水中痕量有机污染物检测方案(液相色谱仪)

作者 美国 Sheher Bano Mohsin 安捷伦科技公司伊利诺伊州绍姆堡 美国 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 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，且无需使用大体积样品和繁琐的萃取程序。方法报告限(MRL) 范围为 0.10 ppt 至15 ppt；回收率主要在70%至130%之间；大部分化合物的相对标准偏差 (RSD) 低于10%。分析结果可与传统 SPE 方法所得到的结果相媲美。该方法还可为污水处理过程(包括进水)中的水样分析提供可靠结果。 前言 如今在水中可发现过去从未检测到的化学品，或者检测到的水平与预期可能存在显著差异[1]。由于这些物质的存在、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，因此通常称这些物质为引发关注的新型污染物 (CEC)。本实验在水中检测到多种痕量有机物的混合物，其中某些有机物的浓度达到 ng/L (万亿分之一， ppt) 时即会影响水生生物。 已知一部分 CEC 是内分泌干扰物，而另外一部分则会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 UCMR3需要监控2013到2015年内的30种污染物。国家、实验室、公共给水系统都将参与评估监控、筛检调查和预筛选选试过程[2]。 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，该方法只需要极少的样品前处理，可显著减少所需的样品量。该方法能够稳定且灵敏地检出ng/L 级痕量有机污染物。该 UHPLC/MS/MS方法使用可重复利用的聚合物固相萃取柱，该固相萃取柱在线连接到Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统上，而此系统将与 Agilent 6460LC/MS三重四极杆系统联用。系统将同时使用正/负电喷雾离子源(ESI)，能够节省大量时间。多反应监测 (MRM)能够使24种有机污染物的 MRL 降至 0.10 ppt， 且不高于15 ppt。 大部分有机物的回收率可与传统萃取技术相媲美，范围在70%至130%，并且大部分化合物的相对标准偏差低于10%。该方法非常稳定，已用于监测污水处理过程(从入水到氯化流出物)中这些污染物的含量。 实验部分 标样和试剂 除两种校准标样以外，其他试剂(最高纯度)均购自 SigmaAldrich 公司。眠尔通购自 Cerilliant 公司，三氯生购自 Alfa Aesar公司。校准标样溶液的制备：首先将固体纯品溶于甲醇，制备浓度为 500 pg/mL的各种标样储备液。然后制备含所有目标分析物(5 pg/mL) 的混合样。用 HPLC 级纯水稀释该储备液制成绘制校准曲线所需的浓度。 标记的替代内标物除13C-全氟辛酸和13C-全氟辛烷磺酸盐购自Wellington实验室；扑米酮-d购自 Toronto Research Chemicals；吉非罗罗-dg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，适用于液相色谱/质谱分析。农药级甲醇和乙腈购自 Burdick & Jackson， 而HPLC级纯水则购自飞世尔公司。 表1. 标记的替代内标物 阿特拉津-ds 萘普生-13Cd3 双酚A-13C 全氟辛酸-13c 咖啡因-13c 全氟丁酸-1C 卡马西平-d10 全氟辛烷磺酸盐-13C 二乙基甲苯苯胺-d6 扑米酮-ds 氟西汀-d5 磺胺甲基异恶唑-d6 吉非罗齐-d6 三氯卡卡-13c 布洛芬-d 三氯生-13c， 眠尔通-dz 甲氧苄啶-d3 仪器 系统将Agilent 1200 Infinity 液相色谱系统模块与 Agilent 6460A三重四极杆液/质联用系统进行联用。在线富集系统使用 Agilent1200 系列四元泵、配用900 pL计量器和多次抽取功能的 Agilent1200自动进样器、可编程六通选择阀(阀1)、12通/2位小柱选择阀(阀2) 以及 Agilent 1290 Infinity 液相色谱， 如图1所示。 Agilent 1200 Infinity液相色谱系统 图1. 在线 SPE LC/MS 系统配置 A B 图2. 在线 SPE 系统的上样(A)和洗脱(B)阀位置(位置1和2) 表2. 在线SPE 条件 表3. HPLC 和同步的 ESI-与ESI+ MS仪器条件 进样 HPLC 条件 样品前处理 分析参数 污水样品取自污水处理厂，分别采集处理过程中多个阶段的水样。在两天的采集时间内，向样品中加入替代标样储备液制成最终浓度为 100 ppt 的样品。然后，使用购自 GE Whatman 公司的0.2 um 注射式过滤器对样品进行过滤。最终制得两组样品：一组为1.5mL的样品， 另一组用 HPLC及纯水稀释5倍(300pL样品，加1200pL水)制成分析物浓度均处于线性范围内的样品。按照前述方法[2]以使用1L水样的传统 SPE 作为对照。 表4列出了24种分析物及其替代内标物的 MRM 离子对。 表4. 多反应监测 (MRM) ESI分析参数 表4. 多反应监测(MRM) ESI分析参数(续) 结果与讨论 表5. 目标分析物 在线 SPE 操作流程 将水样(不含颗粒物)装入自动进样器的2mL棕色玻璃瓶中。将样品(体积1.5mL)注入可重复利用的聚合物富集柱，该富集柱连接到输出12通/2位色谱柱选择阀(顶阀，2号阀，见图2A)。总共可连接六根不同的小柱。水洗脱液导入废液瓶(见图2A)。通常，大约3 min 后完成上样。然后将底阀(1号阀)切换至洗脱位置(见图2B)，在高压梯度泵上启动洗脱梯度。 将捕集的分析物脱附到 Agilent Poroshell 120 EC分析柱上，然后执行 LC/MS/MS分析。然后使用溶剂B(乙腈/异丙醇/甲醇)(1：1：1，见图2B)清洗小柱。在分析运行过程中，随着1号阀返回至上样位置(图2A)， 可根据需要在四元上样泵中使用溶剂B进一步清洗富集柱，然后将溶剂条件恢复为100%溶剂A(水+0.1%乙酸)，准备分析下一个样品。 对于污水样品，每根可重复利用的 SPE 柱通常可执行至少100次进样。然后可以将12通阀(2号阀，见图2)切换至下一根小柱，用于下一进样序列。 方法性能 本实验开发一种在线固相萃取 (SPE) LC/MS/MS 方法，可针对许多化合物使用多重转换和带标记的替代内标物，快速、灵敏且稳定地检测24种 ppt级有机污染物(表5)。方法的周期时间为19min， 可在3至880 ng/L (ppt) 的浓度范围内获取高度精确的校准曲线，线性拟合R²值>0.995(图3)。 化合物 类别 阿替洛尔 B-受体阻滞药 阿特拉津 除草剂 双酚A 增塑剂 咖啡因 兴奋剂 立痛定 抗癫痫药 二乙基甲苯酰胺 驱虫剂 地尔硫卓 抗组胺药物 雌酮 激素 氟西汀 抗抑郁药 吉非罗齐 抗胆固醇药物 布洛芬 镇痛药 眠尔通 抗焦虑药物 萘普生 镇痛药 全氟丁酸 含氟表面活性剂 全氟辛酸 含氟表面活性剂 全氟辛烷磺酸盐 含氟表面活性剂 扑米酮 抗惊厥药物 西玛津 除草剂 新诺明 抗生素 磷酸三氯丙酯 阻燃剂 睾酮 雄激素 三氯卡班 抗生素 三氯生 抗生素 甲氧苄啶 抗生素 三氯生 眠尔通 900 新诺明 图3.四种分析物的典型校准曲线：三氯生和磺胺甲恶唑(5-880 ppt)、眠尔通(3-510 ppt) 和二乙基甲苯酰胺(3-880 ppt) 使用加有不同浓度分析物标样的三等份 HPLC级纯水测定各种分析物的MRL， 并将 MRL 定义为以相同浓度连续进样三次所得信噪比(S/N)>10时的最低浓度。表6列出了所有24种分析物的MRL。 表6. 目标分析物的 MRL (ppt) 采用加入 20 ppt 和100 ppt 混合标起的超纯水样品测定回收率，低浓度加标样品和高浓度加标样品中90%以上的化合物的回收率处于70%-130%范围内。大约80%的化合物在五次重复分析后得到的相对标准偏差 (RSD) 小于10%(表7)。 分析物 MRL 分析物 MRL 阿替洛尔 15 眠尔通 0.5 阿特拉津 5 萘普生 10 双酚A 10 全氟丁酸 10 咖啡因 0.5 全氟辛酸 10 立痛定 2.5 全氟辛烷磺酸盐 10 二乙基甲苯酰胺 0.1 扑米酮 15 雌酮 20 西玛津 1.5 氟西汀 10 新诺明 2.5 吉非罗齐 1.5 磷酸三氯丙酯 0.5 布洛芬 10 三氯卡班 甲氧苄啶 5 三氯生 5 粗体显示使用了替代标样的分析物。 表7..i超纯水配制的两种浓度分析物的回收率* 表8. 在线 SPE 方法与传统 SPE 方法的回收率对比 化合物 回收率(%) RSD (%) 回收率(%) RSD (%) 阿特拉津 108 0.8 94 1.9 双酚A 87 8.1 97 11.6 咖啡因 105 5 95 4.3 卡马西平 114 6.4 117 1.3 二乙基甲苯酰胺 106 0.8 96 1.6 地尔硫卓 NA NA NA NA 雌酮 NA NA NA NA 氟西汀 129 5.2 97 2.3 吉非罗齐 122 4.8 93 2.7 布洛芬 105 3.2 92 5.7 眠尔通 97 0.6 74 1.5 萘普生 111 2.9 89 1.4 全氟丁酸 105 2.5 111 8 全氟辛酸 135 3.8 121 6.4 全氟辛烷磺酸盐 127 6.2 94 9 扑米酮 110 17.1 96 1.5 西玛津 81 0.9 73 2 新诺明 99 1.4 98 1.7 磷酸三氯丙酯 87 1.6 119 2.9 睾酮 NA NA 42 2.4 三氯卡班 111 2 97 1.5 三氯生 82 10.3 112 2.8 甲氧苄啶 116 1.4 102 0.9 三氯卡班 109 1.2 102 3.2 三氯生 91 3.8 100 2.4 与传统 SPE 的对比 向取自科罗拉多河的地表水样中加入200 ppt目标分析物的混合标样，同时使用在线 SPE 方法和传统 SPE 方法进行分析。两种萃取方法所得到的回收率相当(表8)。利用在线 SPE 得到的所有被检分析物(全氟辛酸除外)的回收率处于80%-130%范围内。除扑米酮和三氯生外，两种方法得到的所有其他分析物的 RSD 均小于10%。 污水分析 在线 SPE 能够快速分析复杂水基质中的各种痕量有机污染物。使用在线 SPE 方法对处理过程中(从入水到氯化流出物)的污水样执行三次平行分析(表9)。如果化合物的初始浓度超出了校准曲线的范围，则将样品稀释并重新运行。然后使用合适的替代内标物对所有浓度值均进行校正。表9显示，污水中部分有机物的初始浓度高于 1000 ng/L； 少数有机物浓度高于8000 ng/L；经污水处理后，其中一些有机物的浓度仍高于 500 ng/L。然而，某些浓度高于其MRL 的化合物在结果中未被检出。 表9.污水多个处理阶段中有机污染物的浓度 (ppt) 测定 化合物 入水 二级出水 砂滤后 氯化出水 阿替洛尔 721 43 22 30 咖啡因 >8000 41 37 26 甲氧苄啶 2030 61 47 8 扑米酮 1676 514 443 670 新诺明 6552 3941 4223 62 眠尔通 693 618 636 612 西玛津 8000 180 117 8000 88 55 55 全氟辛烷磺酸盐 148 8000 119 85 66 三氯卡班 765 25 32 11 三氯生 2227 73 124 97 结论 使用在线 SPE 能够灵敏自自动地分析水中的痕量有机物，同时节省大量的时间和人力。此外，该方法可为污水处理过程(包括入水)中的水样分析提供完全可靠的分析结果。本方法的 MRL 极低，范围为 0.10 ppt 至15 ppt。回收率主要处于70%至130%的范围内，大部分化合物的 RSD低于10%，并且结果可与传统 SPE方法所得到的结果相媲美。因此，自动化在线 SPE/HPLC/MS/MS是应对各种水源中痕量有机污染物分析的理想选择，可实现高灵敏度的快速分析，提供高重现性、高稳定性的分析结果。 ( 参考文献 ) ( 1. Contaminants of Emerging C o ncern，http：//water.epa.gov/scitech/cec/， accessed October 3， 2011 ) ( 2. T. Anumol， S. Merel， S. Snyder，“使用 Agilent 6460 三重 四极杆 LC/MS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”安捷伦应用简报5991-1412CHCN ) 更多信息 这些数据仅代表典型结果。有关我们的产品和服务的详细信息，请访问我们的网站： www.agilent.com/chem/cn。 www.agilent.com/chem/cn 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。 本文中的信息、说明和技术指标如有变更，恕不另行通知。 C安捷伦科技(中国)有限公司，2013 2013年2月5日，中国印刷 5991-1849CHCN Agilent Technologies 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，且无需使用大体积样品和繁琐的萃取程序。方法报告限 (MRL) 范围为 0.10 ppt 至 15 ppt；回收率主要在 70% 至 130% 之间；大部分化合物的相对标准偏差 (RSD) 低于 10%。分析结果可与传统 SPE 方法所得到的结果相媲美。该方法还可为污水处理过程（包括进水）中的水样分析提供可靠结果。前言如今在水中可发现过去从未检测到的化学品，或者检测到的水平与预期可能存在显著差异。由于这些物质的存在、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，因此通常称这些物质为引发关注的新型污染物(CEC)。本实验在水中检测到多种痕量有机物的混合物，其中某些有机物的浓度达到ng/L（万亿分之一，ppt）时即会影响水生生物。已知一部分CEC 是内分泌干扰物，而另外一部分则会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UCMR3 需要监控2013 到2015 年内的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过程。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1 L 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，该方法只需要极少的样品前处理，可显著减少所需的样品量。该方法能够稳定且灵敏地检出ng/L 级痕量有机污染物。该UHPLC/MS/MS 方法使用可重复利用的聚合物固相萃取柱，该固相萃取柱在线连接到 Agilent 1290 Infinity 液相色谱系统上，而此系统将与Agilent 6460 LC/MS 三重四极杆系统联用。系统将同时使用正/负电喷雾离子源(ESI)，能够节省大量时间。多反应监测(MRM) 能够使24 种有机污染物的MRL 降至0.10 ppt，且不高于15 ppt。大部分有机物的回收率可与传统萃取技术相媲美，范围在70% 至130%，并且大部分化合物的相对标准偏差低于10%。该方法非常稳定，已用于监测污水处理过程（从入水到氯化流出物）中这些污染物的含量。结论使用在线SPE 能够灵敏且自动地分析水中的痕量有机物，同时节省大量的时间和人力。此外，该方法可为污水处理过程（包括入水）中的水样分析提供完全可靠的分析结果。本方法的MRL 极低，范围为0.10 ppt 至15 ppt。回收率主要处于70% 至130% 的范围内，大部分化合物的RSD 低于10%，并且结果可与传统SPE 方法所得到的结果相媲美。因此，自动化在线SPE/HPLC/MS/MS是应对各种水源中痕量有机污染物分析的理想选择，可实现高灵敏度的快速分析，提供高重现性、高稳定性的分析结果。