安益譜 Cassitrap 120K 高分辨傅里葉靜電阱質(zhì)譜檢測沉積物中多環(huán)芳烴方案
一、方案背景與意義
多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是一類由 2 個及以上苯環(huán)構(gòu)成的持久性有機(jī)污染物，主要來源于化石燃料燃燒、工業(yè)排放、石油泄漏等人類活動，可通過大氣沉降、地表徑流等途徑進(jìn)入水體，最終富集于沉積物中。作為水環(huán)境中 PAHs 的 “蓄積庫”，沉積物中的 PAHs 不僅會通過底棲生物富集進(jìn)入食物鏈，引發(fā) “生物放大效應(yīng)”，還可能在環(huán)境條件變化（如 pH 值改變、擾動）時重新釋放至水體，對水生生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成長期威脅。
目前，我國《GB/T 26411-2010 土壤和沉積物 多環(huán)芳烴的測定 氣相色譜 - 質(zhì)譜法》等標(biāo)準(zhǔn)明確要求監(jiān)控沉積物中 16 種優(yōu)先控制 PAHs（如萘、熒蒽、苯并 [a] 芘等）的含量。安益譜 Cassitrap 120K 高分辨傅里葉靜電阱質(zhì)譜，創(chuàng)新性融合四極桿的精準(zhǔn)離子篩選能力與傅里葉靜電阱的超高分辨檢測優(yōu)勢，分辨率可達(dá) 120,000 FWHM（m/z 200），能有效區(qū)分沉積物復(fù)雜基質(zhì)中與 PAHs 質(zhì)荷比相近的干擾物質(zhì)，實現(xiàn)痕量 PAHs 的準(zhǔn)確定性與定量，為沉積物污染溯源、生態(tài)風(fēng)險評估提供可靠技術(shù)支撐。
安益譜四極桿傅里葉變換靜電阱超高分辨質(zhì)譜儀 Cassitrap 120K
二、儀器設(shè)備與試劑材料
（一）核心儀器配置
- 離子源與前端篩選：配備電子轟擊電離源（EI，70eV 標(biāo)準(zhǔn)電離能量）與四極桿預(yù)篩選模塊，可先通過四極桿精準(zhǔn)篩選目標(biāo) PAHs 的母離子（如苯并 [a] 芘母離子 m/z 252），排除大部分基質(zhì)干擾離子，再進(jìn)入傅里葉靜電阱進(jìn)行高分辨分析，大幅提升檢測信噪比。
- 傅里葉靜電阱質(zhì)量分析器：分辨率最高達(dá) 120,000 FWHM（m/z 200），質(zhì)量精度優(yōu)于 1ppm，可清晰區(qū)分 PAHs 同分異構(gòu)體（如熒蒽與芘，理論 m/z 分別為 202.0681 與 202.0681，需高分辨區(qū)分碎片離子差異）及基質(zhì)中質(zhì)荷比相近的干擾物（如 m/z 252.0681 的 PAH 與 m/z 252.0700 的基質(zhì)雜質(zhì)）。
- 掃描模式與靈敏度：支持全掃描（Full Scan）與選擇離子監(jiān)測（SIM）模式，F(xiàn)ull Scan 模式下可同時采集所有 PAHs 的離子信號，便于未知 PAHs 篩查；SIM 模式針對目標(biāo) PAHs 的特征離子聚焦檢測，檢出限（LOD）可達(dá) 0.01ng/g（沉積物干重），滿足痕量分析需求。
- 數(shù)據(jù)系統(tǒng)：搭載 ANYEEP HRMS 工作站，集成高分辨譜圖解析、同位素豐度匹配（如 PAHs 的 13C 同位素豐度比驗證）、外標(biāo)法定量等功能，支持自動生成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測報告，且可與實驗室 LIMS 系統(tǒng)對接，提升數(shù)據(jù)管理效率。
- 配套前處理設(shè)備
- 加速溶劑萃取儀（ASE）：采用高溫高壓條件（如 100℃、1500 psi），以正己烷 - 二氯甲烷（體積比 1:1）為萃取溶劑，高效提取沉積物中的 PAHs，萃取效率比傳統(tǒng)索氏提取提升 3-5 倍，且溶劑用量減少 80% 以上。
- 固相萃取裝置：配備 12 位真空固相萃取儀，適配 Florisil 固相萃取小柱（1g/6mL），用于凈化萃取液中的脂肪、色素等基質(zhì)雜質(zhì)，避免干擾質(zhì)譜檢測。
- 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀與氮吹儀：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（40℃水浴、真空度 0.08MPa）用于濃縮萃取液至近干；氮吹儀（35℃水浴、氮氣流量 5mL/min）用于進(jìn)一步濃縮至 1mL 定容，確保目標(biāo)物無損失。
- 超聲波清洗儀：用于沉積物樣品的研磨后混勻、玻璃器皿的清洗（如用甲醇 - 二氯甲烷超聲清洗，去除殘留 PAHs）。
（二）試劑與耗材
- 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：16 種 PAHs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度 100μg/mL，溶劑為正己烷，純度≥99%），用于繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液（如苯并 [a] 芘，100μg/mL），用于同分異構(gòu)體定性驗證。
- 有機(jī)溶劑：正己烷、二氯甲烷、甲醇（均為農(nóng)殘級），分別用于 ASE 萃取、固相萃取淋洗 / 洗脫、器皿清洗；丙酮（農(nóng)殘級），用于調(diào)節(jié)萃取液極性。
- 固相萃取耗材：Florisil 固相萃取小柱（1g/6mL），使用前需用 5mL 正己烷活化；0.22μm 有機(jī)相濾膜（PTFE 材質(zhì)），用于過濾定容后的樣品溶液，防止顆粒雜質(zhì)進(jìn)入質(zhì)譜。
- 樣品前處理耗材：石英砂（100-200 目，經(jīng) 450℃灼燒 4h 去除有機(jī)物），用于沉積物樣品研磨時的助磨劑；具塞玻璃離心管（50mL）、容量瓶（10mL）、移液槍（10-1000μL），均需經(jīng)甲醇 - 二氯甲烷超聲清洗后，在 105℃烘干備用，避免污染。
三、實驗步驟
（一）樣品采集與預(yù)處理（參考 GB/T 26411-2010）
- 樣品采集：使用不銹鋼采樣器采集表層沉積物（0-10cm），每采樣點采集 3 個平行樣品（各 500g），裝入棕色玻璃采樣瓶（提前經(jīng) 450℃灼燒 4h），密封后 4℃冷藏運(yùn)輸，24h 內(nèi)返回實驗室。
- 樣品預(yù)處理：將沉積物樣品置于冷凍干燥機(jī)中（-50℃、真空度 0.1Pa）凍干，去除水分；用瑪瑙研缽研磨，過 100 目尼龍篩，去除礫石等雜質(zhì)；準(zhǔn)確稱取 10.00g 過篩樣品，加入 5g 石英砂混勻，裝入 ASE 萃取池備用（同時做空白樣品，僅加石英砂，排除基質(zhì)干擾）。
（二）樣品前處理
- 加速溶劑萃取（ASE）
- 萃取溶劑：正己烷 - 二氯甲烷（1:1，v/v）；
- 萃取條件：溫度 100℃，壓力 1500 psi，靜態(tài)萃取時間 5min，循環(huán) 2 次，沖洗體積 60%，氮氣吹掃時間 60s；
- 收集萃取液：將萃取液收集至 50mL 具塞玻璃離心管中，待凈化。
- 固相萃取凈化（Florisil 小柱）
- 小柱活化：依次用 5mL 正己烷、5mL 正己烷 - 二氯甲烷（9:1，v/v）淋洗 Florisil 小柱，流速控制在 1mL/min，避免小柱干涸；
- 上樣與洗脫：將 10mL 萃取液緩慢上樣至小柱，待液體完全流出后，用 10mL 正己烷 - 二氯甲烷（7:3，v/v）洗脫目標(biāo) PAHs，收集洗脫液至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶中。
- 濃縮定容
- 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮：將洗脫液在 40℃水浴、0.08MPa 真空度下濃縮至約 1mL；
- 氮吹定容：轉(zhuǎn)移至氮吹儀中，35℃水浴、氮氣吹掃至近干，用正己烷定容至 1mL，過 0.22μm 有機(jī)相濾膜，轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣小瓶，待質(zhì)譜分析。
（三）儀器分析條件
- 質(zhì)譜條件
- 離子源：EI 源，溫度 230℃，電子能量 70eV；
- 四極桿預(yù)篩選：針對 16 種 PAHs 的母離子進(jìn)行篩選（如萘 m/z 128、熒蒽 m/z 202、苯并 [a] 芘 m/z 252）；
- 傅里葉靜電阱：分辨率設(shè)置為 60,000 FWHM（m/z 200），質(zhì)量范圍 m/z 50-500，掃描時間 0.5s；
- 溶劑延遲：3min（避免溶劑峰干擾低沸點 PAHs，如萘）；
- 同位素豐度匹配：以苯并 [a] 芘為例，其 13C 同位素離子（m/z 253）與母離子（m/z 252）的豐度比應(yīng)符合理論值（約 1.1%），用于定性驗證。
- 輔助氣相色譜條件（若聯(lián)用 GC）
- 色譜柱：DB-5MS UI 毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；
- 柱溫程序：初始溫度 50℃（保持 2min），以 8℃/min 升溫至 280℃（保持 10min）；
- 進(jìn)樣口溫度：280℃，不分流進(jìn)樣（進(jìn)樣時間 1min）；
- 載氣（氦氣，純度 99.999%）：恒流模式，流速 1.0mL/min；
- 進(jìn)樣量：1μL。
（四）樣品分析
- 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：取 16 種 PAHs 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正己烷逐步稀釋，制備濃度為 0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、5ng/mL、10ng/mL、50ng/mL 的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。按上述儀器條件進(jìn)樣，以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，對應(yīng) PAHs 的峰面積（高分辨提取離子流圖峰面積）為縱坐標(biāo)，繪制外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線，要求相關(guān)系數(shù) R2≥0.995。
- 樣品檢測：將定容后的沉積物樣品溶液進(jìn)樣分析，通過高分辨提取離子流圖（如提取 m/z 252.0681±0.0010 的離子流，對應(yīng)苯并 [a] 芘）確定目標(biāo) PAHs 的保留時間與峰面積，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線計算沉積物中各 PAHs 的含量（結(jié)果以 “ng/g 干重” 表示）。若樣品濃度超出線性范圍，用正己烷稀釋后重新測定。
四、方法驗證與性能指標(biāo)
（一）線性范圍與相關(guān)系數(shù)
對 16 種 PAHs 的 0.1-50ng/mL 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行分析，結(jié)果顯示所有 PAHs 在該濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù) R2 均≥0.998，其中低沸點 PAHs（如萘，m/z 128）與高沸點 PAHs（如苯并 [ghi] 苝，m/z 276）的線性擬合度無顯著差異，表明儀器在寬濃度范圍內(nèi)定量準(zhǔn)確性優(yōu)異。
（二）檢出限與定量限
以沉積物空白樣品加標(biāo)（0.05ng/g）的 3 倍信噪比（S/N=3）計算檢出限（LOD），10 倍信噪比（S/N=10）計算定量限（LOQ）。結(jié)果顯示，16 種 PAHs 的 LOD 為 0.005-0.01ng/g（干重），LOQ 為 0.015-0.03ng/g（干重），遠(yuǎn)低于《GB/T 26411-2010》規(guī)定的檢出限（如苯并 [a] 芘 LOD≤0.1ng/g），滿足痕量 PAHs 檢測需求。
（三）精密度與準(zhǔn)確度
- 精密度：取沉積物樣品（加標(biāo)濃度 0.5ng/g），平行制備 6 份樣品進(jìn)行分析，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。結(jié)果顯示，16 種 PAHs 的保留時間 RSD＜0.3%，峰面積 RSD＜4%，其中同分異構(gòu)體（如熒蒽與芘）的分離度 R＞1.5，表明方法重復(fù)性與分離效果良好。
- 準(zhǔn)確度：對沉積物空白樣品進(jìn)行低、中、高三個濃度水平（0.1ng/g、1ng/g、10ng/g）的加標(biāo)回收實驗，每個濃度平行測定 6 次。結(jié)果顯示，16 種 PAHs 的加標(biāo)回收率為 85%-110%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)對準(zhǔn)確度的要求（回收率 80%-120%），無明顯基質(zhì)效應(yīng)干擾。
五、注意事項與質(zhì)量控制
- 前處理質(zhì)量控制
- 每批次樣品需同步做空白樣品（僅石英砂）、平行樣品（n=3）及加標(biāo)回收樣品，空白樣品中 PAHs 含量需低于 LOD，平行樣品 RSD≤10%，加標(biāo)回收率需在 85%-110% 范圍內(nèi)，否則重新實驗；
- ASE 萃取溶劑需現(xiàn)配現(xiàn)用，F(xiàn)lorisil 小柱需批次驗證空白（用 5mL 正己烷洗脫，檢測洗脫液中無 PAHs 干擾）。
- 儀器維護(hù)與校準(zhǔn)
- 每日開機(jī)后，用全氟三丁胺（PFTBA）進(jìn)行質(zhì)量校準(zhǔn)，確保質(zhì)量精度≤1ppm；
- 每周清洗 EI 源（用甲醇擦拭離子源腔體，去除積碳），每月更換進(jìn)樣口襯管與色譜柱石墨墊，避免污染與漏氣。
- 數(shù)據(jù)審核
- 定性時需同時滿足 “保留時間與標(biāo)準(zhǔn)品偏差≤0.1min”“高分辨提取離子質(zhì)量偏差≤1ppm”“同位素豐度比與理論值偏差≤5%”，否則需重新分析；
- 定量時若樣品中 PAHs 濃度過高（超出線性范圍），需用正己烷稀釋（稀釋倍數(shù)記錄清晰），避免儀器過載。
六、方案優(yōu)勢與應(yīng)用場景
（一）方案優(yōu)勢
- 高分辨抗干擾：Cassitrap 120K 的 120,000 FWHM 高分辨率可有效區(qū)分沉積物基質(zhì)中與 PAHs 質(zhì)荷比相近的干擾物（如脂肪烴、色素），解決傳統(tǒng)低分辨質(zhì)譜的基質(zhì)效應(yīng)問題。
- 高效前處理：ASE 萃取 + Florisil 凈化的組合流程，比傳統(tǒng)索氏提取節(jié)省時間（從 24h 縮短至 1h），且溶劑用量減少 80%，降低實驗成本與環(huán)境污染。
- 貼合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：方法嚴(yán)格遵循 GB/T 26411-2010 等國家標(biāo)準(zhǔn)，檢測數(shù)據(jù)可直接用于沉積物污染評估、環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法，且支持 16 種優(yōu)先控制 PAHs 的同時檢測，滿足高通量需求。
（二）應(yīng)用場景
- 河流 / 湖泊沉積物監(jiān)測：用于長江、太湖等重點流域沉積物中 PAHs 的普查，評估污染程度與空間分布，為流域生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。
- 海洋沉積物監(jiān)測：針對港口、油田周邊海域沉積物，檢測石油泄漏或工業(yè)排放帶來的 PAHs 污染，追溯污染來源（如通過 PAHs 同分異構(gòu)體比值判斷是燃燒源還是石油源）。
- 土壤 - 沉積物關(guān)聯(lián)分析：結(jié)合土壤 PAHs 檢測數(shù)據(jù)，研究 PAHs 在陸地 - 水體 - 沉積物中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為持久性有機(jī)污染物的環(huán)境風(fēng)險管控提供科學(xué)依據(jù)。
