Método de purificación y captura por cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)
Descripción general del método
Con la ayuda de un dispositivo de purga y trampa, los compuestos orgánicos volátiles (COV) poco solubles en agua de la muestra de agua se purgan con helio (o nitrógeno) de alta pureza. ), y Trampas equipadas con adsorbentes adecuados. Luego, los compuestos orgánicos volátiles capturados se introducen directamente en una columna de cromatografía de gases (GC) mediante calentamiento, retrolavado y desorción con helio de alta pureza, se separan mediante cromatografía de aumento programado y se detectan mediante espectrometría de masas (MS).
Este método es adecuado para la determinación de compuestos orgánicos volátiles en aguas subterráneas, agua potable, aguas superficiales y otros medios acuosos. La tabla 82.7 enumera los compuestos detectables por este método.
Tabla 82.7 Lista de compuestos analíticos (incluidos sustitutos y estándares internos)
Continuación de tabla
Límite de detección del objetivo a medir y del cromatógrafo de gases de trampa purgada utilizado -La sensibilidad del espectrómetro de masas está relacionada con condiciones como la matriz de la muestra. Tomando una muestra de agua de 5 ml, el método tiene un límite de detección de 0,05 a 0,40 μg/L.
Sistema de trampa de purificación: Poli-2,6-fenil-tereftaleno (tenax)/gel de sílice/tamiz molecular de carbono 1/3 de cada trampa empaquetada.
Matraz aforado de 50 mL, Grado A, con tapón esmerilado.
Jeringas de 50μL, 100μL, 1000μL.
Vial de muestra de 40mL, frasco VOA con tapón de rosca marrón, con almohadilla de membrana de PTFE.
Columnas de cromatografía de gases Se recomiendan los siguientes tipos de columnas para garantizar una buena separación del objetivo a medir y para igualar la detección de gas de purga-trampa-desorbación y espectrometría de masas.
Columna 1: columna capilar de cuarzo elástica DB-624, diámetro interior 60 m × 0,32 mm, espesor de película 1,8 μm
Columna 2: columna capilar de cuarzo elástica Rtx-502.2, diámetro interior; 60 m × 0,32 mm, espesor de película 1,8 μm;
Columna 3: HP-5, DB-5MS, SPB-5, diámetro interior 30 m × 0,25 mm, espesor de película 1,8 μm.
También se pueden utilizar otras columnas capilares de rendimiento similar.
Reactivo
Agua reactivo en blanco: Hervir agua destilada durante 30 minutos bajo flujo de nitrógeno de alta pureza. Después de enfriar, utilice cromatografía de gases-espectrometría de masas para detectar el contenido. exceder o ser inferior al límite de la sustancia objetivo a medir.
Ácido ascórbico.
Ácido clorhídrico.
Metanol grado pesticida, no lo contiene o es inferior al límite de detección del objetivo a ensayar. Manténgase alejado de otros solventes y fuentes de contaminación que puedan causar contaminación.
Medio metanol 4-bromofluorobenceno (25-50μg/mL).
La solución madre estándar mixta de COV contiene metil terc-butil éter, hidrocarburos halogenados volátiles, benceno, clorobenceno y otros compuestos orgánicos en la solución madre estándar mixta (Tabla 82.7). Conservar en nevera a menos de -18°C para su uso posterior.
Solución madre del estándar mixto secundario de COV (100 μg/mL) Utilice una microjeringa hermética para diluir la solución madre del estándar mixto de COV en una solución madre del estándar secundario con una concentración de 100 μg/mL, usando metanol. como medio. Almacenar en un refrigerador a una temperatura inferior a -18°C para su uso posterior.
La calibración periódica de los materiales estándar de COV debe comprobarse periódicamente. Cuando se descubre que la desviación es superior al 15 % en comparación con el material estándar más antiguo, el material estándar debe actualizarse nuevamente.
Estándares alternativos 4-bromofluorobenceno, tolueno-d8, dibromofluorometano, medio metanol. Había sustitutos disponibles en concentraciones de 5 a 25 μg/ml. Agregue 1 l del sustituto anterior a cada estándar, blanco y muestra antes de la purga. Si la sensibilidad del instrumento es alta, la cantidad agregada se puede reducir adecuadamente.
Estándares internos: fluorobenceno, 1,4-diclorobenceno-d4, etc., medio de cultivo metanol. La concentración cuantitativa del estándar interno es de 20~40μg/mL. Agregue 1μL del estándar interno a cada una de la solución estándar, la solución en blanco y la solución de muestra antes de ejecutar la máquina para el análisis.
El helio de alta pureza y el nitrógeno de alta pureza se purifican mediante tubos de purificación equipados con 5. tamices moleculares, carbón activado y gel de sílice respectivamente, con una pureza del 99,999%.
Recogida y almacenamiento de muestras
1) Trabajos de preparación antes del muestreo. Tomando muestras del grifo: Primero, abra el grifo y deje correr el agua hasta que la temperatura del agua se estabilice (generalmente 10 minutos).
Ajuste el caudal de agua a aproximadamente 200-500 ml/min y recolecte muestras en paralelo del agua que fluye.
Muestreo de agua abierta: comience tomando muestras de un área representativa usando un frasco o vaso de precipitados de 1 litro, luego vierta con cuidado la muestra de agua del frasco o vaso de precipitados en una botella de muestra de 40 ml de LVOA.
Muestreo de masas de agua subterránea: Utilice bombas de presión positiva, como bombas sumergibles, para tomar muestras. La salida de drenaje de la bomba de agua debe tener una válvula controlable para evitar que el flujo de agua sea demasiado fuerte o demasiado grande. Los materiales de la bomba de agua y de la carcasa deben ser acero al carbono, acero inoxidable, politetrafluoroetileno, etc. para evitar la contaminación de las tuberías. La ubicación de la toma de agua debe estar frente a la instalación de almacenamiento de agua y lo más cerca posible de la fuente de agua. En principio, no debe estar a más de 30 metros del pozo de agua. Se debe enjuagar durante más de media hora antes de tomar la muestra y no debe haber burbujas de aire en el tubo. El caudal de agua en el tubo de muestreo se controla a 200 ~ 500 ml/min. Comience a tomar muestras después de que los indicadores de calidad del agua, como la temperatura, el pH y la conductividad, estén estables.
2) Muestreo. Recoja muestras sin cloro residual y muestras en blanco in situ: introduzca lentamente la muestra en una botella de muestra de 40 ml LVOA y agregue 4 gotas (1+1) de ácido clorhídrico (para evitar la biodegradación) con anticipación hasta que la boca de la botella forme una curva hacia arriba. forma de media luna (sin desbordamiento, si es necesario reemplazar el exceso con una botella nueva y recogerlo nuevamente), apriete la tapa de la botella (la película de PTFE de la junta está cara a cara con la muestra). Invierta el vial y golpéelo suavemente para comprobar si hay burbujas de aire. Si hay burbujas de aire, se debe volver a tomar la muestra. Al introducir la muestra, evitar agitar y utilizar fuerza excesiva para evitar el escape de compuestos orgánicos volátiles y la generación de burbujas. Una vez que la muestra pasa la inspección, se etiqueta inmediatamente con información relevante y se coloca en una bolsa de plástico sellada (las muestras paralelas se empaquetan en la misma bolsa de plástico), luego se coloca rápidamente en un equipo de refrigeración de baja temperatura y se envía al laboratorio para su análisis. lo antes posible. Si la muestra no puede enviarse al laboratorio a tiempo, debe almacenarse a 4°C. El método de recolección de muestras en blanco in situ es exactamente el mismo que el de las muestras sin cloro residual, excepto que se agrega agua en blanco antes del muestreo. Las muestras en blanco acompañarán todo el proceso de recolección, almacenamiento y análisis de muestras.
Recogida de muestras de cloro residual y muestras en blanco in situ: introducir lentamente el líquido en un vial de 40mLVOA precargado con 25mg de ácido ascórbico. Cuando el vial esté casi lleno, añadir rápidamente 4 gotas (1+1). ) ácido clorhídrico y continúe teniendo cuidado agregando la muestra gradualmente hasta que se forme una forma de media luna curva hasta la parte superior de la botella (sin desbordamiento, si es necesario volver a muestrear el desbordamiento), y luego realice la misma operación que para recolectar muestras sin residuos. cloro. La recolección de muestras en blanco en el sitio que contienen cloro residual es la misma que la recolección de muestras, excepto que se debe agregar agua en blanco a la muestra antes de la recolección. Las muestras en blanco acompañarán todo el proceso de recolección, almacenamiento y análisis de muestras.
3) Almacenamiento de muestras. Una vez que las muestras llegan al laboratorio, se transfieren inmediatamente a una instalación refrigerada a aproximadamente 4°C para su almacenamiento hasta el análisis. El área de almacenamiento de las muestras no debe verse interferida por compuestos orgánicos volátiles.
4) Las muestras no deben recogerse ni almacenarse en lugares con gases de escape.
Pasos del análisis
1) Preparar solución estándar. Tome una cantidad adecuada de agua en blanco y colóquela en un matraz volumétrico de 50 ml, aproximadamente a 1 cm de la línea de calibración. Utilice una jeringa microhermética para inyectar rápidamente una cantidad adecuada de solución madre estándar de compuesto orgánico volátil en el agua. arréglelo, agregue un tapón, agítelo hacia arriba y hacia abajo 3 veces, déjelo durante 5 minutos y luego transfiéralo inmediatamente a Almacenar en una botella de 40 ml de LVOA (nota: no debe haber burbujas de aire en la botella) y realice P&T-GC- Medición de EM. Si la solución estándar no se puede medir a tiempo, se debe almacenar a 4°C para realizar pruebas. La serie estándar de medio agua es inestable y necesita ser reconstituida diariamente.
2) Condiciones de purga y trampa. Gas de purga: nitrógeno de alta pureza o helio de alta pureza, caudal 30 ~ 40 ml/min; temperatura de purga de la muestra 40 ℃; tiempo de purga de la muestra 10 ~ 15 min; trampa que contiene 1/3 de tamiz molecular de gel de sílice y carbono; la temperatura de precalentamiento es de 180 ℃, la temperatura de análisis es de 190 ℃, el tiempo de análisis es de 1,5 min; la temperatura de horneado es de 220 ℃, el tiempo de horneado es de 8 a 10 min. La temperatura de la válvula es de 110°C y la temperatura de la línea de transferencia es de 110°C.
3) Condiciones de cromatografía de gases. La temperatura de la cámara de gasificación es de 190 ℃. Inyección dividida, relación dividida 10:1. La presión delante de la columna es de 74,2 kPa. Aumento de temperatura programado: temperatura inicial de 45°C, mantenida durante 2 minutos, aumentada a 150°C a 6°C/min, luego elevada a 220°C a 12°C/min, mantenida durante 4 minutos. Columna capilar de cuarzo flexible RTX-502.2, modelo 60m×0,32mmi.d, espesor de película 1,8μm.
4) Condiciones de espectrometría de masas.
La temperatura de la fuente de iones es de 200 °C y la temperatura de la interfaz es de 220 °C. Modo de escaneo, escaneo completo (FULLSCAN) o escaneo de iones seleccionados (SIM). El rango de escaneo completo es de 45~280u, el tiempo de escaneo es de 0,45 s y el tiempo de retardo del solvente es de 3 min. La caracterización del compuesto objetivo y los iones cuantitativos se muestran en la Tabla 82.8
Tabla 82.8 Tabla de iones de caracterización del compuesto objetivo
Continuación
5) Ajuste del instrumento. Primero, use perfluorotributilamina (FC-43) para sintonizar automáticamente el cromatógrafo de gases-espectrómetro de masas. Después de alcanzar el estándar de intensidad de iones característico de perfluorotributilamina (FC-43), continúe usando 25 ng de 4-bromo, ajuste el instrumento de manera. que la intensidad iónica característica (m/z) del espectro de masas del 4-bromofluorobenceno después de restar el fondo alcance los requisitos de la Tabla 82.9. De lo contrario, vuelva a sintonizar el espectro de masas hasta que se cumplan los requisitos. El cromatógrafo de gases-espectrómetro de masas debe ajustarse con p-bromofluorobenceno cada 12 horas para que siga cumpliendo con los requisitos de la Tabla 82.9; de lo contrario, la muestra no podrá analizarse más.
Tabla 82.9 Criterios de concentración másica de 4-bromofluorobenceno ①
6) Curva de calibración. Antes de preparar la curva de calibración, diluya gradualmente la solución madre del estándar secundario a la concentración de la solución madre estándar correspondiente y luego use una pipeta para transferir la concentración correspondiente de la solución madre para preparar la curva estándar. Los estándares iniciales se preparan en una serie de al menos 5 niveles de concentración. La concentración mínima recomendada para la curva estándar es 5 veces el límite de detección y la concentración máxima es consistente con el contenido de la muestra pero no excede el rango lineal de la curva estándar. Las series de calibración recomendadas para pruebas de agua subterránea son 0,00 μg/L, 0,40 μg/L, 2,00 μg/L, 6,00 μg/L, 16,0 μg/L, 32,0 μg/L y 60,0 μg/L:
Inicial El estándar es al menos 5 veces el límite de detección.
Utilice un inyector automático para extraer 5 ml de solución estándar de las botellas de muestra de la serie estándar en orden de baja a alta concentración en el dispositivo de purga y trampa. Al mismo tiempo, el instrumento agrega automáticamente las cantidades adecuadas de. Los estándares sustitutos y los estándares internos se purgaron, se atraparon, se separaron mediante cromatografía de gases y se detectaron mediante espectrometría de masas a 40°C.
7) Detección. Devuelva las muestras y las soluciones estándar a temperatura ambiente antes de realizar la medición. El análisis de la muestra comienza después de la calibración inicial para cumplir con los requisitos analíticos. Las condiciones de análisis, como el volumen de purga de la muestra, el volumen de adición de sustituto y el volumen del estándar interno, deben ser exactamente las mismas que las de la serie estándar. El cromatograma de iones totales del estándar se muestra en la Figura 82.1.
Figura 82.1 Cromatograma de iones totales de estándares de compuestos orgánicos volátiles
8) Calibración continua. Prepare una o más soluciones estándar (recomendadas para su uso en la concentración media de la curva estándar) como estándares de confirmación utilizando agua en blanco, soluciones madre secundarias o muestras mixtas de proveedores calificados para producir soluciones estándar. La curva de calibración debe verificarse utilizando soluciones estándar de confirmación al menos cada 10 muestras o al final del análisis. Cuando la desviación estándar relativa entre el estándar de confirmación y el estándar inicial excede el 20%, se debe restablecer la serie de curvas estándar y las muestras entre el estándar normal y el estándar fuera de rango se deben volver a analizar bajo la nueva curva de calibración.
Análisis cualitativo y cuantitativo
1) Análisis cualitativo. El análisis cualitativo consiste en comparar el tiempo de retención de la muestra que se va a analizar, el espectro de masas de la muestra menos el blanco de fondo con el tiempo de retención y el espectro de masas del objetivo estándar esperado, y combinarlo con una biblioteca espectral aleatoria. La diferencia entre el tiempo de análisis de la muestra y el tiempo de análisis estándar no debe exceder las 12 horas. El tiempo correspondiente a la altura máxima del pico es el tiempo de retención.
El tiempo de retención de la muestra debe estar dentro de tres veces la desviación estándar del tiempo de retención de la sustancia objetivo estándar, y la diferencia entre el tiempo de análisis de la muestra y el tiempo de análisis estándar no debe exceder las 12 horas. Todos los iones característicos con una intensidad relativa superior al 10% en el espectro de masas estándar deben aparecer en el espectro de masas de la muestra, y la desviación de la intensidad de los iones en la muestra de la intensidad de los iones en el espectro de masas estándar debe estar dentro del 20%. (Por ejemplo, un ion con una abundancia del 50% en el espectro de masas estándar debería tener una intensidad entre el 30% y el 70% en el espectro de masas de la muestra). Algunos iones importantes, como los iones moleculares, deben incluirse en la evaluación incluso si su intensidad relativa es inferior al 10%.
2) Análisis cuantitativo. El método cuantitativo es el método de estándar interno. Cuantificar utilizando el área del pico del ion de cuantificación del compuesto objetivo. La curva de concentración del compuesto objetivo se dibuja en función de la relación entre el área del pico de cada compuesto objetivo en la serie estandarizada y el área del pico del estándar interno, y se obtiene una curva de calibración cuantitativa del compuesto objetivo.
Según la relación entre el área del pico del compuesto objetivo en la solución de muestra y el área del pico del estándar interno, la concentración del compuesto objetivo en la solución de muestra se obtiene a partir de la curva de calibración cuantitativa. El área del pico del compuesto objetivo, el área del pico del estándar interno y la curva de calibración cuantitativa pueden completarse automáticamente con el software del instrumento GC-MS o procesarse con el software EXCEL. Para la integración automática de áreas de picos, la línea de base de cada pico debe verificarse una por una y las líneas de base no razonables deben corregirse manualmente. Utilice una curva de calibración de al menos 5 niveles de concentración para la cuantificación.
El coeficiente de correlación lineal de la curva de calibración debe satisfacer R2 ≥ 0,995.
Para muestras cuyo contenido esté cerca del límite de detección, se puede utilizar una calibración estándar de un solo punto similar a la concentración de la muestra. Para muestras cuyo contenido excede la curva estándar, el volumen de muestreo debe reducirse y volverse a medir para mantener el área del pico dentro del rango lineal de la curva de calibración.
3) Fórmula de cálculo.
A. Método del coeficiente de respuesta.
a. Cálculo del factor de respuesta (RF):
Análisis de Minerales de Roca División IV Tecnología de Investigación y Análisis de Recursos y Medio Ambiente
En la fórmula: Un estándar es el área del pico de iones cuantitativos de cada objetivo de muestra estándar Un estándar interno es el área del pico de iones cuantitativos del estándar interno ρ es la concentración del objetivo en cada muestra de estándar, μg/L es; el estándar interno La concentración de la sustancia, μg/L.
El RSD del factor de respuesta promedio (RF) en cada nivel de concentración es inferior al 20%.
Para muestras cuyo contenido está cerca del límite de detección, se puede utilizar una corrección del factor de respuesta estándar de un solo punto con una concentración similar. El factor de respuesta (RF) se calcula como (82,10).
b. Cálculo de la concentración medida de muestras de agua:
Investigación y Análisis de Recursos y Tecnología Ambiental Volumen 4 Análisis de Rocas y Minerales
Fórmula: ρx es el instrumento para la concentración del objeto objetivo, μg/L; Ax es el área del pico de iones cuantitativos de la sustancia objetivo; A es el área del pico de iones cuantitativos de la sustancia estándar interna, ρ es la concentración de la sustancia estándar interna; /L; R*F es el valor promedio de cada nivel de concentración. factor de respuesta.
c.Cálculo de la concentración de la muestra de agua:
"Análisis de rocas y minerales" Volumen 4 Tecnología de análisis e investigación de recursos y medio ambiente
En la fórmula: ρ muestra es la concentración de la muestra de agua, μg/L; ρx es la concentración objetivo medida por el instrumento, μg/L. La marca V es el volumen de purga de la solución estándar, ml. V muestra es el volumen de medición de la muestra, ml.
B. Método de ecuación de regresión lineal.
a. Método de ecuación de regresión lineal. Después de determinar la serie estándar, utilice el software del instrumento GC-MS o el software EXCEL para establecer una ecuación de regresión lineal:
Análisis de rocas y minerales División IV Tecnología de análisis e investigación de recursos y medio ambiente
Entre ellos: y es la relación entre el área del pico de iones cuantitativos de la sustancia objetivo que se va a medir y el área del pico de iones cuantitativos de la sustancia estándar interna; ρx es la concentración de la sustancia objetivo medida en la muestra; la intersección de la ecuación de regresión, que indica la desviación de la regresión lineal. k es el coeficiente de regresión, que representa el número promedio de unidades en las que la relación entre el área del pico de iones cuantitativo de la muestra estándar y el área del pico de iones cuantitativo del estándar interno cambia por cada cambio de unidad en la concentración del muestra estándar, que refleja la sensibilidad del instrumento y del método.
b.Determinación de la concentración de la muestra de agua. Determine la relación entre el área del pico del ion cuantitativo en la muestra de agua y el área del pico del estándar interno en la muestra, y sustituya la relación entre el área del pico del ion cuantitativo en la muestra y el área del pico del estándar interno en la fórmula (82.14) para calcular la concentración de la muestra ρx.
c.Calcule la concentración de la muestra. La fórmula de cálculo es la misma que la fórmula (82.13).
Índice de rendimiento del método
El límite de detección del método se refiere a agregar una sustancia estándar con una concentración cercana al límite de detección a la muestra de agua subterránea y usar un cromatógrafo de masas con trampa de gas purgado (GC). -MS) es la concentración correspondiente a la señal cuando el nivel de ruido es 3 veces el límite de detección cuando se mide en base a muestras reales. El límite de detección del método es el promedio de múltiples mediciones. La Tabla 82.10 enumera los límites de detección del método para la detección de escaneo completo. De hecho, el límite de detección del método depende más de la sensibilidad del instrumento y de la matriz de la muestra. La Tabla 82.10 enumera el rango lineal y los coeficientes de correlación, y la Tabla 82.11 enumera las recuperaciones de picos de matriz para muestras de agua subterránea.
Tabla 82.12 Límite superior de detección y rango lineal del método de iones seleccionado
Tabla 82.10 Límite superior de detección y rango lineal del método de detección cuantitativa de iones de barrido completo
Tabla 82.11 Tasa de recuperación de picos de matriz
Tabla 82.12 Método de iones selectivos 82.12 Límite superior de detección y rango lineal del método de detección de iones seleccionado
Control de calidad
El límite superior de control de la tasa de recuperación estándar de Las alternativas se muestran en la Tabla 82.12.
Tabla 82.13 Límites de control de las tasas de recuperación estándar de alternativas
Notas
1) La contaminación durante el proceso de ensayo puede provenir principalmente de volátiles generados en el laboratorio, compuestos orgánicos , tubos sin politetrafluoroetileno (PTFE), trampas e impurezas del gas de purga. El análisis y la calibración del blanco de reactivo reflejan la presencia de contaminación. Si el componente a medir se encuentra en el reactivo en blanco, se debe reemplazar el gas de purga y se debe regenerar el tubo de purga del tamiz molecular. No es posible calibrar restando un blanco del componente de prueba. Si el laboratorio informa resultados no corregidos con una contaminación significativa del blanco, esto debe anotarse en el informe de la prueba.
2) Si primero se analizan muestras de alta concentración y luego muestras de baja concentración, las muestras de baja concentración se contaminarán y los resultados del análisis se distorsionarán. Después de analizar muestras de alta concentración, se deben analizar una o más muestras en blanco para evitar la contaminación cruzada y los efectos de memoria entre muestras. Si primero se analizan las muestras de baja concentración y luego las de alta concentración, no habrá contaminación de las muestras de alta concentración.
3) Preste especial atención a la contaminación ambiental al analizar el cloruro de metileno. El cloruro de metileno tiene una fuerte permeabilidad y se deben evitar o mantener alejadas las fuentes de contaminación durante la recolección, el transporte y el almacenamiento. batas de laboratorio con altas concentraciones.
4) Durante el transporte y almacenamiento de muestras, debido a la difusión de compuestos orgánicos volátiles (especialmente hidrofluorocarbonos y cloruro de metileno), los contaminantes pueden penetrar en la muestra a través de la junta de la botella de muestra o escapar del muestra. La difusión interna de muestras de alta concentración provoca la contaminación de otras muestras. Por lo tanto, cada muestra debe almacenarse en una bolsa de plástico, o se debe agregar una cierta cantidad de carbón activado a la bolsa de plástico y se debe recolectar una muestra en blanco en el campo para monitorear dicha contaminación.