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移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物


随着工业化进程的加速,我国经济蓬勃发展,但与此同时,水污染问题也日益凸显,尤其是城市饮用水源地水质受到挥发性有机物(VOCs)污染的情况较为突出,挥发性有机物已成为影响水质的关键因素之一。在多地城市水源地的监测中,相关部门多次发现挥发性有机物含量超标。例如,某地自来水厂的末梢水中检出了20种挥发性有机化合物,其中三卤甲烷类和芳香烃类物质占比超过检测物质总类的78%。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图1)

挥发性有机物是一类在室温下容易挥发的有机化合物,世界卫生组织(WHO)将其定义为熔点低于室温、沸点在50℃至260℃之间的有机化合物。这类化合物在水中普遍存在且成分复杂,其含量过高会对人体健康产生危害,如引发头痛、恶心、呕吐、乏力等症状,严重时还会损害肝脏、肾脏、大脑和神经系统,导致记忆力减退等严重后果。然而,水体样本从采集到送至环境监测实验室进行检测的流程较长,可能导致部分挥发性物质流失,从而影响测量结果的准确性。因此,利用便携式仪器设备在水源地现场进行实时分析测试具有重要意义,但需要找到合适的分析方法来确保数据的准确性和可靠性。

安益谱依据《HJ1227 - 2021 水质挥发性有机物的应急测定便携式顶空 / 气相色谱质谱法》标准,运用便携式气相色谱质谱联用仪 MATE11 来测定水质中 56 种挥发性有机物,以验证其检测需求的满足程度。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图2)

安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪 MATE11

在设定的温度条件下,顶空进样瓶内样品中的挥发性有机化合物会向液上空间挥发,随后被载气带入便携式气相色谱 - 质谱仪内置吸附管中进行富集。经过热脱附后,这些化合物进入气相色谱模块实现分离,最终进入质谱检测器进行检测。通过与标准物质的质谱图和保留时间进行比较来完成定性分析,并采用内标法进行定量分析。
实验所用的仪器、试剂和材料包括:安益谱 MATE11 便携式气质联用仪、安益谱 HSS11 便携式顶空进样器、56 种 VOCs 标准储备溶液(ρ = 1000mg/L)、氟苯标准储备液(ρ = 2000mg/L)、d4 - 1,4 - 二氯苯标准储备液(ρ = 2000mg/L)。
顶空进样器 HSS11 的进样条件如下:加热平衡温度为 70℃,平衡时间为 25min,加热顶空传输线温度为 40℃,顶空采集流量为 60ml/min,采集时间为 50s,顶空气体进样体积为 10ml。
色谱参数设置如下:进样口温度为 130℃,色谱柱流量为 1.00ml/min,分流比为 40:1,阀箱温度为 100℃,样品采集时间为 1min,升温程序为 40℃(保持 3min)→以 10℃/min 的速率升温至 200℃(保持 1min)。
质谱参数如下:溶剂延迟时间为 1min,离子源温度为 200℃,传输线温度为 200℃,扫描模式为选择离子扫描模式,涉及的离子包括 41、47、49、51、53、61、62、63、64、65、75、76、77、78、83、84、85、86、88、91、92、93、94、95、96、97、98、99、103、104、105、106、107、109、110、111、112、114、115、117、119、120、121、126、127、128、129、130、131、132、133、134、145、146、148、150、152、155、156、157、158、166、168、173、174、175、180、182、188、223、225、227、254(驻留时间:5ms)。

从色谱分离情况来看,56 种 VOC 离子均可检出,且分离度较好。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图3)

在标准曲线的绘制过程中,将 56 种 VOCs 标准储备液和两种内标标准储备液用甲醇稀释,配置成 10ppm 的标准使用液。向顶空进样瓶中加入 10ml 实验室一级水,移取标准使用液 2.0μL、5.0μL、10μL、20μL、40μL,配置成 2.0μg/μL、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、40.0μg/L 标准系列溶液,每个顶空瓶加入 10μL 氟苯标准使用液和 d4 - 1,4 - 二氯苯标准使用液,使顶空瓶中内标的浓度为 10μg/L,立即密封顶空进样瓶并混匀。使用 MATE11,按照仪器条件,由低浓度到高浓度依次测定,绘制标准曲线。采用内标标准曲线法进行线性拟合,建立校正曲线,选取 2μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L 共 5 个浓度点,拟合结果中选择性剔除了个别浓度点以改善线性,至少保留三个级别点。在选定的条件下,各组分的线性关系良好,R² 均可达 0.99 以上。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图4)

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图5)

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图6)


在精密度测试中,将挥发性有机物标准使用液稀释至浓度为 10μg/L。使用 MATE11 便携式气质联用仪,依次对样品进行实验,平行测定 6 次,计算标准偏差、相对标准偏差。结果显示,物质浓度 RSD 在 2.12% - 9.93% 之间,保留时间 RSD 在 0.00% - 1.35% 之间,精密度符合标准要求。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图7)

在检出限和测定下限的确定方面,按照《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ168 - 2010)的相关规定,连续分析 7 个接近于检出限浓度的实验室空白加标样品,计算其标准偏差 S,检出限 MDL = 3.143 * S,测定下限为 4 倍检出限。将挥发性有机物标准使用液稀释至浓度为 2μg/L,使用 MATE11,按照仪器参考条件,对标准使用液进行实验,平行测定 7 次,计算标准偏差,从而获得本方法的检出限,测定下限为 4 倍检出限。方法检出限在 0.19μg/L - 2.23μg/L,方法测定下限在 0.8μg/L - 8.9μg/L,检出限和测定下线均满足标准要求。

移动式实验室仪器-安益谱便捷式气相色谱质谱联用仪现场快速检测挥发性有机物(图8)

综上所述,本文参考《HJ1227 - 2021 水质挥发性有机物的应急测定便携式顶空 / 气相色谱质谱法》,使用安益谱 MATE11 便携式 GC - MS 分析水质挥发性有机物。从结果来看,该方法检出限低,线性相关性好,灵敏度高,可用于水质挥发性有机物的常规分析检测。