天然水中有机氯农药残留的气相色谱-质谱联用分析

一、实验目的

掌握气相色谱三重四极杆质谱（GC-MS-MS）的基本原理；了解气相色谱-质谱仪的基本结构；掌握水质样品固相萃取前处理方法及注意事项；掌握气相色谱三重四极杆质谱定量分析的基本过程。

二、实验原理与仪器结构

采用固相萃取方法，萃取天然水中有机氯农药残留，萃取液脱水、浓缩、定容后经气相色谱质谱分离、检测。根据保留时间、碎片离子质荷比及不同离子丰度比定性，内标法定量。

气相色谱-质谱联用技术，充分发挥气相色谱高效的分离能力及质谱准确的定性能力，较其他的气相色谱通用型检测器，质谱在定性分析方面具有绝对的优势。串联质谱技术通过选择质荷比较大的母离子，使之碎裂并选择特定的子离子，组成特定的母子离子对。采用一个母离子和两个子离子即可对物质进行定性分析，选择合适的子离子即可对化合物进行定量分析。这种方法一方面可以排除基质干扰从而获得较高的选择性，同时通过子离子的图谱得到分子的特征信息。此外，可以将在色谱柱上不能完全分离的具有不同母离子的共流出物通过设置多通道检测方式将其分开而实现定性定量分析。

典型的气相色谱三重四极杆质谱仪结构如图5-10所示。气相色谱的流动相（载气）为惰性气体，当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于色谱固定相对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此各组分在色谱柱中彼此分离，依次进入质谱系统。质谱是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的分析方法，首先试样中各组分在离子源（如电子轰击源）中发生电离，生成不同质荷比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器；四极杆质量分析器是由四根棒状的电极组成，两对电极中间施加交变射频场，在一定射频电压与射频频率下，只允许一定质量的离子通过四极杆分析器而达到检测器。三重四极杆比单四极杆质谱具有更强大的分析功能，可以实现所有的MS／MS扫描方式，包括子离子扫描，母离子扫描，中性丢失扫描等。三重四极杆是目前普遍使用的四极杆质谱，第一级四极杆选母离子，第二级四极杆作为碰撞室对母离子进行碰撞解离，第三级四极杆作为质量分析器完成离子分析。三级四极杆采集到的MS／MS质谱图信息量大，并且较少发生重排反应，能够实现精确的定量分析。

图5-10　气相色谱三重四极杆质谱仪结构

三、实验条件

1.仪器设备

气相色谱质谱仪Trace GC Ultra-TSQ Quantum XLS（Thermo Fisher）。

色谱柱：石英毛细管柱，长30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm，固定相为35%苯基甲基聚硅氧烷。

固相萃取装置：可调节流速，流速范围1～20mL／min。

2.试剂与样品

天然水样品若干，纯水（Millipore），二氯甲烷（农残级），甲醇（农残级），乙酸乙酯（农残级），有机氯农药标准溶液（Organochlorine Pesticide Mix AB＃3，Restek），内标溶液（Method 525.2internal Standard Mix，Restek），替代物标准溶液（p-terphenyl-d14，o2si），质谱校准物质溶液（Decafluorotriphenylphosphine，o2si），盐酸溶液，固相萃取小柱（填料为C18或等效类型填料或组合型填料（市售），根据样品中有机物含量决定填料的使用量（注：若通过实验证实能够满足本方法性能要求，也可使用其他填料的固相萃取小柱或固相萃取圆盘），氦气（纯度≥99.999%），氮气（纯度≥99.999%）。

3.测试参数

以气相色谱三重四极杆质谱Trace GC Ultra-TSQ Quantum XLS（Thermo Fisher）分析天然水中有机氯农药残留为例（不同仪器型号、不同性质样品应重新确定实验条件，见表5-5），配置自动进样器。

进样口温度：250℃；进样方式：不分流进样1.0μL；载气：氦气，恒流1.0mL／min；传输线温度：280℃；离子源温度：200℃；电离方式：EI源；质量范围：35～500amu；数据采集方式：选择反应监测（SRM）；气相色谱程序升温：60℃（1 min），20℃／min至180℃（2 min），5℃／min至280℃（5min）。

表5-5　选择离子参数设定表

（续表）

四、实验步骤

1.试剂准备

用移液器将有机氯农药标准溶液，内标溶液，替代物标准溶液及质谱校准物质溶液逐级稀释，准确配制含有5.0μg／L 内标物质的1.0μg／L，2.0μg／L，5.0μg／L，10.0μg／L，20.0μg／L，50.0μg／L，100.0μg／L的有机氯农药系列标准溶液，50.0mg／L的内标，替代物储备液及5.0mg／L的十氟三苯基膦质谱校准溶液。

2.样品准备(www.xing528.com)

（1）样品前处理：固相萃取

● 活化：每一个固相萃取柱分别用5 mL 二氯甲烷，5 mL 乙酸乙酯、10 mL 甲醇和10mL水活化。活化时，甲醇和水不能流干（液面不低于吸附剂顶部）。

● 吸附：将1L水样倒入固相萃取装置的分液漏斗中，用6mol／L的盐酸调节pH 值小于2，加入5mL甲醇，混匀，加入0.1mL 50mg／L 的内标及替代物添加液，立刻混匀，此时内加标物在水中的浓度为5.0μg／L，水样以约15mL／min的流速通过固相萃取柱。

● 干燥：用氮气干燥固相萃取柱（氮吹约10min）。

● 洗脱：将125mL的分液漏斗和固相萃取柱转移至洗脱装置中，先用5mL 乙酸乙酯清洗2L的分液漏斗和样品瓶，洗脱液通过固相萃取柱进入收集瓶，再用5mL 二氯甲烷清洗分液漏斗和样品瓶，洗脱液通过固相萃取柱进入同一收集瓶。洗脱液通过干燥柱并用10mL收集管收集，用2mL 二氯甲烷清洗干燥柱，洗脱液收集于同一收集瓶。洗脱液在45℃下，氮吹浓缩，最后用乙酸乙酯定容至0.5mL。

（2）样品加标

分别取0.1mL，0.5mL，1.0mL浓度为50mg／L 的混合标准溶液至3份平行的1L水样中，按照上述样品前处理步骤进行样品制备，各浓度加标样品平行制备3份。

3.上机分析

（1）仪器使用前用全氟三丁胺（FC-43）对质谱仪进行质量数，分辨率和灵敏度调谐。

（2）打开“Xcalibur”软件，点击“method”（方法）按钮，按照色谱及质谱条件分别进行参数设定，并根据自动进样器型号设定进样体积、洗针方法等参数，保存方法。

（3）点击“sequence”（序列）按钮，设置标准样品及未知样品类型，进样次数，测定方法及稀释倍数等参数，保存序列文件1。

（4）点击“start”（开始）按钮，开始执行分析。

（5）仪器每运行24h需注入1.0μL十氟三苯基膦（5.0mg／L）溶液，所得质量丰度应满足要求（EPA 8270C）；否则，检查仪器系统，必要时进行清洗维护，然后重新利用FC-43调谐，再进行十氟三苯基膦性能检查。

五、实验结果与数据处理

1.采集数据完毕后，点击“process”（处理）按钮，调用任一标准样品数据（建议选择较低浓度标准样品数据）依次执行色谱峰积分，色谱峰识别，标准样品浓度等参数设置，保存数据处理方法。

2.打开之前序列文件1，点击“process”（处理）按钮，调用保存的“process”（处理）文件，另存序列文件2，执行处理。

3.点击“Quantity”（定量）按钮，打开序列文件2，即可获得处理后的结果，包括标准曲线等相关信息。

4.根据加标样品的分析结果等信息，计算固相萃取前处理的加标回收率。加标回收率计算公式如下：

六、问题与讨论

1.简述气相色谱三重四极杆质谱仪的工作原理及其基本结构。

2.固相萃取的原理以及操作注意事项。

七、注意事项

1.质谱调谐校正之前，确保质谱仪无漏气现象，可通过观察水峰，氮气峰比例进行判断。通常情况下，当m／z 28与m／z 18的比值小于2时表明不漏气。

2.样品固相萃取完毕，应确保样品中不含水，以免对色谱柱及质谱离子源组件带来影响。