垃圾焚烧飞灰样品中痕量多氯代二苯并-对-二噁英和多氯代二苯并呋喃检测方案(气质联用仪)

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徐驰、高丽荣和郑明辉 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家 重点实验室 中国北京 王雯雯 中国北京 多氯代二苯并-对-二噁英 (PCDD) 和多氯代二苯并呋喃 (PCDF) 为剧毒的持久性有机污染物 (POPs)。由于在复杂样品中二噁英同类物的含量通常处于超痕量水平，因此它们的分析具有极大的挑战性。本研究开发了一种气相色谱三重四极杆质谱(GC/MS/MS) 方法，用于分析17种2，3，7，8-取代 PCDD/Fs 同类物。使用配备新型高效电子轰击电离源的 Agilent 7010 GC/MS/MS 进行分析，该离子源可实现痕量和超痕量分析物的高灵敏度检测，并提供可靠结果。 焚烧是环境中二恶英的主要来源之一。因此，分析垃圾焚烧飞灰样品中的二恶英对于控制二恶英的排放具有重要意义。使用 GC/MS/MS 对浓度为 2.1-32.6 pg (I-TEQ)/g的6个飞灰样品进行了分析。 GC/MS/MS 结果与使用 GC/HRMS 获得的结果一致。通过对鱼组织有证标准物质进行五次进样分析，对该方法进行了验证。对于所有同类物，GC/MS/MS 分析获得的平均结果均在认证的参考值范围内。所有同类物的相对标准偏差 (RSD) 均小于 10.0%。因此， 该 GC/MS/MS 方法可作为 GC/HRMS 方法的一种可行且经济的替代选择。 前言 PCDD/Fs 因其毒性和在环境中的持久性而备受关注。由于在复杂环境样品中 PCDD/Fs 同类物的含量通常处于超痕量水平，因此它们的分析具有挑战性。 GC/MS/MS 采用特异性多反应监测(MRM)模式，可生成 PCDD/Fs 的特异性片段。这种选择性反应可以减少干扰，提高灵敏度。因此，将气相色谱-串联质谱联用系统应用于 PCDD/Fs分析。欧盟(EU)颁布的法规 (709/2014)规定了可使用GC/MS/MS 系统对食品和饲料中 PCDD 和 PCDF 的含量进行确证性试验，以满足 EUML 的要求。这意味着三重四极杆质谱仪能够提供与 HRMS 系统类似的性能犯。本应用简报介绍了使用Agilent 7010 三重四极杆 GC/MS 系统分析17种毒性 PCDD/Fs 的方法的灵敏度、选择性和精密度。表1列出了具体的化合物，以及指定的毒性当量因子(TEF)、国际毒性当量因子(I-TEF)和世界卫生组织 TEF (WHO2005-TEF)， 用于计算毒性当量 (TEQ)。本应用简报还表明，GC/MS/MS 结果与使用 GC/HRMS 获得的结果一致，从而为 GC/HRMS提供了一种经济可行的替代方法。 试剂与标准品 残留级正己烷、二氯甲烷和甲苯购自J.T.Baker (Phillipsburg， NJ， USA)。 EPA 方法1613规定的 2，3，7，8-PCDD/Fs标准溶液，包括EPA-1613 CVS、LCS 和 ISS 的标准溶液及有证标准物质WMF-01(参比鱼组织)由Wellington Laboratories Inc(Ontario， Canada) 提供。 仪器 在 Agilent 7890B气相色谱和 Agilent 7010三重四极杆 GC/MS 系统上进行分析。仪器条件如表2所示。方法采用 MRM 模式进行数据采集。对于每种目标分析物，采用了安捷伦食品和饲料分析仪方法的两种特异性母离子以及两种相应的子离子和碰撞能量“。表3提供了 MRM 离子对的完整列表。 PCDD/Fs 1-TEF WHO2005-TEF 2，3，7，8-TCDD 1 1 1，2，3，7，8-PeCDD 0.5 1 1，2，3，4，7，8-HxCDD 0.1 0.1 1，2，3，6，7，8-HxCDD 0.1 0.1 1，2，3，7，8，9-HxCDD 0.1 0.1 1，2，3，4，6，7，8-HpCDD 0.01 0.01 OCDD 0.001 0.0003 2，3，7，8-TCDF 0.1 0.1 1，2，3，7，8-PeCDF 0.05 0.03 2，3，4，7，8-PeCDF 0.5 0.3 1，2，3，4，7，8-HxCDF 0.1 0.1 1，2，3，6，7，8-HxCDF 0.1 0.1 1，2，3，7，8，9-HxCDF 0.1 0.1 2，3，4，6，7，8-HxCDF 0.1 0.1 1，2，3，4，6，7，8-HpCDF 0.01 0.01 1，2，3，4，7，8，9-HpCDF 0.01 0.01 OCDF 0.001 0.0003 表2.仪器条件 气相色谱条件 色谱柱 Agilent J&W DB-5ms UI， 60mx0.25 mm， 0.25 pm 进样量 1pL 柱温箱程序升温温度 在150℃下保持3 min， 以20C/min的速率升温至230℃，保持18 min 以5℃/min 的速率升温至235℃， 保持 10 min 以 4℃/min 的速率升温至320°℃， 保持1 min 进样模式 不分流，1.5 min 后开启欠扫 进样口温度 290°C 载气 氦气 流速 1.0 mL/min 质谱条件 运行模式 电子轰击电离(EI)， MRM 电离电压 70 eV 离子源温度 320°℃ 接口温度 320℃ 四极杆温度 150°C 溶剂延迟 10 min MS1分辨率 Unit MS2 分辨率 Unit 碰撞池气体流速 氮气 1.5mL/min， 氦气4.0 mL/min 化合物 母离子 (m/z) 子离子(m/z) 碰撞能量(eV) HxCDD 389.8 326.9 26 391.8 328.8 25 C12-HxCDD 401.8 337.9 26 403.8 339.9 25 HpCDF 407.8 344.8 40 409.8 346.8 40 C2-HpCDF 419.8 355.8 40 421.8 357.8 40 HpCDD 423.8 360.8 24 425.8 362.9 24 13C2-HpCDD 435.8 371.8 24 437.8 373.8 24 OCDF 441.7 378.8 40 443.7 380.8 40 C12-OCDF 455.8 391.8 40 453.8 389.8 40 OCDD 457.7 394.8 24 459.7 396.8 24 C12-OCDD 469.7 405.8 24 471.7 407.8 24 样品前处理 在进行仪器分析前，需要对样品进行复杂的萃取和净化程序。在萃取前，向样品中加入已知量的 EPA-1613 LCS 13C，2标记标准品，并平衡12小时。然后，使用正己烷和二氯甲烷(1：1， V/V) 通过 Soxhlet或 ASE 法萃取样品。浓缩后，提取物经三根色谱柱净化：酸化硅胶色谱柱、酸/碱/AgNO。/中性多层硅胶色谱柱，以及活性炭色谱柱。用甲苯洗脱最终提取物，然后在柔和纯净氮气流下蒸发至适当体积。为进行回收率定量，在仪器分析前加入了EPA-1613 ISS 13C标记标准品。图1所示为样品前处理步骤的汇总流 图1.样品萃取和净化程序的流程图 结果与讨论 二噁英/呋喃异构体的分离 图2所示为17种 PCDD/Fs 同类物的MRM 色谱图，分析时间为58分钟。该图展示了17种PCDD/Fs 同类物的出色分离，并对难以分离的六氯二苯并对二噁英/呋喃异构体进行了放大显示。 校准和平均相对响应因子 采用优化的 GC/MS/MS 方法对校准标样溶液 EPA-1613 CVS (CS1-CS5) 进行了分析(表4)。按照 EPA 方法1613，通过5点校准曲线获得了各种2，3，7，8-氯代 PCDD/Fs同类物的相对响应因子 (RRF)。所有同类物的 RSD 均小于3.0%，完全符合EPA小于15%的要求(表5)。 图2.17 种PCDD/Fs 同类物的 MRM 色谱图 表4.校准溶液中各同类物的浓度(ng/mL) 天然 PCDD/Fs 1613 CS1 1613 CS2 1613 CS3 1613 CS4 1613 CS5 2，3，7，8-TCDF 0.5 2 10 40 200 1，2，3，7，8-PeCDF 2.5 10 50 200 1000 2，3，4，7，8-PeCDF 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，4，7，8-HxCDF 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，6，7，8-HxCDF 2.5 10 50 200 1000 2，3，4，6，7，8-HxCDF 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，7，8，9-HxCDF 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，4，6，7，8-HpCDF 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，4，7，8，9-HpCDF 2.5 10 50 200 1000 OCDF 5.0 20 100 400 2000 2，3，7，8-TCDD 0.5 2 10 40 200 1，2，3，7，8-PeCDD 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，4，7，8-HxCDD 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，6，7，8-HxCDD 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，7，8，9-HxCDD 2.5 10 50 200 1000 1，2，3，4，6，7，8-HpCDD 2.5 10 50 200 1000 OCDD 5.0 20 100 400 2000 检测限(LOD) 根据 US EPA 方法，通过对低浓度 PCDD/Fs(稀释10倍的 CS1)的标准溶液进行七次重复分析，确定PCDD/Fs 的LOD。获得的17种PCDD/Fs 同类物的 LOD 范围为0.008-0.08 pg/uL， 表明 GC/MS/MS方法具有出色的灵敏度，足以用于 PCDD/Fs的超痕量分析。分析结果如表5所示。图3所示为17种 PCDD 和 PCDF 同类物的 MRM色谱图 (将 CS1 从 0.5 pg/pL 稀释10倍至0.05 pg/pL)。 50.050.5 51.0 51.8 52.2 52.6 52.6 53.0 53.4 56.056.557.0 56.0 56.557.057.5 分析方法的评估 为评估所提出的 GC/MS/MS 方法的性能，使用该方法对有证标准物质 (CRM)鱼组织进行了五次重复分析。由表6可知，鱼组织中PCDD/Fs 的浓度范围为0.23-13.6 pg/g， 使用 GC/MS/MS 方法获得的所有同类物的平均结果均在认证的参考值范围内。GC/MS/MS 的总I-TEQ 结果为 19.92 pg/g， 与认证参考值19.81 pg/g 接近。五次重复进样的 RSD小于10%。 CRM 的 17种 PCDD/Fs同系物的平均离子丰度比(图4)均在 CS1-CS5 的平均离子丰度的±15%范围内，满足 EPA 1613的要求。总体而言，所提出的分析方法具有良好的准确度和精密度。 表6.有证标准物质(WMF-01) 中 PCDD/Fs 的分析 认证参考值(pg/g) 分析值(n=5) 平均值(pg/g) RSD (%) 2，3，7，8-TCDF 13.1±4.9 12.97 1.0 1，2，3，7，8-PeCDF 1.53±1.4 1.34 8.6 2，3，4，7，8-PeCDF 7.15±2.2 6.43 3.3 1，2，3，4，7，8-HxCDF 0.86±1.0 1.01 6.5 1，2，3，6，7，8-HxCDF 0.51±0.7 0.62 6.0 2，3，4，6，7，8-HxCDF 0.68±1.2 0.67 3.9 1，2，3，7，8，9-HxCDF 0.25±0.4 0.26 8.8 1，2，3，4，6，7，8-HpCDF 1.01±1.9 2.76 2.8 1，2，3，4，7，8，9-HpCDF 0.30±0.5 0.61 3.8 OCDF 1.38±2.1 2.94 8.7 2，3，7，8-TCDD 13.1±4.4 13.6 2.4 1，2，3，7，8-PeCDD 2.72±1.3 2.61 2.9 1，2，3，4，7，8-HxCDD 0.22±0.3 0.27 7.4 1，2，3，6，7，8-HxCDD 0.88±0.4 0.81 9.2 1，2，3，7，8，9-HxCDD 0.27±0.4 0.23 7.6 1，2，3，4，6，7，8-HpCDD 0.59±0.7 0.65 6.5 OCDD 3.91±6.2 2.01 7.9 总I-TEQ 19.81 19.92 GC/HRMS 与 GC/MS/MS分析飞灰样品 中 PCDD/Fs的比较对6个飞灰样品进行了萃取处理，并使用 GC/HRMS 进行分析。随后，将同一样品转移至 GC/MS/MS 再次进行分析。图5展示了GC/HRMS 和 GC/MS/MS 两组测定的样品结果对比(总I-TEQ)，所分析的6个飞灰样品浓度范围为 2.1-32.6 pg(I-TEQ)/g。 GC/MS/MS结果与使用GC/HRMS 获得的结果具有很好的一致性。 Agilent 7010 GC/MS/MS 系统对 17 种高毒性 PCDD/Fs 同系物实现了可重现的高灵敏度检测。将该方法应用于有证标准物质的分析，GC/MS/MS 获得的结果与认证参考值接近，证明其有很好的适用性。GC/HRMS 和 GC/MS/MS分析结果比较的一致性，表明了7010 GC/MS/MS 系统很好的适用性。 图 5. GC/HRMS 和 GC/MS/MS 两组测定的样品结果对比(总I-TEQ) ( 参考文献 ) 1. ( Zheng， G. J. e t al. PolychlorinatedDibenzo-p-Dioxins and Dibenzofurans Pollution in China： Sources， Environmental Levels and Potent i al Human Health Impacts[].Environment International 2008，34(7)， 1050-61 ) 2. ( Union， P. O. of the E. Commission Regulation (EU) No 7 09/2014 of 20June 2014 a mending Regulation(EC) No 152/2009 as regards t he determination of t h e levels of dioxins and p olychlorinated b iphenyls T ext with EEA relevance，CELEX1 https：//publications.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/d626811a-fdcc-11e3831f-01aa75ed71a1/language-en(accessed Nov 16，2018) ) 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。 ( 3. B havasar， S. P. et al. 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