氣相色譜-質(zhì)譜法測定硝基苯類化合物的曲線選擇

劉 潔，陳 勇，陳 賀

成都市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 成都 610072

硝基苯類化合物是染料合成，油漆涂料、塑料、醫(yī)藥及農(nóng)藥制造等的中間體，是工業(yè)生產(chǎn)的重要原料。由于用量大、毒性較高，多個硝基苯類化合物被定為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ/T 160.74—2004)的特定分析項目［1］，在國內(nèi)外被國家環(huán)保部門列入優(yōu)先控制污染物［2］。硝基苯類化合物的監(jiān)測具有重要意義。

硝基苯類化合物的分析主要采用氣相色譜法(ECD 檢測器)［3］、氣相色譜-質(zhì)譜法［4-6］，尤其是后者，因其定性能力較強(qiáng)，被更加廣泛地使用。但筆者發(fā)現(xiàn)，使用該方法分析時，硝基苯類化合物的濃度與響應(yīng)值呈非一次線性關(guān)系。眾所周知，擬合科學(xué)而適宜的標(biāo)準(zhǔn)曲線，對于準(zhǔn)確定量有著核心意義。目前尚未有文章對此現(xiàn)象進(jìn)行研究探討，分析工作者均采用一次線性方程對曲線擬合，線性相關(guān)系數(shù)并不理想。確定硝基苯類在質(zhì)譜分析中的曲線類別是實際工作中亟需解決的問題，對檢測分析具有重要價值。

采用四極桿質(zhì)譜［7-9］和離子阱質(zhì)譜［10-11］，在基本相同的儀器條件下分別分析硝基苯類化合物，進(jìn)行曲線的擬合。詳細(xì)比較實驗結(jié)果，探討四極桿質(zhì)譜和離子阱質(zhì)譜在分析硝基苯類化合物時的異同。

1 實驗部分

1.1 儀器

7890A-5975C氣相色譜-四極桿質(zhì)譜儀(美國);Trace GC-ITQ 900氣相色譜-離子阱質(zhì)譜儀(美國)。

1.2 試劑與耗材

硝基苯類混標(biāo)(100 μg/mL);內(nèi)標(biāo) 4-溴氟苯(10 000 μg/mL，美國)，氘代菲(2 000 μg/mL，美國);間 二 甲 苯 (500 μg/mL);1，2，3-三 氯苯(100 μg/mL);甲醇(色譜純，美國);DB-5MS色譜柱(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm，美國)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液

較寬的定量范圍能為實際分析工作帶來便利，但儀器本身具有線性范圍，考慮到質(zhì)譜的特點，配制了低、高2個濃度范圍標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別繪制曲線。①取一定量的硝基苯類混標(biāo)標(biāo)液、間二甲苯標(biāo)準(zhǔn)溶液、1，2，3-三氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液混勻作為母液，其濃度分別為 0.455、0.910、2.275、4.55、9.10、22.75 μg/mL;內(nèi)標(biāo)加入量為 1 mL 標(biāo)液中分別加入氘代菲、4-溴氟苯30、15 μL。②將硝基苯類混標(biāo)配制成濃度為 15.1、45.5、182、455、910、1 510、2 275 μg/L 的標(biāo)液，內(nèi)標(biāo)為氘代菲20 μg/L。

間二甲苯和1，2，3-三氯苯為參考物，與硝基苯類化合物進(jìn)行比較，衡量標(biāo)樣配制過程的準(zhǔn)確程度。

1.4 色譜質(zhì)譜條件

色譜條件為進(jìn)樣口溫度250℃，分流比為10∶1(低濃度不分流)，柱流速為 1 mL/min，柱溫80℃(保持2 min)→以10℃/min的速率升溫至145℃→以40℃/min的速率升溫至270℃(保持0.55 min)，輔助加熱區(qū)溫度260℃。

質(zhì)譜條件為離子源(EI源)溫度230℃，溶劑延遲2.2 min，傳輸線溫度260℃，選擇離子檢測(SIM模式)，見表1。

表1 SIM模式下的離子分組表

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜TIC圖

四極桿質(zhì)譜儀和離子阱質(zhì)譜儀的TIC圖見圖1和圖2。

圖1 四極桿質(zhì)譜儀的TIC圖

圖2 離子阱質(zhì)譜儀的TIC圖

2.2 參考物的結(jié)果

同為苯環(huán)化合物的間二甲苯和1，2，3-三氯苯的一次曲線與RSD結(jié)果理想，使用四極桿質(zhì)譜和離子阱質(zhì)譜分析，線性相關(guān)系數(shù)均在0.999 7以上，RSD＜5%，表明配制過程無問題，儀器狀態(tài)正常。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

采用外標(biāo)法和內(nèi)標(biāo)法分別對結(jié)果進(jìn)行了擬合，結(jié)果表明外標(biāo)法的線性和RSD都較差，因此采用內(nèi)標(biāo)法。

2.3.1 內(nèi)標(biāo)物的選擇

實驗發(fā)現(xiàn)，各化合物采用了不同內(nèi)標(biāo)物定量，結(jié)果差別很小，表明受內(nèi)標(biāo)影響小。

根據(jù)實驗結(jié)果，確定的內(nèi)標(biāo)方案為間對二甲苯、硝基苯、1，2，3-三氯苯、對硝基甲苯，以 4-溴氟苯為內(nèi)標(biāo);對硝基氯苯、2，4-二硝基甲苯、2，4-二硝基氯苯、2，4，6-三硝基甲苯，以氘代菲為內(nèi)標(biāo)。

2.3.2 曲線類型的選擇

硝基苯類化合物的響應(yīng)值隨濃度的增加(高濃度范圍0.455～22.75 μg/mL)，呈非線性的增加，其相對相應(yīng)因子(RF)在不斷增加。采用二次曲線進(jìn)行擬合后，線性相關(guān)系數(shù)得到了較大的改善。詳見圖3、圖4。

圖3 采用四極桿質(zhì)譜一次曲線和二次曲線比較(高濃度范圍，n=3)

圖4 采用離子阱質(zhì)譜一次曲線和二次曲線比較(高濃度范圍，n=3)

采用一次曲線和二次曲線分別擬合低濃度范圍(15.1～2 275 μg/L)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其結(jié)果與高濃度范圍曲線變化相似。詳見圖5、圖6。

圖5 采用四極桿質(zhì)譜一次曲線和二次曲線的比較(低濃度范圍，n=3)

圖6 采用離子阱質(zhì)譜一次曲線和二次曲線的比較(低濃度范圍，n=3)

由圖3和圖5可知，四極桿質(zhì)譜分析時，采用一次曲線擬合時，僅硝基苯和對硝基氯苯的線性相關(guān)系數(shù)能達(dá)到0.99以上，2，4-二硝基氯苯和2，4，6-三硝基甲苯的線性相關(guān)系數(shù)甚至在0.985以下。僅當(dāng)濃度跨度在5倍以內(nèi)時，此6種目標(biāo)物的一次曲線線性相關(guān)系數(shù)才能達(dá)到0.995，但線性范圍過窄，難以滿足分析工作的需要。采用二次曲線擬合后，所有物質(zhì)的線性相關(guān)系數(shù)均在0.995以上，基本滿足了定量分析的需要。

由圖4和圖6可知，離子阱質(zhì)譜分析時，一次曲線的結(jié)果優(yōu)于四極桿質(zhì)譜，僅2，4，6-三硝基甲苯的線性相關(guān)系數(shù)在0.995以下，但進(jìn)行二次曲線擬合后，線性相關(guān)系數(shù)均得到了明顯好轉(zhuǎn)，結(jié)果都在0.999 8以上。

綜上，氯代硝基苯類化合物的一次曲線線性會略優(yōu)于硝基甲苯類化合物;使用離子阱質(zhì)譜分析，苯環(huán)上硝基越多，一次曲線的相關(guān)系數(shù)越差;四極桿質(zhì)譜分析時，一次曲線的線性范圍較窄，二次曲線的線性范圍較寬;離子阱質(zhì)譜的情況與四極桿質(zhì)譜類似。詳見表2。此外，離子阱質(zhì)譜的線性全面優(yōu)于四極桿質(zhì)譜。

表2 一次曲線和二次曲線的適用濃度范圍

2.3.4 曲線的擬合與測定結(jié)果的關(guān)系

使用不同的曲線，對不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品分析結(jié)果進(jìn)行計算，結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品的分析結(jié)果(n=3)

由表3可知，根據(jù)一次曲線計算出的結(jié)果，相對誤差較大，準(zhǔn)確度較差，難以滿足分析的需要。根據(jù)二次曲線計算出的結(jié)果，準(zhǔn)確度基本能滿足分析工作的需要。

2.4 機(jī)理淺析

四極桿質(zhì)譜與離子阱質(zhì)譜的不同點在于質(zhì)量分析器。前者的質(zhì)量分析器是4根平行的金屬圓柱，進(jìn)行定量分析時，讓特定m/z的離子通過;而后者的質(zhì)量分析器是三維的雙曲面腔體，它將所有離子收集，讓特定m/z的離子從中激發(fā)出來。一般情況下，離子阱質(zhì)譜的定量能力遜于四極桿，且線性范圍較窄。

在分析濃度范圍跨度不大的硝基苯類化合物時，離子阱質(zhì)譜的線性卻優(yōu)于四極桿。根據(jù)原理判斷，應(yīng)該與質(zhì)量分析器機(jī)理、硝基苯類化合物的特性有關(guān)。

1)碎片離子。硝基苯的定量離子m/z為77，此碎片離子與苯的特征離子一致，但苯在四極桿質(zhì)譜中，往往具有良好的響應(yīng)和線性。對硝基甲苯的定量離子m/z為91也較為常見，其一次曲線線性較差，但同樣產(chǎn)生此碎片離子的間二甲苯，線性良好。初步認(rèn)為，硝基苯類分析時，一次線性的優(yōu)劣與定量離子的選擇無關(guān)。

為進(jìn)一步論證以上假設(shè)，對四極桿質(zhì)譜分析的結(jié)果進(jìn)行整理，將目標(biāo)離子和輔助離子都作為定量離子，分別擬合一次曲線，結(jié)果如圖7所示。

圖7 選擇不同定量離子的一次曲線線性

由圖7可知，改變定量離子，線性整體情況無明顯變化。因此，碎片離子的選用并非造成線性不佳的主要因素。

2)質(zhì)量分析器。排除碎片離子的影響，造成一次曲線線性不佳的關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)為質(zhì)量分析器。

硝基苯類化合物的碎片離子進(jìn)入四極桿后，碎片離子間可能存在彼此干擾和作用，甚至其他離子夾帶著目標(biāo)離子一同被抽離四極桿，造成目標(biāo)離子的損失。然而，隨著濃度的增加，損失部分所占的比例相對越來越低，從而使目標(biāo)離子的絕對響應(yīng)值呈非線性增長。

離子阱質(zhì)譜的質(zhì)量分析器是將所有離子收集，通過射頻激發(fā)目標(biāo)離子，不存在其他離子夾帶目標(biāo)離子被抽離的情況，因此其響應(yīng)強(qiáng)度基本上呈線性增長。

3 結(jié)論

采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析硝基苯類化合物時，在一個數(shù)量級的濃度范圍內(nèi)，可以考慮采用一次曲線;與一次曲線相比，二次曲線的濃度適用范圍更寬，跨度可達(dá)2個數(shù)量級。因此，在實際監(jiān)測分析工作中若待測樣品的濃度范圍跨度較大，建議采用二次曲線擬合，其定量更加準(zhǔn)確，適用性更強(qiáng)。

分析硝基苯類化合物時，離子阱質(zhì)譜的一次曲線和二次曲線線性都優(yōu)于四極桿質(zhì)譜，所以推薦采用離子阱質(zhì)譜。

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