气溶胶颗粒中SVOC的筛选

文/徐婷婷 李想 许士奋 谌凯

气溶胶颗粒中SVOC的筛选

文/徐婷婷 李想 许士奋 谌凯

使用GC/Q-TOF系统对气溶胶颗粒上的SVOC进行筛选

气溶胶颗粒上吸附的有机化合物组成能够为气雾剂的空气污染研究提供重要线索。将Agilent 7200系列精确质量数GC/Q-TOF MS的全采集电子电离 (EI)模式与 Agilent MassHunter软件工具相结合，能够得到一种用于筛选复杂颗粒提取物中多种化合物的非靶向工作流程。本文使用EI-MS/MS功能根据子离子碎片的精确质量数来研究未知化合物的结构。

半挥发性有机化合物(SVOC)具有多种分子结构，与气溶胶颗粒的形成及其对健康的影响息息相关。由于人们对微小气溶胶颗粒引起污染的关注度日益增长，且颗粒吸附的有机化合物日益多样化，因此对SVOC进行筛选逐渐成为一项要求日益严格的复杂任务，需要采用高选择性、高灵敏度的非靶向工作流程进行数据分析。一种使用四极杆飞行时间质谱(Q-TOF)分析气溶胶颗粒有机物含量的精确质量数方法提供了更可靠的鉴定结果，并能够同时筛选几乎无限数量的SVOC。它提供的理想分析工具可用于筛选和确证复杂气溶胶颗粒提取物中的目标化合物及未知化合物。

本应用展示了一种使用高分辨率Agilent 7200系列GC/Q-TOF系统对气溶胶颗粒上吸附的SVOC进行非靶向筛选的工作流程。采用通过 NIST标称质谱库搜索的解卷积质谱图获得化合物匹配结果，再利用分子离子或碎片离子的精确质量数确证化合物分子式。

另外，GC/Q-TOF系统的另一个优势是能够在MS/MS模式下运行以研究未知化合物的结构。

图1.本文中所使用的安捷伦7200 GC/Q-TOF系统是 将7890B GC与7200A Q-TOF进行了联用。

实验仪器和条件

仪器

采用Agilent 7890B气相色谱系统与 Agilent 7200A Q-TOF系统联用开展研究。仪器配置如图1所示，仪器设置条件如表1。气相色谱运行中启用了保留时间锁定(RTL)功能以及安捷伦农药与环境污染物(P&EP)MRM数据库3.0（部件号9250AA）中包括的恒流柱中反吹筛选方法。

表1.Agilent 7890B气相色谱与 Agilent 7200A GC/Q-TOF质谱的仪器条件

样品前处理

使用采样器（中国广州）在300 L/min的流速下，将气溶胶颗粒(PM2.5) 采集到石英纤维过滤器（QFF，Whatman，5×8英寸）上。在采样前后，将QFF置于20℃和相对湿度(RH)40%的恒温恒湿洁净室中平衡24 h。采用灵敏度达0.001 mg的电子微量天平(Sartorious， 1L)测定各个QFF上的颗粒质量。用50 ml二氯甲烷/己烷(1：1,v/v)在7℃ 下对滤液（一半）索氏提取48 h。用过滤器装置对提取物进行过滤。提取物经旋转蒸发器浓缩后，在纯N2流下进一步浓缩至2 ml，溶剂替换为正己烷。

数据分析

在数据处理时，使用安捷伦MassHunter定量分析软件(B.07.01)中的未知物分析工具进行色谱峰解卷积，然后通过与NIST14质谱库进行对比来鉴定化合物。利用精确质量数信息和MassHunter定性分析软件(B.07.01)中的精确质量数工具进一步确证解卷积峰的归属，再使用分子结构关联(MSC)软件进一步研究初步鉴定出的化合物结构。

图2.用于进行色谱柱解卷积的未知物分析软件，图中显示了总离子流色谱图(TIC)(A)、组分和谱库匹配谱图的镜像图(B)以及组分的叠加提取离子色谱图(EIC)(C)。

图3. PAH的筛选结果，色谱图 (A)叠加了TIC（黑色）和已鉴定PAH的组分图谱（红色），而通过分子式计算器计算得到的已鉴定PAH分子离子的质量数误差显示于图B中，分子式分布显示于图C中。

图4.利用精确质量数信息确证O-PAH ，使用分子式计算器计算得到的已鉴定O-PAH的分子离子质量数误差显示于图 A中，而分子式分布和示例性结构显示于图B中。

结果与讨论

色谱峰解卷积和谱库搜索使用未知物分析软件中的色谱峰解卷积进行数据处理，为找到尽可能多的化合物，将精确质量提取窗口设置为100 ppm ，并将可变保留时间窗口大小因子设置为50～200（图2）。根据与 NIST谱库比较得到的匹配因子得分＞50的结果鉴别出大约2600种化合物，其中包括烷烃类、藿烷类、酮类、多环芳烃 (PAH)、含氧多环芳烃(O-PAH)、酯类和杂环化合物。利用分子式生成器和分子式计算工具对通过解卷积找到的每种化合物的归属进行确证。PAH和O-PAH的筛选结果示例如下文所示（图3和图4）。类似的工作流程可应用于筛选其他类别的化合物。

PAH和O-PAH的鉴定未知物分析能够鉴定与未分离的复杂混合物共流出的大量PAH，如图3所示。精确质量数信息可用于确证大约100种PAH，质量数误差小于5 ppm。（P&EP）MRM数据库包含若干PAH的保留时间(RT)，利用该数据库可进一步确证匹配结果。

数据库与样品之间的RT差值均处于0.03 min的窗口内。良好的RT匹配结果进一步验证了精确质量数信息可用作确证工具。分子式分布显示气溶胶颗粒的提取物中存在各种 PAH，这些化合物含有10～28个碳原子。

同样，在气溶胶颗粒的提取物中也鉴定出了O-PAH，通过精确质量数信息确认了其中34种组分。图4显示了所有鉴定出的 O-PAH的质量数误差和分子式分布，一些典型O-PAH的结构也显示于图4中。利用 MS/MS给出未知化合物的结构色谱峰解卷积能够发现未知化合物，如图5所示。NIST谱库中与这一谱图最接近的匹配结果是蒽并[1,9-cd] 吡唑-6(2H)-酮,分子式为C14H8N2O。然而，仅仅根据质量准确度即可排除这一初步匹配结果，因为该分子离子的误差达到了48.62 ppm。这突出体现了Q-TOF获得的精确质量数据相对于单位质量仪器获得数据的优势。

使用精确质量数信息给出了该未知化合物的分子式为C15H8O2，其质量数误差为2.83 ppm。然而采用该分子式在NIST质谱库中未能找到任何化合物7200 GC/Q-TOF的另一优势在于能够执行精确质量MS/MS分析，该分析对于未知物的结构解析来说也是非常有价值的。

图6显示了使用 MS/MS模式通过精确质量碎片得出该未知化合物结构的工作流程。利用分子式生成器工具可为分子和主要碎片离子分配准确的经验式。为了给出该未知化合物的结构，将谱图作为 CEF文件导入分子结构关联 (MSC)软件，MSC将搜索ChemSpider数据库以查找所有可能的结构异构体。虽然这种确证并不是完全明晰的，但它还是提供了对初步鉴定的O-PAH的进一步验证。图7显示出了根据MSC软件中所列的碎片给出的碎裂途径。

图5.未知化合物与初步NIST谱库匹配化合物之间的质谱图比较 (A,B)。解卷积离子的共流出曲线(C)确认它们全部属于同一组分。然而，仅仅根据质量准确度即可排除该化合物，因为其分子离子的误差达到了48.62 ppm。

图7.根据 MSC软件中所列碎片得到的C15H8O2候选物的碎裂途径。

小结

利用Agilent 7200 GC/Q-TOF的多种功能（如精确质量数信息、全谱模式下的高灵敏度等）可大大改善对气溶胶颗粒上吸附的SVOC的研究。使用MassHunter软件的解卷积、自动碎片分子式标注和结构解析等功能得到了用于SVOC筛选的非靶向方法。通过谱库搜索进行的化合物确证和针对未知化合物的结构建议也是重要的研究工具。 LP

本文作者徐、李来自复旦大学；许、谌来自安捷伦科技有限公司。