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1第六章环境中痕量有机污染物的分析检测第三节环境样品的分析检测目前用于环境样品检测的分析仪器主要有气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）、高效液相色谱联用仪（HPLC-MS）及等离子发射光谱—质谱联用仪（ICP-MS）等。其中气相色谱—质谱联用仪（GC-MS）、高效液相色谱联用仪（HPLC-MS）主要用于检测环境样品中的有机污染物，而等离子发射光谱—质谱联用仪（ICP-MS）是检测环境样品中无机污染物的最好手段。一、气相色谱／质谱（GC-MS）或气相色谱－质谱－质谱（GC-MS-MS）（一）概述在为数众多的分析仪器中，GC-MS（气相色谱一质谱）联用仪可以说是联用仪器中发展最快、应用最广的一个。尤其是在环境监测领域，GC-MS联用法已被广泛用作基本分析方法。这是因为质谱检测器可以提供丰富的结构信息而具有化合物的定性能力，且其灵敏度高，选择性好，能够适应目前待测有机化合物种类繁多与应用领域多样化的需求。随着整机价格的不断降低，GC-MS联用仪的普及使用是必然趋势。近年来，GC-MS联用仪的相关技术取得了很大进展，对以环境有机污染物为主的有机污染物的监测，各国更是以GC-MS法或GC法为标准方法。图5-3-2是水中有机污染物的分析方法系统图。对于土壤、沉积物等样品应先通过超声波提取或索氏提取器提取，再使用与水样相同的分析方法。各类有机污染物除了多环芳烃的分析检测使用高效液相色谱（HPLC）法外，其它污染物多都使用GC-MS法进行测定。水和污水2（二）仪器与发展气相色谱一质谱（GC－MS）联用仪按分辨率可分为气相色谱一高分辨质谱（GC-HRMS）联用仪和气相色谱一低分辨质谱（GC-LRMS）联用仪两种。由于GC-HRMS联用仪高昂的价格和较低的检测灵敏度，除在少数领域使用外，在环境监测分析及其他领域中正逐渐被高灵敏度的GC-LRMS联用仪所取代。现在商品化的GC-MS仪多为台式小型低分辨率装置，普及率比过去显著提高。GC-MS联用仪所用的电离方法主要有电子轰击（EI）法和化学电离（CI）法。电子轰击法能提供结构信息及定量结果。化学电离法中，正化学电离（PCI）法能提供化合物的分子量信息；负化学电离（NCI）法则对带有高电负性元素的化合物具有很高的选择性和灵敏度，对其中的某些化合物，其检测限可达fg（即10-15g）级，所以在环境分析领域得到广泛应用。不同类型的质谱仪其是灵敏度也不同。四极杆型质谱仪和磁场型质谱仪，扫描时测定的m／z随时间变化（称之为timeslicedetection）,质谱强度是每一时刻m/z所对应强度的加和，测定的离子强度只是某一时间离子强度的一部分，因此灵敏度较低。离子阱（ion-trap）型质谱仪所测强度是几十毫秒间生成的所有离子强度的平均值，因此灵敏度高。飞行时间（TOF）型质谱仪测定的是每一时刻产生离子的强度（称之为timearraydetection）是每一时刻所产生离子的快拍测定，所有离子均被检出，所以灵敏度高。在台式小型GC-MS分析仪中，质量分析器按原理主要分为四极杆型、离子阱型和飞行时间型。其中应用最广泛的当属四极杆型，约占GC-MS分析仪总数的80％～90％。四极杆型GC-MS分析仪原理成熟、操作简单、维护方便、谱库丰富且质谱经典、易于解析，其灵敏度高、定量重现性好，因此在环境监测中得到广泛应用。离子阱型GC-MS仪按离子源的位址可分为内置式离子附型GC－MS仪和外置式离子阱型GC-MS仪。内置式离子阱型GC-MS仪的离子源在离子阱内，其灵敏度很高，但易造成仪器的污染。外置式离子阱型GC-MS仪的离子源置于离子阱外，仪器的污染减少了，但灵敏度也受影响。由于其特殊原理，用离子阱型GC-MS仪测到的EI质谱含有CI的成分，质谱图与经典质谱图有所区别，这给质谱解析带来困难。因此用于离子阱型GC-MS法的谱库大多由各质谱厂家开发，谱库的数量与经典谱库（如NIST谱库和Wiely谱库）相比要少得多。但是由于其价格低廉，EI与CI切换方便以及MS-MS较有可能升级，离子价型GC-MS仪在环境监测中也逐渐得到应用。飞行时间质谱（TOFMS）仪自Gohlke以来，时隔30年最近再次由Enke等人用于和GC联用，并制成商品化的飞行时间型GC-MS仪在美国出售。使用飞行时间型GC-MS仪可一次性测定几十份ug～mg级的样品(EI法),每秒钟可测到几千张质谱图，其扫描速度是所有类型质谱仪中最高的（每次扫描四极杆型质谱仪为0.2-0.5s，磁场型质谱仪为0.2～1s，离子阱型质谱仪为0.1s，GC-TOFMS仪为0.002s）。因此飞行时间型质谱仪的主要潜能是与使用内径0.1mm、长度为几米的短毛细管柱GC仪联用作快速分析，在几秒到几十秒之内可分离测定几十种成分。采用TOF质量分析器色谱图峰形不受损害，峰的分离也不会受影响，还可以进行非浓度依赖性的质谱测定。然而，气相色谱一飞行时间质谱（GC-TOFMS）仪毕竟是一种刚推向市场的新型仪器，目前主要用于研究领域。该仪器的定量精度也还有待改良。GC-TOFMS仪中，用于高速数据采集的数据处理系统的储存能力还明显不足。GC-TOFMS仪的稳定性还有待于考查，其应用领域还有待于开发。3GC-TOFMS仪价格昂贵，价格能被广泛接受的GC-TOFMS装置还有待开发。串联质谱(ＭＳ-ＭＳ联用)装置也逐渐用于与气相色谱联用，组成气相色谱一质谱一质谱（GC-MS-MS）联用仪。采用GC-MS-MS联用法可从母离子得到阴离子，从而获取更多的结构信息。GC-MS-MS联用法是解析与确证有机化合物结构的有效手段。另外，由于它可以任意地选择检测离子，所以干扰少，可进行高灵敏度测定。但由于质谱一质谱（MS-MS）联用仪器昂贵，即使在发达国家也未被列为标准的环境监测分析方法，通常这一手段只用于研究领域。MS-MS法不仅能达到极高的灵敏度，且其选择性也非常好。使用小型的离子阶的MS-MS仪已用于环境中有机污染物质的监测分析。液相色谱一质谱一质谱（LC-MS-MS）联用法的分离效果一般不如气相色谱一质谱一质谱（GC-MS-MS）法，因此，尽管GC-MS-MS法的有些应用技术尚须进行进一步的研究并加以成熟，但它仍将是监测分析环境荷尔蒙物质最有力的手段。高分辨率的双聚焦型GC-MS目前主要用于分析二恶英类，其他的分析基本上用台式低分辨率仪器。随着环境状况的不断恶化，环境监测越来越重要，对GC-MS仪的需求会越来越大。今后GC-MS仪应该向低价位、小型化、便携式的方向发展，还应具有超高灵敏度且自动化程度高，操作简单。二、高效液相色谱—质谱分析（HPLC-MS）环境激素类污染物约有70余种。为了把握这类污染物在环境中的存在现状，世界各国都在进行各种环境介质中环境激素类污染物的调查研究，因此高灵敏度且能同时定性分析和定量测定多种污染物的分析方法十分重要。目前美国和日本等国家主要采用GC-MS法检测环境样品中的多环芳烃污染物。然而GC-MS直接测定双酚A、2，4-二氯酚、五氯酚、p-雌二醇等含羟基有机物和含羟基的2,4-D、2,4,5-T等苯氧基乙酸类除草剂时存在一些困难，有时需进行三甲基化等衍生化处理，这样使分析过程复杂化。虽然HPLC法能够直接测定这些污染物，但目前使用的紫外和荧光检测器灵敏度及选择性尚显不足，还难以得到更多相关结构的信息。LC－MS法是将通过LC分离出的成分用MS检测，除灵敏度高、选择性好外，还能得到有关结构的信息，是目前对环境污染物质定性检定和定量测定的有效方法之一。目前已有LC－MS法测定氯化苯基乙酸类除草剂、氨基甲酸盐类农药、对草快、敌草快等热不稳定和难挥发性环境激素类污染物的报道。我国GB13198—91中规定用荧光或紫外检测的高效液相色谱（HPLC）法测定荧蒽、苯并［b］荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并［ghi］北、苯并［a］芘、印并［1，2，3-cd］芘等六种多环芳烃。GB11895—89中规定用乙酸化滤纸层析荧光分光光度法测定苯并［a］芘，最低检出浓度为0.004ug/L。HPLC（荧光检测）法是测定双甲眯的最好方法之一，用荧光胺将其衍生化后，荧光检测可达高灵敏度分析。灭多虫及从甲基氨基甲酸酯类农药用邻苯二甲酸酯为试剂进行柱后衍生，荧光检测也是很好的方法。在LC-MS的离子化方式中，大气压化学离子化法（APCI）和电喷离子化法（ESI）是在常压下离子化，从仪器设备到应用技术都比较成熟，已成为LC-MS的发展方向，目前好的LC－MS仪器还能很方便地进行APCI和ESI切换。这里介绍LC-MS法在氯代苯酚类、氯化苯氧基乙酸类除草剂、双酚A和p一雌二醇同时测定中的应用。41．测定方法（1）试剂甲醇、乙睛、乙酸胺等为特级纯试剂；API用干燥气体N2、雾化用气体N2均为99.999％的高纯氮。标准系列：将双酚A、β一雌二醇、2，4一二氯苯酚、五氯苯酚、2,4-D和2，4，5-T六种标准物质分别用甲醇配制成1.0mg／mL的标准溶液，再经甲醇稀释后制成每种物质为10ug/mL的混合标准溶液。固相圆盘：SPD．XD（47mm）。（2）仪器设备及分析条件图5-3-6是本方法所使用的LC-MS流路系统。LC由高压双泵、自动进样器、六通阀、柱箱恒温器、二极管阵列检测器组成。以XDB－C18（150mm×2.1mm）为分离柱；XDB-C18（10mm×2.lmm）为预置柱。流动相中淋洗液A是乙睛，B是离子交换水。以10％A／B为初始流动相，线性梯度淋洗20min后，按A／B为80％的程序进行淋洗。流量均为0.2mL／min。二极管阵列检测器和ESI离子源之间用T字接口连接，其另一端以0.05mL／min的流速将1％三乙胺导入离子源。柱温为40℃，经预置柱（C-2）将待测试样中的脂溶性成分分离后直接进行测定。在使用电喷离子化（ESI）法时，干燥气体温度及流量分别是350℃和8L／min，雾化器气体压力为3.45×104Pa（50psi）。轰击碎片电压及毛细管电位电压分别是120V和4000V。电晕（Corona）电流是20uA。测定时全部使用负离子方式。质谱测量中使用总离子检测（TIM）方式，质量测定范围为m／z100-400，扫描速度0.8次扫描／s，轰击碎片电压为80V。将环境化合物的混合标准溶液（1ug/L）经适当稀释后进样，以SIM方式检测（同步时间150ms），试样定量时使用绝对量工作曲线法。三、GC-MS分析实例（一）环境水中挥发性有机化合物的分析挥发性有机化合物（VOCS）在很多国家的环保标准中，无论是对水样，还是气样（包括大气和室内气）都作为必检项目。由于其含量低（nｇ／ｇ级）,因此对样品的前处理技术要求较高。近几年在对样品的前处理这一领域发展很快，以下将分别加以综述。水样的前处理目前主要使用顶空法（headspace，HS）。顶空法中又有静态顶空（staticheadspace，SHS）法和动态顶空（dynamicheadspaceDHS）法之分。吹扫一捕集法（Purguandtrap,P＆T）是动态顶空法的延伸。由5于顶空进样器很容易实现自动化，因此和传统的化学前处理法相比，顶空法具有操作简单，分析速度快，结果重现性好等特点。静态顶空的采样和导入气相色谱的方式一般有注射器方式、压力平衡方式和样品回路方式。其分析步骤和分析条件如图5-3-3所示。图5-3-4、表5-3-1为52种挥发性有机化合物的总离子流色谱图。6典型的动态顶空法有两种。一种是先把载气吹出的挥发性目的成分吸附在捕集管上进行富集浓缩，然后热脱附（TD）进入冷凝聚（cryo-focus，CF）系统再浓缩，最后快速加热导入气相色谱。另一种是将载气吹出的挥发性目的成分直接送到冷凝聚系统浓缩，然后快速加热导入气相色谱。该系统称作柱冷捕集(wholecolumncryo-trap)。冷凝聚一快速加热法可以最大限度地发挥毛细管分析的特长。此外，固相微萃取法（solidphaseextraction，SPME）在水中挥发性有机化合物的分析中得到了应用。该方法是在特制微量注射器的针上涂上某种固定液，然后将注射器放入待测溶液，溶