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增强型 PAH 分析仪：使用安捷伦智氢洁离子源优化 PAH 分析

作者：Craig Marvin
安捷伦 GPD 解决方案业务经理

多环芳烃 (PAH) 对水生生物具有毒性，且是疑似的人类致癌物，因此研究人员将其作为食品（例如，贝类和海鲜）中的痕量污染物以及空气、水体和土壤中的环境污染物进行监测。PAH 有三类来源：

• 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 — 由自然界中的生物过程形成

技术的进步已经使实验室的分析能力由利用高效液相色谱/紫外检测 (HPLC/UV) 和气相色谱/氢火焰离子化检测器 (GC/FID) 分析 16 种 EPA 优先控制 PAH 发展到现今可通过气相色谱/质谱 (GC/MS) 和气相色谱/质谱/质谱 (GC/MS/MS) 对这些化合物进行痕量分析。最新的技术进步还使联邦及各州计划扩展其 PAH 污染物控制列表并降低其报告限值。

PAH 分析存在许多挑战

PAH 的分子量和沸点 (BP) 跨度较大，因此对这些化合物进行分析存在许多挑战。首先，尽管 PAH 的活性不高且不容易降解，但它们具有一定的粘性，因此易产生表面粘附。其次，PAH 的沸点较高，使其易于凝结（沉积），难以气化。第三，后洗脱的 PAH 经常存在峰拖尾，往往需要对其进行手动积分。由于以上原因，一些实验室很难满足新方法的要求，已有报告称存在校准曲线线性较差以及校准范围内出现内标物 (ISTD) 响应变化等问题。

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图 1. 利用氢气清洁降低 MS 背景（左图）；利用氢气清洁后，检测器响应得到恢复（所示为 OFN 响应，右图）

智氢洁离子源改善了 MS 性能

将氢气引入质谱仪（在灯丝电流/电子枪开启的情况下）形成活性氢物种，这些活性氢物种能够清洁离子源、检测器及其他组件的表面。氢气可以在分析过程中引入用于连续的清洁，或者在运行后引入以恢复离子源性能。图 1 显示了利用氢气进行运行后清洁所获得的背景噪声改善，图中显示利用氢气清洁离子源后能够使 OFN 响应得到恢复。

安捷伦智氢洁离子源如何优化 PAH 分析

为证明分析的优化，需要重新评估完整的分析解决方案，包括进样口衬管、进样口温度、进样模式、进样口吹扫、分析柱、流速条件和检测器设置。为满足灵敏度要求，我们使用不分流进样，使用孔径 4.0 mm、带玻璃毛的直型衬管。进样口温度设置为 310-330 °C，使较重的 PAH 气化。我们在整个不分流阶段 (0.5-1.0 min) 内采用 50 psi 的压力脉冲，将 PAH 迅速转移至色谱柱。我们还开发出新型分析柱 — Agilent J&W DB-EUPAH 色谱柱（30 m × 0.25 mm，0.25 µm），该色谱柱可实现 1-2 µL 的进样量，相比于此类分析之前所用的其他色谱柱能够更好地保持峰形。

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图 2. 使用智氢洁离子源时，引入氢气（上图）和不引入氢气（下图）条件下的二苯并(a,l)芘（柱上进样 500 fg）的目标离子 S/N 的比较

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图 3. 不同校准浓度（归一化）的 GC/MS PAH 内标物响应，使用配置有 9 mm 拉出透镜的智氢洁离子源。采用选择离子监测 (SIM) 的质谱检测器的校准范围为 0.5-500 pg

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图 4. 利用 GC/MS/MS 在连续清洁模式 (CCM) 下运行获得的内标物响应一致性。在标准配置下得到的分析相对标准偏差 >38%，而配置智氢洁离子源 CCM 操作功能的系统得到的分析相对标准偏差 <8%

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图 5. 使用配置（左图）和未配置（右图）连续氢气清洁功能的智氢洁离子源对二苯并(a,l)芘 (1-1000 pg) 进行 GC/MS/MS MRM 分析得到的校准曲线。在连续氢气清洁模式下所得校准曲线的 R2=0.99998

我们在分离时采用恒流模式并使用反吹技术，其中第一根色谱柱连接进样口与吹扫 Ultimate 接头 (PUU)，第二根色谱柱（分段的色谱柱）连接 PUU 与质谱仪 (MSD)。

为了优化 PAH 分析，我们在 Agilent 7890B/5977A GC/MS 和 7890B/7000B GC/MS/MS 系统中配置了智氢洁离子源。根据所用的质谱仪配置，我们在数据采集过程中连续引入较低流速的氢气流，例如：0.075-0.2 mL/min。单四极杆 (MS) 与串联四极杆 (MS/MS) 质谱仪均配置有 9 mm 透镜。在这两种检测器配置下，离子源温度均设置为 320-350 °C，并且四极杆温度均设置为 180-100 °C。

图 2 比较了在使用和不使用智氢洁离子源的两种条件下，用于针对最后洗脱的 PAH 进行选择离子监测 (SIM) 的目标离子的 MSD 信噪比 (S/N)，进样量为 500 pg。峰高的差异源于质谱检测器调谐。启用氢气流使噪声略有提高，导致信噪比略有降低。尽管信噪比略有降低，但仍能够实现常用的 1-1000 pg 校准。

为评估内标物响应的一致性，我们分析了 7 个浓度级别的 30 种 PAH（其中包含 5 种内标物）的校准标样。图 3 所示为内标物响应基于最高浓度校准标样响应进行归一化后的结果。通过将氢气引入安捷伦智氢洁离子源，使内标物响应值的相对标准偏差保持在 5% 范围内。在不引入氢气的条件下，内标物的响应值随标样浓度降低而下降，与标样的进样顺序无关。内标物响应的这种变化使得定量很难准确完成，并且还受样品中其他分析物含量的影响。

图 4 显示了利用 GC/MS/MS 在连续清洁模式 (CCM) 下运行获得的内标物响应一致性。在 CCM 研究中，我们利用配置有智氢洁离子源、9 mm拉出极透镜的 Agilent 7890B/7000B GC/MS/MS 分析相同的 7 个浓度级别的校准标样（其中包含用于 GC/MS 测试的内标物），分析过程中氢气的引入速率为 200 µL/min。在 3 天以及 12 天后重复运行 CCM 以评估系统性能的稳定性。利用配置连续清洁功能的安捷伦智氢洁离子源可使内标物响应的相对标准偏差由 35% 以上降至 8% 以下，其一致性获得较大改善。

配置有安捷伦智氢洁离子源的 GC/MS 和 GC/MS/MS 针对 PAH 分析进行优化后，均表现出更高的内标物响应一致性，并且使被分析的化合物表现出更优质的峰形和线性响应。这种优化还可提高校准曲线的线性。图 5 比较了利用 GC/MS/MS 分析最后洗脱组分 PAH 的 7 个浓度级别的校准曲线。使用带连续氢气清洁的智氢洁离子源能够改善二苯并(a,l)芘的 7 点校准曲线的线性，R2=0.99998。利用带 CCM 操作的 GC/MS/MS 分析所有 PAH 所得校准曲线的相关系数平方 R2 处于 0.9997-1.0000 的范围内。

新型安捷伦增强型 GC/MS 和 GC/MS/MS PAH 分析仪完全能够满足大多数实验室分析 PAH 的性能需求，甚至更高。经过性能优化后，这两套系统均表现出更高的内标物响应一致性、更小的峰拖尾以及与标准系统配置类似的灵敏度和更优质的线性，当系统配备安捷伦自清洁离子源时尤其如此。使用连续氢气清洁功能有助于维持系统性能，而无需进行排放操作，并可避免因手动清洁离子源而产生的停机时间。现在花几分钟时间可立即获取更多有关空气、水体和土壤中环境污染物的信息，并了解安捷伦智氢洁离子源如何改善您的实验室性能、提高生产效率。

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