三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪的校准*

赵迎晨，冯帅博，李琛，李佳

（河南省计量科学研究院化学计量研究所，郑州 450008）

三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪的校准*

赵迎晨，冯帅博，李琛，李佳

（河南省计量科学研究院化学计量研究所，郑州 450008）

参考JJF 1164-2006 《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范》，探讨了三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪的校准方法，提出了以分辨力、定性定量重复性、检出限、质量准确性与谱库检索等5项作为相关校准项目。经验证，用该校准方法对三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪进行校准是可行的。

气相色谱-质谱联用仪；三重四级杆；检出限；校准方法

食品安全和环境污染控制的有机物种类越来越多，国家制订并颁布了不少以质谱仪为检测工具的国家标准检测方法或行业标准检测方法［1-6］。对于基质比较复杂的样品，单四极杆的气相色谱-质谱联用分析法已无法满足检测需要，三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪（GC-MS/MS）因具有较高的选择性和灵敏度，逐渐成为复杂基质样品的分析技术［7-11］。1981年世界第一台商业化三重四极杆质谱仪面世，随着技术的进步，当前三重四级杆气相色谱-质谱联用仪已相对普及。

GC-MS/MS的生产厂家主要有美国的赛默飞世尔科技有限公司、安捷伦科技有限公司、布鲁克公司及日本岛津公司等。不同厂家的仪器使用不同的软件，性能指标和参数标示并不统一，给设备采购和使用人员带来很大困惑，而目前尚没有GC-MS/ MS仪的标准校对方法，因此有必要针对GC-MS/ MS仪建立一套完整的性能测试标准方案，为实验室采购招标及仪器期间核查提供技术依据。目前，实验室使用的GC-MS/MS仪多为EI源，因此笔者主要探讨EI源的GC-MS/MS仪校准方法，参考JJF 1164-2006 《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范》［12］，制定相关的校准项目。

1 校准项目

不同于普通的气相色谱-质谱联用仪，三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪质谱部分的质量分析器是三重四级杆，有两个单四级杆（Q1和Q3）和一个六级杆（Q2），结构如图1所示。

图1 三重四级杆型质量分析器结构示意图

JJF 1164-2006 《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范》只适用于质量分析器是离子阱和单四级杆的气相色谱-质谱联用仪。选择反应监测（SRM）和多反应监测（MRM）技术是三重四级杆质谱仪特有的监测方式，JJF 1317-2011 《液相色谱-质谱联用仪校准规范》采用信噪比和峰面积重复性两项计量性能项目对三重四级杆型质谱仪进行校准［13］。相对于三重四级杆液相色谱-质谱联用仪，三重四级杆气相色谱-串联质谱联用仪噪声更低，而随着质谱仪设计水平的不断提高，噪声源大幅减少，从而使基于信噪比进行仪器性能比较变得越来越困难，甚至在某些情况下根本无法比较。当使用超低噪声仪器如高分辨率质谱仪或串联质谱仪时尤其如此，此时背景中通常不含离子，噪声基本为零。参考JJF 1164-2006 《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范》和JJF 1317-2011 《液相色谱-质谱联用仪校准规范》，采用仪器分辨力、质量准确性与谱库检索、定性定量重复性、检出限等校准项目来评价GC-MS/ MS的性能。

2 校准方法

2.1 主要仪器与试剂

移液枪：100 µL；

容量瓶：100 mL；

异辛烷中八氟萘标准物质：编号为GBW（E）130245，100 pg/µL（Urel=3%，k=2），中国计量科学研究院；

异辛烷中硬脂酸甲酯标准物质：编号为BW5069，10 ng/µL（Urel=3%，k=2），中国计量科学研究院；

异辛烷：色谱纯，德国默克公司。

2.2 色谱条件

色 谱 柱：DB-5 MS型（30 m×0.25 mm，0.25 µm，美国安捷伦公司），或其它类似极性色谱柱；进样口温度：250℃；传输线温度：250℃；进样方式：不分流进样；进样体积：1 µL；载气：高纯氦，流量为1.2 mL/min；程序升温：（1）异辛烷中八氟萘标准物质，初始温度为70℃，保持2 min，以10℃/min升温至220℃，保持2 min；（2）异辛烷中硬脂酸甲酯标准物质，初始温度为150℃，以20℃/min升温至250℃，保持5 min。

2.3 质谱条件

EI源；离子化能量：70 eV；监测方式1：重复性、检出限项目选择反应监测（SRM）模式，母离子为m/z 272，子离子为m/z 222；监测方式2：质量准确性项目选择SCAN扫描模式，扫描范围为m/z 50～300；溶剂延迟：3 min；离子源温度、四极杆温度、光电倍增管工作电压等参数根据仪器厂家推荐值以及调谐报告结果设定。

3 校准

3.1 仪器分辨力

参照JJF 1164-2006 《台式气相色谱-质谱联用仪校准规范》进行校准，仪器提前开机准备，真空度达到实验要求后进行自动调谐，调谐液全氟三丁胺为仪器自带。根据调谐报告计算两个四级杆的质量分辨力，取调谐报告中每个单四级杆最大的半峰宽（PW50）作为两个单四级杆的仪器分辨力。

3.2 质量准确性

三重四极杆质谱仪有两个四极杆质谱分析器，所以要分别进行校准（部分仪器在扫描时只能使用一个四极杆质量分析器进行，这时只校准一个四极杆质谱检测器即可）。质量准确性测试采用硬脂酸甲酯-异辛烷标准溶液进行考察，注入1 µL质量浓度为10 ng/µL的硬脂酸甲酯-异辛烷标准溶液，记录m/z 74.04，143.11，199.17，255.23，298.29等主要离子的实测质量数，有效数字保留到小数点后两位。按照式（1）计算实测值与理论值之差，以实测值与理论值之差的绝对值中最大的一个作为评价质量准确性的数据。

Mi，T——第i个离子理论值，u。

3.3 谱库检索

根据3.2质量准确性测试总离子流色谱图，得到硬脂酸甲酯质谱图，扣除本底后，在NIST谱库内对硬脂酸甲酯进行检索。对Q1和Q3分别进行测试，检索的硬脂酸甲酯结果排序中，硬脂酸甲酯相似度排序应该为第1个。

3.4 定性、定量重复性

通过查阅厂家提供的GC-MS/MS仪性能指标，确定采用八氟萘-异辛烷标准溶液进行定性、定量重复性测试。取100 pg/µL的异辛烷中八氟萘标准物质100 μL，置于100 mL容量瓶中，用异辛烷溶剂稀释至标线，得到100 fg/µL的八氟萘溶液。选择m/z 272，222离子对，重复分析8次，分别计算保留时间和色谱峰面积的相对标准偏差。

3.5 检出限

EPA方法是美国环境保护署建立的一套检出限计算方法，它定义能够测量和以99%置信度报告的某物质被检出的最低浓度，见式（2）。

式中：tn-1，1-α——自由度为n-1，置信度为1-α（一般取显著性水平α=0.01）时t分布的单边临界值（单边t值），当n=8，α=0.01时，t7，0.99=2.998；

RSD——多次测得的样品响应信号的相对标准偏差；

m——样品的进样量；

n——进样次数。

信噪比曾经是衡量GC-MS仪检测灵敏度的有效标准。但是简单标准品的GC-MS/MS图基线噪音通常极低，并且极不稳定，不能准确说明系统性能。选择不同的基线段会使信噪比相差5倍甚至10倍。文献［14］报道采用信噪比的指标对三重四极杆进行校准，而笔者通过对不同厂家的仪器进行考察发现，采用MRM模式时，不同厂家的仪器噪声水平差别很大。日本岛津公司的气相色谱-质谱联用仪可以观察到基线噪声，美国安捷伦科技有限公司和美国热电公司的气相色谱-质谱仪的噪声就是一条直线，不能进行信噪比的计算。安捷伦科技有限公司提出选择基于系统精度的仪器检出限作为新的仪器性能测试标准。它是一个基于色谱峰面积相对标准偏差的灵敏度性能指标。以质谱为例，它可以直接反映离子化效率的程度。首先，色谱峰面积的相对标准偏差是对一个色谱峰下离子数测量精确度的反映；其次，进样量越小，色谱峰面积的相对标准偏差越大；第三，在被测样品量相同的情况下，色谱峰相对标准偏差越小表明仪器的灵敏度越高。

也可以采用EPA的方法，利用检出限模型对GC-MS/MS仪的性能进行评估，检出限与重复进样所测色谱峰面积的标准偏差及置信因子有关［15］，如果采用相对标准偏差，检出限可以用进样量的单位（ng，pg，fg）表示。

以常见的EI离子源为例，选择m/z 272作为母离子，m/z 222作为子离子，采用不分流模式，进样体积为1 μL，将100 fg/μL的八氟萘-异辛烷样品连续分析8次，色谱峰面积测定结果见表1。测量次数n较小（n＜30）时，可使用单侧t分布确定置信因子tn-1，1-α。8次重复进样的自由度为7，在置信水平99%下，查表得t7，0.99=2.998。采用色谱峰面积的重复性对GC-MS/MS仪的性能进行评估，分析物含量高于或等于检出限值即为该仪器有99%的机率检出并区别于背景。根据色谱峰面积的重复性，按照公式（2）计算得GC-MS/MS仪的检出限为23 fg。

表1 八氟萘标准溶液色谱峰面积测量结果及检出限

4 仪器校准验证结果

以所建立的校准方法对市场常见GC-MS/MS仪进行校准，采用美国热电公司的TSQ Quantum XLS Ultra GC-MS/MS仪进行验证，结果列于表2。由表2可知，校准结果符合该校准方法规定的计量要求，校准方法对目前市场常见的GC-MS/MS仪均是适用的，能够相对准确、科学地评价GC-MS/ MS的性能。

表2 常见GC-MS/MS仪校准结果

5 结语

针对配置电子轰击（EI）源的三重四极杆气相色谱-质谱联用仪制定了一套校准方法。三重四极杆气相色谱-质谱联用仪是气质联用仪未来的发展趋势，特别是在基体化学物检测方面有着广泛的应用前景。验证结果表明，这套校准方法适用于目前各公司生产的不同型号的仪器，在目前尚没有三重四极杆气相色谱-质谱联用仪国家校准规范的情况下，对该类仪器的校准具有一定的借鉴作用，同时可为以后制定三重四极杆气相色谱-质谱联用仪的校准规范提供参考。

［1］ GB 29697-2013 动物性食品中地西泮和安眠酮多残留的测定气相色谱-质谱法［S］.

［2］ GB 29698-2013 奶及奶制品中17β-雌二醇、雌三醇、炔雌醇多残留的测定 气相色谱-质谱法［S］.

［3］ SN/T 0596-2012 出口粮谷及油籽中稀禾定残留量检测方法气相色谱-质谱法［S］.

［4］ NY/T 1380-2007 蔬菜、水果中51种农药多残留的测定 气相色谱-质谱法［S］.

［5］ DBS 22/003-2013 饮料酒中氨基甲酸乙酯的测定 气相色谱-质谱法［S］.

［6］ HJ 643-2013 挥发性有机物的测定 顶空气相色谱-质谱法［S］.

［7］ 张利飞，张秀蓝，张辉，等.加速溶剂萃取-多层硅胶柱净化-气相色谱串联三重四级杆质谱法测定土壤和沉积物中的多氯萘［J］.分析化学，2014，42（2）： 258-266.

［8］ 刘玉灿，段晋明，李伟.气相色谱-三重四级杆质谱联用法同时检测水中10种卤乙酸［J］.分析化学，2014，42（1）： 77-82.

［9］ 王盛君，雷雯，杜晓宁，等.同位素稀释-气相色谱-三重四级杆串联质谱法测定白酒中的塑化剂含量［J］.化学试剂，2015，37（5）： 443-446.

［10］ 冯丽丽，胡晓芳，于晓娟，等.热脱附-气相色谱-三重四极杆串联质谱法测定环境空气中的挥发性有机物［J］.色谱，2016，34（2）： 209-214.

［11］ 张慧丽，王建华，李馨，等.气相色谱串联质谱法测定蔬菜中甲拌磷和克百威及其代谢物的残留量［J］.化学分析计量，2016，25（1）： 10-14.

［12］ JJF 1164-2006 台式气相色谱-质谱联用仪校准规范［S］.

［13］ JJF 1317-2011 液相色谱-质谱联用仪校准规范［S］.

［14］ 何海红，韩文斌，王卫华，等.配置EI源三重四极杆气相色谱质谱联用仪校准方法研究［J］.计测技术，2015，35（4）： 54-57.

［15］ Daniel MacDougall， Warren B. Crummett.Guidelines for data acquisition and data quality evaluation in environmental chemistry［J］. Anal Chem，1980，52（14）： 2 242-2 249.

色谱技术广泛应用于水质检测、食品安全等领域

色谱法自发明以来经历了整整一个世纪的发展，到今天已经成为最重要的分离分析科学，广泛地应用于石油化工、有机合成、生理生化、医药卫生、环境保护，乃至空间探索等领域。色谱作为一种强大的分离技术与质谱等检测手段的联用也得到了很大发展，GC-MS，HPLC-MS等在兴奋剂检测，食品安全分析等方面应用广泛。

1.离子色谱技术有利于水质检测升级

随着现代工业的发展，环境保护问题受到全社会的高度关注，水作为自然环境的重要资源其污染问题日益严重。随着离子色谱的广泛应用，离子色谱的检测技术已由单一的化学抑制型电导法发展为包括电化学、光化学和与其它多种分析仪器联用的方法：抑制电导检测法、直接电导检测法、紫外吸收光度法、柱后衍生光度法、电化学法、与元素选择性检测器联用法。

水质的主要监测项目可分为两大类：反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生物需氧量等；一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。离子色谱可同时分析多种离子化合物。

2.气相色谱技术广泛用于食品安全检测

现阶段气相色谱技术对于食品安全检测主要包括：（1）分析蔬菜、水果及烟草内农药的残留；（2）分析畜禽、水产品等兽药残留及三甲胺含量等；（3）分析饮用水内的污染物质；（4）分析食品内添加剂的种类与含量等。

3.液相色谱单四极杆质谱联用仪助力兴奋剂检测

在1967年兴奋剂检测使用色谱法，1980年用毛细管气相色谱法检测，至1984年基本定型，并增加了高效液相色谱法测定几种特定药物以及咖啡因的项目。

2008年北京奥运会兴奋剂检测采用液相色谱单四极杆质谱联用仪对几千份尿样进行利尿剂、掩蔽剂以及其它禁用物质的检测，检测结果准确可靠，未出现漏检事故，检测灵敏度比较高，满足WADA的最低检出能力（MRPL）的要求。仪器工作状态稳定，操作简单，自动化程度高。

（中国化工仪器网）

农业部公布实验站建设批复 分析测试仪器成主流

不久前，农业部公布了多个实验站建设项目的批复，仪器采购金额高达千万元人民币，是2016年农业部有关仪器购置的重大规划项目。本次批复的项目包括畜禽产品质量安全风险监测能力建设、作物栽培科学观测实验站建设、水稻生物学与遗传育种重点实验室建设、园艺工程科学观测实验站建设、作物有害生物科学观测实验站建设等农业作物相关项目，对提高我国农业实力提供了有利的战略资金支撑。

仪器采购的主要对象为分析测试仪器和实验站等，分析测试仪器包括电感耦合等离子体质谱仪、荧光PCR仪、全自动化学分析仪、超高效液相色谱仪、土壤养分测定仪等；实验站包括了自动气象站、土壤测定系统和水分测定系统等。

（中国化工仪器网）

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《环境监控与预警》是经中华人民共和国新闻出版总署批准，由江苏省环境保护厅主管、江苏省环境监测中心主办、南京大学环境学院和江苏省环境监测协会共同协办的期刊。期刊面向全国公开发行，国内统一刊号CN32-1805/X，国际标准刊号ISSN1674-6732。

本刊致力于传播和推广先进的环保科技成果，聚焦环境前沿科技，介绍国内外环境监测、环境预警、环境信息等领域的新技术、新成果、新发展，跟踪国家及地方的环境政策、环境标准的变化。读者对象主要是从事环境管理、环境监测、环境监察、环境信息、环境治理、环境科学研究及其他领域的环境工作者。常设栏目有：前沿评述、环境预警、监测技术、解析评价、监管新论等。

本刊为双月刊，大16开国际标准版，60页，每逢双月15日出版。国内定价（含邮费）15元/期，全年90元。

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（ 《环境监控与预警》编辑部）

Calibration Techniques for Triple Quadrupole Gas Chromatography-Mass Spectrometer

Zhao Yingchen， Feng Shuaibo， Li Chen， Li Jia
（Chemical Metrology Division， Henan Province Institute of Metrology， Zhengzhou 450008， China）

The calibration method of GC-MS/MS instrument was discussed. The calibration items such as resolution， qualitative and quantitative repeatability， detection limit， quality accuracy and spectral library search were proposed referring to JJF1164 -2006 Calibration Specification for Bench Top Gas Chromatography-Mass Spectrometers. The method was used to calibrate GC-MS/MS and it is proved that the method is reasonable.

gas chromatography-mass spectrometry； triple quadrupole； detection limit； calibration method

O657.7

A

1008-6145（2016）05-0104-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.05.027

*河南省质量技术监督局科技计划项目（编号2015zj22）

联系人：赵迎晨；E-mail： yingchenzhao@126.com

2016-06-07