Свяжитесь с нами по телефону:
+7 495 788 09 83
 

Поисковый анализ полициклических ароматических углеводородов в почве методом ГХ-МС



Поисковый анализ полициклических ароматических углеводородов в почве после подготовки образцов с помощью экстракционных реактивов Agilent Bond Elute QuEChERS: анализ с помощью модели 5975T LTM ГХ/МС

Бюллетень № 5990-6324EN по решению прикладных задач в области анализа степени загрязнения окружающей среды (январь 2012 г.)
Фирма Agilent Technologies
Перевод Б.П.Лапина
Сведения об авторах: Suli Zhao и Andy Zhai, фирма Agilent Technologies (Shanghai) Co., Ltd., 412 Ying Lun Road, Shanghai 200131, Китай

Краткое содержание

Анализ содержания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) необходим для оценки состояния окружающей среды и потребительской продукции. Данная работа описывает подход к слежению за содержанием ПАУ в матрице почвы с помощью перевозимой модели Agilent 5975T LTM газового хроматографа с масс-спектрометром и созданной фирмой Agilent программы фиксации времен удерживания (программы RTL). Под эту программу была создана библиотека. Использовалось и программное обеспечение деконволюции (DRS). Предлагается эффективная процедура обработки образцов. Метод реализуется с помощью перевозимой модели Agilent 5975T LTM газового хроматографа с масс-селективным детектором, что упрощает исследования, создает условия безопасной работы, снижает затраты на реактивы.
ПРИМЕЧАНИЕ: Английское сокращение QuEChERS образовано от слов quick, easy, cheap, effective, rugged and safe (быстрый, удобный, экономичный, эффективный, надежный и безопасный). Английским сокращением LTM, являющимся одновременно и торговой маркой фирмы Agilent, обозначаются системы, обладающие малой теплоемкостью. (Примечание переводчика)

Введение

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) относятся к классу химических соединений, содержащих конденсированные ароматические ядра без включений замещающий групп. ПАУ липофильны, благодаря чему легко смешиваются с нефтепродуктами, но не с водой. Высокомолекулярные ПАУ еще меньше растворимы в воды и летучи. Из-за таких свойств, эти вещества, вредные для окружающей среды, приходится искать (главным образом) в почве, в донных отложениях и в маслах. Загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами беспокоит из-за того, что доказана канцерогенность некоторых этих химических соединений. Один из таких углеводородов, бенз(а)пирен оказался первым из веществ, канцерогенность которых была доказана. По этим причинам, приходится следить за содержанием ПАУ не только в объектах окружающей среды, но и в пищевых продуктах, в игрушках.
Агентство охраны окружающей среды США (EPA) назвало 16 полициклических ароматических углеводородов приоритетно важно загрязнителями, подлежащими поиску в объектах окружающей среды. В данной публикации описывается метод быстрого анализа содержания ПАУ в почве с помощью банка данных для программы фиксации времен удерживания (программы RTL), работающей на перевозимой модели Agilent 5975T LTM газового хроматографа с масс-селективным детектором. Был создан специальный банк данных о ПАУ (под программу RTL), используемый методом, реализующим программу деконволюции (DRS). Подобные банки данных (библиотеки) способствуют удобному и быстрому поиску веществ в матрицах образцов. Обнаружение и подтверждение наличия интересующих веществ становится более надежным. Реализуется быстрый поиск, при котором оценка производится по качеству совпадения с библиотечными масс-спектрами и по совпадению с записями банка данных, созданного под программу фиксации времен удерживания (1). Такой банк данных гарантирует быстрый (1-минутный) поиск содержания ПАУ в почве и облегчает распознание ПАУ. Подготовка образцов сводится к использованию метода QuEChERS, реализуемого с помощью экстракционного набора соли из пакета Agilent Bond Elut для Европейского (EN) метода QuEChERS и с помощью набора реактивов и материалов для твердофазного экстрагирования в слое рыхлого сорбента (набора Agilent Bond Elut QuEChERS EN Dispersive SPE kit). Согласно примечанию, приведенному в конце предыдущей страницы, такой подход к подготовке и очистке образцов быстр, прост и надежен (более пригоден для использования передвижными и полевыми лабораториями).

Экспериментальная часть
Химические реактивы

Степень чистоты всех химических реактивов (включая растворители): для высокоэффективной жидкостной хроматографии или ЧДА. Стандарты ПАУ (дополнительно к смеси, требуемой для проверки согласно нормативу EPA610) были приобретены у фирмы Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Для очистки воды использовалась система Milli-Q (Milford, Mass, USA).

Оборудование и материалы

Анализ выполнялся с помощью модели 5975T LTM системы "газовый хроматограф - масс-селективный детектор", оснащенной моделью Agilent 7693 автоматического пробоотборника для жидких образцов (Agilent Technologies, Shanghai, Китай). Программа фиксации времен удерживания (RTL) входит в состав предоставляемого фирмой Agilent программного обеспечения MSD ChemStation. В компьютер было загружено программное обеспечение деконволюции (DRS) [вариант A.04.40, каталожный № G1716AA]. Пестициды разделялись колонкой Agilent J&W HP-5ms LTM (длина 30 м; диаметр 0,25 мм; толщина пленки фазы 0,25 микрона). Для экстрагирования и очистки образцов использовались следующие наборы реактивов для реализации Европейского метода (EN): набор соли для экстрагирования Agilent Bond Elut QuEChERS (каталожный № 5982-5650) и набор для твердофазного экстрагирования в рыхлом слое сорбента Agilent Bond Elut QuEChERS Dispersive SPE kit (каталожный № 5982-5156).

Заданные прибору условия работы

Таблица 1 Оборудование и условия анализа

Система ГХ/МС

5975Т LTM

Устройство для введения образца

С делением или без деления потока

Автоматический пробоотборник

Agilent 7693 (для жидких образцов)

Колонка

Agilent J&W LTM HP-5ms (длина 30 м; внутренний диаметр 0,25 мм; толщина пленки фазы 0,25 микрона)

Предварительная колонка

1 м с той же фазой, которая использовалась в разделяющей колонке (подключена между устройством для введения образца и разделяющей колонкой)


Условия работы

Температура вводящего образцы устройства

280 оС

Вводимый объем

1 мкл

Режим введения

Без деления потока

Газ-носитель

Гелий

Давление на колонке

20,06 фунтов на кв. дюйм (режим поддержания давления постоянным)

Вещество для фиксации времен удерживания

Пирен (время удерживания 19,38 мин)

Программа изменения температуры термостата системы LTM

70 оС (время выдержки 2 минуты); со скоростью 10 оС/мин до 300 оС (время выдержки 10 мин)

Температура переходного канала

280 оС

Температура устройства сопряжения с МС

280 оС

Температура источника ионов

230 оС

Температура квадруполя

150 оС

Режим ионизации

Ионизация электростатическим распылением

Режим сканирования

Сканирование в диапазоне от 80 до 350 атомн. ед. массы

Напряжение на электронном умножителе

Устанавливаемое при настройке согласно указанному ниже коэффициенту усиления

Коэффициент усиления (Gain factor)

1,00

Итог настройки напряжения на электронном умножителе

1082 В

Задержка на выход пика растворителя

3 минуты


Подготовка образца
Образцы

Образцы почвы были взяты в местном саду города Шанхай (Китай) и предварительно обработаны дихлорметаном. После этого, просушены воздухом при комнатной температуре и просеяны (что давало возможность получения гомогенной массы).
овощей (не содержащие пестицидов) были куплены в супермаркете г. Шанхай (Китай). В эти образцы вносились добавки разных концентраций интересующих пестицидов.

Экстрагирование

В центрифужной пробирке на 50 мл делали навеску 5 г гомогената образца. В пробирку добавляли 5 мл воды, после чего каждую пробирку интенсивно встряхивали в течение 1 минуты. После этого, добавляли 10 мл ацетонитрила и интенсивно встряхивали пробирки в течение 30 секунд. Затем, вносили содержимое пакета экстракционной соли (Agilent Bond Elut для Европейского метода QuEChERS) [содержимое пакета: 4 г безводного сульфата магния ( MgSO4); 1 г безводного хлористого натрия; 1 г цитрата натрия и 0,5 г полуторной гидратированной двунатриевой соли]. Пробирки интенсивно встряхивали рукой в течение 1 мин, после чего центрифугировали при скорости 4000 об/мин в течение 5 минут.

Очистка

Аликвотное количество супернатанта (6,0 мл) переносили в 15 мл пробирку, предназначенную для реализации Европейского метода (EN) твердофазного экстрагирования в рыхлом слое сорбента Bond Elute QuEChERS. Содержимое таких пробирок: 150 мг реактива с первичными и вторичными аминами (реактива PSA); 150 мг С18 и 900 мг безводного сульфата магния (MgSO4). После встряхивания в течение 1 минуты, пробирки центрифугировали со скоростью 4000 об/мин в течение 5 минут. Аликвотное количество супернатанта (4 мл) пропускали через фильтр с размером пор 0,22 микрона (каталожный № 5064-8222), и образцы оказывались подготовленными к анализу.

5.jpg

Результаты и обсуждение

Программа фиксации времен удерживания (RTL) реализуется стандартным программным обеспечением Agilent MSD ChemStation. Калибровочные разгонки, приводящие к фиксации, выполняются автоматически. Подсчитывается зависимость времени удерживания от давления на колонке; получаемый калибровочный график записывается в метод. Этот калибровочный график заставляет систему установить то давление на входе колонки, при котором обеспечивается получение заданного времени удерживания вещества, по которому система фиксируется (например, по пирену со временем удерживания 19,38 мин). После того, как фиксирование завершено, программа фиксации времен удерживания начинает использоваться методом при анализе образцов.
Публикуемый здесь подход использовал программу фиксации времен удерживания (RTL) для анализа содержания 16 ПАУ с помощью модели 5975T LTM системы "газовый хроматограф - масс-селективный детектор". Это повышало достоверность результатов. Коэффициенты, соответствующие поиску 16 ПАУ в банке данных, составленном под программу RTL, попадали в диапазон от 0,9995 до 0,9999.
Фиксирование выполнялось по пирену, удовлетворявшему следующие требования: пригодное время удерживания; хорошая форма пика, удобство обнаружения и постоянство присутствия. Такие требования предъявляются к веществу самой программой фиксации времен удерживания (RTL).

Оценка фиксированного метода: проверка воспроизводимости времен удерживания

Чтобы оценить воспроизводимость, выполнили 10 хроматографических разгонок. Для всех веществ показана уместная воспроизводимость времен удерживания (СКО времен удерживания попадали в диапазон от 0,002 до 0,037%). Такая повторяемость результатов требовалась для надежности поиска в банке данных, составленном под программу RTL. На рис. 1 показан результат совмещения 10 хроматограмм, дающий возможность оценить уместность настройки всей системы.

6.jpg
Рис. 1. Результат совмещения хроматограмм, зарегистрированных при выполнении 10 хроматографических разгонок

Создание банка данных (под программу RTL) для 16 ПАУ согласно получаемой хроматограмме

Хроматограмма, полученная при разделении смеси стандартов 16 ПАУ, показана на рис. 2. Банк данных был создан по хроматограмме, зарегистрированной по полному ионному току (2). Поскольку при этом учитывались и время удерживания, и наличие подтверждающего иона, метод давал возможность быстрого поиска интересующих химических соединений в сложной матрице.

7.jpg
Рис. 2. Хроматограмма, зарегистрированная по полному ионному току в ходе хроматографической разгонки смеси стандартов 16 ПАУ с концентрацией, равной 2,0 мкг/мл. Соответствие пиков: 1 - нафталин; 2 - аценафтилен; 3 - аценафтен; 4 - флуорен; 5 - фенантрен; 6 - антрацен; 7 - флуорантен; 8 - пирен; 9 - бенз(а)антрацен; 10 - хризен; 11 - бенз(b)флуорантен; 12 - бенз(k)флуорантен; 13 - бенз(а)пирен; 14 -индено(1,2,3-cd)пирен; 15 - дибенз(a,h)антрацен; 16 - бенз(ghi)перилен

Оценка содержания ПАУ в почве при пользовании банком данных, составленным под программу фиксации времен удерживания (программу RTL)

Хроматограмма контрольного (не содержащего ПАУ) экстракта из почвы показана на рис. 3 (см. следующую страницу). Видно, что пользование методом QuEChERS для обработки образца почвы дает получение более чистой хроматограммы (особенно в отношении веществ, выходящих из колонки позже). Как правило, чувствительность обнаружения сильно удерживаемых ПАУ оказывается более низкой, из-за чего требуется более высокая степень очистки матрицы. Результат совмещения хроматограмм, полученных при разделении контрольного образца почвы (образца, не подвергавшегося очистке по методу QuEChERS, и образца, обработанного по методу QuEChERS) показан на рис. 3.
Подтвержденная чистота обработанного образца почвы дает возможность точного определения содержания высокомолекулярных ПАУ.

8.jpg
Рис. 3. Результат совмещения хроматограмм, полученных при разделении контрольного образца почвы (образца, не подвергавшегося очистке по методу QuEChERS, и образца, обработанного по методу QuEChERS)

Оценка эффективности обработки образцов по методу QuEChERS

Банк данных, составленный под программу фиксации времен удерживания, давал возможность быстрого поиска ПАУ в матрице почвы. На рис. 4 показана хроматограмма, соответствующая искусственной добавке 16 ПАУ в матрицу почвы.

9.jpg
Рис. 4. Хроматограмма, полученная после искусственной добавки стандартов ПАУ в матрицу почвы (внесенный раствор стандартов был разбавлен в 100 раз)

На поиск в банке данных, составленном под программу фиксации времен удерживания, уходило всего лишь 30 секунд. Были опознаны все вещества, представленные в банке. Таблицей 2 иллюстрируется сообщение результатов поиска, показывающее подтверждение наличия следовых количеств интересующих веществ в матрицы почвы.

Таблица 2 Сообщение результатов анализа содержания ПАУ в матрице почвы

Вещества

Подтвер-ждение опознания

Ожидаемое время удерживания

Разница

M/Z

Интенсив-ность

Выход за диапазон взаимной корреляции

1. Нафталин

Х

7,665

-0,033

128

2729035

1,00

2. Аценафтилен

Х

11,566

-0,008

152

5195249

1,00

3. Аценафтен

Х

12,050

-0,010

153

1494087

1,00

4. Флуорен

Х

13,345

-0,020

166

254632

1,00

5. Фенантрен

Х

15,787

-9,925

167

167846

1,00

6. Антрацен

Х

15,898

-0,020

178

150569

1,00

7. Флуорантен

Х

18,844

-0,010

202

301843

1,00

8. Пирен

Х

19,384

-0,005

202

141960

1,00

9. Бенз(а)антра- цен

Х

22,519

-0,018

228

37499

0,97

10. Хризен

Х

22,614

-0,015

228

82114

1,00

11. Бенз(b)флуо- рантен

Х

25,164

-0,078

252

56641

0,00

12. Бенз(k)флуо- рантен

Х

25,195

-0,109

252

56651

0,00

13. Бенз(а)пирен

Х

25,835

-0,025

252

20127

0,99

14. Бенз(1,2,3-сd)- пирен

Х

29,023

-0,056

276

3397

0,88

15. Дибенз(a,h)- антрацен

?

29,161

-0,040

278

19292 276

0,15

16. Бенз(ghi)пери- лен

Х

29,885

-0,035

276

58107

0,98


Для подтверждения результатов может быть использован алгоритм поиска Agilent RTL Results Screener, реализуемый программным обеспечением ChemStation (см. рис. 5, приведенный на следующей странице). Вызываются хроматограммы извлеченных интересующих ионов, показываются в совмещенном виде (рис. 5А). Проверяется соотношение интенсивностей целевого и подтверждающих ионов; полученный результат сравнивается с записанным в библиотечный банк данных (соответствующее сообщение показано на рис. 5С). Показывается спектрограмма искомого вещества (см. рис. 5В).

10.jpg
Рис. 5. Пример результатов реализации алгоритма поиска (алгоритма Agilent RTL Results Screener)

Обработка хроматограммы с помощью программного обеспечения деконволюции (MDSS-DRS)

Для обработки хроматограммы был создан и настроен метод деконволюции (3). После такой настройки, программа деконволюции способна извлекать интересующие химические соединения из фона сложных помех; может способствовать полуколичественной оценке содержания интересующего вещества в конкретным матрицах (для чего используется существующий банк количественных данных). За счет деконволюции удается прослеживать содержание интересующих веществ на уровне концентраций 0,01 мкг/мл. Сообщение результатов обнаружений веществ, "спрятанных" в матрице, приведено в виде табл. 4 (см. следующую страницу).

11.jpg
Рис. 6. Результат регистрации смеси стандартов, соответствующих нормативу EPA610 (добавленных в матрицу почвы после разбавления в 1000 раз). Полученная хроматограмма показывает, что ПАУ, выходящие из колонки позже, "спрятаны" в матрице

Таблица 4 Сообщение результатов использования программы деконволюции применительно к хроматограмме*, показанной на рис. 6 (см. предыдущую страницу)

Время удержи-вания

Номер публика-ции в журнале CAS

Название вещества

Количество (нг)

Результат поиска согласно алгоритму AMDIS

Результат поиска в библиотеке NIST

Chem-Station

AMDIS

Показатель качества совпадения

Разница времен удерживания (сек.)

Показа-тель при обратном поиске

Номер в перечне совпадений

25,088

205992

Бенз(b)флуорантен

0,03

99

-4,56

85

5

25,163

207089

Бенз(k)флуорантен

0,02

99

-0,6

85

5

25,810

50328

Бенз(а)пирен

0,01

98

-5,9

93

5

28,9685

193395

Индено(1,2,3-cd)-пирен

87

-2,6

87

1

29,124

53703

Дибенз(a,h)антра-цен

0,01

99

-2,2

85

2

29,8481

191242

Бенз(ghi)перилен

0,03

95

-2,1

87

2


*Приведенные количественные результаты являются лишь оценочными (основанными на коэффициенте чувствительности, не учитывающем влияние матрицы). Калибровка для интересующих ПАУ благодаря искусственным добавкам в матрицу не производилась.

Выводы

Эта публикация знакомит со способом анализа содержания ПАУ в почве при пользовании моделью Agilent 5975T LTM системы "газовый хроматограф - масс-селективный детектор". Предлагается способ подготовки образца к анализу содержания интересующих веществ с помощью масс-спектрометра. Показано, что наборы реактивов Agilent Bond Elut QuEChERS дают очень уместную степень очистки, необходимой для анализа содержания следовых количеств полициклических ароматических углеводородов в почве. Предложенный подход выгоден экономией времени, простотой, снижением затрат на используемые реактивы. Поэтому, рассмотренный метод выгодно дополняет возможности, реализуемые перевозимой моделью Agilent 5975T LTM системы "газовой хроматограф - масс-селективный детектор"; облегчает решение прикладных задач. Созданная фирмой Agilent программа фиксации времен удерживания (программа RTL) является исключительно хорошим средством быстрого опознания пиков (особенно в случаях, требующих срочного заключения о наличии интересующих веществ, регистрируемых перевозимой системой ГХ/МС).

Литература для справок
  1. Frank David, Pat Sandra and Philip L. Wylie; “Improving the Analysis of Organotin Compounds using Retention Time Locked Methods and Retention Time Databases,” Agilent Technologies publication 5988-9256EN
  2. Micheal J. Szelewski; Kenneth R. Weiner and Chin-Kai Meng; “Building and Editing RTL Screener/Quant Databases and Libraries,” Agilent Technologies publication 5989-0916EN
  3. Philip L. Wylie, “A Rapid GCMS Solution for the Japanese Positive List Pesticide Method,” Agilent Technologies publication 5989-9320EN

Для получения дополнительной информации

Для получения дополнительной информации о продукции и об услугах фирмы Agilent, можно зайти на сайт www.agilent.com/chem.

Дополнительная информация от переводчика

Только компанией ИнтерЛаб вместе с описанными здесь прибором и программами поставляются учебное пособие "Эксплуатация программного обеспечения GC/MSD ChemStation и комплекса масс-селективного детектора с газовым хроматографом" (русский текст в моем переводе, с комплектом слайдов и упражнений для самостоятельного освоения; 602 стр.) и учебное пособие "Эксплуатация программного обеспечения для получения сообщения результатов деконволюции при работе с системой ГХ/МСД Agilent" (русский текст в моем переводе, с комплектом слайдов и упражнений для самостоятельного освоения; 177 стр.). Первое пособие поставляется компанией ИнтерЛаб со всеми системами ГХ/МС. Второе нужно заказывать дополнительно.

Уведомление
Фирма Agilent не несет ответственности за ошибки, допущенные в этом документе; за случайный или последовательный ущерб, возникший в связи с качеством данного материала, видом изложения или обусловленный использованием этого документа.
Фирма сохраняет за собой право изменять (без предварительного уведомления) сведения, описания и характеристики, обсужденные в этой публикации.
Авторское право на этот документ зарегистрировано фирмой Agilent Technologies Inc. в 2012 году
Оригинал документа издан в США 6 января 2012 года
Регистрационный номер документа: 5990-6324EN


Назад в раздел