Dirk Krumwiede, Hans-Joachim Huebschmann,

Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany

 

TSQ Quantum XLS，dl-PCBs, 食品安全, 同位素稀釋,PCBs,SRM,WHOPCBs

 

多氯聯(lián)苯 (PCBs) 是一類耐用性極強(qiáng)的工業(yè)化學(xué)品，主要用于變壓器、電容器、油墨、涂料、農(nóng)藥、粉塵控制，以及絕緣液體的制造。據(jù)估計(jì)，全球的PCBs 總產(chǎn)量已達(dá)一百五十萬噸。在1930 至1977 年間，美國是多氯聯(lián)苯單一最大生產(chǎn)國，生產(chǎn)了超過六十萬噸的PCBs。歐洲區(qū)緊隨其后，至1984 年的產(chǎn)出為四十五萬噸。

 

多氯聯(lián)苯包括209 種不同的單體（同系物），對(duì)健康有不同的影響。雖然美國早在1977 年就禁止生產(chǎn)PCBs，用PCBs 制造的產(chǎn)品卻仍然在使用。由于多氯聯(lián)苯在環(huán)境中降解緩慢，所以它們可以被氣流帶到了地球的各個(gè)角落。PCBs 已經(jīng)污染了地球上所有動(dòng)物及人類的身體。

 

《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》將PCBs 列為世界上已知對(duì)人體和環(huán)境有害的十二種最危險(xiǎn)的化合物之一。盡管體內(nèi)二惡英水平在緩慢穩(wěn)定的下降，反映出多種防止擴(kuò)散的努力總的來說取得了一定效果，然而PCBs 污染水平在全球來講預(yù)計(jì)不會(huì)發(fā)生變化 (2007 東京二惡英研討會(huì))。對(duì)二惡英水平的監(jiān)測(cè)作為斯德哥爾摩公約的工作項(xiàng)目還將繼續(xù)多年，會(huì)涉及大量樣品的采集，尤其是對(duì)于危險(xiǎn)的類二惡英PCBs（dl-PCB) 來說。值得一提的是共面dl-PCB，即非間位取代的PCB，由于具有與2,3,7,8-TCDD 類似的毒性，成為食品安全控制的焦點(diǎn)。dl-PCBs 也對(duì)樣品毒性當(dāng)量（TEQ）值有顯著貢獻(xiàn)。

 

本應(yīng)用文章詳細(xì)記錄了一種使用Thermo Scientific TSQ Quantum XLS 三重四極桿質(zhì)譜儀，對(duì)環(huán)境、食品和生物樣品中的PCB 進(jìn)行定量分析的快速、可靠，并且具有高選擇性的痕量篩查方法。本方法的分析策略近似于美國國家環(huán)境保護(hù)局（USEPA）已建立的方法1668A。

 

由于分析響應(yīng)有差異，每種氯代物都是根據(jù)各自同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)化合物進(jìn)行定量。這樣保證了最佳的分析準(zhǔn)確性和同類化合物相似性。內(nèi)標(biāo)化合物用13C 對(duì)聯(lián)苯骨架進(jìn)行了標(biāo)記，共計(jì)十二個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)。13C 標(biāo)記的PCB 被加入到樣品中，以保證在分析過程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的鑒定并對(duì)原始（未標(biāo)記）化合物濃度進(jìn)行校正。

 

該方法通常被稱為“同位素稀釋定量法”。本文在IUPAC同類編號(hào)后面加“L" 來表示標(biāo)記的化合物；例如101L 表示五氯聯(lián)苯同類物101 帶同位素標(biāo)記的形式。

 

樣品分析是利用 TSQ Quantum XLSTM GC-MS/MS 系統(tǒng)進(jìn)行的, 本系統(tǒng)配備了Thermo Scientific TRACE GC Ultra 氣相色譜儀。 TRACE GC UltraTM 配置了分流/ 不分流進(jìn)樣口，進(jìn)樣器采用的是 Thermo Scientific TriPlus AS 液態(tài)自動(dòng)進(jìn)樣器。毛細(xì)管柱采用的是30 米長(zhǎng)的Thermo Scientific TRACE TRDioxin 5MS 柱 (5% 苯基薄膜)，內(nèi)徑為 0.25 mm，薄膜厚度為0.10 μm。表一記錄了氣相色譜、自動(dòng)進(jìn)樣器，和質(zhì)譜儀的各項(xiàng)參數(shù)。

 

表1. TSQ Quantum XLS、TRACE GC Ultra，及TriPlus 自動(dòng)進(jìn)樣器儀器設(shè)置

 

USEPA 方法1668 描述了一種測(cè)定PCB 同類物的方法�！璠 方法 1668] 是由美國國家環(huán)境保護(hù)局的(EPA) 科學(xué)與技術(shù)辦公室開發(fā)的，專門針對(duì)世界衛(wèi)生組織（WHO) 指定的劇毒多氯聯(lián)苯（PCB) 同類物的特異性檢測(cè)方法。方法1668 的修正稿A 里已經(jīng)包含了超過150 種氯代聯(lián)苯（CB）同類物的特異性檢測(cè)方法。有毒PCB 以及氯代PCB 的起始和終止水平是用同位素稀釋高分辨氣相色譜/ 高分辨質(zhì)譜(HRGC/HRMS) 測(cè)定的。其它CB 用的是內(nèi)標(biāo)法HRGC/HRMS。方法1668A 適用于水相、固相、組織，以及多相樣品基質(zhì)。

 

本應(yīng)用使用了商用EPA 1668 標(biāo)準(zhǔn)品 （加拿大安大略省貴湖市惠靈頓）。68A-CVS 是USEPA 方法1668 修正稿A，HRGC/HRMS 方法常用的校準(zhǔn)溶液。每個(gè)PCB 氯代度的所有內(nèi)標(biāo)(ISTD) 都是含12 個(gè)13C 標(biāo)記的相似物。樣品和內(nèi)標(biāo)的處理以及分析策略完全遵照EPA 方法1668A 執(zhí)行。

 

雖然USEPA 方法1668 要求被分析物是“... 經(jīng)氣相色譜分離并由高分辨(R 10,000) 質(zhì)譜儀檢出， [ 且包含] 兩個(gè)準(zhǔn)確質(zhì)荷比值…并且在提前確定的保留時(shí)間窗口中從頭到尾對(duì)每個(gè)氯代水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)”，本應(yīng)用文章發(fā)展的方法實(shí)際上是利用了三重四極桿質(zhì)譜儀作為HRMS 的替代方案，TSQ Quantum XLS 的四極桿為雙曲面四級(jí)桿，能夠有效提高選擇性。根據(jù)歐盟委員會(huì)指令96/23/EC 中有關(guān)分析方法表現(xiàn)的排名，GC-MS/MS 方法的識(shí)別點(diǎn)數(shù)與HRMS 相似或更高，尤其是當(dāng)使用基于MS/MS 的獨(dú)立離子對(duì)時(shí)（表2）。

 

表2. GC/MS 分析方法獲得的識(shí)別點(diǎn)數(shù)范例 (n = 整數(shù))。

* 標(biāo)識(shí)的為本文所述方法。

 

根據(jù)歐盟委員會(huì)指令96/23/EC，有機(jī)物殘留或污染物適用的確認(rèn)方法必須是基于全掃技術(shù)或“若方法不記錄全掃譜圖，則需要至少四個(gè)識(shí)別點(diǎn)（多氯聯(lián)苯，二惡英，呋喃等）”，即常見的目標(biāo)化合物多離子檢測(cè)方法（MID）。

 

通過使用來自兩個(gè)PCB 一級(jí)離子的二級(jí)質(zhì)譜離子對(duì)，并為每個(gè)氯代度都進(jìn)行特異性的子離子檢測(cè)，本方法的測(cè)量體系遵循了歐盟委員會(huì)指令96/23/EC，并為每種PCB 單體化合物提供了5 個(gè)識(shí)別點(diǎn)。

 

我們監(jiān)測(cè)的是基于分子離子 (12C12H10-x 35Clx) 相對(duì)于 37Cl 同位素即 (12C12 H10-x 35Clx-1 37Cl) 經(jīng)碰撞誘導(dǎo)解離(CID) 碎裂過程形成的丟失了兩個(gè)氯的二級(jí)離子的離子對(duì)（表3）。同位素內(nèi)標(biāo)也用相同方法檢測(cè)，不過，由于含有12 個(gè)13C 標(biāo)記，所以有12 道爾頓的質(zhì)量位移。

 

表3. PCB 的SRM 數(shù)據(jù)采集體系，對(duì)每個(gè)一級(jí)離子都進(jìn)行兩個(gè)子離子的MID 檢測(cè)。PCB 的名稱術(shù)語采自EPA 方法1668，并反映了氯代水平。

 

需要注明的是，在選擇一級(jí)離子時(shí)，只有單一同位素的HxCB 的分子離子M+，例如m/z 357.80 C12H4

35Cl6 ，會(huì)生成特異性的二級(jí)離子。同位素峰中的下一個(gè)離子，m/z 359.80，攜帶一個(gè)37Cl，統(tǒng)計(jì)上來說會(huì)生成兩個(gè)二級(jí)離子，其中只有一個(gè)帶有37Cl。這種同位素效應(yīng)導(dǎo)致二級(jí)離子豐度會(huì)隨著氯代程度升高而降低。

 

選擇離子監(jiān)測(cè) (SRM) 模式下的分析序列使用了六個(gè) (6) 保留時(shí)間窗口以及有重疊的質(zhì)量區(qū)間來檢測(cè)所有十個(gè)氯代程度(LOC)。 除了時(shí)段1，總要有兩個(gè)氯代程度是被平行監(jiān)測(cè)的。這種設(shè)置是由于相鄰氯代程度的PCB 同類物總是交替洗脫的。每個(gè)SRM 分析時(shí)段里進(jìn)行分析的質(zhì)量數(shù)之多顯示出TSQ Quantum XLS 在進(jìn)行多組分平行檢測(cè)任務(wù)時(shí)的能達(dá)到的速度和容量。表4 和5 詳細(xì)列出了SRM 時(shí)段和設(shè)置。

 

圖1. 一個(gè)PCB 標(biāo)準(zhǔn)品從一氯代到五氯代PCB 的提取離子色譜圖（柱上1 pg）

 

圖2. 一個(gè)PCB 標(biāo)準(zhǔn)品從六氯代到十氯代PCB 的提取離子色譜圖（柱上1 pg）

 

圖3. 標(biāo)樣中的五氯-PCB 同類物，用兩個(gè)獨(dú)立的SRM 離子對(duì)分別檢測(cè)目標(biāo)化合物（上圖）和同位素標(biāo)記的（下圖）PCB 同類物104, 123, 118, 114, 105, 126。ISTD 譜圖也顯示出101L 和111L 成分。

 

所有PCB 同系物的每個(gè)氯代化合物都通過兩個(gè)獨(dú)立的SRM 離子對(duì)進(jìn)行檢測(cè)。每個(gè)離子對(duì)使用分子離子的不同氯同位素峰作為一級(jí)離子。數(shù)據(jù)采集是根據(jù)表4 和5 中列出的SRM 詳表進(jìn)行的。TSQ Quantum XLS 得到的MS/MS 結(jié)果如圖1 和2 所示。圖1 列出了從一氯代到五氯代PCB 的譜圖，而圖2 列出了從六氯代到十氯代聯(lián)二苯的譜圖。這些結(jié)果是使用表3 中列出的SRM 離子對(duì)參數(shù)得到的。圖1 和2 中的質(zhì)譜圖使用了每個(gè)化合物豐度最高的一級(jí)離子來示明氯代度的順序。所有同類物都能用每個(gè)SRM 離子對(duì)實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)的檢測(cè)。觀察到的信號(hào)豐度的降低是由于當(dāng)進(jìn)樣量為柱上1 pg 時(shí)，PCB 分子離子的同位素峰濃度根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律產(chǎn)生的降低。

 

圖3 比較了一個(gè)氯代度的兩個(gè)獨(dú)立SRM 離子對(duì)。頂部的質(zhì)譜圖代表源于未標(biāo)記的五氯代PCB 同類物的質(zhì)荷比為323.90 和325.90 的一級(jí)離子，而底部質(zhì)譜圖則是同位素標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)化合物（質(zhì)荷比為335.92 和 337.92 的一級(jí)離子）。這一比較證明了不同SRM離子對(duì)之間譜圖是高度吻合的，從而支持了對(duì)PCB 的識(shí)別的可靠性。

 

TSQ Quantum XLS 三重四極桿質(zhì)譜儀在標(biāo)準(zhǔn)分辨率模式下（0.7 Da 峰寬）得到的這些SRM 質(zhì)譜圖與利用氣相色譜和高分辨質(zhì)譜儀（GC-HRMS）得到的數(shù)據(jù)顯示出很好的相關(guān)度。 如圖3 所示的五氯代PCB 的情況，通過使用基于兩個(gè)不同一級(jí)離子的獨(dú)立離子對(duì)，本TSQ Quantum XLS 方法能夠達(dá)到歐盟指令所要求的高確定性。 而即便在每個(gè)SRM 窗口中都平行監(jiān)測(cè)兩個(gè)氯代度時(shí)，TSQ Quantum XLS 分析器的高運(yùn)行速度也能為每個(gè)色譜峰提供至少6 到8 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這使得色譜峰的積分和定量的結(jié)果都十分可靠。

 

圖4. 血液樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖5. 牛奶樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖6. 蛋黃樣品中dl- 五氯代PCB

 

圖7. 綠卷心菜樣品中dl- 五氯代PCB

 

 

經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)，樣品中的PCB 濃度水平大致在中等含量飛克(fg) 至低含量皮克(pg) 區(qū)間。 未標(biāo)記PCB 的檢出濃度為 0.2 和1.0 pg/μL，所有加入的13C 標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)濃度為100 pg/μL。TSQ Quantum XLS 的選擇性實(shí)質(zhì)上消除了背景干擾，可以獲得較低的方法檢出限，和可靠的定量結(jié)果，和化合物的準(zhǔn)確鑒定。

 

Thermo Scientific TSQ Quantum XLS 有利于復(fù)雜基質(zhì)樣品中低含量PCB 的篩查和定量，并能夠提供高度可靠的結(jié)果。本分析方法遵循USEPA 方法1668A，使用了同位素稀釋定量法。對(duì)復(fù)雜基質(zhì)樣品的檢測(cè)結(jié)果所示，加入13C- 標(biāo)記的內(nèi)標(biāo)組分能夠?qū)崿F(xiàn)高度可靠的檢出。

 

確證方法提供了被分析物的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息。擁有獨(dú)特雙曲面四極桿技術(shù)的TSQ Quantum XLS 為包括雞蛋、牛奶、卷心菜和血液等復(fù)雜基質(zhì)中低含量PCB 樣品的檢測(cè)提供了無與倫比的高選擇性。在H-SRM 模式下運(yùn)行TSQ Quantum XLS 時(shí)，能夠觀察到在使用高分辨質(zhì)譜儀（如扇形磁場(chǎng)質(zhì)譜儀）時(shí)觀察到的PCB 典型分布模式。

 

本方法提出的使用兩個(gè)一級(jí)離子并檢測(cè)不同SRM 離子對(duì)的MS/MS 測(cè)量方法，是在各種復(fù)雜基質(zhì)中篩查PCB 的有效解決方案。對(duì)于食品管控來說，配備TSQ Quantum XLS的 GC-MS/MS 超出當(dāng)前歐盟指令至少四個(gè)識(shí)別點(diǎn)，本文描述的方法提供了五個(gè)識(shí)別點(diǎn)。

 

對(duì)第三方及政府監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室來說，TSQ Quantum XLS 同樣能夠提供復(fù)雜基質(zhì)樣品高樣品通量的高生產(chǎn)率方案。因?yàn)槭褂昧撕?jiǎn)便的樣品前處理方法，TSQ Quantum XLS 在為PCB痕量分析提供無與倫比的分析表現(xiàn)，同時(shí)還有附加的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

 

1. General information about PCBs, see www.wikipedia.org

2. Fiedler, H., Polychlorinated Biphenyls (PCBs): Uses and Environmental Releases, UNEP Persistent Organic Pollutants.www.chem.unep.ch/pops/POPs_Inc/proceedings/bangkok/FIEDLER1.html

3. Turner, W.E.; Welch, S.M.; et al., Instrumental approaches for improving the detection limit for selected PCDD congeners in samples from the general U.S. population as background levels

continue to decline, Proceedings of the Dioxin Conference, Oslo 2006.

4. Method 1668, Revision A: Chlorinated Biphenyl Congeners in Water, Soil, Sediment, and Tissue by HRGC/HRMS, United States Environmental Protection Agency, Office of Water, EPA No. EPA-821-R-00-002, December 1999

5. EU Commission Directive 96/23/EC concerning the performance of analytical methods and the interpretation of results, 12 August 2002, see http://eur-lex.europa.eu

 

本文中用到了以下縮寫：

MoCB = 一氯代聯(lián)二苯

DiCB = 二氯代聯(lián)二苯

TrCB = 三氯代聯(lián)二苯

TeCB = 四氯代聯(lián)二苯

PeCB = 五氯代聯(lián)二苯

HxCB = 六氯代聯(lián)二苯

HpCB = 七氯代聯(lián)二苯

OcCB = 八氯代聯(lián)二苯

NoCB = 九氯代聯(lián)二苯

DeCB = 十二氯代聯(lián)二苯

同類物編號(hào)后面加“L" 表示標(biāo)記的化合物。

 

表 4. TSQ Quantum XLS H-SRM 分析時(shí)段

 

表5. 采集時(shí)段1至6的每個(gè)SRM參數(shù)

 

原始數(shù)據(jù)采集使用Thermo Scientific TSQ Quantum GC。Thermo Scientific Quantum XLS 的表現(xiàn)通常達(dá)到或超過這些結(jié)果。