一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法与流程

1.本发明涉及环境空气检测领域，具体涉及的是利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法。


背景技术：

2.随着国民经济的持续发展，以及各项脱硫措施的实施，我国的大气污染从煤烟型污染向煤烟和机动车尾气复合型污染转化，大气颗粒物中硫酸盐浓度不断下降，但含氮化合物的比重有增加趋势。硝基苯酚类化合物是一类重要的含氮化合物，也是大气棕色碳的主要成分之一，具有生物毒性，对太阳辐射、空气质量、区域气候及生态系统有重要影响。
3.近年来，国内外对于硝基苯酚类化合物的测定和分析主要采用的是高效液相色谱(hplc)、飞行时间化学电离质谱(tof-cims)、气相色谱质谱联用(gc-ms)和高效液相色谱/质谱(lc-ms)等方法。然而，这些方法样品前处理比较复杂，不便于在野外操作。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，以解决现有的方法样品前处理比较复杂不便于在野外操作的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供了一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
6.s1、样品采集：采用流量为1.2～1.4m3·
min-1
的大流量气溶胶采样器采集环境空气颗粒物样品，其中，采样过程使用的滤膜为玻璃纤维滤膜或石英纤维滤膜；
7.s2、样品制备：将采集到样品的滤膜剪裁1/4，放入10ml玻璃瓶中，加入内标物后分别使用体积比为1:1的二氯甲烷、正己烷混合液和体积比为1:1的二氯甲烷、甲醇混合液，各超声提取两次，滤液转移至收集瓶，使用旋转蒸发仪旋蒸至1ml左右，转移至1.5ml的反应瓶中氮吹至干燥，加入45～60μl有机硅保护剂和8～12μl吡啶，在60～80℃中衍生化反应2.5～3.5h，冷却至室温后定容；
8.s3、绘制标准曲线：
9.采用正己烷溶剂配置浓度为0.1ng/μl、0.5ng/μl、1ng/μl、2ng/μl、5ng/μl的硝基苯酚类化合物混合标准液，以硝基苯酚类化合物混合标准液的浓度为横坐标，气相色谱-质谱仪的响应值为纵坐标，绘制标准曲线；
10.s4、样品检测：将硝基苯酚类化合物混合标准液测试完后，对步骤s2中定容后的溶液进行检测，并计算硝基苯酚类化合物的含量。
11.在一可选实施例中，步骤s1中，所述滤膜为在450～550℃下灼烧2.5～3.5h后的滤膜。
12.在一可选实施例中，步骤s2中，超声的频率为40～50hz，时间为10～20min。
13.在一可选实施例中，步骤s2中，有机硅保护剂为99％bstfa和1％tmcs的混合液。
14.在一可选实施例中，步骤s3中，采用的色谱柱的条件为：选择中等或弱极性色谱柱，色谱柱的初始温度为：45～55℃，色谱柱的控温程序为：在初始温度下维持1～3min后，以12～18℃/min的升温速度升温至120℃，再以4～6℃/min的升温速度升温至300℃，保温20～25min；流动相：正己烷，流动相流速：1ml/min；样品进样量：2μl；采用的质谱的条件为：离子源：70ev的ei源，灯丝电流：35μa；离子源温度：300℃；扫描方式：全扫描模式；扫描范围：50～550u。
15.在一可选实施例中，所述中等或弱极性色谱柱包括hp-5、hp-5ms、db-5以及db-5ms。
16.在一可选实施例中，步骤s3中，气相色谱-质谱仪所采用的载气为纯度不低于99.999％的氦气。
17.在一可选实施例中，步骤s3中，硝基酚类化合物包括4-硝基苯酚、3-甲基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-5-硝基苯酚、4-硝基儿茶酚、2,4-二硝基苯酚、4-甲基-5-硝基儿茶酚、3-硝基水杨酸以及5-硝基水杨酸。
18.步骤s4中，硝基苯酚类化合物含量的计算方法为：按照式(1)的公式进行计算。
19.曲线上查的的硝基苯酚类化合物质量浓度，ng/μl，v1为衍生化反应后定容体积，ml，vs为标准状态下的采样体积，ml。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本技术中主要利用超声波提取法对空气颗粒物中的硝基苯酚类化合物进行提取，采用气相色谱-质谱仪对提取液进行测定。由于超声波具有空化作用，因此能够将硝基苯酚类化合物快速地从环境空气颗粒物中选择性提取出来。超声提取法所需设备简单、操作快捷、普及率高，便于在野外和实际场地萃取分离。
附图说明
22.图1是浓度为2ng/μl的9种硝基苯酚类化合物混合标准液的谱图；
23.图2是2017年北京城区硝基苯酚类化合物在春季和夏季的相对分子组成；
24.图3是硝基苯酚类化合物的主要来源；
25.图4是no2对硝基苯酚类化合物和硝酸盐的影响；
26.图5是no2对硝基苯酚类化合物的相对组成的影响；
27.图6是vocs对硝基苯酚类化合物的的影响。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.本发明提供了一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
30.s1、样品采集：采用流量为1.2～1.4m3·
min-1
的大流量气溶胶采样器采集环境空气颗粒物样品，其中，采样过程使用的滤膜为玻璃纤维滤膜或石英纤维滤膜；
31.本实施例中，为了去除滤膜中的杂质，采样前需要将滤膜为在450～550℃下灼烧2.5～3.5h，采样前后分别置于恒温恒湿箱(温度:25℃，湿度50％)干燥24h后称重，-4℃冷冻保存。且采集样品前需对采样器的流量进行校正，采样过程中依次安装好滤膜夹、吸附剂套筒，调节采样流量。
32.s2、样品制备：将采集到样品的滤膜剪裁1/4，放入10ml玻璃瓶中，加入内标物后分别使用体积比为1:1的二氯甲烷、正己烷混合液和体积比为1:1的二氯甲烷、甲醇混合液，各超声提取两次，滤液转移至收集瓶，使用旋转蒸发仪旋蒸至1ml左右，转移至1.5ml的反应瓶中氮吹至干燥，加入45～60μl有机硅保护剂和8～12μl吡啶，在60～80℃中衍生化反应2.5～3.5h，冷却至室温后定容；
33.本实施例中，超声的频率为40～50hz，时间为10～20min；有机硅保护剂为99％bstfa和1％tmcs的混合液。
34.s3、绘制标准曲线：
35.采用正己烷溶剂配置浓度为0.1ng/μl、0.5ng/μl、1ng/μl、2ng/μl、5ng/μl的硝基苯酚类化合物混合标准液，以硝基苯酚类化合物混合标准液的浓度为横坐标，气相色谱-质谱仪的响应值为纵坐标，绘制标准曲线；
36.本实施例中，硝基酚类化合物包括4-硝基苯酚、3-甲基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-5-硝基苯酚、4-硝基儿茶酚、2,4-二硝基苯酚、4-甲基-5-硝基儿茶酚、3-硝基水杨酸以及5-硝基水杨酸。配置硝基苯酚类化合物混合标准液时，9种硝基酚类化合物的标准品原液均购置美国ark pharm公司。
37.本实施例中，测试过程中，采用的色谱柱的条件为：选择中等或弱极性色谱柱，如hp-5、hp-5ms、db-5以及db-5ms；色谱柱的初始温度为：45～55℃，色谱柱的控温程序为：在初始温度下维持1～3min后，以12～18℃/min的升温速度升温至120℃，再以4～6℃/min的升温速度升温至300℃，保温20～25min；流动相：正己烷，流动相流速：1ml/min；样品进样量：2μl；采用的质谱的条件为：离子源：70ev的ei源，灯丝电流：35μa；离子源温度：300℃；扫描方式：全扫描模式；扫描范围：50～550u，测试过程中所采用的载气为纯度不低于99.999％的氦气。
38.s4、样品检测：将硝基苯酚类化合物混合标准液测试完后，对步骤s2中定容后的溶液进行检测。
39.环境空气颗粒物中硝基苯酚类化合物质量浓度ρ按照式(1)计算；
[0040][0041]
式中，ρ环境空气颗粒物中硝基苯酚类化合物质量浓度，mg/m3，ρ1为从标准曲线上查的硝基苯酚类化合物质量浓度，ng/μl，v1为衍生化反应后定容体积，ml，vs为标准状态下的采样体积，ml。
[0042]
实施例1：
[0043]
一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，所述方
法包括以下步骤：
[0044]
s1、样品采集：采用流量为1.2m3·
min-1
的大流量气溶胶采样器采集环境空气颗粒物样品，其中，采样过程使用的滤膜为在500℃下灼烧3h的玻璃纤维滤膜；
[0045]
s2、样品制备：将采集到样品的滤膜剪裁1/4，放入10ml玻璃瓶中，加入内标物后分别使用体积比为1:1的二氯甲烷、正己烷混合液和体积比为1:1的二氯甲烷、甲醇混合液，各超声提取两次，超声过程中的频率为45hz，超声时间为15min，滤液转移至收集瓶，使用旋转蒸发仪旋蒸至1ml左右，转移至1.5ml的反应瓶中氮吹至干燥，加入50μl 99％bstfa-1％tmcs的有机硅保护剂和10μl吡啶，在70℃中衍生化反应3h，冷却至室温后定容至200μl；
[0046]
s3、绘制标准曲线：采用气相色质谱联用仪agilent 7890a，串联质谱检测器agilent 5975c；色谱柱：hp-5ms毛细管柱，规格为：30m
×
0.25mm
×
0.25μm；柱温箱温度：在50℃下维持2分钟后，以15℃/min升温至120℃，再以5℃/min升至300℃，维持25min；流动相：正己烷；流动相流速：1ml/min；样品进样量：2μl；质谱：离子源为70ev的ei源，灯丝电流为35μa；离子源温度为300℃；扫描方式为全扫描模式；扫描范围为50～550u，测试过程中所采用的载气为纯度不低于99.999％的氦气。将0.1ng/μl、0.5ng/μl、1ng/μl、2ng/μl、5ng/μl的硝基苯酚类化合物混合标准液(混合标准液含有4-硝基苯酚、3-甲基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-5-硝基苯酚、4-硝基儿茶酚、2,4-二硝基苯酚、4-甲基-5-硝基儿茶酚、3-硝基水杨酸以及5-硝基水杨酸)通入气相色质谱联用仪中进行测试。以硝基苯酚类化合物混合标准液的浓度为横坐标，仪器的响应值为纵坐标，绘制标准曲线。图1示出了浓度为2ng/μl的9种硝基苯酚类化合物混合标准液的谱图，每种硝基苯酚类化合物在谱图中均能找到出峰位置，且每个峰比价尖锐，无干扰峰，说明气相色谱-质谱法能够准确的测出9种硝基苯酚类化合物的含量。
[0047]
s4、样品检测：将硝基苯酚类化合物混合标准液测试完后，对步骤s2中定容后的溶液进行检测，并计算硝基苯酚类化合物的含量。
[0048]
实施例1：
[0049]
一种利用气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
[0050]
s1、样品采集：采用流量为1.4m3·
min-1
的大流量气溶胶采样器采集环境空气颗粒物样品，其中，采样过程使用的滤膜为在450℃下灼烧2.5h的石英纤维滤膜；
[0051]
s2、样品制备：将采集到样品的滤膜剪裁1/4，放入10ml玻璃瓶中，加入内标物后分别使用体积比为1:1的二氯甲烷、正己烷混合液和体积比为1:1的二氯甲烷、甲醇混合液，各超声提取两次，超声过程中的频率为50hz，超声时间为10min，滤液转移至收集瓶，使用旋转蒸发仪旋蒸至1ml左右，转移至1.5ml的反应瓶中氮吹至干燥，加入60μl 99％bstfa-1％tmcs的有机硅保护剂和10μl吡啶，在60℃中衍生化反应3.5h，冷却至室温后定容至200μl；
[0052]
s3、绘制标准曲线：采用气相色质谱联用仪agilent 7890a，串联质谱检测器agilent 5975c；色谱柱：db-5毛细管柱，规格为：30m
×
0.25mm
×
0.25um；柱温箱温度：在50℃下维持2分钟后，以12℃/min升温至120℃，再以4℃/min升至300℃，维持20min；流动相：正己烷；流动相流速：1ml/min；样品进样量：2μl；质谱：离子源为70ev的ei源，灯丝电流为35μa；离子源温度为300℃；扫描方式为全扫描模式；扫描范围为50～550u，测试过程中所采用的载气为纯度为99.999％的氦气。将0.1ng/μl、0.5ng/μl、1ng/μl、2ng/μl、5ng/μl的硝基苯
酚类化合物混合标准液(混合标准液含有4-硝基苯酚、3-甲基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-4-硝基苯酚、2-甲氧基-5-硝基苯酚、4-硝基儿茶酚、2,4-二硝基苯酚、4-甲基-5-硝基儿茶酚、3-硝基水杨酸以及5-硝基水杨酸)通入气相色质谱联用仪中进行测试。以硝基苯酚类化合物混合标准液的浓度为横坐标，仪器的响应值为纵坐标，绘制标准曲线；
[0053]
s4、样品检测：将硝基苯酚类化合物混合标准液测试完后，对步骤s2中定容后的溶液进行检测，并计算硝基苯酚类化合物的含量。
[0054]
利用本技术所述的气相色谱-质谱法检测空气颗粒物中硝基苯酚类化合物的方法，分析了2017年春夏两季在北京城区采集的pm
2.5
中的9种硝基苯酚类化合物(表1)。9种硝基苯酚类化合物(nacs)的平均总浓度春季为8.58ng/m3，夏季为8.54ng/m3，加标回收率结果介于70％～110％之间。参见图2，春季以4-硝基苯酚(33.7％)和4-硝基邻苯二酚(19.3％)最为丰富，夏季以4-硝基愈创木酚(34.9％)和2,4-二硝基苯酚(23％)最为丰富。参见图3，大气硝基苯酚类化合物主要来源于春季燃煤(52％)和生物质燃烧(32％)，夏季二次形成(37％)和交通(35％)。参见图4、图5，no2能促进硝基苯酚类化合物的形成，对硝基苯酚类化合物(nacs)的组成有显著影响，尤其是对硝基酚和硝基儿茶酚的影响。它还可以影响硝化气溶胶的形成及其存在形式。参见图6，no2浓度高于30ppb时，无机硝酸盐的转化率在白天增加，而在夜间则以有机氧化产物为主。这一转变是挥发性有机化合物(vocs)形成硝基苯酚类化合物的敏感机制，而甲苯的硝化作用是在北京地区活动过程中更为重要的途径。
[0055]
表1 2017年北京城区中pm
2.5
中的9种硝基苯酚类化合物的浓度
[0056]
[0057][0058]
上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。