流動 GC/MS實驗室應急分析：確證90種環境未知物

摘要：

      本文描述一個新方法，利用GC/MS 分析揮發性有機物并大大提高其對“未知”化合物識別的準確度和可靠性。方法是基于先進的數據處理方法，對GC/MS 儀器獲得的典型名義質量數據進行處理，并結合GC/MS 譜庫大大提高了化合物識別的準確度。該方法基于建好的EPA 方法用于分析揮發性有機物，驗證了總共90個環境相關化合物。

引言：

      康涅狄格環境保護局（CT DEP）位于康涅狄格州的Windsor，是裝備GC/MS等分析儀器的唯一流動實驗室，負責本土安全和應急環境事件的現場、快速未知化合物的測定。CT DEP應急響應隊員24/7待命，通常是救火隊員、地方或聯邦執法人員遇到不明的可能化學危險物時電話求助，他們的責任是快速識別這些物質，以便事故指揮官和執法人員做出適當的應變措施，在這種情況下，快速準確地識別至關重要，因為這有助于迅速決定是對無毒物質進行簡單控制處理，還是撤離周圍居民。

      GC/MS是快速識別揮發和非揮發有機物的選擇工具，標準EPA方法能識別超過200種環境相關的化合物，這些方法具有很好的靈敏度，根據保留時間和GC/MS譜圖檢索可以準確識別這些目標化合物。然而，對不不能用這些方法表征的化合物，僅僅利用GC/MS譜圖檢索會產生很大的不確定性。錯誤識別對于先遣急救員和執法者，可能導致昂貴的、危險的甚至致命的錯誤響應，確認識別的不確定性或延遲也能導致公共資源的極大浪費。

      為了提高未知物正確識別的可能性，需要一些分析方法進行二次確證分析，如GC/MS譜庫匹配后接下來利用精確質量GC/MS進行分子式確證。對于化學物識別的初期應答者，挑戰是非常嚴峻的，因為分析必須具有高度的可信度，必須快速（通常在1~3小時內），而且必須依靠流動實驗室中已有的分析儀器。對這些應用，對于GC/MS結果的確信和準確性需要額外的確證工具。

      最近在質譜數據處理上的進步，對于在單位分辨質譜上實現準確的分子式識別顯示了巨大的潛力。該應用基于精確質量數和線形校正的新技術，在單位分辨質譜上得到精確質量數和精確的同位素峰形匹配（譜圖準確度）用于分子式識別，得到的結果與高分辨測量儀器具有很好的可比性。

      本文呈現一個新方法，通過標準GC/MS譜庫檢索，并結合在標準單位質量分辨四極桿GC/MS儀器的分子式識別進行結果確認，提高GC/MS對未知物識別的速度和準確度。方法是基于VOC分析的標準EPA方法（EPA 8260B），這里定義為EVOCA（擴展的VOC分析）。


實驗：

      使用標準EPA 8260B方法中的7個標準替代化合物和內標，建立用于評價EVOCA的測試方案，該測試方案使用73個與環境相關的目標化合物，在另一個單獨運行中有額外17個化合物，所以共有90個化合物用于評價該方法。

      儀器采用Agilent 6890-5973 GC/MS，系統安裝在CT DEP流動實驗室用于全部分析。


結果：

      90個測試化合物中，81個化合物確證的分子式在CLIPS檢索列表中排在第一位，5個化合物排在列表的第二位，總共超過95％化合物具有很高的確證效率，其余的4個化合物排在3~5的位置。

      該方法的優點是完全以現有的分析方法（EPA 8260B）為基礎，使用替代化合物和內標，不需要額外的譜圖校正標樣如PFTBA，因此不需改變現有分析方法。這簡化了分析過程且改進了譜圖校正，僅需要增加一步數據分析步驟，就得到分子式結果。這意味著該方法很容易適合其它實驗室。

      結果清楚表明：通過這個方法得到的譜圖準確度和質量精度，對于GC/MS譜庫檢索提供了高度可靠的確證。這個方法的關鍵優勢在于，能夠運行在成本較低的流動GC/MS儀器上，通常可用于個人負責的初始響應形式，這個額外確證能力在緊急時刻甚至生命危機時刻非常關鍵的。

      同樣方法也很容易擴展到其它應用領域，GC/MS系統對未知半揮發有機化合物（SVOCs）進行快速識別，包括香精香料、藥物降解、天然產物識別和污染等等。這種方式結合化學離子化GC/MS，對于未知化合物結構解析提供額外的有價值的信息。