用于分析挑战性基质中 PAH 的优化的 GC/MS 方法

摘要：利用 Agilent 8890 气相色谱系统结合 Agilent 5977 系列 MSD 系统来分析多环芳烃 (PAH)。通过选择合适的仪器配置和操作条件，该系统提供了一种用于分析复杂基质 中 PAH 的稳定方法。柱中反吹、连续氢气离子源清洁 (JetClean) 和可替换拉出透镜 的使用，在 1–1000 pg 校准范围内获得了优异的线性。对来自高有机含量土壤的提 取物进行重复进样，证明了系统精密度和稳定性。

前言：PAH 对水生生物具有毒性，并且可能是 一类人类致癌物。PAH 具有多种来源， 是一类广泛分布于各地的污染物。 PAH 有三种来源： • 成岩作用：来源于与化石燃料相关的 石油应用 • 高热作用：来自燃烧源 • 生物源：由天然生物过程形成 鉴于 PAH 的普遍存在性，人们将其作为 痕量污染物并对许多不同种类的食品（从 海鲜到食用油再到熏肉）进行监测。此外 还对空气、水和土壤环境中的 PAH 进行 监测。PAH 可通过多种技术进行分析， 包括 HPLC/UV、GC/FID、GC/MS 或 GC/MS/MS。 本应用简报将重点介绍在 SIM 模式下操作 的 GC/MS。常用的校准范围为 1–1000 pg， 可接受的线性标准为 R2 > 0.99。通常将 校准标样和样品中的内标 (ISTD) 峰面积 重现性分别规定为 ±20% 和 ±30%。 PAH 的理化特性为分析带来了许多困 难。它们的分子量和沸点范围较宽。尽管 PAH 活性不高且不易降解，但它们具有 一定的粘性，容易粘附到表面。PAH 易 于凝结（沉积），并且难以气化。因此，在分析过程中采用高温并大程度减小表 面接触非常重要。晚洗脱组分经常出现峰 拖尾，导致需要手动积分，并增加了数据 审查工作。某些情况下，整个校准范围内 的 ISTD 响应不一致，导致方法的线性存 在问题。 除 PAH 相关的挑战外，分析过程中通常 还存在基质相关的问题。例如，在食品和 土壤分析中，分析物之后洗脱的高沸点基 质污染物可能需要延长烘烤时间，以防止 后续运行中出现鬼峰。沸点高的污染物 可能在柱头沉积，导致保留时间漂移， 进而需要更频繁地切割色谱柱并调整 SIM 和数据分析时间窗口。

实验部分 该系统经过配置以大程度减少高基质样 品中 PAH 分析的潜在问题。所用的重要 技术包括： • Agilent JetClean：5977 系列 GC/MSD 中的这一选件可在分析过程中使氢气 以低流速 (0.33 mL/min) 连续进入离 子源。文献已证明[1-3]，利用氢气连 续清洁离子源能够显著改善 PAH 分 析中随时间变化的校准线性和响应精 密度。大幅减少了手动离子源清洁工 作，尤其是对于高基质样品的分析9 mm 提取透镜：安捷伦的 Extractor 离子源具有更高的灵活性，可满足不 同分析挑战的特定需求。在 PAH 分 析中，9 mm 提取透镜是大程度减 小可沉积 PAH 的表面的一个不错选 择，与 JetClean 相结合，有助于实 现更好的线性、精密度和峰形 • 柱中反吹：反吹是在最后一种分析物 流出色谱柱后使载气流反向的一种技 术。采集 MS 数据后，柱温箱在后运 行模式下保持在最终温度下，流经第 一根色谱柱的载气流反向。这一反向 气流将数据采集结束时色谱柱中的所 有高沸点化合物带出柱头并使其进入 分流出口捕集阱中。气流反向功能由 安捷伦吹扫 Ultimate 接头 (PUU) 提 供。在本例中，PUU 为插在两根相 同的 15 m 色谱柱之间的三通。在分 析过程中，利用来自 8890 气路反吹 模块 (PSD) 的尾吹气流速较小的载气 吹扫连接管路。在反吹过程中，大幅 提高来自 PSD 的尾吹气流速，将高 沸点化合物向后吹扫出第一根色谱 柱，向前吹扫出第二根色谱柱。在本 配置中，反吹时间为 1.5 分钟 • 8890 PSD 模块：PSD 是针对反吹应 用优化的 8890 气动模块。在反吹过 程中，相比于之前的配置，其显著减 小了所用的氦气流量。PSD 可实现无 缝脉冲进样并简化反吹设置图 1 示出了所用的系统配置。 表 1 和表 2 列出了仪器操作参数。必 须保持足够高的仪器温度以防止高沸点 PAH 沉积。进样口和 MSD 传输线保持在 320 °C。MS 离子源应为 320 °C。 利用脉冲不分流进样大程度将 PAH （尤其是重组分）传输到色谱柱中。必须 使用孔径 4 mm、带玻璃毛的直型衬管。 玻璃毛可传热给 PAH，并堵住进入进样 口基座的通道。如果 PAH 沉积到进样口 基座，将很难气化并吹扫到色谱柱中。

使用异辛烷稀释安捷伦 PAH 分析仪校 准试剂盒（部件号 G3440-85009），制 得 PAH 校准标样。该试剂盒包含浓度为 10 µg/mL 的 27 种 PAH 的储备液以及浓 度为 50 µg/mL 的 5 种 ISTD 的储备液。 配制了七种校准浓度：1、2、10、20、 100、200 和 1000 ng/mL。各种浓度的 校准标样中还包含 500 ng/mL 的 ISTD。 有关化合物鉴定，请参见表 2 和图 2。 将泥炭样品 (Garden Magic, Michigan Peat Company, Houston, TX) 在 120 °C 下过夜干燥。使用 30 mL 二氯甲烷/丙酮 (1:1 v:v) 对 5 g 干燥的泥炭在搅拌下进行 过夜萃取。对提取物进行过滤，并通过蒸 发使滤液体积减少为原来的 1/7.5。利用 所得的提取物开展稳定性实验。

结果与讨论 初始校准 图 2 展示了 100 pg/µL 校准标样的 SIM TIC。利用所选的参数，所有 PAH（尤其 是最晚洗脱的化合物）的峰形非常出色。 使用 9 mm 透镜和连续氢气清洁通常会 导致信噪比 (S/N) 下降，因此检查所需的 低校准浓度非常重要。例如，图 3 展 示了多种含量为 1 pg 的化合物的定量离 子的响应。所有含量为 1 pg 的分析物均 具有足够高的信号，可满足校准需要。

表 3 列出了利用 1–1000 pg 内的七种含 量对系统进行三次 ISTD 校准所得到的 R2 值。在整个范围内，所有分析物均表现出 优异的线性。响应稳定性 图 4 展示了对 100 pg 标样进行 60 次连 续重复进样所得到的 ISTD 峰面积响应的 精密度。ISTD 峰面积的 RSD 为： • 萘-d8 (3.3%) • 苊-d10 (3.2%) • 菲-d10 (3.4%) • 䓛-d12 (2.7%) • 苝-d12 (2.0%)

图 5 展示了对 100 pg 标样进行 60 次连 续重复运行所得到的多种分析物的计算浓 度。该系统表现出优异的响应稳定性。 所有 27 种分析物的计算浓度的平均 RSD 为 1.1%。 土壤提取物的响应稳定性 特意选择具有高基质含量的土壤提取物 进行稳定性测试，以挑战系统性能。图 6 对提取物与 100 pg PAH 标样的扫描 TIC 进行了比较。土壤提取物具有*的基质 含量。请注意，对于具有这一有机物含量 水平的土壤，在常规分析中应考虑进行进 一步样品净化。所用的样品前处理仅用于 测试目的。 为测试系统的稳定性，在土壤提取物中加 入 27 种分析物（各自含量为 100 pg）和 500 pg 的各种 ISTD。然后对加标提取物 进样分析 60 次。在每次运行中，根据基 于溶剂的校准曲线对 PAH 进行定量，并 对所得的计算浓度作图。图 7 展示了多 种分析物的计算浓度。萘和苯并[ghi]苝的 实测浓度均高于加标浓度 (100 pg)。发现 这些化合物在土壤中的含量与图 7 中的 偏移大致对应。土壤中的苝（未示出）含 量约为 200 pg。 所有 27 种分析物的计算浓度的平均 RSD 为 4.4%。对于 27 种分析物中的 22 种， 在对土壤样品进样 60 次后得到的计算 浓度处于土壤样品进样所得浓度的 20% 误差范围以内。与预期结果一样， 最重的分析物（如苯并[ghi]苝）响应下降 速度快。

对土壤提取物进样分析 60 次后，执行进 样口维护。维护工作包括更换隔垫、进样 口衬管和分流平板，并从色谱柱 1 的柱 头截去 30 cm。移除衬管和分流平板后， 用甲醇饱和的棉签清洁进样口。经过维 护后，运行 100 ppb 校准标样，并使用 在重复测定之前生成的原始校准曲线进行 定量分析。表 4 列出了实测浓度。所有 分析物均处于预期浓度的 7% 误差范围以 内。表 4 还列出了在进样口维护后执行 全范围校准所得到的 R2 值。表 4 中的数 据表明，土壤导致的系统性能下降仅限于 进样口和柱头，符合预期。 对于如本实验所用的基质含量，通常无需 离子源清洁。使用 JetClean 和 9 mm 拉 出透镜大大减少了通常会导致离子源性能 下降的沉积物。

结论 该系统解决了 GC/MS PAH 分析中面临的 许多问题。使用 JetClean、9 mm 拉出透 镜、更高的区域温度以及合适的衬管， 大大改善了线性、峰形和系统稳定性。 JetClean 大幅减少了对手动清洁离子源 的需求，有助于提升实验室的分析效率。 对于分析具有严重基质干扰的大体积样品 的实验室而言，配备 JetClean 和柱中反 吹的 Agilent 8890/7000D 三重四极杆气质联用系统不仅提供了本文中证明的所有优 势，还具有更优异的 MS/MS 特异性[4]。 与 GC/MS 相比，GC/MS/MS 针对基质产 生的质谱干扰物质具有更高的选择性，从 而简化了数据审查。