1、 本科毕业论文 文献综述 环境科学 液相色谱 -质谱联用技术在环境分析中的应用 摘要 ：色谱和质谱联用技术是对复杂样品进行定性、定量分析的有力工具。本文对液相色谱 -质谱法进行了简要介绍并综述了液相色谱 -质谱联用技术在大气、土壤和水体等环境中存在的痕量危害污染物的应用。最后，在现有的研究应用基础上对液相色谱 -质谱法作了总结和展望。 关键词： 液相色谱 -质谱；环境；应用 引言 由于化学工业的发展和天然化合物的开发 ， 环境污染变得越来越严重。据报道现在被确认危害环境的污染物已超过 350 种 ， 如环境激素、多环芳烃、酚类、多环联苯 、邻苯二甲酸酯类、抗生素、 POPS 物质、有机农药、除
2、草剂等。这些污染物会通过一些途径转化到水、空气、污泥、鱼、禽体内 1。通过食物链 ， 即使是痕量的污染物也会危害人类健康。对于不易挥发、受热易分解、强极性污染物的分离检测液相色谱法显示出了明显的优越性 2。而色谱和质谱联用技术是对复杂样品进行定性、定量分析的有力工具，本文主要介绍液相色谱 -质谱联用技术 ( LC -MS)对环境中的这类化合物进行测定的应用研究。 1. 液相色谱 -质谱法的简介 液相色谱法就是用液体作为流动相，基于混合物中各组分对两相亲和力的差别进行分 离的色谱法， 20 世纪 60 年代末期，在经典液相色谱法和气相色谱法的基础上 ， 发展了一种比较成熟而且具有巨大潜力的新型分
3、析技术，高效液相色谱 （ High Performance Liquid Chromatography， HPLC）， 可对绝大多数有机化合物药物进行分离测定 3。 液相色谱是分离混合物的有效方法，但难以得到结构信息，主要靠与标样对比来达到未知物结构的推定，质谱法提供了丰富的结构信息，色谱 -质谱的结合，使两者优势互补，成为分离和鉴定未知混合物的理想手段。液相色谱 -质谱联用方法是二十世纪八十年代发展 起来的分析方法，它结合了高效液相色谱的高分离性能与质谱检测器的高灵敏度，渐渐成为强有力的分离分析工具。常见液相色谱-质谱 （ LC-MS） 实际是指 HPLC-MS 即高效液相色谱和质谱联机技术
4、 4。 LC-MS 是高效简便对有机物进行定性定量的方法，具有较高的灵敏度和选择性、几乎通用的多残留检测能力，以及简化样品检测前净化过程等优点。 2. 液相色谱 -质谱联用在环境中的应用 2.1 环境样品的预处理 由于环境样品基体复杂、环境样品中的有害物质浓度低、组分复杂、干扰物质多、同种元素以多相形式存在、易受环境影响而变化等特点，通 常都要经过复杂的前处理后才能进行液相色谱分析测定 3,5。 2.1.1 大气环境样品的预处理 大气中的样品，以玻璃纤维滤膜作为固体吸附剂用大气采样器进行大气采样。采样后取出滤膜，用有机溶剂甲醇、二氯甲烷或正庚烷吸收液浸泡后进行超声波提取被测物质（甲醇挥发性小可
5、直接进入色谱分析，所以一般选择甲醇）。由于大气基质复杂，在测定前还需用小粒径硅胶层薄层层析对待测组分进行有效预分离 6。 2.1.2 土壤环境样品的预处理 对于土壤样品中的预处理，其方法与大气样品相差无几，通常采样后将土样晾干，用二氯甲烷或石油醚 /丙酮 （ 3/1， v/v） 或丙酮 /二氯甲烷 （ 1/1,v/v） 等有机物（提取物质不同可能溶剂不同）作有机溶剂索氏或超声波萃取待测物，抽提取液浓缩后，用经典氧化铝 -硅胶柱净化预分离 6。 2.1.3 水体环境样品的预处理 对于环境水样，目前最为广泛应用的样品前处理方法是液 -液萃取法，美国EPA 测定标准方法的基本步骤是取适量水样，以二氯
6、甲烷萃取，萃取后采取液经无水硫酸钠干燥后浓缩质 1mL，加入 50mL 正己烷再浓缩至 1mL，最后用有机溶剂定容进样 。但近年来开发了较多的新型固相萃取和固相微萃取的前处理方法，目前固相萃取技术已 有取代液 -液萃取的趋势。其一般步骤为将液态样品带入活化后的固相萃取柱里，利用真空或加压方式使样品进入固定相后，洗脱液进行洗脱处理后定容待测。固相萃取采用的固定相一般与液相色谱常用的固定相相同 6。 2.2 液相色谱 -质谱在环境中的应用 液相色谱 -质谱联用技术应用于环境中的研究主要是用于痕量污染物的鉴别分析和污染物在环境中转化机制的研究。包括研究了不同介质环境中不同类别的农药、除草剂、药物和内
7、分泌干扰素（ EDC）类物质及它们在环境中的代谢降解物 。 EDC 种类繁多，包括环境激素、烷基酚、多氯联苯等。 液相色谱 -质 谱法在应用时色谱和质谱的条件选择至关重要。高效液相色谱的条件关键在于色谱柱、高压泵、梯度洗脱程序和检测器的选择。质谱仪的条件在于色谱和质谱的接口连接问题和质谱扫描模式的选择 7。色谱柱的选择原则是应具有耐高压、耐腐蚀、抗氧化、密封不漏液和柱内死体积小等特点。在不同的物质测定中，不同的研究者 8-11应用液质联用时所选择的色谱柱一般以不同型号的 C18 色谱柱为主。流动相的选择一般与所用的检测器有关，与键合相色谱也有关。一般在正向色谱中，流动相为己烷加优选溶剂（乙醚或
8、甲基叔丁基醚），在反向键合相色谱中，流动相 为水加优选溶剂（甲醇、乙腈和四氢呋喃）。对高压泵的要求原则是供液恒定、死体积小、密封性能好。梯度程序的选择根据不同的测定物质浓度和极性会有所不同，但总体原则是能够提高分离度、缩短分析时间和改善峰形等。高效液相色谱法的检测器有紫外检测器和荧光检测器，一般运用紫外检测器。色谱与质谱的连接接口一般情况下选择大气压电离技术 （ API） ，多重反应离子检测的质谱扫描方式。 2.2.1 在大气中的应用 目前我国利用液相色谱 -质谱联用技术在大气中的应用研究检测报告还不多。 全氟类化合物 （ PFCS） 12是一类持久性有机污染物 （ POPS）使用后在环境和生
9、物体内的最终分解产物主要是全氟辛烷磺酸（ PFOS），它会抑制生物免疫系统。 杨运云、邓洁薇等 13参照 EPA 环境空气中痕量 POPS物质样品采集技术建立了以加速溶剂萃取（萃取剂为甲醇：丙酮 （ 1:1， v/v）为样品预处理方法在温度100，压力 15MPa 条件下静态萃取 10min（萃取 3 次） 浓缩氮吹后甲醇定容。0.05mol/L乙酸铵和乙腈为流动相，梯度洗脱条件为 0-20min， 40%乙腈、 2-10min，40%-95%乙腈、 10-12min， 95%乙腈进行洗脱程序，电喷雾负离子检测 模式，在多重反应离子检测的质谱扫描方式下进入高效液相色谱串联质谱仪测定环境空气样品
10、中痕量的全氟化合物。结果在 12min内可以实现 7 种 PFCS的良好分离。结果表明在实际空气样品中检测的 7 种 PFCS中 PFOS 含量最高， PFOA 次之。 2.2.2 在土壤中的应用 莠去津是种应用广泛的除草剂，进入环境后即使在痕量水平下也会对生物内分泌系统造成危害，任晋、蒋可等 14将土壤样品晾干后称取 5-10g土样，用双蒸水超声波提取 3 次，离心过滤后合并提取液经 HCl调节 pH 至 1.5 后注入以甲醇和水活化的 MCX 固相柱，用双蒸水和 甲醇淋洗后，氨水甲醇液洗脱，洗脱液氮吹浓缩定容。乙腈和水作为流动相，梯度洗脱条件在 0min， 10%乙腈、 0-5min，10
11、%-20%乙腈、 5-20min， 20%-80%乙腈方式下， UV 检测器波长 220nm 的色谱条件和正离子连续扫描，质荷比在 100-300 的质谱条件下检测河北张家口的农田土样中的莠去津及其降解产物。 结果中莠去津浓度 98.8g/g， EDA51.4g/g，DIA20.1g/g。 四溴双酚 -A 被认为是一种潜在的内分泌干扰物，由于其具有低水溶性和较高辛醇 -水分配系数，会与土壤中某些有机体结合或沉 积于水体底泥中。彭浩等 15的研究将采集的土壤样品阴干后称取 30g，用 200mL正己烷索氏提取 18h，提取液经 0.45 m 过滤后用旋转蒸发仪浓缩，过预先用二氯甲烷和甲醇处理的
12、C18固相萃取住，用 6mL甲醇洗脱后氮吹浓缩和甲醇定容。经 Shim-pack VP-ODS 色谱柱，柱温 40，甲醇和去离子水（ 80:20， v/v）为流动相进行梯度洗脱，二极管阵列检测器波长 209nm 色谱条件下和电喷雾负离子扫描、质荷比 250-650 质谱条件下进样测定该土样中痕量 TBBP-A。该方法检出限为 6pg/g，其精密度和准确度符 合土壤环境中 TBBP-A 的检测要求。 2.2.3 在环境水体中的应用 液相色谱法不只用于测定空气中的全氟化合物，也有学者用于测定进入水环境的污水中的全氟化合物。有研究者 16将污水处理场的样品经过离心后过0.45m滤膜过滤，取过滤后的水
13、样添加 5ng的 13C8-PF0A 和 13C4-PFOS 充分混合后过经 0.1%氨水 /甲醇溶液和水活化的 Oasis WAX 固相柱，进入柱后用25mmol/L 的醋酸钠缓冲液净化， 0.1%氨水甲醇溶液洗脱，氮吹后定容。水样处理后进入色谱柱为 X-Terra MS C18柱， 流动相为 25mmol/L的醋酸钠和甲醇，在洗脱程序为 0-0.8min， 10-60%醋酸铵、 0.8-12.8min， 60%-100%醋酸铵、12.8-14.3min， 100%-10%醋酸铵、 14.3-22.3min， 10%醋酸铵的色谱条件和电喷雾负离子模式，多反应检测模式扫描方式的质谱条件下测定天
14、津某处理厂的C4-C12 不同链长的全氟化合物的分析。结果中 PFOA 浓度最高， PFHPA， PFHXA，PFPeA， PFBA 浓度也较高，而 PFDOA， PFUnA， PFDA， PFNA 浓度较低。 微囊藻毒素是种在污染水体现象的蓝藻水 华中出现频率高、产生量高、危害严重的藻毒素，进入生物后使哺乳动物引发各种肝脏疾病。陆伯益等 17将获得的水样 10mL经 0.45 m 滤膜过滤后加入 100L的脑啡汰标液混合，经过甲醇和水活化的 HLB 柱，用 3mL水和 5mL20%甲醇溶液洗涤后， 5mL甲醇洗脱后氮吹后 50%甲醇水溶液定容至 1mL。进样于 Waters Symmetry
15、300 C18 色谱柱， 0.2%甲酸水溶液 A 和 0.2%甲酸 B 的甲醇溶液为流动相，梯度程序为 0-12min，55%-90%B、 12-12.5min， 90%-100%B、 12.5-15min， 100%B保持、 15-15.1min，100%-55%B 的色谱条件和离子源温度为 100的电喷雾正离子模式，三重四级杆质谱的多反应监测条件下检测污染水体。结果表明水中 MC 主要以 RR 和 LR占大多数， MC-LR 占 15.9%， LW 和 LF 几乎不存在。 大量多品种的除草剂在田间使用后，除小部分起除草作用，很大一部分散落或迁移在地表水中，成为持久性除草剂残留物的储藏所，进
16、入水体后不只污染水体，还会导致生物死亡。杨立芳 18取污染水样 200mL过 0.45 m 滤膜过滤后经过甲醇和水活化的 C18 萃取小柱，并用平稳的氮气 抽吸 10min使待测组分富集在固相萃取柱上，用 2mL 乙腈两次洗脱，洗脱液待测。进样于 Agilent ZORBAX SB-C18 色谱柱，流动相为 0.001%甲酸的水溶液 A 和乙腈 B，梯度洗脱程序为0-2min， 10%-10%B、 2-15min， 10%-70%B、 15-15.1min， 70%-10%B、 15.1-20min，10%-10%B的色谱条件电喷雾正离子源扫描模式质谱条件下 测定水中莠去津、扑草津、西玛津、绿
17、麦隆、异丙隆等五种除草剂。 抗生素主要应用于人和动物的疾病治疗，但大部分不能被充分吸收而随排泄物、医 药废物以及饲料投放进入水环境中，从而增加了环境安全和生态健康风险。叶赛等 19用液液萃取法重复萃取海水两次提取水中氯霉素，以甲醇：水 （ 80:20）为流动相的色谱条件和电喷雾离子源负离子模式质谱条件进入 HPLC-MS测定分析。高立红等 20用 HLB固相萃取对湖水、河水的环境水样中的抗生素进行富集、净化，然后用色谱流动相为甲醇 -乙腈 （ 1:1.v/v） 和 0.3 甲酸水溶液 （含 0.1%甲酸铵） ，电喷雾正离子扫描、多反应监测模式色谱 -质谱法对水样中的 22 种抗生素进行了测定。
18、孙广大等 21也以 HLB 固相萃取柱富集净 化后用甲醇洗脱，以甲酸乙腈和含乙酸铵的甲酸水溶液为流动相的超高压液相色谱 -串联质谱仪多反应监测离子模式定性、定量分析河水中的 4 种四环素和 6 种喹诺酮类抗生素。 2.3 小结 由以上可知，不管其环境基质是大气环境、水体环境还是土壤环境，现研究中常用的环境样品预处理方法还是以 HLB固相萃取方法为主，固相萃取 -高效液相色谱联用新型分析技术已经获得了一定发展，其具有方便快速、节约样品溶液和溶剂、易于实现自动化、分析精密度好等优点。高效液相色谱与质谱联用时其连接接口主要是用大气压电离技术 （ API） 其中 的电喷雾方式。 3. 总结 和展望 现
19、如今，环境中存在越来越多的潜在危险人工合成有机物，为避免对人类造成危害以及引起人类的关注，对它们的测定刻不容缓。对于这些分子量大、挥发性低、热稳定性差的有机化合物，液相色谱法显示了其独到的优势，成为测定这类化合物的常用分析方法，并取得了一定的发展。而且在研究应用过程中为了使其更好的定量化通常会与质谱系统联用于实际中。在科技的发展和知识的壮大下，更好更高效的液相色谱系统也在不断的完善和发展中，如超高效液相色谱技术，也有研究者已将超高效液相色谱和质谱联用技术应用于实际中。但 UPLC 也存在局限性，当其小 填料色谱柱在非常高压条件下操作时，剧烈的摩擦和溶剂的耐压性会在实际应用中受到限制 7，所以在
20、接下来的研究中在不降低分离效果和分析速度的条件下克服其缺点可 成为新的研究方向，使 UPLC 或 UPLC 联合其他技术可以更方便有效的应用于环境分析中。 参考文献 1王静 ,庞晓露 ,刘劲松等 .液相色谱 /质谱联用技术在环境科学中的应用 R.第十五次全国色谱学术报告会文集 ,2005:524-525. 2 卢彦 , 余利军 , 李崇瑛 . 水样中农药残留的液相色谱检测 J. 广东微量元素科学 ,2005,12(11):11-17. 3李广水 ,汤慧兰 . HPLC 技术在环境监测中的应用进展 J.江西化工 ,2005(4):18-20. 4 赖闻玲 , 陈京才 . 液相色谱 - 电喷雾电离
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