安益谱 Cassitrap 120K 高分辨傅里叶静电阱质谱检测沉积物中多环芳烃方案
一、方案背景与意义
多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs）是一类由 2 个及以上苯环构成的持久性有机污染物，主要来源于化石燃料燃烧、工业排放、石油泄漏等人类活动，可通过大气沉降、地表径流等途径进入水体，最终富集于沉积物中。作为水环境中 PAHs 的 “蓄积库”，沉积物中的 PAHs 不仅会通过底栖生物富集进入食物链，引发 “生物放大效应”，还可能在环境条件变化（如 pH 值改变、扰动）时重新释放至水体，对水生生态系统和人类健康构成长期威胁。
目前，我国《GB/T 26411-2010 土壤和沉积物 多环芳烃的测定 气相色谱 - 质谱法》等标准明确要求监控沉积物中 16 种优先控制 PAHs（如萘、荧蒽、苯并 [a] 芘等）的含量。安益谱 Cassitrap 120K 高分辨傅里叶静电阱质谱，创新性融合四极杆的精准离子筛选能力与傅里叶静电阱的超高分辨检测优势，分辨率可达 120,000 FWHM（m/z 200），能有效区分沉积物复杂基质中与 PAHs 质荷比相近的干扰物质，实现痕量 PAHs 的准确定性与定量，为沉积物污染溯源、生态风险评估提供可靠技术支撑。
安益谱四极杆傅里叶变换静电阱超高分辨质谱仪 Cassitrap 120K
二、仪器设备与试剂材料
（一）核心仪器配置
- 离子源与前端筛选：配备电子轰击电离源（EI，70eV 标准电离能量）与四极杆预筛选模块，可先通过四极杆精准筛选目标 PAHs 的母离子（如苯并 [a] 芘母离子 m/z 252），排除大部分基质干扰离子，再进入傅里叶静电阱进行高分辨分析，大幅提升检测信噪比。
- 傅里叶静电阱质量分析器：分辨率最高达 120,000 FWHM（m/z 200），质量精度优于 1ppm，可清晰区分 PAHs 同分异构体（如荧蒽与芘，理论 m/z 分别为 202.0681 与 202.0681，需高分辨区分碎片离子差异）及基质中质荷比相近的干扰物（如 m/z 252.0681 的 PAH 与 m/z 252.0700 的基质杂质）。
- 扫描模式与灵敏度：支持全扫描（Full Scan）与选择离子监测（SIM）模式，Full Scan 模式下可同时采集所有 PAHs 的离子信号，便于未知 PAHs 筛查；SIM 模式针对目标 PAHs 的特征离子聚焦检测，检出限（LOD）可达 0.01ng/g（沉积物干重），满足痕量分析需求。
- 数据系统：搭载 ANYEEP HRMS 工作站，集成高分辨谱图解析、同位素丰度匹配（如 PAHs 的 13C 同位素丰度比验证）、外标法定量等功能，支持自动生成符合国家标准的检测报告，且可与实验室 LIMS 系统对接，提升数据管理效率。
- 配套前处理设备
- 加速溶剂萃取仪（ASE）：采用高温高压条件（如 100℃、1500 psi），以正己烷 - 二氯甲烷（体积比 1:1）为萃取溶剂，高效提取沉积物中的 PAHs，萃取效率比传统索氏提取提升 3-5 倍，且溶剂用量减少 80% 以上。
- 固相萃取装置：配备 12 位真空固相萃取仪，适配 Florisil 固相萃取小柱（1g/6mL），用于净化萃取液中的脂肪、色素等基质杂质，避免干扰质谱检测。
- 旋转蒸发仪与氮吹仪：旋转蒸发仪（40℃水浴、真空度 0.08MPa）用于浓缩萃取液至近干；氮吹仪（35℃水浴、氮气流量 5mL/min）用于进一步浓缩至 1mL 定容，确保目标物无损失。
- 超声波清洗仪：用于沉积物样品的研磨后混匀、玻璃器皿的清洗（如用甲醇 - 二氯甲烷超声清洗，去除残留 PAHs）。
（二）试剂与耗材
- 标准物质：16 种 PAHs 混合标准溶液（浓度 100μg/mL，溶剂为正己烷，纯度≥99%），用于绘制标准曲线；单标标准溶液（如苯并 [a] 芘，100μg/mL），用于同分异构体定性验证。
- 有机溶剂：正己烷、二氯甲烷、甲醇（均为农残级），分别用于 ASE 萃取、固相萃取淋洗 / 洗脱、器皿清洗；丙酮（农残级），用于调节萃取液极性。
- 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 有机相滤膜（PTFE 材质），用于过滤定容后的样品溶液，防止颗粒杂质进入质谱。
- 样品前处理耗材：石英砂（100-200 目，经 450℃灼烧 4h 去除有机物），用于沉积物样品研磨时的助磨剂；具塞玻璃离心管（50mL）、容量瓶（10mL）、移液枪（10-1000μL），均需经甲醇 - 二氯甲烷超声清洗后，在 105℃烘干备用，避免污染。
三、实验步骤
（一）样品采集与预处理（参考 GB/T 26411-2010）
- 样品采集：使用不锈钢采样器采集表层沉积物（0-10cm），每采样点采集 3 个平行样品（各 500g），装入棕色玻璃采样瓶（提前经 450℃灼烧 4h），密封后 4℃冷藏运输，24h 内返回实验室。
- 样品预处理：将沉积物样品置于冷冻干燥机中（-50℃、真空度 0.1Pa）冻干，去除水分；用玛瑙研钵研磨，过 100 目尼龙筛，去除砾石等杂质；准确称取 10.00g 过筛样品，加入 5g 石英砂混匀，装入 ASE 萃取池备用（同时做空白样品，仅加石英砂，排除基质干扰）。
（二）样品前处理
- 加速溶剂萃取（ASE）
- 萃取溶剂：正己烷 - 二氯甲烷（1:1，v/v）；
- 萃取条件：温度 100℃，压力 1500 psi，静态萃取时间 5min，循环 2 次，冲洗体积 60%，氮气吹扫时间 60s；
- 收集萃取液：将萃取液收集至 50mL 具塞玻璃离心管中，待净化。
- 固相萃取净化（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；
- 上样与洗脱：将 10mL 萃取液缓慢上样至小柱，待液体完全流出后，用 10mL 正己烷 - 二氯甲烷（7:3，v/v）洗脱目标 PAHs，收集洗脱液至旋转蒸发瓶中。
- 浓缩定容
- 旋转蒸发浓缩：将洗脱液在 40℃水浴、0.08MPa 真空度下浓缩至约 1mL；
- 氮吹定容：转移至氮吹仪中，35℃水浴、氮气吹扫至近干，用正己烷定容至 1mL，过 0.22μm 有机相滤膜，转移至进样小瓶，待质谱分析。
（三）仪器分析条件
- 质谱条件
- 离子源：EI 源，温度 230℃，电子能量 70eV；
- 四极杆预筛选：针对 16 种 PAHs 的母离子进行筛选（如萘 m/z 128、荧蒽 m/z 202、苯并 [a] 芘 m/z 252）；
- 傅里叶静电阱：分辨率设置为 60,000 FWHM（m/z 200），质量范围 m/z 50-500，扫描时间 0.5s；
- 溶剂延迟：3min（避免溶剂峰干扰低沸点 PAHs，如萘）；
- 同位素丰度匹配：以苯并 [a] 芘为例，其 13C 同位素离子（m/z 253）与母离子（m/z 252）的丰度比应符合理论值（约 1.1%），用于定性验证。
- 辅助气相色谱条件（若联用 GC）
- 色谱柱：DB-5MS UI 毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；
- 柱温程序：初始温度 50℃（保持 2min），以 8℃/min 升温至 280℃（保持 10min）；
- 进样口温度：280℃，不分流进样（进样时间 1min）；
- 载气（氦气，纯度 99.999%）：恒流模式，流速 1.0mL/min；
- 进样量：1μL。
（四）样品分析
- 标准曲线绘制：取 16 种 PAHs 混合标准溶液，用正己烷逐步稀释，制备浓度为 0.1ng/mL、0.5ng/mL、1ng/mL、5ng/mL、10ng/mL、50ng/mL 的标准系列溶液。按上述仪器条件进样，以标准溶液浓度为横坐标，对应 PAHs 的峰面积（高分辨提取离子流图峰面积）为纵坐标，绘制外标标准曲线，要求相关系数 R²≥0.995。
- 样品检测：将定容后的沉积物样品溶液进样分析，通过高分辨提取离子流图（如提取 m/z 252.0681±0.0010 的离子流，对应苯并 [a] 芘）确定目标 PAHs 的保留时间与峰面积，结合标准曲线计算沉积物中各 PAHs 的含量（结果以 “ng/g 干重” 表示）。若样品浓度超出线性范围，用正己烷稀释后重新测定。
四、方法验证与性能指标
（一）线性范围与相关系数
对 16 种 PAHs 的 0.1-50ng/mL 标准系列溶液进行分析，结果显示所有 PAHs 在该浓度范围内线性关系良好，相关系数 R² 均≥0.998，其中低沸点 PAHs（如萘，m/z 128）与高沸点 PAHs（如苯并 [ghi] 苝，m/z 276）的线性拟合度无显著差异，表明仪器在宽浓度范围内定量准确性优异。
（二）检出限与定量限
以沉积物空白样品加标（0.05ng/g）的 3 倍信噪比（S/N=3）计算检出限（LOD），10 倍信噪比（S/N=10）计算定量限（LOQ）。结果显示，16 种 PAHs 的 LOD 为 0.005-0.01ng/g（干重），LOQ 为 0.015-0.03ng/g（干重），远低于《GB/T 26411-2010》规定的检出限（如苯并 [a] 芘 LOD≤0.1ng/g），满足痕量 PAHs 检测需求。
（三）精密度与准确度
- 精密度：取沉积物样品（加标浓度 0.5ng/g），平行制备 6 份样品进行分析，计算相对标准偏差（RSD）。结果显示，16 种 PAHs 的保留时间 RSD＜0.3%，峰面积 RSD＜4%，其中同分异构体（如荧蒽与芘）的分离度 R＞1.5，表明方法重复性与分离效果良好。
- 准确度：对沉积物空白样品进行低、中、高三个浓度水平（0.1ng/g、1ng/g、10ng/g）的加标回收实验，每个浓度平行测定 6 次。结果显示，16 种 PAHs 的加标回收率为 85%-110%，符合国家标准对准确度的要求（回收率 80%-120%），无明显基质效应干扰。
五、注意事项与质量控制
- 前处理质量控制
- 每批次样品需同步做空白样品（仅石英砂）、平行样品（n=3）及加标回收样品，空白样品中 PAHs 含量需低于 LOD，平行样品 RSD≤10%，加标回收率需在 85%-110% 范围内，否则重新实验；
- ASE 萃取溶剂需现配现用，Florisil 小柱需批次验证空白（用 5mL 正己烷洗脱，检测洗脱液中无 PAHs 干扰）。
- 仪器维护与校准
- 每日开机后，用全氟三丁胺（PFTBA）进行质量校准，确保质量精度≤1ppm；
- 每周清洗 EI 源（用甲醇擦拭离子源腔体，去除积碳），每月更换进样口衬管与色谱柱石墨垫，避免污染与漏气。
- 数据审核
- 定性时需同时满足 “保留时间与标准品偏差≤0.1min”“高分辨提取离子质量偏差≤1ppm”“同位素丰度比与理论值偏差≤5%”，否则需重新分析；
- 定量时若样品中 PAHs 浓度过高（超出线性范围），需用正己烷稀释（稀释倍数记录清晰），避免仪器过载。
六、方案优势与应用场景
（一）方案优势
- 高分辨抗干扰：Cassitrap 120K 的 120,000 FWHM 高分辨率可有效区分沉积物基质中与 PAHs 质荷比相近的干扰物（如脂肪烃、色素），解决传统低分辨质谱的基质效应问题。
- 高效前处理：ASE 萃取 + Florisil 净化的组合流程，比传统索氏提取节省时间（从 24h 缩短至 1h），且溶剂用量减少 80%，降低实验成本与环境污染。
- 贴合标准规范：方法严格遵循 GB/T 26411-2010 等国家标准，检测数据可直接用于沉积物污染评估、环境监管执法，且支持 16 种优先控制 PAHs 的同时检测，满足高通量需求。
（二）应用场景
- 河流 / 湖泊沉积物监测：用于长江、太湖等重点流域沉积物中 PAHs 的普查，评估污染程度与空间分布，为流域生态修复提供数据支撑。
- 海洋沉积物监测：针对港口、油田周边海域沉积物，检测石油泄漏或工业排放带来的 PAHs 污染，追溯污染来源（如通过 PAHs 同分异构体比值判断是燃烧源还是石油源）。
- 土壤 - 沉积物关联分析：结合土壤 PAHs 检测数据，研究 PAHs 在陆地 - 水体 - 沉积物中的迁移转化规律，为持久性有机污染物的环境风险管控提供科学依据。
