饮用水中半挥发性有机化合物检测方案(气相色谱仪)

采用 Agilent 8890 气相色谱仪和5977GC/MSD 实现扩展校准范围的饮用水中半挥发性有机化合物分析 Angela Smith Henry 博士 安捷伦科技有限公司 本应用简报将 Agilent 8890 GC 与 Agilent 5977 MSD 相结合，根据美国国家环保局(EPA)的方法525分析饮用水源中的半挥发性有机化合物。本工作流程获得的结果满足方法525校准标准，同时证明该系统具有足够的灵敏度，能够检测大多数低浓度标准品。 许多政府监管机构都制定了监测饮用水中有机污染物的指令。气相色谱-质量选择检测器(GC/MSD) 具有高灵敏度和高选择性，是定量分析多种污染物的一种重要技术。EPA 方法525(版本525.2和525.3)详细说明了涵盖不同分析物类型的100多种有机化合物的萃取和分析步骤。其中包括多环芳烃 (PAH)、有机氯农药、氮和磷农药、选定的多氯联苯和其他选定的半挥发性有机化合物23。该方法还可以应用于多组分分析，例如毒杀芬、多氯联苯和技术型氯丹。 EPA方法中引用的化合物表现出宽泛的分析物极性、挥发性和稳定性范围，使分析具有挑战性。 EPA方法版本525.2和525.3分别指定了0.1-10 ng/pL 和 0.1-5 ng/pL 的校准范围。-一些国家机构降低了报告限值，要求实验室扩大校准区间，将0.02 ng/uL作为低浓度标标。宽动态范围(0.02-15ng/pL)可能导致某些化合物难以呈现线性，通常不会尝试在更宽的区间内进行校准。如果样品浓度高于校准范围，则可能需要重新分析，对用于分析最终饮用水以外样品的系统更是如此。之前的研究在Agilent Intuvo 9000 GC 和 Agilent 5977MSD 上完成，研究了拉出极直径对EPA525方法化合物和扩展线性范围的影响。 本研究测试了可在 0.02-15 ng/uL 范围内进行校准的 Agilent 8890 GC 与5977MSD 联用系统的能力。结果表明，对于所有研究的化合物，线性范围均可扩展，同时可保持足够高的灵敏度，能够检测大多数低浓度标准品，并满足饮用水方法中规定的校准要求。 样品前处理 三种浓度为100 ng/pL 的半挥发性物质(SVM-525)、有机氯农药(PPM-525E)和氮/磷农药(NPM-525C) 的多组分标准品购自安捷伦(前 Ultra Scientific)，混合以配制储备液。用乙酸乙酯稀释等分的储备液，配制大多数化合物(附录表A1)的校准标准溶液，浓度为0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0、2.53、5.0、10和15.3 ng/pL。顺式和反式氯菊酯异构体在有机氯农药标准品中总 浓度为 200 ng/uL。假设混合物为等摩尔，浓度接近前文列出的浓度。五氯酚在半挥发性混合物中的浓度为上述浓度的4倍。MGK-264 以异构体混合物形式存在，在氮/磷农药标准品中总浓度为100 ng/pL，本研究鉴定了两种主要异构体。各自分别定量，假定浓度为上文所列浓度水平的一半。甲草胺和莠去津存在于两种混合物(有机氯农药和氮/磷农药)中，因此每个校准水平下的校准标样浓度均为上述浓度的2倍。向每个校准标样中添加内标和替代物(ISM-510)，使每个校准水平的浓度为5 ng/uL。 之前的研究使用 Intuvo 9000C GC/MSD对 EPA 525 进行测试，考察了不同的拉出极尺寸：3mm、6mm、9mm。研究表明，9 mm拉出极比3 mm 拉出极更为理想，因为随着直径的增加，在更宽的动态范围内呈现出的结果更优秀。基于上述研究，本研究重点使用9mm拉出极。 表 1.GC 和 MSD 仪器与消耗品 参数 值 GC 8890 GC MS 配备惰性El源的 5977 GC/MSD 拉出极 9mm (部件号 G3870-20449) 色谱柱 Agilent DB-8270D 超高惰性柱，30m×0.25 mm×0.25 pm (部件号122-9732) 衬管 带玻璃毛的安捷伦超高惰性不分流单细径单衬管(部件号5190-2293) 进样口隔垫 安捷伦高级隔垫，绿色，不粘连，11 mm (部件号5183-4759，50/包) 自动进样器 Agilent 7650A 自动液体进样器 样品瓶 Agilent A-Line 认证棕色样品瓶(螺口盖)，100/包(部件号5190-9590) 样品瓶内插管 安捷伦去活样品瓶内插管，100/包(部件号5181-8872) 螺口盖样品瓶 安捷伦螺口盖， PTFE/硅橡胶/PTFE隔垫，瓶盖尺寸：12mm； 500/包(部件号5185-5862) 结果与讨论 仪器性能验证 根据 EPA 方法 525， GC/MS 必须通过仪器适用性测试才能分析样品。该测试策略包括仪器性能检检(IPC)标准品，其中包含DFTPP、异狄氏剂和 4，4'-DDT，用于验证 MSD 调谐和系统流路惰性。版本525.2和525.3要求 DFTPP 需通过调谐检查，且4，4'-DDT 分解率需低于20%。方法525.2还规定，对于宣称适用的系统，异狄氏剂的分解率应低于20%23。8890 GC 和 5977 MSD 的 IPC 测定结果请参见其他文献。 图1说明了使用35分钟方法，目标化合物、替代物和内标的分离情况。在EPA方法525.2中，必须显示两组异构体的色谱分离度，特别是分别使用蒽和菲以及苯并[a]和和菌的分析。蒽和菲需要达到基线分离，而苯并[a]蒽和蘆需要的最小分离度为25%。分离度测定为峰谷高度与两种化合物平均峰高(中等浓度水平)之比。图1展示了中等浓度 2.5 ng/pL 的所有目标化合物和 5 ng/pL 的内标和替代物的分离情况。图2A 展示了蒽和菲(m/z178)的提取离子色谱图(EIC)。图2B展示了在 1.0 ng/pL 浓度下，苯并[a]蒽和菌(m/z 228) 的 EIC。菲和蒽异构体显示出基线分离，而苯并[a]蒽和异构体则几乎达到基线分离；两个异构体组合都通过了方法标准。 表 2. GC 和 MSD 仪器条件 参数 值 进样量 1pL 进样口 分流/不分流250℃ 脉冲不分流 50 psi持续1 min1 min 时吹扫流速为50 mL/min 切换为隔垫扫 柱温程序 40℃(保持1 min) 25℃/min至160℃(保持3 min) 6C/min 至312°℃ 载气和流速 氦气， 1.2 mL/min，恒流 传输线温度 270℃ 离子源温度 320°℃ 四极杆温度 200°℃ 时间 (min) 图1.展示目标化合物(2.5 ng/pL)、内标和替代物(分别为5ng/pL)分离的总离子流色谱图(TIC)。样品前处理部分指出，某些目标化合物的实际浓度水平不是 2.5 ng/uL 图2.展示菲和蔥(A)的基线分离 EIC 图以及苯并[a]蒽和莹(B)近乎基线分离的EIC图 扩展线性校准范围 将所有102种目标化合物的扩展校准范围0.02-15 ng/pL 与校准范围0.1-10 ng/pL(如 EPA方法525.2中所述)和0.1-5 ng/uL (如 EPA 方法525.3中所述)进行对比。校准曲线计算遵循环境实验室的方法要求和典型方法。首先，根据平均响应因子对所有10种校准浓度尝试校准。根据方法525.2，只要达到合格标准，通过回归或用平均响应因子进行校准都是可接受的。 如果计算浓度未通过30%阈值或%RSD标准，则降低校准浓度下限直至通过要求 如果平均响应因子的标准偏差低于30% RSD， 则验证了每个浓度水平下的计算浓度均处于真实值的30%以内 如果通过删除浓度点无法获得最少五个校准点，则使用加权线性回归。线性回归或平均响应因子这两种校准方法都要求每个浓度水平下的计算浓度应在实际浓度30%的范围内 图3展示了所有目标化合物在三个校准范围内的平均响应因子 RSD 对比。百菌清、硫丹Ⅰ和硫丹硫酸酯除外。这些化合物都只需要使用加权线性回归(0.02-15 ng/pL)，见附录表A2。当测试 EPA525.2和525.3校准范围时，所有化合物的平均响应因子%RSD 低于 30%，计算浓度在所有目标化合物实际浓度30%的范围内。表3列出了目标化合物每个校准范围的 RSD 平均值和标准偏差。对于RSD 从 0.1 ng/pL 到 5 ng/pL 和 10 ng/pL 的校准， RSD 的分布几乎相同，而扩展校准范围(包括两个较低浓度和一个高于EPA 525.2范围的浓度)显示平均RSD略有增加。同时还监测了替代化合物的响应因子，其在目标化合物的10种浓度水平下均保持为 5 ng/pL， 详见附录表 A3。这些响应因子未包括在表3中所示的计算中。因更宽的动态范围和单四极杆 MSD的低浓度，扩展范围的增加很容易理解。在所有三个校准范围的情形中，根据方法标准成功实现了校准(所有目标化合物的响应因子列于附录表A1中)。 图3.目标分析物校准范围 0.02-15ng/pL(蓝色)、0.1-10ng/pL(橙色)和0.1-5ng/pL(灰色)的%RSD比较。化合物的鉴定信息如附录表A1所示 校准范围(ng/pL) RF 的平均 RSD 平均 RSD RF 的标准偏差 需线性回归的目标化合物 0.02-15 12.71 6.60 百菌清、硫丹I、硫丹硫酸酯 0.1-10 8.97 4.46 0.1-5 8.96 4.45 使用8890 GC 和5977 MSD 可以满足EPA方法525中规定的饮用水中半挥发性物质分析的校准要求。对于102种目标分析物中的多数，可以按照 EPA 方法指南建立校准曲线，在 0.02-15 ng/pL 的扩展范围内完成校准。与之前使用 Intuvo9000 GC 和 5977 MSD 的研究一致，利用9mm 拉出透镜有助于实现化合物检测，并扩展具有线性的校准范围。 1..Padilla-Sanchez，J.A.； Plaza-Bolanos， P.； Frenich，A.G.Applications and Strategies basedon Gas Chromatograph-Low-Resolution Mass Spectrometry (GC-LRMS) for the Determination ofResidues and Organic Contaminantsin Environmental Samples.In Comprehensive AnalyticalChemistry； Cappiello， A.； Palma， P.，Eds.； Advanced Techniques inGas Chromatography-MassSpectrometry (GC-MS-MS andGC-TOF-MS) for EnvironmentalChemistry， Volume 61； Ferrer， l.；Thurman， E.， Eds； Elsevier，Oxford，2013，181-202 2. Munch， J. W. Method 525.2： Determination of OrganicCompounds in Drinking Water byLiquid-Solid Extraction and CapillaryColumn Gas Chromatography/Mass Spectrometry. United StatesEnvironmental Protection Agency，Department of Water， 1995 3. Munch， J. W.； et al.Method525.3： Determination of OrganicCompounds in Drinking Water byLiquid-Solid Extraction and CapillaryColumn gas chromatography/mass spectrometry. United StatesEnvironmental Protection Agency，2012 4. Title 18. Environmental Quality，Chapter 11. Department ofEnvironmental Quality- WaterQuality Standard， Arizona Departmentof State， Phoenix， AZ，USA， 2016 5. Giardina， M. Analysis of SemivolatileOrganic Compounds in DrinkingWater on the Agilent Intuvo and 5977with Extended Calibration Range (采用 Agilent Intuvo 和 5977 系统实现扩展校准范围的饮用水中半挥发性有机化合物分析)，安捷伦科技公司应用简报，出版号5994-0013EN，2018 6. Endrin and DDT Stability Studyfor Drinking Water Methodswith an Agilent 8890 GC/ 5977BGC/MSD Combined System(采用Agilent 8890 GC/5977B GC/MSD 组合系统对饮用水方法进行异狄氏剂和DDT 的稳定性研究)，安捷伦科技公司应用简报，出版号5994-0444EN，2019 附录A 表A1.目标化合物在0.02-15 ng/pL 范围内的保留时间、响应因子、平均响应因子和%RSD 编号 化合物 浓度水平(ng/pL) 平均 RF %RSD RT(min) 1(0.02) 2(0.05) 3(0.1) 4(0.2) 5(0.5) 6(1.0) 7 (2.53) 8(5.0) 9(10) 10 (15.3) 76 异狄氏剂 21.193 0.059 0.060 0.062 0.047 0.055 0.051 0.060 0.057 0.056 0.053 0.056 8.50 77 克氯苯 21.492 0.259 0.280 0.303 0.289 0.316 0.341 0.375 0.377 0.376 0.354 0.327 13.34 78 硫丹Ⅱ 21.544 不适用 0.023 0.023 0.024 0.029 0.030 0.033 0.033 0.032 0.030 0.029 14.44 79 4，4'-DDD 21.749 0.366 0.341 0.353 0.355 0.377 0.394 0.432 0.431 0.416 0.390 0.386 8.46 80 异狄氏剂醛 22 0.108 0.055 0.080 0.062 0.065 0.077 0.079 0.079 0.077 0.072 0.076 19.13 81 达草灭 22.614 不适用 0.203 0.189 0.197 0.204 0.226 0.259 0.269 0.272 0.251 0.230 14.38 82 硫丹硫酸酯 22.734 线性回归 83 邻苯二甲酸丁苄酯 22.818 0.416 0.438 0.453 0.448 0.499 0.536 0.597 0.599 0.597 0.555 0.514 14.06 84 p.p'-DDT 22.918 0.248 0.239 0.264 0.267 0.292 0.321 0.353 0.362 0.360 0.336 0.304 15.75 85 环嗪酮 23.054 0.403 0.472 0.484 0.488 0.522 0.563 0.621 0.642 0.626 0.584 0.541 14.63 86 二(2-乙基己基)己二酸 23.452 0.455 0.371 0.420 0.497 0.485 0.534 0.611 0.635 0.629 0.588 0.523 17.61 87 2，2'，3，3'，4，4'，6-七氯联苯 (BZ#171) 24.375 0.145 0.156 0.163 0.159 0.160 0.168 0.178 0.176 0.172 0.160 0.164 6.10 88 苯并[a]蔥 24.401 1.510 1.301 1.219 1.146 1.125 1.184 1.238 1.246 1.212 1.127 1.231 9.19 89 䓛 24.522 1.162 1.218 1.181 1.094 1.139 1.200 1.249 1.249 1.189 1.106 1.179 4.59 90 2，2'，3，3'，4，5'，6，6'-八氯联苯 (BZ#200) 24.538 不适用 0.243 0.236 0.258 0.239 0.252 0.257 0.254 0.243 0.225 0.245 4.47 91 甲氧滴滴涕 24.658 0.537 0.535 0.525 0.528 0.610 0.655 0.727 0.757 0.760 0.706 0.634 15.63 92 双(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯 25.334 1.035 0.817 0.706 0.697 0.732 0.817 0.910 0.959 0.955 0.890 0.852 13.71 93 氯苯嘧啶醇 26.309 0.159 0.154 0.166 0.153 0.172 0.189 0.212 0.225 0.222 0.208 0.186 15.50 94 顺式氯菊酯 27.405 0.278 0.242 0.269 0.267 0.286 0.312 0.360 0.379 0.389 0.361 0.314 17.01 95 反式氯菊酯 27.625 0.606 0.593 0.562 0.599 0.678 0.756 0.855 0.901 0.904 0.840 0.729 18.84 96 苯并[b]荧蒽 28.322 1.138 1.080 1.032 1.095 1.121 1.210 1.301 1.327 1.276 1.198 1.178 8.55 97 苯并[k]荧蒽 28.422 0.986 1.110 1.135 1.089 1.178 1.262 1.339 1.243 1.296 1.208 1.185 9.04 98 苯并[a]芘 29.376 1.009 1.055 0.932 1.031 1.096 1.156 1.224 1.263 1.227 1.157 1.115 9.73 99 氟啶草酮 29.643 不适用 0.451 0.554 0.490 0.582 0.661 0.794 0.861 0.819 0.745 0.662 22.69 100 茚并[1，2，3-cd]芘 32.799 1.126 1.060 1.142 1.035 1.146 1.239 1.331 1.386 1.334 1.233 1.203 10.02 101 二苯并[a，h] 32.935 0.993 1.078 1.041 1.119 1.189 1.299 1.375 1.442 1.362 1.262 1.216 12.76 102 苯并[ghi]莊 33.496 1.226 1.197 1.249 1.208 1.253 1.363 1.432 1.497 1.381 1.253 1.306 7.98 *莠去津和甲草胺浓度水平：0.04、0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、5.07、10、20、30.67 ng/pL 五氯酚浓度水平：0.08、0.2、0.4、0.8、2.0、4.0、10、20、40、60 ng/pL MGK-264a和b估算浓度水平：0.01、0.03、0.05、0.1、0.25、0.5、1.27、2.5、5.0、7.67 ng/uL 表A2.使用线性回归得到的目标化合物的保留时间和计算浓度 编号 化合物 RT(min) 浓度水平(ng/pL) 1(0.02) 2(0.05) 3(0.1) 4(0.2) 5(0.5) 6(1.0) 7(2.53) 8(5.0) 9(10) 10(15.3) 37 百菌清 14.179 不适用 0.039 0.117 0.193 0.495 1.017 2.710 4.948 10.513 14.648 y=0.053290x-0.001789；加权1/x；R=0.9978 68 硫丹1 19.683 不适用 0.054 0.106 0.193 0.537 1.066 2.747 5.250 10.149 14.584 y=0.007419x-7.778928×10；加权1/x； R²=0.9977 82 硫丹硫酸酯 22.734 0.022 0.037 0.110 0.186 0.518 1.035 2.661 5.258 10.254 14.621 y=0.013198x-2.280692×10；加权1/x； R²=0.9981 表A3.替代化合物的保留时间、响应因子、平均响应因子和%RSD， 其浓度保持在 5ng/puL， 目标化合物的范围为0.02至15ng/pL 编号 替代物 RT(min) 浓度水平 (ng/pL) 平均RF %RSD 1(5) 2(5) 3(5) 4 (5) 5 (5) 6 (5) 7(5) 8(5) 9(5) 10 (5) S1 1，3-二甲基-2-硝基苯 6.086 0.291 0.300 0.289 0.294 0.292 0.291 0.301 0.294 0.299 0.293 0.294 1.47 S2 芘-d1o 19.537 1.106 1.112 1.115 1.101 1.107 1.113 1.111 1.113 1.109 1.120 1.111 0.49 S3 磷酸三苯酯 23.515 0.258 0.251 0.246 0.242 0.271 0.266 0.263 0.247 0.269 0.271 0.258 4.29 S4 花-d12 29.586 1.024 1.029 1.002 1.021 1.022 1.069 1.039 1.050 1.068 1.077 1.040 2.39 查找当地的安捷伦客户中心： www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线：800-820-3278，400-820-3278(手机用户) 联系我们： LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com 本文中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 5994-0646ZHCN 使用 8890 GC 和 5977 MSD 可以满足EPA 方法 525 中规定的饮用水中半挥发性物质分析的校准要求。对于 102 种目标分析物中的多数，可以按照 EPA 方法指南建立校准曲线，在 0.02–15 ng/μL 的扩展范围内完成校准。与之前使用 Intuvo 9000 GC 和 5977 MSD 的研究一致，利用 9 mm 拉出透镜有助于实现化合物检测，并扩展具有线性的校准范围。