空气中甲醛， 乙醛，和相关酮醛物质检测方案(样品前处理)

GERSTEL Application Note No. 195，2017 使用新型自动进样器在线自动洗脱和分析甲醛，乙醛，，7和相关酮醛物质的DNPH衍生物 Fredrick D. Foster， Jacqueline Whitecavage， Kurt Thaxton， John R. StuffGERSTEL， Inc.，701 Digital Drive， Suite J， Linthicum， MD， 21090， USA 关键词 样品制备，实验室自动化，空气采样，环境分析，材料释放，醛类化合物，酮类化合物 摘要 对空气中的醛和酮的分析首先涉及到使用含有 2，4-二硝基苯肼 (DNPH) 的小柱来收集分析物。当空气通过小柱时，分析物与DNPH反应形成腙，腙会被固定在小柱上。然后用溶剂洗脱，使用带有UV检测的HPLC来测定其DNPH衍生物。新型的GERSTEL多功能全自动样品前处理平台MPS roboticPRO带有专用托盘，可容纳DNPH小柱，对分析物进行自动洗脱，并将洗脱液注入LC-UV系统，从而轻松控制整个过程。自动化的4日洗脱小柱可以显着提高准确性和再现性，并降低操作人员可能造成的错误。集成的称量选项可以在小柱洗脱后自动收集重量数据，以进一步提高报告结果的准确性。直观的软件可以使在洗脱小柱的同时对上一个样品进行色谱分离，以确保最 大的样品通量。 本文介绍了完全自动化的在线洗脱，将洗脱液引入分析系统，以及测定空气中醛和酮的DNPH衍生物。叙述了对测定各种醛酮DNPH衍生物的性能评估和校准。最后从代表性基质中抽取空气样品到DNPH小柱上，对分析物洗脱并在线测定，并显示所得数据的精确度。 介绍 醛和酮是化学工业中的重要化合物。甲醛用于生产胶合木和合成树脂。乙醛以及许多醛和酮在许多工业中的各种产品的生产过程中用作有机溶剂或中间体。 在各种标准化方法(例如ASTM测试方法D5197，EPA方法IP-6A或ISO16000-03)中，都提到其需要对室内或室外空气进行空气采样来检测甲醛和其他羰基化合物。，这些方法中的大多数使用2，4-二硝基苯肼的衍生化，得到相应的2，4-二硝基苯基腙，如图1所示。 图1.使用2，4-二硝基苯肼的衍生化。 通过将Waters Sep-Pak DNPH-Silica Short Plus或Supelco LpDNPH S10L的小柱连接到手持式空气采样泵的入口，可以轻松收集空气样品。这样可以在用户定义的流速和时间下对空气采样，使分析物的DNPH衍生物被固定在小柱中。对小柱上收集的DNPH衍生物的解吸/洗脱的自动化以及随后的LC-UV或LC-MS分析可用于环境空气样品的高通量分析。 实验 材料.表1中列出的DNPH衍生化合物购自Cerilliant。所用的所有其他试剂和溶剂均为试剂级。通过使用乙腈适当稀释高浓度标样来制备校准标样和质量控制样。校准标样是含每种DNPH衍生物的不同浓度级别：500，100，50.0，20.0，10.0，5.00， 2.00，1.00， 0.500， 0.200和0.100 ng/mL。质量控制样是含DNPH衍生物浓度75.0，15.0和7.50 ng/ mL的溶液。 使用GERSTEL DNPH选项洗脱的DNPH小柱购于Waters Sep-Pak DNPH-Silica Plus Short cartridge，350mg， (Waters p/n： WAT#097500)。在洗脱之前将运输适配器连接到小柱的顶部以达到密封的效果，使溶剂可以正向流过适配器(GERSTEL部件号：：015575-103-00)。把13毫米，0.2微米的尼龙注射器型过滤器(Sigma-Aldrich部件号：Z254492-1PAK)固定在小柱底部，以确保洗脱液引入HPLC系统之前从洗脱液中除去颗粒物。 仪器.使用带有GERSTEL DNPH选项的多功能全自动样品前处理平台MPS roboticPRO进行自动洗脱，如图2所示。所有分析均使用Agilent 1290二元泵和恒温柱室， Agilent 1260 VWD和Sigma-Aldrich Ascentis Express C18柱(4.6x50 mm，2.7 pm)。 还配置了具有Jet Stream电喷雾源的Agilent 6470三重四极杆质谱仪，以进一步鉴定所监测的DNPH衍生物。 LC系统的进样由配置有快速清洗站模块的GERSTEL MPS roboticPRO自动进样器执行，使用配备有10pL不锈钢样品环的6端口(0.25mm) Cheminert C2V进样阀。 图2.带GERSTEL DNPH选项的GERSTEL MPS roboticPRO多功能全自动样品前处理平台。 液体解吸.将运输适配器固定在DNPH小柱的顶部，并将装有注射器针头的过滤膜固定在小柱的底部，使带有DNPH衍生物的过滤洗脱液可直接转移到密封的小瓶中。然后将DNPH小柱组件放入GERSTEL DNPH选项的托盘中。使用MAESTRO软件控制自动洗脱过程，包括以下步骤： 1.称量空洗脱液收集瓶。 2.使用2.5 mL SPE注射器将5 mL 100%乙腈加入到小柱中。 3.向小柱中加入1mL空气，使剩余的洗脱液正位移。 4. 称量收集瓶，以确定收集的洗脱液的确切重量。 5.将500pL洗脱液与500pL LCMS级水混合并混合。 6.将10uL混合物注入HPLC进样阀。 LC的分析条件 Pump： gradient (600 bar)，flowrate=1.2 mL/minMobile Phase： A-100%waterB-100%acetonitrileGradient： Initial 45%B15 min 60%B15.1 min 45%B17.5 min 45%BRun time： 20 minutes Injection volume： 10 uL (loop over-fill technique) Column temperature：30°C UV wavelength： 365 nm MS2 SIM mass spectrometer parameters (not required；only used for identification assistance)： 结果和讨论 表1列出了被分析的醛和酮的DNPH衍生T物，及据要寸其相对应的在SIM模式下监测的m/z值。可根据要求提供详细的质谱采集参数； DNPH衍生物的典型分析仅需要使用LC-UV。 表1.DNPH衍生物分析的LC-MS方法参数。 Compound Mass Ion m/z1 Dwell ms Fragm. Voltage [V] Cell Acc [V] Polarity m-Tolualdehyde-DNPH 299 100 50 7 Negative Benzaldehyde-DNPH 285 100 50 7 Negative Hexaldehyde-DNPH 279 100 50 7 Negative Valeraldehyde-DNPH 265 100 50 7 Negative n-Butyraldehyde-DNPH 251 100 50 7 Negative 2-Butanone(MEK)-DNPH 251 100 50 7 Negative Methacrolein-DNPH 249 100 50 7 Negative Crotonaldehyde-DNPH 249 100 50 7 Negative Propionaldehyde-DNPH 237 100 50 7 Negative Acetone-DNPH 237 100 50 7 Negative Acrolein-DNPH 235 100 50 7 Negative Acetaldehyde-DNPH 223 100 50 7 Negative Formaldehyde-DNPH 209 100 50 7 Negative 图3显示了来自高浓度校准标样的代表性质谱图，其中标记了相应的DNPH衍生物。如图所示，在目前的色谱条件下，丙酮和丙烯醛-DNPH衍生物显示出共洗脱。使用LC-MS分析DNPH衍生物的一个好处是能够通过相应的m/z比率分离共洗脱峰。将图4所示的LC-UV色谱结果与图5的质谱图进行比较，丙酮和丙烯醛-DNPH的分析结果只能在使用LC-MS时单独报告。对于甲基丙烯醛和2-丁酮(MEK)-DNPH衍生物，还观察到使用LC-MS类似地分离共洗脱峰。 x105 Counts vs. Acquisition Time (min) 图3.DNPH衍生物的校准标样的代表性质谱图。 VWD1-A：Wavelength=365 nm 091317_1012.d 图4.丙酮-DNPH和丙烯醛-DNPH的代表性LC-UV色谱图。 图5.丙酮-DNPH和丙烯醛-DNPH的LC-MS重叠质谱图。 来自甲醛-DNPH和乙醛-DNPH的LC-UV分析的代表性校准曲线显示在图6中。对所有分析物的回归性分析得到R2值为0.99或更高。可以看出，质量控制标样的结果也非常一致。值得注意的是，里1DNPH衍生物的LC-UV分析线性范围为5.00 ng/mL至500 ng/mL。 对于LC-MS分析，线性范围为0.100 ng/mL至100 ng/mL。在LC-MS分析期间，由于检测器饱和，高浓度的标样得到浓度较低的结果。根据DNPH分析的目标，用户应了解两个检测器的线性范围和定量限，，以便选择最合适的检测源来满足个人需求。 图6.基于DNPH衍生物校准标准的甲醛-DNPH(顶部色谱图)和乙醛-DNPH(底部色谱图)的代表性LC-UV校准曲线。可以看出，质量控制标样的结果非常一致。 对于所有分析物，在基线以上清晰可见低浓度MS标样(0.100 ng/ mL)。取5 mL和1升空气，使用洗脱体积计算甲醛的总方法检出限(MDL)低于0.5 ng/L(0.5pg/m3)。然而，在通常的实践中，由于采样问题以及观察到DNPH滤筒中存在相对高的甲醛背景，因此报告该方法(和随后的MDL)对甲醛的总体敏感性受到负面影响。因此，当使用MS检测时，得到的甲醛MDL并不比用UV检测获得的MDL明显更好。然而，对于其他羰基衍生物， MS检测通常提供灵敏度和MDL的改善。 在其他方面，例如选择性和准确性，利用MS作为检 测器对 DNPH衍生物的确定有着显著的优势，而使 用自动进样器进行洗脱和注射通常有益于准确性， 生产率和实验室通量。在本实验中共洗脱48个DNPH小柱，并且每次重复获取重量数据。图7中的图表显示了从洗脱的48个滤筒中的每一个收集的所得乙腈的计算体积。所有48个重复的精确度数据(CV)平均为1.89%。这些可重现的结果是在使用自动进样器的前提下可以预期的。计算出的洗脱液体积的平均值为4.14mL。与施加的乙腈总体积(5 mL)的差异很可能是由于小柱本身或注射型过滤器内的容积。无论如何，了解所收集的乙腈的准确体积使用户能够以更准确地报告在DNPH小柱上收集的醛类物质的最终浓度。 图7.来自48个DNPH柱的自动洗脱的精确数据。根据记录的洗脱液重量计算体积。 结论 通过本次研究，，我们能够证明： ·使用双头GERSTEL 全自动样品前处理平台MPS roboticPRO成功进行了DNPH小柱的自动洗脱和随后的LC-UV和LCMS分析。 ( 线性校准曲线R2值为0.99或更高。 ) ·在某些情况下， MS检测可以对重叠的分析物峰进行反褶积，这是UV检测无法实现的。 ( ·48个独立DNPH小柱的自动洗脱的精确数据为 1.89%CV。 ) ( ·确定洗脱液重量后，精确计算洗脱体积，提高整体方法准确度。 ) GERSTEL GmbH& Co. KG Eberhard-Gerstel-Platz 1 45473 Mulheim an der Ruhr Germany +49 (0)208-76503-0 +49 (0) 208-765 03 33 gerstel@gerstel.com www.gerstel.com GERSTEL Worldwide www.gerstel.co.jp Information， descriptions and specifications in this Publication are subject to change without notice. GERSTEL， GRAPHPACK and TWISTER are registered trademarks of GERSTEL GmbH & Co. KG. GERSTEL LLP GERSTEL (Shanghai) Co. Ltd GERSTEL Brasil 10 Science Park Road Room 206， 2F，Bldg.56 Av. Pascoal da Rocha Falcao， 367 #02-18 The Alpha No.1000， Jinhai Road， 04785-000 Sao Paulo-SP Brasil Singapore 117684 Pudong District +55(11)5665-8931 +65 6779 0933 Shanghai 201206 +55 (11)5666-9084 +65 67790938 +86 2150933057 gerstel-brasil@gerstel.com SEA@gerstel.com china@gerstel.com www.gerstel.com.br www.gerstel.com www.gerstel.cn -- -- 醛和酮是化学工业中的重要化合物。 甲醛用于生产胶合木和合成树脂。 乙醛以及许多醛和酮在许多工业中的各种产品的生产过程中用作有机溶剂或中间体。在各种标准化方法(例如ASTM测试方法D 5197,EPA方法IP-6A或ISO 16000-03)中，都提到通过对室内或室外空气进行空气采样来检测甲醛和其他羰基化合物。 这些方法中的大多数使用2,4-二硝基苯肼的衍生化，得到相应的2,4-二硝基苯基腙，如下图所示。通过将Waters Sep-Pak DNPH-Silica Short Plus或Supelco LpDNPH S10L的小柱连接到手持式空气采样泵的入口，可以轻松收集空气样品。 这样可以在用户定义的流速和时间下对空气采样，使分析物的DNPH衍生物被固定在小柱中。对小柱上收集的DNPH衍生物的解吸/洗脱的自动化以及随后的LC-UV或LC-MS分析可用于环境空气样品的高通量分析。哲斯泰DNPH托盘带哲斯泰 DNPH选项的MPS roboticPRO多功能全自动样品前处理平台使用MAESTRO软件控制自动洗脱过程，包括以下步骤：1. 称量空洗脱液收集瓶。2. 使用2.5 mL SPE注射器将5 mL 100%乙腈加入到小柱中。3. 向小柱中加入1 mL空气, 使剩余的洗脱液正位移。4. 称量收集瓶，以确定收集的洗脱液的确切重量。5. 将500μL洗脱液与500μL LCMS级水混合并混合。6. 将10μL混合物注入HPLC进样阀。在本实验中共洗脱48个DNPH小柱, 并且每次重复获取重量数据。所有48个重复的精确度数据(CV)平均为1.89%。计算出的洗脱液体积的平均值为4.14mL。 与施加的乙腈总体积(5 mL)的差异很可能是由于小柱本身或注射型过滤器内的容积。了解所收集的乙腈的准确体积使用户能够以更准确地报告在DNPH小柱上收集的醛类物质的最终浓度。来自48个DNPH柱的自动洗脱的精确数据。根据记录的洗脱液重量计算体积。通过本次研究，我们能够证明：•使用双头GERSTEL 全自动样品前处理平台MPS roboticPRO成功进行了DNPH小柱的自动洗脱和随后的LC-UV和LCMS分析。•线性校准曲线R2值为0.99或更高。•在某些情况下, MS检测可以对重叠的分析物峰进行反褶积, 这是UV检测无法实现的。• 48个独立DNPH小柱的自动洗脱的精确数据为1.89%CV。•确定洗脱液重量后, 精确计算洗脱体积, 提高整体方法准确度。