18 228 114 226 229 目 标 化 合 物 内 标 4 18 苯 并 (b) 荧 蒽 24.54 252 126 253 目 标 化 合 物 内 标 5 19 苯 并 (k) 荧 蒽 24.54 252 126 253 目 标 化 合 物 内 标 5 20 苯 并 (a) 芘 -D12 25.15 264 132 260 替 代 物 4 内 标 5 21 苯 并 (a) 芘 25.20 252 126 253 目 标 化 合 物 内 标 5 22 -D12 25.31 264 260 265 内 标 5 23 茚 并 (1,2,3-cd) 芘 27.35 276 138 227 目 标 化 合 物 内 标 5 24 二 苯 并 (a,h) 蒽 27.39 278 139 279 目 标 化 合 物 内 标 5 25 苯 并 (g,h,i) 27.82 276 138 277 目 标 化 合 物 内 标 5 结 果 与 讨 论 标 准 品 色 谱 图 RT: 7.40-28.39 100 90 SM: 15G 12.31 NL: 1.58E6 TIC MS STD- 100ppb 80 Relative Abundance 70 60 50 40 30 8.12 11.86 13.52 15.78 15.89 18.65 19.16 20 10 0 22.17 10.70 15.73 19.70 22.08 24.54 25.15 27.82 27.34 9.41 13.84 16.27 19.86 24.43 27.20 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Time (min) 图 1. 100ug/L 标 准 溶 液 选 择 离 子 流 图
4 线 性 检 出 限 及 RSD 配 置 混 合 标 准 溶 液, 各 浓 度 分 别 为 :0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0 和 100.0 μg/l( 其 中 苯 并 (b) 荧 蒽 苯 并 (k) 荧 蒽 苯 并 (a) 芘 浓 度 为 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0 和 100.0 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 16 种 组 分 在 0.5-100.0 μg/l( 其 中 苯 并 (b) 荧 蒽 苯 并 (k) 荧 蒽 苯 并 (a) 芘 2.0-100.0 μg/l) 线 性 关 系 良 好, 线 性 相 关 系 数 均 大 于 0.995( 见 表 2) 对 同 一 样 品 连 续 进 样 7 针,RSD 在 0.78-6.03% 之 间, 重 复 性 良 好 各 组 分 检 出 限 在 0.1-0.5 μg/kg 之 间 ( 见 表 2) 表 2. 保 留 时 间 线 性 及 检 出 限 数 据 序 号 化 合 物 保 留 时 间 线 性 方 程 相 关 系 数 检 出 限 RSD /min / μg/kg /% 1 萘 8.12 Y=0.0378071+0.0309873*X 0.9997 0.1 0.78 2 苊 烯 11.86 Y=-0.0359664+0.0374936*X 0.9991 0.1 1.34 3 苊 12.31 Y=-0.00818558+0.0305196*X 0.9988 0.1 0.76 4 13.51 Y=-0.00643927+0.0280493*X 0.9997 0.1 0.99 5 菲 15.78 Y=0.000759882+0.0339247*X 0.9995 0.1 0.71 6 蒽 15.89 Y=-0.0392804+0.0254602*X 0.9997 0.1 1.18 7 荧 蒽 18.65 Y=-0.0392947+0.0203753*X 0.9985 0.1 1.82 8 芘 19.16 Y=-0.0260996+0.021871*X 0.9991 0.1 2.19 9 苯 并 (a) 蒽 20.08 Y=-0.0227268+0.0343466*X 0.9973 0.1 1.27 10 屈 20.18 Y=-0.0236785+0.03378835*X 0.9990 0.1 1.44 11 苯 并 (b) 荧 蒽 24.54 Y=0.028821+0.0330273*X 0.9997 0.5 4.92 12 苯 并 (k) 荧 蒽 24.54 Y=0.0073367+0.0350568*X 0.9992 0.5 5.81 13 苯 并 (a) 芘 25.20 Y=-0.0158235+0.028711*X 0.9982 0.5 4.87 14 茚 并 (1,2,3-cd) 芘 27.35 Y=0.0379458+0.0301436*X 0.9995 0.1 4.70 15 二 苯 并 (a,h) 蒽 27.39 Y=-0.00856789+0.0245414*X 0.9990 0.1 6.03 16 苯 并 (g,h,i) 27.82 Y=0.0196164+0.0322871*X 0.9998 0.1 5.26 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 为 5.0 10.0 50.0ng, 考 察 16 种 多 环 芳 烃 的 加 标 回 收 情 况 实 验 结 果 表 明 各 组 分 的 加 标 回 收 率 均 在 70.6-120.2% 之 间, 符 合 分 析 检 测 的 要 求 ( 表 3) 表 3. 16 种 多 环 芳 烃 加 标 回 收 率 序 号 化 合 物 加 标 量 5.0ng 加 标 量 10.0ng 加 标 量 50.0ng 回 收 率 /% 回 收 率 /% 回 收 率 /% 1 萘 115.3 109.9 72.8 2 苊 烯 87.8 77.7 70.6 3 苊 111.2 113.7 73.2 4 108.2 101.3 73.4 5 菲 110.2 120.2 86.1 6 蒽 110.2 116.8 91.8 7 荧 蒽 108.5 117.4 85.5 8 芘 110.0 116.1 84.9 9 苯 并 (a) 蒽 119.8 82.3 90.2 10 屈 110.2 95.0 88.0 11 苯 并 (b) 荧 蒽 100.9 90.5 95.6 12 苯 并 (k) 荧 蒽 89.5 95.9 90.2 13 苯 并 (a) 芘 104.6 100.0 91.3 14 茚 并 (1,2,3-cd) 芘 118.5 98.1 87.1 15 二 苯 并 (a,h) 蒽 110.8 95.6 84.9 16 苯 并 (g,h,i) 111.3 99.2 86.4
实 际 样 品 测 定 本 实 验 实 际 样 品 由 某 环 境 监 测 站 提 供, 总 共 6 个 样 品 ( 样 品 采 集 速 率 100L/min 采 集 24h) 按 照 本 方 法 进 行 分 析 检 测 实 验 结 果 表 明,6 个 样 品 中 均 不 同 程 度 含 有 多 环 芳 烃 ( 见 表 4) 6 个 样 品 中 替 代 物 的 回 收 率 分 别 为 :58.8-80.1%(2- 氟 联 苯 ) 78.6-93.3%( 对 三 联 苯 -D14) 91.4-110.1%( 荧 蒽 -D10) 87.0-96.1%( 苯 并 (a) 芘 -D12), 均 满 足 分 析 检 测 的 要 求 表 4. 每 张 膜 上 16 种 多 环 芳 烃 含 量 ( 单 位 ng) 序 号 化 合 物 S220133620 S220133639 S220133641 S220133625 S220133618 S220133621 1 萘 6.64 4.55 8.52 7.92 5.69 4.65 2 苊 烯 2.15 1.51 2.67 2.00 2.08 1.54 3 苊 5.27 3.90 7.48 6.17 5.31 4.84 4 4.87 5.22 7.23 6.68 6.34 5.48 5 菲 10.45 8.86 18.28 11.35 11.67 9.23 6 蒽 5.56 3.86 6.81 5.00 5.53 4.91 7 荧 蒽 46.44 29.19 88.33 47.08 53.87 29.39 8 芘 47.42 26.37 86.44 56.22 55.22 31.48 9 苯 并 (a) 蒽 38.05 46.79 36.56 34.71 33.74 37.36 10 屈 59.13 27.58 85.56 55.76 53.62 47.74 11 苯 并 (b) 荧 蒽 53.63 28.38 81.45 51.05 47.01 50.11 12 苯 并 (k) 荧 蒽 40.90 20.98 64.28 41.04 39.29 40.62 13 苯 并 (a) 芘 42.94 19.50 58.57 40.04 40.66 39.46 14 茚 并 (1,2,3-cd) 芘 23.00 13.62 32.24 22.20 20.64 21.49 15 二 苯 并 (a,h) 蒽 9.66 5.71 10.44 8.06 6.46 7.96 16 苯 并 (g,h,i) 26.42 15.69 35.22 26.14 23.46 26.08 Application Notes_C_ASE-10 结 论 本 文 采 用 加 速 溶 剂 萃 取 - 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 20min 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,ISQ 单 四 极 杆 质 谱 为 检 测 多 环 芳 烃 提 供 超 高 的 灵 敏 度 检 出 限, 能 够 满 足 PM 2.5 中 痕 量 的 PAHs 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, 2012, 21(6): 22-31. [2] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准, GB 3095-2012 环 境 空 气 质 量 标 准 [S]. [3] ISO 12884:2000. Ambient air -- Determination of total (gas and particle-phase) polycyclic aromatic hydrocarbons -- Collection on sorbent-backed filters with gas chromatographic/mass spectrometric analyses[s]. [4] ISO 11338-2:2003. Stationary source emissions -- Determination of gas and particle-phase polycyclic aromatic hydrocarbons -- Part 2: Sample preparation, clean-up and determination[s]. [5] EPA Method TO-13A. Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Ambient Air Using Gas Chromatography/ Mass Spectrometry (GC/MS)[S]. [6] 中 华 人 民 共 和 国 出 环 境 保 护 行 业 标 准, HJ646-2013 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 [S]. [7] 中 华 人 民 共 和 国 出 环 境 保 护 行 业 标 准, HJ647-2013 环 境 空 气 和 废 气 气 相 和 颗 粒 物 中 多 环 芳 烃 的 测 定 高 效 液 相 色 谱 法 [S]. [8] 牟 世 芬. 加 速 溶 剂 萃 取 的 原 理 及 应 用 [J]. 环 境 化 学, 2001, 20(3): 299-300. [9] 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 : 800 810 5118 400 650 5118 ( 支 持 手 机 用 户 ) AN_C_ASE-10