未来已来，行则将至 | 氢气作为 GCMS 载气分析多环芳烃

氦气是气质联用系统中最常见的载气，同时也是一种重要的战略资源，在当前大环境下氦气价格持续上涨，也让气质联用系统的用户产生了“氦气焦虑”。2022 年 6 月，安捷伦全球同步发布多款气质联用系统，包括单四极杆气质联用系统 5977C，三重四极杆气质联用系统 7000E 和 7010C 三款产品。安捷伦推出的新产品也带来了“颠覆性”的革新：研发推出专用氢气作为 GCMS 载气的新型离子源（HydroInert，氢气惰性离子源）。

氢气的特殊理化性质不仅有助于改善色谱行为，而且在安捷伦创新专有技术 JetClean（智氢洁离子源）中被证明可用于降低离子源的清洁需求，使得清洁频率减少高达 90%^【1】。氢气作为载气重新定义了气质联用系统的性能，从分析速度、分离度、峰型、稳定性等多个维度创造了更多系统提升空间。德国消费品安全委员会（Ausschuss fürProduktsicherheit, AfPS）发布的新版多环芳烃测试标准 AfPS GS 2019:01 PAK 中就已经提供了氢气作为 GCMS 载气的谱图结果。气质联用系统的未来已来、行则将至。我们就先以多环芳烃为例，感受氢气作为载气带来的变化。

HJ 805-2016 中规定了土壤和沉积物中多环芳烃的测定方法，升温程序持续 28 分钟，首先我们看看相同升温程序用氢气分析的谱图：

图 2. 氢气作为载气的多环芳烃谱图（升温程序与 HJ 805-2016 相同）

和 HJ 805 标准中提供的谱图对比，最直接的改善是分析时间更短、峰型更好，同时我们不禁会有两个问题：

为了回答这两个问题，我们加快升温程序、使用完全相同的色谱柱来进行对比。下图显示了使用 HP-5ms UI（20 m, 0.18 mm, 0.18 µm）氦气和氢气作为载气的谱图结果，升温程序为 80℃ 保持 1 min，20℃/min 升温至 300℃ 保持 5 min。以保留时间最长的苯并[g,h,i]苝计，分析时长从标准方法的 28 分钟缩短至 13 分钟，效率提升了一倍以上！

图 3. 相同色谱条件下使用氦气和氢气作为载气的谱图对比

由于茚并[1,2,3-cd]芘和二苯并[a,h]蒽存在一定程度的离子干扰，通常需要完全基线分离来避免对定量产生影响。我们更进一步地看看它们的分离度和峰型。很显然，在其他色谱条件均相同的情况下，氢气作为载气分离度更好、峰对称、更尖锐，同时分析时间显著缩短。

除了色谱行为的改善以外，在氢气的作用下多环芳烃能够实现极宽的线性范围，图 5 中显示了苯并[g,h,i]苝在 1.0 ppb~50 ppm 超过四个数量级的范围内校正曲线依然线性良好。

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使用配备了氢气惰性离子源（HydroInert）的 8890-5977C 气质联用仪对基质复杂的土壤样品进行稳定性测试^【2】，27 种多环芳烃的加标浓度为 100 ppb。在 100 针进样测试的过程中，无需维护进样口或色谱柱，结果也始终保持稳定，如图 6 所示。

图 6. 多环芳烃加标 100 pg 的土壤基质进样 100 针的稳定性

2022 年 3 月开始实施的《GB 5009.265-2021 食品安全国家标准食品中多环芳烃的测定》更新检测项目为食品中欧盟优先控制的 16 种多环芳烃，增加了婴幼儿配方奶粉、辅助食品中的 4 种多环芳烃检测。标准中的 16 种检测项目均为高沸点多环芳烃，特别是保留时间最长的四种二苯并芘，沸点甚至高达 500℃ 以上，极易产生峰型拖尾的问题。

图 7. 氦气和氢气作为载气分析四种二苯并芘的对比谱图

在色谱柱相同的条件下（与国标规定相同），对比结果中氢气的作用尤为明显：分离度更好、峰对称、更尖锐，同时分析时间显著缩短。

使用配备了氢气惰性离子源（HydroInert）的 8890-5977C 气质联用仪对婴儿配方奶粉中多环芳烃进行加标回收和重现性验证^【3】，借助 Agilent Captiva 增强型基质去除小柱（EMR-Lipid）去除婴儿配方奶粉中的脂质而无需进行繁杂冗长的皂化、净化、氮吹步骤，同样获得了稳定可靠的结果。

图 8. 多环芳烃加标 1 ng/g 的婴儿配方奶粉谱图以及方法回收率和重现性结果（n=6）