吹扫-捕集气相色谱-质谱法

发布网友 发布时间：2022-04-25 00:02

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热心网友 时间：2023-10-16 09:20

方法提要

借助吹扫-捕集装置，用高纯氦 (或氮) 气将水样中低水溶性挥发性有机物吹脱出并被装有适当吸附剂的捕集阱捕集，捕集后的挥发性有机物经加温、高纯氦气反吹解析后直接导入气相色谱毛细管柱，程序升温色谱分离后质谱检测。

本方法适用于地下水、饮用水、地表水等水介质中挥发性有机物的测定。本方法可以检测的化合物见表82.7。

表82.7 分析化合物列表(含替代物和内标)

续表

待测目标物检出限与所使用的吹扫-捕集气相色谱-质谱灵敏度和样品基质等条件有关。当取 5mL 水样时，方法检出限在 0.05～0.40μg/L。

仪器

四极杆气相色谱-质谱联用仪或离子阱气相色谱-质谱联用仪。

吹扫-捕集系统 带聚 2，6-苯基对苯醚 (tenax) /硅胶/碳分子筛各为 1/3 填料制作的捕集阱。

容量瓶 50mL，带磨口塞的 A 级容量瓶。

注射器 50μL、100μL、1000μL 等注射器。

样品瓶 40mL，棕色螺旋盖 VOA 瓶，带聚四氟乙烯膜的密封垫。

气相色谱柱 能保证各待测目标物较好分离并与吹扫-捕集脱附气、质谱检测相匹配，推荐以下型号色谱柱。

色谱柱 1: DB -624 弹性石英毛细管柱，60m ×0.32mm i.d，1.8μm 膜厚;

色谱柱 2: Rtx -502.2 弹性石英毛细管柱，60m ×0.32mm i.d，1.8μm 膜厚;

色谱柱 3: HP -5、DB -5MS、SPB -5 等，30m ×0.25 或 0.32mm i.d，1.0μm 膜厚。

也可以使用其他性能相似的毛细管色谱柱。

试剂

空白试剂水 蒸馏水在高纯氮气流下煮沸 30min，冷却后 GC-MS 检测，不含或低于待测目标物检出限。

抗坏血酸。

盐酸。

甲醇农残级，不含待测目标物或浓度低于待测目标物检出限。远离其他溶剂和可能导致污染的污染源保存。

4-溴氟苯(25～50μg/mL)甲醇介质。

VOCs混合标准储备液含甲基叔丁基醚、挥发性卤代烃、苯系物、氯苯类等有机化合物混合标准储备液(表82.7)。在-18℃以下的冰箱中保存备用。

VOCs二级混合标准储备液(100μg/mL)用气密性微量注射器将VOCs混合标准储备液稀释成浓度为100μg/mL的二级标准储备液，甲醇介质，在-18℃以下冰箱中保存备用。

标准的定期校正挥发性有机物标准应定期检查，当发现与最早标准相比，偏差大于15%时应重新更新标准。

替代物标准4-溴氟苯、甲苯-d₈、二溴氟甲烷，甲醇介质。替代物浓度5～25μg/mL。吹扫-捕集前，将1μL上述替代物添加到每一个标准、空白和试样中。如果仪器灵敏度高可以减少添加量。

内标 氟苯、1，4-二氯苯-d₄等，甲醇介质。内标法定量时，内标浓度20～40μg/mL，上机分析前将内标1μL添加到标准、空白和试样溶液中。

高纯氦气、高纯氮气纯度99.999%，分别通过装有5分子筛、活性炭、硅胶的净化管净化。

样品的采集与保存

1)采样前准备。从水龙头采样:应先打开水龙头放水至水温稳定(一般10min)。调节水流速度约为200～500mL/min，从流水中采集平行样。

从开放水体采样:先用1L广口瓶或烧杯从有代表性的区域中采样，再小心把水样从广口瓶或烧杯中倒入40mLVOA样品瓶。

从地下水体采样:采用潜水泵等正压泵采样。抽水泵排水管应带有可控阀门，防止水流过猛、过大。抽水泵和套管材质应采用碳钢、不锈钢以及聚四氟乙烯等，避免管路污染。水样取样位置应在储水设施之前，并尽可能靠近水源，原则上与井位距离不超过30m。采样前应冲洗半小时以上，管中不能有气泡存在。采样管水流流速控制在200～500mL/min。待温度、pH值、电导率等水质指标稳定后开始采样。

2)采样。采集不含余氯样品和现场空白:慢慢将样品导入预先加有4滴(1+1)盐酸(防止生物降解)的40mLVOA样品瓶至瓶口形成一向上弯月面(不能溢出，若溢出需换新瓶重采)，旋即拧紧瓶盖(密封垫聚四氟乙烯膜一面对着样品)。颠倒小瓶、轻敲，检查是否有气泡。若有气泡，须重新采样。在导入样品时应避免搅动、过猛以免引起挥发性有机物逸出和空气气泡产生。样品检查合格后立刻贴上标签，标明有关信息后放入带密封条的塑料袋(平行样放在同一塑料袋中)，再迅速放入低温冷藏设备中，尽快送实验室检测。若未及时送到实验室的样品应在4℃下保存。现场空白样品与不含余氯样品采集完全相同，只是在采样前加入空白水。空白样品将随同样品采集、贮存直至分析全过程。

采集含余氯样品和现场空白:慢慢将液体导入预先加有25mg抗坏血酸的40mLVOA小瓶中，待样品瓶快充满后迅速加入4滴(1+1)盐酸，继续小心添加样品直至形成一向上的弯月面后(不能溢出，如果溢出需重新采样)，余下操作同不含余氯的样品采集。含余氯现场空白样品与样品采集完全相同，只是采集前将空白水加入样品中。空白样品将随同样品采集、贮存直至分析全过程。

3)样品保存。样品到达实验室后立即转入4℃左右冷藏设备中保存直到分析，样品贮存区不能含挥发性有机干扰物。所有样品在采集后尽快分析，保存期最长不超过14d。

4)不能在有尾气存在的地方采集或贮存样品。

分析步骤

1)标准溶液的制备。将适量空白水置于50mL容量瓶中，距定容线约为1cm处，用微量气密性注射器迅速将适量挥发性有机物标准储备液注入水中，迅速定容、加塞，上下颠倒振摇3次，放置5min后立即转移至40mLVOA瓶中保存(注意:瓶中不能有气泡)，P＆T-GC-MS测定。如果标准溶液不能及时测定，应在4℃下保存备测。水介质标准系列不稳定，每天需重新配制。

2)吹扫-捕集条件。吹扫气:高纯氮气或高纯氦气，流速30～40mL/min;样品吹扫温度40℃;样品吹扫时间10～15min;含Tenax-硅胶-碳分子筛各为1/3的捕集阱;解析预热温度180℃，解析温度190℃，解析时间1.5min;烘焙温度220℃，烘焙时间8～10min。阀温110℃，传输线温度110℃。

3)气相色谱条件。载气，高纯氦，载气流速1.30mL/min。气化室温度，190℃。分流进样，分流比10:1。柱前压，74.2kPa。程序升温，初温45℃，保持2min，以6℃/min升至150℃，再以12℃/min升至220℃，保持4min。Rtx-502.2弹性石英毛细管柱，型号60m×0.32mmi.d，1.8μm膜厚。

4)质谱条件。电离方式，电子轰击源(EI源)，电离能量70eV。离子源温度200℃，接口温度220℃。扫描方式，全扫描(FULLSCAN)或选择离子扫描(SIM)。全扫描范围45～280u，扫描时间0.45s，溶剂延迟时间3min。目标化合物定性及定量离子见表82.8。

表82.8 目标化合物特征离子表

续表

5)仪器调谐。先用全氟三丁胺(FC-43)对气相色谱-质谱仪进行自动调谐，满足全氟三丁胺(FC-43)特征离子强度标准后，继续用25ng4-溴氟苯调节仪器，使其得到的4-溴氟苯质谱扣除背景后各特征离子强度(m/z)满足表82.9的规定，否则要重新调谐质谱仪直至满足要求。每隔12h需用4-溴氟苯调节气相色谱-质谱仪，使其持续满足表82.9的规定，否则不能继续试样分析。

表82.9 4-溴氟苯质量强度准则①

6) 校准曲线。配制校准曲线前将二级标准储备液逐级稀释至适当级别标准储备液，再移取相应级别储备液配制标准曲线。初始标准至少配制5 个浓度水平的系列。推荐标准曲线最低浓度为 5 倍检出限，最高浓度与样品含量相一致，但不超过标准曲线的线性范围。地下水检测中推荐 0.00μg/L、0.40μg/L、2.00μg/L、6.00μg/L、16.0μg/L、32.0μg/L、60.0μg / L 校准系列。

由自动进样器按浓度从低到高的顺序从标准系列样品瓶中抽取 5mL 标准溶液进入吹扫-捕集装置中，同时由仪器自动添加适量的替代物标准、内标，在 40℃下吹扫、捕集、气相色谱分离、质谱检测。

7) 检测。测定前将试样和标准溶液恢复到室温。在初始校准后满足分析要求后开始试样分析。试样吹扫体积、添加替代物和内标体积等分析条件应与标准系列完全一致。标准物质总离子流色谱图见图82.1。

图82.1 挥发性有机物标准总离子流色谱图

8) 持续校正。使用空白水，二级储备液或有标准溶液生产资质供应商提供的混合标样配制一个或多个标准溶液 (推荐标准曲线中等浓度) 作为确证标准。至少每 10 个试样，或分析结束时，应用确证标准验证校准曲线，当确证标准与初始标准的相对标准偏差超过 20%时，应重新配制标准曲线系列，在正常标准与超差标准之间所测样品需在新的校准曲线下重测。

定性、定量分析

1) 定性分析。将试样待测物保留时间、扣除本底空白的质谱图与预期标准目标物保留时间、质谱图相比较并结合随机谱库进行定性分析。试样分析时间与标准分析时间相差不得超过 12h。峰高极大值对应的时间即为保留时间。

样品保留时间应在标准目标物保留时间的三倍标准偏差之内，样品分析时间与标准分析时间相差不得超过 12h。样品保留时间为色谱峰峰高极大值对应的时间。标准质谱图中相对强度大于 10%的所有特征离子应出现在样品质谱图中，样品中离子强度与标准质谱图中离子强度符合度偏差应在 20% 之内。 (例如，在标准质谱图中丰度为 50% 的一个离子，在样品质谱图中强度应在 30%～70% 之间。) 对有些重要离子 (如分子离子) ，虽然其相对强度小于 10%，也应列入评估中。

2) 定量分析。定量方法为内标法。定量均采用目标化合物定量离子的峰面积定量。以标准系列中各目标化合物峰面积与内标峰面积之比，对目标化合物浓度作图，得到该目标化合物的定量校准曲线。根据样品溶液中目标物与内标物峰面积比，由定量校准曲线得到样品溶液中该目标物浓度。目标化合物峰面积、内标峰面积和定量校准曲线可以由GC-MS 仪器工作软件自动完成或 EXCEL 工作软件处理完成。对自动积分峰面积应逐个检查各峰基线，对不合理基线进行手动修正。至少采用 5 个浓度水平的校准曲线方式定量。

校准曲线的线性相关系数必须满足R²≥0.995。

对含量接近检出限水平的试样，可以采用与其浓度相近的标准单点校正。对于含量超过标准曲线的试样应减小取样量，重新测定，使其峰面积保持在校准曲线的线性范围内。

3)计算公式。

A.响应因子法。

a.响应因子(R_F)的计算:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:A_标为各标准样品目标物定量离子峰面积;A_内标为内标物定量离子峰面积;ρ_标为各标准样品目标物浓度，μg/L;ρ_内标为内标物浓度，μg/L。

各浓度水平的平均响应因子(R_F)的RSD小于20%。

对于含量接近检出限水平的试样，可以采用与之浓度相近的单点标准响应因子校正。响应因子(R_F)计算同式(82.10)。

b.水样测定浓度计算:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:ρ_x为目标物仪器测定浓度，μg/L;A_x为各目标物定量离子峰面积;A_内标为内标物定量离子峰面积;ρ_内标为内标浓度，μg/L;R^*_F为各浓度水平的平均响应因子。

c.水样浓度计算:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:ρ_样为水样浓度，μg/L;ρ_x为目标物仪器测定浓度，μg/L;V_标为标准溶液吹扫体积，mL;V_样为样品测定体积，mL。

B.线性回归方程法。

a.线性方程的回归。测定标准系列，利用GC-MS仪器工作软件或EXCEL工作软件建立线性回归方程:

岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术

式中:y为待测目标物定量离子峰面积与内标定量离子峰面积之比;ρ_x为样品中目标物测定浓度;b为回归方程截距，表示了与线性回归的偏差。k为回归系数，表示标准样品每变化一个浓度单位，标准样品定量离子峰面积与内标定量离子峰面积之比的平均变化单位数，反映了仪器和方法灵敏度。

b.水样测定浓度。测定水样，得到水样中定量离子的峰面积及样品内标峰面积，将试样的定量离子峰面积与内标峰面积的比带入方程(82.14)计算出样品测定浓度ρ_x。

c.样品浓度计算。计算公式同方程(82.13)。

方法性能指标

方法检出限定义为地下水样品添加检出限附近浓度的标准物质后按实际样品进行吹扫-捕集气相色谱-质谱测定，以3倍噪声水平的信号所对应的浓度为检出限。方法检出限为多次测量的平均值。全扫描检测方法检出限参见表82.10。在实际检测中方法检出限更大程度依赖于仪器灵敏度和样品基体。线性范围、相关系数见表82.10。地下水样品基体加标回收率见表82.11。选择离子检测方法的检上限和线性范围见表82.12。

表82.10 全扫描检测方法(定量离子定量)检出限及线性范围

表82.11 基体加标回收率

表82.12 选择离子检测方法检出限及线性范围

质量控制

替代物标准回收率控制限见表82.13。

表82.13 替代物标准回收率控制限值

注意事项

1)检测过程中的污染主要可能来源于实验室内产生的挥发性有机物、非聚四氟乙烯管路、吹扫气不纯和捕集阱。试剂空白分析和校准可以反映污染的存在。如果发现空白中存在待测组分，应更换吹扫气和再生分子筛净化管。不能从检测组分中减空白的办法来校正。如果实验室报出了未经校正而有明显存在空白污染的检测结果时，应在检测报告中予以相应说明。

2)如果分析高浓度样品后接着分析低浓度样品会造成低浓度样品污染，分析结果失真。应在分析高浓度样品后分析一个或多个空白样品，防止样品间的交叉污染和记忆效应。如果分析低浓度样品后分析高浓度样品，则不会造成高浓度样品污染。

3)特别注意分析二氯甲烷时环境带来的污染，二氯甲烷有很强的穿透性，在样品采集、运输、储存时应避免或远离二氯甲烷污染源，来自高浓度实验室的工作服都有可能带来污染。

4)在样品运输和储存过程中，由于挥发性有机物(特别是氟代烃和二氯甲烷)的扩散作用可能造成污染物渗透过样品瓶的密封垫进入样品或高浓度样品从内扩散到外面造成其他样品污染等。因此每个样品需用塑料袋封装保存或在塑料袋加入一定量活性炭，并采集现场空白监测此类污染。