使用Orbitrap Exploris GC对土壤中多环芳烃和多氯联苯进行500多次重复注射的稳健分析

本研究的范围是测试一种简化的GC-Orbitrap™分析方法，对土壤样品进行大量连续注射，以评估其是否能满足土壤样品中常规痕量分析的要求。

简介

多氯联苯(PCBs)和多芳烃(PAHs)是有毒有机污染物，可因自然和人为过程污染土壤、空气、沉积物和水。多氯联苯和多环芳烃耐环境退化，可远距离运输。环境中的多环芳烃和多氯联苯可以进入食物链，在那里它们具有很强的持久性和生物蓄积性(vPvB)。
多环芳烃和多氯联苯有许多同系物，其中许多质量相同。因此，气相色谱-质谱联用是分离和定量的首选分析技术。高质量多环芳烃在气相色谱中容易形成较差的峰形，通过影响色谱分辨率和灵敏度使峰的整合具有挑战性，从而导致更高的检测和定量限度。此外，在复杂土壤基质中对多环芳烃和多氯联苯的常规分析需要耗材和仪器，这些耗材和仪器在峰值面积、响应因子、离子比和质量精度方面具有极高的稳定性，这样就可以日复一日地对多批样品进行分析，而只需进行最少的仪器维护，如更换衬垫、调整柱、MS维护或调整。
在这项工作中，通过500次重复注射，Thermo Scientific™Orbitrap Exploris™GC分析了复杂土壤基质中的多环芳烃和多氯联苯。Orbitrap Exploris气相色谱是常规环境筛查方法的理想选择，因为它能够满足所需的灵敏度和全扫描，可以通过将复合类别合并到单个采集中来整合方法。通过观察低水平校准QC标准品(40 pg/μL正己烷)的相对响应因子、离子比和质量精度稳定性来评估常规分析的稳稳性和适用性，该标准品贯穿500个样品、标准品和空白样品的注射序列，持续三周的持续高通量分析。系统鲁棒性是通过检测500次加标QuEChERS土壤提取物(10 pg/μL)在此时间段内的峰面积稳定性来评估的。

实验

校准标准包含12个浓度水平的45个本地多氯联苯和多环芳烃(完整细节可在应用说明10731[2]中找到)，14个(13c标记)内部标准从Fisher Scientific, AccuStandards和Wellington Laboratories Inc.(加拿大安大略省)获得。为了评估相对响应因子(RRF)的稳定性，每20次样品注射后直接注射低水平的QC标准品(40 pg/μL)。
Orbitrap Exploris GC的质量分辨率高达60k (m/z 219, FWHM)，配有电子电离(EI)源和真空探针联锁(VPI)，并配有Instant-Connect SSL注入器。Thermo Scientific™ExtractaBrite™EI源是完全可拆卸的，无需在源清洗和柱更换过程中打破真空，专利RF透镜具有出色的灵敏度和鲁棒性。
使用Thermo Scientific™TriPlus™RSH™自动采样器和Thermo Scientific™LinerGOLD™单锥玻璃棉SSL衬垫，对QuEChERS土壤提取物进行液体注射(1 μL)。色谱分离采用Thermo Scientific™TraceGOLD™TG-5 SilMS™30 m x 0.25 mm I.D. x 0.25 μm薄膜毛细管柱。完整的实验细节、仪器参数和使用的耗材可以在应用说明10731[2]中找到。
数据采集采用全扫描(FS)采集模式，使用Thermo Scientific™Chromeleon™7.3软件进行处理和报告，该软件允许在一个平台[3]中进行仪器控制、方法开发、定量/定性分析和可定制的报告。通过自动化系统适用性测试(SST)和智能运行控制(IRC)，可以对实时批次进行分析，如果QC标准超出设定的限制，则可以停止序列，从而节省宝贵的样品。

结果与讨论

以10 pg/μL (ppb)加标的QuEChERS土壤提取物为研究对象，采用绝对峰面积响应法对PAH和PCB的鲁棒性进行了评价。Orbitrap Exploris气相色谱对常规多环芳烃和多氯联苯分析的适用性也被持续评估超过三周，测量分析参数，如相对响应因子的稳定性、离子比和复合质量精度。该批次包括空白、校准标准品、土壤样品提取物以及质量控制(QC)低水平(40 pg/μL)溶剂标准品，每20次土壤样品注射一次。色谱，灵敏度，线性度和样品分析的其他细节可以在配套的应用说明中找到。

常规GC-MS分析

矩阵的复杂性
由于不同复杂程度的基质的多样性，在环境样品的常规GC-MS分析中实现足够的选择性是具有挑战性的。图1显示了土壤样品复杂性的一个例子，即含有许多环境污染物(包括线性和支链烷烃)的超声未加标QuEChERS土壤提取物的TIC。
图1。QuEChERS土壤提取物(未加标)的总离子色谱图，使用Orbitrap Exploris GC在电子电离(EI)中获得，全扫描(FS)，质量范围为m/z 50-550。
稳健性评估
为了评估系统的稳健性，将10 pg/μL (ppb)加标后的QuEChERS土壤提取物注入500次。目标化合物的绝对峰面积被绘制出来，并用于计算某些多环芳烃和多氯联苯随时间的响应稳定性(%RSD)(图2A)。结果表明，该系统具有鲁棒性，在500次注射和连续3周分析中，所产生残留物的峰面积重复性<20%，所有化合物的平均RSD为10.5%。(图2 b)。重要的是，在分析期间进行了最小的进气道维护(每100次注射更换隔段)，没有进行衬管更换、柱修整、MS维护或调整(每100次注射更换进口隔段，每周校准Orbitrap系统)。

基质样品的响应因子稳定性

相对响应因子(RRF)定义为感兴趣的分析物和相关内标物的响应因子(RF)之比。它可用于计算感兴趣的样品中未知量的分析物，具有较高的准确性和精度，前提是感兴趣的系统本质上是稳定的，即在整个分析批次中生成一致的rrf。许多实验室选择在整个分析序列中连续这样做，而不必运行昂贵和耗时的校准，而是运行质量控制(QC)标准来检查RRF %RSD，即测量的精度和准确性以及RRF %偏离校准平均值。由于这些原因，每20次注射一次低水平的QC标准(40 pg/μL)，并监测每种多环芳烃和多氯联苯同源物的平均RRF % rsd(图3)。
所有目标多环芳烃和多氯联苯的RRF % rsd≤15%，所有化合物的平均RRF % rsd为4%(包括500多个样品注射)。这表明了极佳的系统稳定性，只需进行最少的进气维护(隔间隔每100次更换一次)，无需进行柱修整、MS维护或系统调整。
还计算了包括500个样品在内的批次QC标准中所有多环芳烃和多氯联苯与校准平均值的RRF %偏差。所有结果都在±15%的公差范围内，在计算的苯并(a)芘和PCB 153个例子中(图4)，n=35个QC注射的RRF %偏差分别为1.2%和0.5%。

基体样品的离子比稳定性

另一个用于确定样品中检测到的化合物的分析参数是定量离子和限定离子之间的离子比。离子比的稳定性对于常规实验室环境中的任何质谱仪都是至关重要的，以防止假阳性结果。表明测量稳定性的一种方法是每种分析物的离子比及其与初始确定值的潜在偏差(通常确定为在序列开始时注入的外部校准曲线上的平均值)。在低水平QC标准(40 pg/μL)下获得的所有多环芳烃和多氯联苯的离子比值与0.1-500 pg/μL(对应于提取土壤中的0.1-500 μg/kg)的校准曲线平均计算的期望值在±15%以内。(图5)。这证明了出色的系统稳定性和常规分析的适用性。

基体样品的质量精度稳定性

对于在常规环境下工作的高分辨率精确质谱仪，稳定的质量精度是系统稳定性的基石。质量精度稳定性是通过监测质量标准的ppm质量误差来评估的。在低水平QC标准(40 pg/μL)下，对所有多环芳烃和多氯联苯的检测结果均在预期值的±1ppm范围内。质量精度稳定性的几个例子如图6所示。
在基质(n=500次注射，10 pg/μL土壤QuEChERS提取物)中，对低、高、中质量化合物1-indanone、PCB 180和bezno(g,h,i)perylene (m/z分别为132.05697、393.80195和276.09335)进行了精确的质量数据绘制，在色谱的早期、中期和晚期洗脱范围内(RT=6.0、10.8和15.5 min)(图7 - A、B、C)。平均质量精度分别为0.3、0.1和0.0 ppm。这完全在1ppm的质量精度标准的Orbitrap系统。在为期三周的鲁棒性研究(每20个土壤样品注入40 pg/μL (n=35)，并每周进行质量校准)期间，还使用QC标准来监测系统性能。每种化合物的平均测量质量精度(ppm)用彩色点表示，相关的标准偏差显示为误差条。还标注了对所有化合物进行测量的组合平均质量精度和标准误差(图7 - D)。