固体或液体废弃样品、空气以及粉尘颗粒中重点污染物检测方案(气相色谱仪)

作者 Pat Sasso 和 Ken Lynam 安捷伦科技公司 使用 Agilent J&W DB-UI 8270D超高惰性气相柱分析EPA 方法8270D中的半挥发性物质 应用简报环境 摘要 通过分析一组包含29 种碱性、中中性、酸性化合物(BNA)的混合物来评价Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱。分析结果显示，这些差异很大的分析物组分均能获得合适的峰形、分离度以及响应因子。将这根色谱柱与另一供应商推荐的适合 EPA 方法 8270D 的高端色谱柱进行比较。比较以下三个主要因素：拖尾因子、分离度以及响应因子。其中包含了一种极复杂组分的平均响应因子。多数实验室的 BNA 常规测试通常采取费时的提取方式，以期能够回收不同样品中的各类型化合物。通过仅单次色谱分析提供结果，可大大简化实验室工作流程。安捷伦通过针对EPA方法设计和测试了专门的固定相，使色谱柱的选择更加简便。 前言 EPA 方法 8270D 可提供对固体或液体废弃样品、空气以及粉尘颗粒的分析[1]。该方法正文中所列的重点污染物种类非常多，超过了250种化合物。决定该分析成功的关键在于获得可靠的数据库匹配，使得高质量的色谱分离成为解决这一难题的关键因素。另一个干扰谱图匹配的因素是不理想的峰形，其容易形成拖尾，因此需要通过提取或去卷积获得可靠的定性确认。分离度以及分离效率也是使分析变得更加复杂的因素，共洗脱峰可让化合物的定性匹配变得更加困难。最后，EPA 校准指南将最低校准点的浓度作为最低报告限值(MRL)的参考值。因此未来的 MRL 值会越来越低。 DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱为分析提供了所需的分离度、惰性以及选择性，既能满足分析的要求也能维持所需的通量[2]。使用 EPA 所列的一系列活性化合物组分来阐述与色谱柱质量相关的问题。该研究中，所选取的化合物范围较小，并且具有完全不同的活性，可用来快速评价系统的性能。 材料与方法 在这一系列实验中， Agilent 7890A 系列气相色谱与5975C GC/MSD 联用，并配备惰性350无涂层 El 源。 气相色谱条件 ( 色谱柱： Agilent J&W DB-UI 8270D， 20 m×0.18 mm， 0.36pm(部件号121-9723) MSD 进样口传输毛细管 Agilent J&W DB-UI 8270D， 1.5m×0.18 mm， 0.36 um ) ( 样品： Agilent 8270 半发性物质评估混标， 10 ng/uL (部件号5190-0473) ) 载气： 氦气，25 psi， 恒压模式，后运行为 1 psi 柱温箱升温程序： 40℃ (保持3 min)， 以25℃/min 升至 300℃(保持3min) 进样量： 不分流，隔垫吹扫1 min， 吹扫流速为 3 mL/min进样口温度： 170°℃ 检测器： MSD 传输线辅助温度：265℃ PCM C-1： 1 psi， 运行过程中以 5 mL/min 流出 反吹： 后运行 3.5 min， 45 psi 气相色谱： Agilent 7890A 系列气相色谱系统 自动进样器： Agilent 7693， 0.5 pL进样量，以二氯甲烷为溶剂 质谱条件 溶剂延迟： 2.5 min 质谱温度： 300℃(离子源)，150℃(四极杆) 传输线： 290°℃ 扫描范围： 30-550 MS： Agilent 5975C， 惰性 350 El 源， 三轴检测器 安捷伦流路备件 样品瓶： 棕色螺口盖(部件剖5182-0716)瓶盖： 蓝色螺口盖(部件号5282-0723)样品瓶内插管： 250 uL带聚合物支脚的玻璃内插管(部件号5181-1270) Ultimate 接头 工具包： (部件号 G3182-61580) Siltite 密封圈： 0.25mm内径(部件号5188-5361) 进样针： 5uL (部件号5181-1273) 隔垫： 高级绿色隔垫(部件号5183-4759) 进样口衬管： 双锥形直接连接连管(部件号 G1544-80700) 放大器： 20倍(部件号430-1020) 标样前处理 将10 ng/pL 的29种化合物校验混标的二氯甲烷溶液用二氯甲烷 (J.T. Baker 超低残留分析级)按1：5的比例稀释，使每种组分在不分流模式下获得1 ng的柱上进样量。在装有1mL标准溶液的样品瓶中加入15 pL去离子水，使溶液中的水饱和且含量为 0.15%。 样品前处理 采用安捷伦高流速 Bond Elut C18柱萃取所需分析的样品，如之前所述[4]。在洗脱前，使用20 mL去离子水对海水进行淋洗以去除盐分。实验室对照样品中校验混标各组分浓度为 10 pg/L。 Agilent Bond Elut C18萃取柱，1g， 6mL(部件号 14256001)真空萃取工作站(部件号5982-9110)短阀活塞(部件号5982-9102)60 mL 储液槽(部件号12131012)接头(部件号12131001)硫酸钠干燥萃取柱(部件号12131033) 用HCI将 250mL水样pH调节至2，采用吸附剂和二氯甲烷进行萃取、浓缩。将浓缩液与另一250mL样品混合，该样品用 NH OH 调节pH至8。然后进一步萃取并浓缩至500uL。这样最终可获得1000倍的浓缩萃取物。检测出的咖啡因在 pg/L水平，表明可能存在由人类引起的污染[5]，如图6所示。高流速萃取柱的粒径为150 um，对于非浑浊样品可以通过重力进行萃取。这样可以减少真空的使用并可降低对流速的反复调节。评估自来水或其他含氯水源中N-亚甲基二硝胺 (NDMA)回收率时需要对样品容器进行脱氯处理，因而在样品收集前需加入100 mg 硫代硫酸钠(按每升水计算)。海水样品无需脱氯，因为 NDMA 不存在于加标海水中，如图5所示。 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱和其他供应商色谱柱的性能比较 为能证明色谱柱质量的微小差别，在评价过程中采用校准曲线中的最低点[6]。将生产批号不同的 DB-UI 8270D色谱柱与生产批号不同的另一供应商推荐的高端色谱柱进行比较。从统计学角度进行平均拖尾因子、选择性及响应因子的测定。这些数值通过五个浓度下平滑处理后的 TIC 色谱图计算获得， Agilent MSD ChemStation 的性能报告中可提供这些数据(版本E.02.00.493)。一旦测得这些平均值，这些数据可被用来与非安捷伦色谱柱进行比较，前提是相同的 GC/MS条件以及相同的色谱柱规格。从拖尾因子角度分析[7]， NDMA、苯胺及1，4-二氯苯是三组需要注意的组分。混合物中其他26种组分获得了较好的拖尾因子和理想的色谱图。用于评价色谱柱选择性的关键物质对是百菌清和菲。根据国家食品和农业政策中心 (NCFAP)的相关规定，百菌清是继硫磺和铜粉之后第三常用的杀菌剂[8]。菲可在香烟烟雾中被发现，并稳定存在于环境中。测试混标中的其他所有组分均可获得较好的选择性及匹配度。尤其需要关注的是2，4-二硝基苯酚 (DNP)，它的信噪比最低。从分析上说，DNP 是方法 8270D目标化合物列表中最需要关注的化合物。 DNP 的平均响应因子(RF)最小，为0.05。凡无法满足方法8270响应因子标准的化合物，在进行样品分析前，均需进行系统维护使响应因子达到标准。在比较中，计算并测定平均 RF 并使其接近于该分析的限值。 图1显示了使用 DB-UI 8270D 色谱柱后可获得混标中所有组分的可接受的色谱峰形。表2标示了安捷伦和非安捷伦色谱柱之间可观察到的差别。半挥发性化合物分析方法中活性最大的碱性化合物之一是 NDMA。图2显示了使用安捷伦和非安捷伦8270D 色谱柱分析时 NDMA 的叠加色谱图。较早洗脱的化合物在进样口及色谱柱上均表现出较差的洗脱行为。 NDMA 在目前大多数可用的色谱柱上的峰形均较差。 峰归属 N-亚甲基二硝胺 16.西玛津， 苯胺 17.莠去津 1，4-二氯苯-d4 18.五氯苯酚45 异佛尔酮 19.特丁磷 1，3-二甲基-2-硝基苯 20.百菌清 6.萘 21.菲-d107.7六氯代环戊二烯 22.艾氏剂速灭磷 23.环氧七氯 气代苊 24.异狄氏剂 10.2，4-二硝基苯酚 25.4，4'-DDT 11.4-硝基苯酚 26.3，3'-二氯联苯胺 12.2，4-二硝基甲苯 27.-d12 13.芴 28.苯并[b]荧蒽 14.4，6-二硝基邻甲酚 29.花-d12 ( 15.氟乐灵 ) 图1.采用 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱分析含29种半挥发性物质的评估混标得到的总离子流色谱图 表2.安捷伦和非安捷伦色谱柱之间可观察到的差别对比 化合物 平均 TF N-亚甲基二硝胺 1.28 1.42 苯胺 1.22 1.30 1，4-二氯苯 1.02 1.28 分离度 百菌清 菲 0.90 0.75 平均 RF 平均RF 2，4-二硝基苯酚 0.05 0.03 图3显示了使用安捷伦和非安捷伦色谱柱分析 DNP 的叠加色谱图。 DNP 是一种土壤污染物，在低浓度时很难对其进行回收和定量。 DNP 还可作为农药和木材防腐剂使用[9]。 图2.比较 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱(绿线)以及非安捷伦色谱柱(红线)因柱外效应引起的N-亚甲基二硝胺峰拖尾 图3.使用 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱(绿线)以及非安捷伦色谱柱(红线)在不分流进样模式下1 ng 柱上进样量的2，4-二硝基苯酚的响应因子 图4是关键物质对谱图的放大图。这对化合物的分离度会因为色谱柱尺寸的微小改变而变化，如：长度、内径以及批与批之间膜厚的不同。 以及非安捷伦色谱柱(红线)上的分离情况 峰归属 2.苯胺 3.苯甲酸 4.2，4-二硝基苯酚 5.4-硝基苯酚 6.2-甲基-4，6-二硝基苯酚 7.五氯苯酚 8.二氯二胺联苯 9.联苯胺 10.1[1，1'-联苯]-4，4'-二氯-二胺 11.苯并[b]荧蒽 12.苯并[k]荧蒽 图5.使用 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色 谱柱分析来自于美国新泽西州海岸的加标海水 图 6.13.706 min 处的咖啡因说明了人类污染源的存在 结论 相比于非安捷伦的高端色谱柱而言， Agilent J&W DB-UI8270D 超高惰性气相色谱柱能够稍微(但可观察到)地改善 EPA 8270D 化合物的色谱分离。 DNP 的响立因子、NMDA的拖尾因子以及百菌清和菲这一芳香化合物对的分离是评价该分析方法是否成功的关键参数。经过与最有竞争力的高端色谱柱的对比发现， DB-UI8270D色谱柱已经超出了分析标准的要求并且表现出业内最优秀的性能。 ( 致谢 ) ( 作者感谢 Joan Stevens 就采用固相萃取净化技术分离海水中化合物进行样品前处理所作出的富有成果的讨论。 ) ( 参考文献 ) ( 1. U .S. EPA. EPAMethod 8 2 70D Semivolatile OrganicCompounds by Gas Chromatography/MassSpectrometry. U.S. Environmental Protection Agency，Washington， DC， U.S ) ( 2. K. Lynam.使用特殊设计的 Agilent J&W DB-UI 8270D色谱柱分析半挥发物，应用简报，安捷伦科技 公司，出 版 号5991-0250CHCN (2012) ) ( 3. LECO. High-Throughput GC-TOFMS AnalysisUsing EPA Method 8270D. LECO corp.(2008) ) ( 4. A. A. Reese，H. Prest.固相萃取和气相色谱-质谱分 析酚类化合物，应用简报，安捷伦科技公司， 出版号 5988-5255CHCN (2002) 5. Z. Rodriguez del Reya， E. F. Graneka， S. Sylvester.Marine Poll. B ull. 64， 1417 (2012) ) ( 6. U.S. EPA. Calibration Curves： Program Use/Needs. EPA Forum on Environmental Measurements. U.S. Environmental Protection A gency， W ashington， DC， U.S. (2010) ) 7. Yun Zou， Chongtian Yu. Semi-Volatile OrganicCompounds Analysis Using an Agilent J&W DB-5msUltra Inert Column (使用 Agilent J&W DB-5ms 超高惰性色谱柱进行半挥发性有机化合物的分析)，应用简报，安捷伦科技公司，出版号5990-4823EN (2009) 8. L. P. Gianessi. M.B. Marcelli.Pesticide Use in U.S.Crop Production： 1997. National Center for Food andAgricultural Policy， Washington， DC， U.S. (2000). ( 9. U .S. EPA.2，4-Dinitrophenol.Air Toxics Web Site.U.S. Environmental Protection Agency， W a shington， DC， U.S. (2000). ) http：//www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/dinitrop.html 更多信息 ( 这些数据仅代表典型的结果。有关我们的产品与服务的详细信息，请访问我们的网站 www.agilent.com。 ) www.agilent.com 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 ) ( 2012年11月15日，中国出版 ) ( 5991-1505ZHCN ) Agilent Technologies 摘要通过分析一组包含29 种碱性、中性、酸性化合物(BNA) 的混合物来评价 Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱。分析结果显示，这些差异很大的分析物组分均能获得合适的峰形、分离度以及响应因子。将这根色谱柱与另一供应商推荐的适合EPA 方法8270D 的高端色谱柱进行比较。比较以下三个主要因素：拖尾因子、分离度以及响应因子。其中包含了一种极复杂组分的平均响应因子。多数实验室的BNA 常规测试通常采取费时的提取方式，以期能够回收不同样品中的各类型化合物。通过仅单次色谱分析提供结果，可大大简化实验室工作流程。安捷伦通过针对EPA 方法设计和测试了专门的固定相，使色谱柱的选择更加简便。前言EPA 方法8270D 可提供对固体或液体废弃样品、空气以及粉尘颗粒的分析。该方法正文中所列的重点污染物种类非常多，超过了250 种化合物。决定该分析成功的关键在于获得可靠的数据库匹配，使得高质量的色谱分离成为解决这一难题的关键因素。另一个干扰谱图匹配的因素是不理想的峰形，其容易形成拖尾，因此需要通过提取或去卷积获得可靠的定性确认。分离度以及分离效率也是使分析变得更加复杂的因素，共洗脱峰可让化合物的定性匹配变得更加困难。最后，EPA 校准指南将最低校准点的浓度作为最低报告限值(MRL) 的参考值。因此未来的MRL 值会越来越低。DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱为分析提供了所需的分离度、惰性以及选择性，既能满足分析的要求也能维持所需的通量。使用EPA 所列的一系列活性化合物组分来阐述与色谱柱质量相关的问题。该研究中，所选取的化合物范围较小，并且具有完全不同的活性，可用来快速评价系统的性能。结论相比于非安捷伦的高端色谱柱而言，Agilent J&W DB-UI 8270D 超高惰性气相色谱柱能够稍微（但可观察到）地改善EPA 8270D 化合物的色谱分离。DNP 的响应因子、NMDA 的拖尾因子以及百菌清和菲这一芳香化合物对的分离是评价该分析方法是否成功的关键参数。经过与最有竞争力的高端色谱柱的对比发现，DB-UI 8270D 色谱柱已经超出了分析标准的要求并且表现出业内最优秀的性能。