40多年來(lái)，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)一直通過(guò)方法8270監(jiān)測(cè)廢棄物、土壤/沉積物和地下水中的半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOC)。該方法廣泛應(yīng)用于石油/煤煙(如多環(huán)芳烴)、塑料(如鄰苯二甲酸鹽)、防腐劑(如酚類、鹵代苯)等其它樣品中化學(xué)成分的檢測(cè)。同時(shí)，QC列表中要求在方法學(xué)驗(yàn)證中也被廣泛使用。這些標(biāo)準(zhǔn)包括前期性能檢查(如初始校準(zhǔn)驗(yàn)證)、12小時(shí)定期性能檢查(如DTFPP調(diào)諧、聯(lián)苯胺拖尾因子、DDT降解)和分批性能檢查(如方法空白、基質(zhì)加標(biāo)、平行樣以及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控加標(biāo))。
GC/MS：半揮發(fā)性有機(jī)物(SVOC)檢測(cè)方法優(yōu)化(符合EPA 方法8270E要求)
本應(yīng)用報(bào)告 SVOC 的分析結(jié)果是根據(jù) EPA 方法 8270 的要求，由珀金埃爾默 GCMS 2400™ 系統(tǒng)搭配珀金埃爾默 Elite 5MS 色譜柱采集、處理獲得。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)方法，可以在滿足分離度的情況下縮短分析時(shí)間，進(jìn)而滿足樣品量大的實(shí)驗(yàn)室的要求。本實(shí)驗(yàn)展示了GC系統(tǒng)優(yōu)秀的載氣控制精度以及柱溫箱溫度控制精度，87種組分(包括目標(biāo)物、替代物和內(nèi)標(biāo)物)重復(fù)性很好。珀金埃爾默 SimplicityChrom™工作站，操作簡(jiǎn)便，可高效的完成儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理一系列工作。
圖1：珀金埃爾默 GCMS 2400系統(tǒng)。
01
實(shí)驗(yàn)
SVOC分析儀器配置：
• GC 2400系統(tǒng)，配有毛細(xì)管柱分流/不分流進(jìn)樣口、單四極桿質(zhì)譜檢測(cè)器；
• 色譜柱：珀金埃爾默 Elite 5MS(30m x 0.25 mm l.D. x 0.25 μm df)。
表1：氣相色譜儀配置和耗材。
表2：方法中使用的標(biāo)準(zhǔn)品列表。
表3：儀器操作條件。
儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)品制備
配置校準(zhǔn)曲線前，用HPLC級(jí)二氯甲烷(VWR，Radnor，PA)將目標(biāo)組分母液分別稀釋成100μg/mL和5.0μg/mL濃度的儲(chǔ)備液。同樣，將替代物稀釋至100μg/mL濃度備用。2000μg/mL濃度內(nèi)標(biāo)無(wú)需稀釋。
標(biāo)準(zhǔn)
用目標(biāo)組分100μg/mL濃度的儲(chǔ)存液配置濃度梯度為25、10、5.0、2.5、1.0μg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)液；用5.0μg/mL濃度的儲(chǔ)備液配置梯度為1.3、0.5、0.25、0.13、0.05μg/mL低濃度系列標(biāo)準(zhǔn)液。替代物添加濃度與目標(biāo)物濃度一致，用于計(jì)算回收率，添加濃度系列為：25、10、5.0、2.5、1.0μg/mL。最后，每個(gè)小瓶中加標(biāo)10 μL內(nèi)標(biāo)溶液。
EPA 方法 8270E要求：檢測(cè)結(jié)果響應(yīng)銀子(RF)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于20%；校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)(R2)大于0.990。實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表4。
表4：依據(jù) EPA 方法 8270檢測(cè)計(jì)算結(jié)果。保留時(shí)間為平局值以及精密度。
其中 7個(gè)組分使用的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量，未使用平局響應(yīng)因子。
樣品制備
待測(cè)樣品NIST SRM 1991為二氯甲烷中煤焦油與石油的混合物(密度=1.33kg/L)。樣品不稀釋直接添加內(nèi)標(biāo)測(cè)試。替代物添加濃度為10μg/mL，與8270E要求保持一致。3次重復(fù)。
02
結(jié)果和討論
系統(tǒng)性能
取50ng調(diào)諧液直接進(jìn)樣對(duì)儀器性能進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于調(diào)諧結(jié)果，方法8720對(duì)DTFPP碎片的離子豐度比有著嚴(yán)格要求。SimplicityChrom CDS 軟件中的“EPA 報(bào)告”功能將結(jié)果與 EPA 標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行比較，并以表格形式直觀展示檢測(cè)是否通過(guò)(見(jiàn)圖 2)。
圖2：DTFPP 離子比率通過(guò) EPA 報(bào)告功能制成表格，直觀展示檢測(cè)結(jié)果合規(guī)和不合規(guī)。
使用聯(lián)苯胺和五氯苯酚的拖尾因子來(lái)評(píng)估樣品流路的惰性。兩個(gè)物質(zhì)在10%峰高(TF10%)出的拖尾因子不可以超過(guò)2.0，才能通過(guò)測(cè)試。如圖A2、B2所示，通過(guò)自動(dòng)質(zhì)譜解卷積和識(shí)別系統(tǒng) AMDIS 軟件中計(jì)算五氯苯酚(TF10%= 1.0)和聯(lián)苯胺(TF10%= 0.8) 的峰形。
圖3：高活性化合物五氯苯酚(離子266)和聯(lián)苯胺(離子 184)50ng 、Elite 5MS 色譜柱直接進(jìn)樣的峰形。體現(xiàn)了GC 2400 具有業(yè)界領(lǐng)先的樣品流路惰性。
第三項(xiàng)性能檢查，DDT分解為DDE和DDD，用于評(píng)估進(jìn)樣器內(nèi)樣品降解情況。根據(jù)峰面積比進(jìn)行評(píng)估，EPA容許最高20%的樣品分解。圖4顯示了GC 2400的出色性能?？偣矁H1.69%的DDT分解，遠(yuǎn)低于EPA強(qiáng)制要求的限值。
圖4：由于GC 2400系統(tǒng)進(jìn)樣口內(nèi)的低反應(yīng)性，觀察到DDT極少分解為DDD和DDE。
樣品校準(zhǔn)結(jié)果見(jiàn)表4。GC 2400系統(tǒng)的氣動(dòng)裝置和柱溫箱溫度控制非常精確。保留時(shí)間表現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行間重復(fù)性，在每個(gè)化合物的識(shí)別范圍內(nèi)，大多數(shù)化合物在平均0.003分鐘內(nèi)出峰。方法8270E通過(guò)響應(yīng)因子(RF)來(lái)定量化學(xué)物質(zhì)時(shí)，RSD限值高達(dá)20%。在超過(guò)80種目標(biāo)分析物和替代物中，只有7種化合物超出該限值，并按照EPA方法8270E容許的方法通過(guò)線性校準(zhǔn)進(jìn)行定量，每種情況的相關(guān)系數(shù)(R2)均符合要求。
圖5為10 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖需要注意的是三對(duì)組分：苯胺/雙 (2-氯乙基) 醚、苯并[b]熒蒽/苯并[k]熒蒽和二苯并[a,h]蒽/茚并[1,2,3-cd]芘的分離度。EPA對(duì)結(jié)構(gòu)異構(gòu)體分辨率的要求規(guī)定定量離子峰谷≤平均峰高的50%；在約14分鐘的洗脫時(shí)間內(nèi)，以上三對(duì)組分均很容易滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。注意，苯胺/雙 (2-氯乙基) 醚和二苯并[a,h]蒽/茚并[1,2,3-cd]芘不是結(jié)構(gòu)異構(gòu)體對(duì)，但是定量離子碎片相同，會(huì)干擾定量。
圖5：10 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)品的總離子色譜圖(TIC，黑色)，該標(biāo)準(zhǔn)品含目標(biāo)化合物、替代物和內(nèi)標(biāo)物，全部在14分鐘內(nèi)出峰。盡管運(yùn)行時(shí)間很短，但是仍觀察到關(guān)鍵對(duì)A)苯胺雙(2-氯乙基)醚(m/z 93，棕色)，B)苯并[b]熒蒽/苯并[k]熒蒽(m/z 252，紫色)和C)二苯并[a,h]蒽/茚并[1,2,3-cd]芘(m/z 276，綠色；m/z 278，紅色)具有出色的分離度。
方法準(zhǔn)確度
使用NIST標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)19912(經(jīng)認(rèn)證的石油和煤焦油混合物的二氯甲烷溶液)來(lái)測(cè)試GC 2400系統(tǒng)準(zhǔn)確定量復(fù)雜環(huán)境樣品中的化合物的能力。SRM 1991共測(cè)定3次，表3展示了優(yōu)異的準(zhǔn)確度和精密度。除了兩種化合物測(cè)定在NIST值的25%范圍內(nèi)以外，每種化合物與NIST值的相對(duì)差異在20%范圍內(nèi)。此外，沒(méi)有觀察到高濃度/低濃度數(shù)據(jù)存在偏差。
表5：NIST SRM 1991分析的定量結(jié)果(mg/kg，n=3)
注：計(jì)算%差異時(shí)的“實(shí)際”濃度是指NIST SRM濃度，而“觀察”是指本研究中測(cè)定的濃度。
2 使用苯并[b]熒蒽響應(yīng)因子對(duì)苯并[a]熒蒽、苯并[b]熒蒽、苯并[j]熒蒽和苯并[k]熒蒽求和。
該方法需要基質(zhì)加標(biāo)和基質(zhì)加標(biāo)平行樣。通過(guò)在NIST SRM 1991中加標(biāo)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行制備，并比較多環(huán)芳烴(PAH)的回收率。雖然基質(zhì)加標(biāo)和基質(zhì)加標(biāo)平行樣并非通過(guò)樣品提取獲得，但它們的回收率證明了儀器和方法的準(zhǔn)確度。平均計(jì)算后，基質(zhì)加標(biāo)和基質(zhì)加標(biāo)平行樣的PAH回收率優(yōu)異。MS回收率測(cè)得為96.8%±13.8%，MSD回收率為96.8%±13.4%。
03
結(jié)論
在EPA方法8270E進(jìn)行的半揮發(fā)性化合物(SVOC)分析方法的基礎(chǔ)上，在珀金埃爾默 GCMS 2400系統(tǒng)搭配(Elite 5MS色譜柱)上將方法進(jìn)行了優(yōu)化，即使對(duì)于復(fù)雜基質(zhì)，也能做到快速的得到穩(wěn)定結(jié)果。使用本文優(yōu)化的方法條件，每種半揮發(fā)性化合物可在14分鐘內(nèi)出峰，因此在每個(gè)12小時(shí)定期性能檢查窗口中可以分析更多樣品。
依托穩(wěn)定的氣路控制、惰性的色譜柱和進(jìn)樣口以及寬線性的檢測(cè)器，該實(shí)驗(yàn)方法可實(shí)現(xiàn)寬量程的準(zhǔn)確定量。儀器的氣動(dòng)裝置和柱溫箱的高度重復(fù)性保證了在高度復(fù)雜的基質(zhì)中，化合物在方法保留時(shí)間窗口內(nèi)能夠穩(wěn)定地出峰。
儀器靈敏度高，大多數(shù)化合物在溶液中可檢測(cè)到低至十億分之幾的范圍。所有性能檢查標(biāo)準(zhǔn)，包括拖尾、離子豐度比、降解和關(guān)鍵組分的分離度均遠(yuǎn)超方法要求。
實(shí)現(xiàn)了NIST標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)SRM 1991(復(fù)雜樣品基質(zhì))的準(zhǔn)確定量；其相關(guān)基質(zhì)加標(biāo)和基質(zhì)加標(biāo)平行樣的結(jié)果準(zhǔn)確度相似。
直觀的SimplicityChrom CDS軟件通過(guò)多功能性和可訪問(wèn)性選項(xiàng)提供實(shí)用、可定制的用戶體驗(yàn)，在方法需要的情況下支持合規(guī)性和可追溯性。此外，分體式觸摸屏提供了多功能性和便攜性，最終優(yōu)化了繁忙的實(shí)驗(yàn)室工作。
參考文獻(xiàn)
1 Semivolatile Organic Compounds by Gas Chromatography/ Mass Spectrometry(GC/MS); Method 8270E;United Stated Environmental Protection Agency，Revision 4, June 2018.
2 Certificate of Analysis: Standard Reference Material®1991 Mixed Coal Tar/Petroleum Extract in Methylene Chloride；National Institute of Standards & Technology，May 2021.
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