文/徐婷婷 李想 許士奮 諶凱

氣溶膠顆粒中SVOC的篩選

文/徐婷婷 李想 許士奮 諶凱

使用GC/Q-TOF系統(tǒng)對(duì)氣溶膠顆粒上的SVOC進(jìn)行篩選

氣溶膠顆粒上吸附的有機(jī)化合物組成能夠?yàn)闅忪F劑的空氣污染研究提供重要線索。將Agilent 7200系列精確質(zhì)量數(shù)GC/Q-TOF MS的全采集電子電離 (EI)模式與 Agilent MassHunter軟件工具相結(jié)合，能夠得到一種用于篩選復(fù)雜顆粒提取物中多種化合物的非靶向工作流程。本文使用EI-MS/MS功能根據(jù)子離子碎片的精確質(zhì)量數(shù)來(lái)研究未知化合物的結(jié)構(gòu)。

半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOC)具有多種分子結(jié)構(gòu)，與氣溶膠顆粒的形成及其對(duì)健康的影響息息相關(guān)。由于人們對(duì)微小氣溶膠顆粒引起污染的關(guān)注度日益增長(zhǎng)，且顆粒吸附的有機(jī)化合物日益多樣化，因此對(duì)SVOC進(jìn)行篩選逐漸成為一項(xiàng)要求日益嚴(yán)格的復(fù)雜任務(wù)，需要采用高選擇性、高靈敏度的非靶向工作流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。一種使用四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(Q-TOF)分析氣溶膠顆粒有機(jī)物含量的精確質(zhì)量數(shù)方法提供了更可靠的鑒定結(jié)果，并能夠同時(shí)篩選幾乎無(wú)限數(shù)量的SVOC。它提供的理想分析工具可用于篩選和確證復(fù)雜氣溶膠顆粒提取物中的目標(biāo)化合物及未知化合物。

本應(yīng)用展示了一種使用高分辨率Agilent 7200系列GC/Q-TOF系統(tǒng)對(duì)氣溶膠顆粒上吸附的SVOC進(jìn)行非靶向篩選的工作流程。采用通過(guò) NIST標(biāo)稱質(zhì)譜庫(kù)搜索的解卷積質(zhì)譜圖獲得化合物匹配結(jié)果，再利用分子離子或碎片離子的精確質(zhì)量數(shù)確證化合物分子式。

另外，GC/Q-TOF系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在MS/MS模式下運(yùn)行以研究未知化合物的結(jié)構(gòu)。

圖1.本文中所使用的安捷倫7200 GC/Q-TOF系統(tǒng)是 將7890B GC與7200A Q-TOF進(jìn)行了聯(lián)用。

實(shí)驗(yàn)儀器和條件

儀器

采用Agilent 7890B氣相色譜系統(tǒng)與 Agilent 7200A Q-TOF系統(tǒng)聯(lián)用開(kāi)展研究。儀器配置如圖1所示，儀器設(shè)置條件如表1。氣相色譜運(yùn)行中啟用了保留時(shí)間鎖定(RTL)功能以及安捷倫農(nóng)藥與環(huán)境污染物(P&EP)MRM數(shù)據(jù)庫(kù)3.0（部件號(hào)9250AA）中包括的恒流柱中反吹篩選方法。

表1.Agilent 7890B氣相色譜與 Agilent 7200A GC/Q-TOF質(zhì)譜的儀器條件

樣品前處理

使用采樣器（中國(guó)廣州）在300 L/min的流速下，將氣溶膠顆粒(PM2.5) 采集到石英纖維過(guò)濾器（QFF，Whatman，5×8英寸）上。在采樣前后，將QFF置于20℃和相對(duì)濕度(RH)40%的恒溫恒濕潔凈室中平衡24 h。采用靈敏度達(dá)0.001 mg的電子微量天平(Sartorious， 1L)測(cè)定各個(gè)QFF上的顆粒質(zhì)量。用50 ml二氯甲烷/己烷(1：1,v/v)在7℃ 下對(duì)濾液（一半）索氏提取48 h。用過(guò)濾器裝置對(duì)提取物進(jìn)行過(guò)濾。提取物經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮后，在純N2流下進(jìn)一步濃縮至2 ml，溶劑替換為正己烷。

數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)處理時(shí)，使用安捷倫MassHunter定量分析軟件(B.07.01)中的未知物分析工具進(jìn)行色譜峰解卷積，然后通過(guò)與NIST14質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)鑒定化合物。利用精確質(zhì)量數(shù)信息和MassHunter定性分析軟件(B.07.01)中的精確質(zhì)量數(shù)工具進(jìn)一步確證解卷積峰的歸屬，再使用分子結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)(MSC)軟件進(jìn)一步研究初步鑒定出的化合物結(jié)構(gòu)。

圖2.用于進(jìn)行色譜柱解卷積的未知物分析軟件，圖中顯示了總離子流色譜圖(TIC)(A)、組分和譜庫(kù)匹配譜圖的鏡像圖(B)以及組分的疊加提取離子色譜圖(EIC)(C)。

圖3. PAH的篩選結(jié)果，色譜圖 (A)疊加了TIC（黑色）和已鑒定PAH的組分圖譜（紅色），而通過(guò)分子式計(jì)算器計(jì)算得到的已鑒定PAH分子離子的質(zhì)量數(shù)誤差顯示于圖B中，分子式分布顯示于圖C中。

圖4.利用精確質(zhì)量數(shù)信息確證O-PAH ，使用分子式計(jì)算器計(jì)算得到的已鑒定O-PAH的分子離子質(zhì)量數(shù)誤差顯示于圖 A中，而分子式分布和示例性結(jié)構(gòu)顯示于圖B中。

結(jié)果與討論

色譜峰解卷積和譜庫(kù)搜索使用未知物分析軟件中的色譜峰解卷積進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為找到盡可能多的化合物，將精確質(zhì)量提取窗口設(shè)置為100 ppm ，并將可變保留時(shí)間窗口大小因子設(shè)置為50～200（圖2）。根據(jù)與 NIST譜庫(kù)比較得到的匹配因子得分＞50的結(jié)果鑒別出大約2600種化合物，其中包括烷烴類、藿烷類、酮類、多環(huán)芳烴 (PAH)、含氧多環(huán)芳烴(O-PAH)、酯類和雜環(huán)化合物。利用分子式生成器和分子式計(jì)算工具對(duì)通過(guò)解卷積找到的每種化合物的歸屬進(jìn)行確證。PAH和O-PAH的篩選結(jié)果示例如下文所示（圖3和圖4）。類似的工作流程可應(yīng)用于篩選其他類別的化合物。

PAH和O-PAH的鑒定未知物分析能夠鑒定與未分離的復(fù)雜混合物共流出的大量PAH，如圖3所示。精確質(zhì)量數(shù)信息可用于確證大約100種PAH，質(zhì)量數(shù)誤差小于5 ppm。（P&EP）MRM數(shù)據(jù)庫(kù)包含若干PAH的保留時(shí)間(RT)，利用該數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)一步確證匹配結(jié)果。

數(shù)據(jù)庫(kù)與樣品之間的RT差值均處于0.03 min的窗口內(nèi)。良好的RT匹配結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了精確質(zhì)量數(shù)信息可用作確證工具。分子式分布顯示氣溶膠顆粒的提取物中存在各種 PAH，這些化合物含有10～28個(gè)碳原子。

同樣，在氣溶膠顆粒的提取物中也鑒定出了O-PAH，通過(guò)精確質(zhì)量數(shù)信息確認(rèn)了其中34種組分。圖4顯示了所有鑒定出的 O-PAH的質(zhì)量數(shù)誤差和分子式分布，一些典型O-PAH的結(jié)構(gòu)也顯示于圖4中。利用 MS/MS給出未知化合物的結(jié)構(gòu)色譜峰解卷積能夠發(fā)現(xiàn)未知化合物，如圖5所示。NIST譜庫(kù)中與這一譜圖最接近的匹配結(jié)果是蒽并[1,9-cd] 吡唑-6(2H)-酮,分子式為C14H8N2O。然而，僅僅根據(jù)質(zhì)量準(zhǔn)確度即可排除這一初步匹配結(jié)果，因?yàn)樵摲肿与x子的誤差達(dá)到了48.62 ppm。這突出體現(xiàn)了Q-TOF獲得的精確質(zhì)量數(shù)據(jù)相對(duì)于單位質(zhì)量?jī)x器獲得數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。

使用精確質(zhì)量數(shù)信息給出了該未知化合物的分子式為C15H8O2，其質(zhì)量數(shù)誤差為2.83 ppm。然而采用該分子式在NIST質(zhì)譜庫(kù)中未能找到任何化合物7200 GC/Q-TOF的另一優(yōu)勢(shì)在于能夠執(zhí)行精確質(zhì)量MS/MS分析，該分析對(duì)于未知物的結(jié)構(gòu)解析來(lái)說(shuō)也是非常有價(jià)值的。

圖6顯示了使用 MS/MS模式通過(guò)精確質(zhì)量碎片得出該未知化合物結(jié)構(gòu)的工作流程。利用分子式生成器工具可為分子和主要碎片離子分配準(zhǔn)確的經(jīng)驗(yàn)式。為了給出該未知化合物的結(jié)構(gòu)，將譜圖作為 CEF文件導(dǎo)入分子結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián) (MSC)軟件，MSC將搜索ChemSpider數(shù)據(jù)庫(kù)以查找所有可能的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。雖然這種確證并不是完全明晰的，但它還是提供了對(duì)初步鑒定的O-PAH的進(jìn)一步驗(yàn)證。圖7顯示出了根據(jù)MSC軟件中所列的碎片給出的碎裂途徑。

圖5.未知化合物與初步NIST譜庫(kù)匹配化合物之間的質(zhì)譜圖比較 (A,B)。解卷積離子的共流出曲線(C)確認(rèn)它們?nèi)繉儆谕唤M分。然而，僅僅根據(jù)質(zhì)量準(zhǔn)確度即可排除該化合物，因?yàn)槠浞肿与x子的誤差達(dá)到了48.62 ppm。

圖7.根據(jù) MSC軟件中所列碎片得到的C15H8O2候選物的碎裂途徑。

小結(jié)

利用Agilent 7200 GC/Q-TOF的多種功能（如精確質(zhì)量數(shù)信息、全譜模式下的高靈敏度等）可大大改善對(duì)氣溶膠顆粒上吸附的SVOC的研究。使用MassHunter軟件的解卷積、自動(dòng)碎片分子式標(biāo)注和結(jié)構(gòu)解析等功能得到了用于SVOC篩選的非靶向方法。通過(guò)譜庫(kù)搜索進(jìn)行的化合物確證和針對(duì)未知化合物的結(jié)構(gòu)建議也是重要的研究工具。 LP

本文作者徐、李來(lái)自復(fù)旦大學(xué)；許、諶來(lái)自安捷倫科技有限公司。