超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法快速測定環(huán)境空氣中13種醛酮類化合物的含量

汪素芳,王曉偉,孟 甜,楊霓云,董淮晉,馮學良

(中國環(huán)境科學研究院 環(huán)境檢測與實驗中心,北京 100012)

環(huán)境空氣中的主要有機污染物醛酮類化合物,是光化學煙霧的主要成分,也是生成自由基、臭氧和過氧硝基化合物的關鍵前體[1]。化工產(chǎn)品生產(chǎn)、汽車尾氣排放、化石燃料不完全燃燒等均會產(chǎn)生該類化合物[2]。研究證實,醛酮類化合物對眼睛、皮膚和呼吸道黏膜有強烈刺激,部分醛酮類化合物還會致癌。但是,醛酮類化合物性質(zhì)相對活潑,在大氣中的含量變化大,精確采樣、分析的難度較大[3-4]。因此,快速準確檢測大氣中醛酮類化合物對環(huán)境污染防治具有重要意義。

醛酮類化合物的檢測方法主要包括分光光度法[5]、氣相色譜-質(zhì)譜法[6-7]、液相色譜法[8-12]以及液相色譜-質(zhì)譜法[13]等。其中,高效液相色譜-紫外檢測法是目前應用最廣泛的方法,檢測種類全面、方法穩(wěn)定性較好,但由于紫外檢測器靈敏度較低,該方法更適合高濃度水平樣品的定量分析,同時該方法的分析時間一般為30～40 min,分析時間長、溶劑用量大,且丙酮和丙烯醛的分離度較差[14-19]。超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(UHPLC-MS/MS)具有分析快速、靈敏度高等優(yōu)勢,適合分析濃度水平較低的環(huán)境空氣樣品,但是該方法一般采用乙腈-乙酸銨溶液體系作為流動相,而銨鹽的長期穩(wěn)定性較差,影響方法的重現(xiàn)性。鑒于此,本工作以2,4-二硝基苯肼(DNPH)采樣管采集環(huán)境空氣中甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、丁醛、苯甲醛、戊醛、對甲基苯甲醛、己醛、甲基丙烯醛和丁酮等13種醛酮類化合物,并以優(yōu)化的UHPLC-MS/MS條件測定其含量,可為大氣污染防治提供技術(shù)支撐。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Nexera-X2/8040型超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀;Gil Air型恒流氣體采樣器;Gilibrator 2型皂膜流量計;DNPH 采樣管(350 mg/1 mL);KI除臭氧柱(1 g/1 mL)。

醛酮類衍生物混合標準溶液:13種醛酮類化合物的DNPH 衍生物的質(zhì)量濃度均為100 mg·L－1(衍生物的含量均以醛酮計,下同)。

醛酮類衍生物混合標準溶液系列:取適量醛酮類衍生物混合標準溶液,用50%(體積分數(shù),下同)乙腈溶液逐級稀釋,配制成質(zhì)量濃度為0.005,0.01,0.025,0.05,0.10,0.20 mg·L－1的醛酮類衍生物混合標準溶液系列。

11種醛酮類化合物混合標準溶液:甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁烯醛、丁醛、苯甲醛、戊醛、對甲基苯甲醛、己醛的質(zhì)量濃度均為1 000 mg·L－1。

甲基丙烯醛、丁酮標準品和乙腈均為色譜純;試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 色譜條件

Shim-pack GISS 色譜柱(50 mm×2.1 mm,1.9μm);柱溫30℃;進樣體積5μL;流量0.5 mL·min－1;流動相A 為乙腈,B 為水。梯度洗脫程序:0～3 min,A 為35%;3～5 min,A 由35%升 至45%;5～8 min,A 由45%升至70%;8～10 min,A由70%降至35%,保持2 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件

電噴霧離子源負離子(ESI－)模式;離子源溫度120 ℃;毛細管電壓2.8 kV;霧化溫度350 ℃;霧化氣流量800 L·h－1;反吹氣流量10 L·h－1;碰撞氣流量0.10 mL·min－1;多反應監(jiān)測(MRM)模式;其他質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS parameters

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的采集

檢查采樣管路氣密性,設置采樣流量為2 000 mL·min－1(使用皂膜流量計校準流量,采樣前后流量誤差絕對值小于5%)。將兩根DNPH 采樣管串聯(lián),前端連接一根除臭氧柱,采樣25 min。采樣完畢后,用密封帽密封采樣管管口,用鋁箔包裹采樣管,于4 ℃以下保存、運輸。

1.3.2 樣品的測定

將DNPH 采樣管于25 ℃靜置2 h,用5 mL乙腈洗脫,洗脫液流向與采樣時氣流方向相反。將洗脫液收集到5 mL容量瓶中,用乙腈稀釋至刻度,過0.22μm 濾膜,加入與濾液等體積的水,供UHPLCMS/MS分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 流動相

試驗比較了甲醇-水、乙腈-水、乙腈-0.2 mmol·L－1乙酸銨溶液體系等3種流動相的色譜分離效果。結(jié)果顯示:以甲醇-水體系作流動相時,分析時間較長;以乙腈-0.2 mmol·L－1乙酸銨溶液體系作流動相時,13種醛酮類衍生物的峰面積較高,但是乙酸銨溶液需要現(xiàn)用現(xiàn)配,每次測試前均需重新繪制標準曲線;以乙腈-水體系作流動相時,其色譜峰面積雖不及乙腈-0.2 mmol·L－1乙酸銨溶液體系的高,但是長期穩(wěn)定性較好,色譜峰面積的相對標準偏差(RSD,n＝6,每5 d檢測一次)小于10%。因此,試驗選擇的流動相為乙腈-水體系。

2.1.2 色譜柱

試驗比較了兩種規(guī)格[(50 mm×2.1 mm,1.9μm)和(100 mm×2.1 mm,1.9μm)]的Shimpack GISS 色譜柱的色譜分離效果。結(jié)果顯示,Shim-pack GISS色譜柱(50 mm×2.1 mm,1.9μm)具有更短的分析時間和更窄的半峰寬,目標物均能達到基線分離。因此,試驗選擇Shim-pack GISS色譜柱(50 mm×2.1 mm,1.9μm)進行后續(xù)試驗。

2.2 質(zhì)譜條件的選擇

醛酮類衍生物易在負離子模式下電離形成[M－H]－準分子離子峰,因此試驗選擇在ESI－模式下優(yōu)化母離子、特征子離子、碰撞能量等質(zhì)譜參數(shù),詳見表1。

在優(yōu)化的儀器工作條件下,0.10 mg·L－1醛酮類衍生物混合標準溶液中各目標物的色譜圖見圖1。

圖1 醛酮類衍生物的色譜圖Fig.1 Chromatograms of aldehyde and ketone derivatives

2.3 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件測定醛酮類衍生物混合標準溶液系列,以各目標物的質(zhì)量濃度為橫坐標,其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結(jié)果顯示,各目標物標準曲線的線性范圍均為0.005～0.20 mg·L－1,其他線性參數(shù)見表2。

在空白DNPH 采樣管中加入醛酮類衍生物各0.25μg(以醛酮計),按照試驗方法重復分析7次,以3.143倍標準偏差(s)計算檢出限(3.143s),結(jié)果見表2。

表2 線性參數(shù)和檢出限Tab.2 Linearity parameters and detection limits

2.4 精密度和回收試驗

按照儀器工作條件對0.05,0.10 mg·L－1的醛酮類衍生物混合標準溶液分別重復測定6次,計算各目標物測定值的RSD,結(jié)果見表3。

向DNPH 空白管中分別加入0.5,1.0μg(以醛酮計)醛酮類衍生物,按照1.3.2節(jié)試驗方法分別重復測定6次,計算回收率,結(jié)果見表3。

由表3 可知,各目標物測定值的RSD 為0.90%～7.1%,回收率為92.9%～104%,說明方法的精密度和準確度較好。

表3 精密度和回收試驗結(jié)果(n＝6)Tab.3 Results of tests for precision and recovery(n＝6)

向泰德拉(Tedlar)氣袋中充入50 L高純空氣,作為空白空氣樣品,分別加入0.25,1.0μg的11種醛酮類化合物,配制成加標空氣樣品1和加標空氣樣品2,按照1.3.2節(jié)試驗方法分析,結(jié)果見表4。

表4 加標空氣樣品的回收試驗結(jié)果Tab.4 Results of test for recovery on the spiked air samples

由表4 可知,各目標物回收率為81.8%～96.5%,表明該方法準確度高。

2.5 樣品分析

按照試驗方法分析北京市某場地環(huán)境空氣樣品和加標環(huán)境空氣樣品,檢出了甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、丁醛和戊醛,檢出量分別為5.24,5.52,31.2,11.8,3.42,7.10,4.27μg·m－3,色 譜 圖見圖2。

圖2 環(huán)境空氣和加標環(huán)境空氣的色譜圖Fig.2 Chromatograms of samples of the ambient air and the spiked ambient air

由圖2可知,目標物測定不受空氣中其他成分的影響,且13 種目標物可在8 min 內(nèi)實現(xiàn)基線分離。

本工作以UHPLC-MS/MS 測定環(huán)境空氣中13種醛酮類化合物的含量,方法溶劑消耗少、分析時間短、定量結(jié)果可靠,方法精密度好、準確度高,可用于環(huán)境空氣中醛酮類化合物的高通量測定。