流动GC／MS实验室应急分析：确证90种环境未知物

更 多内容参见：
Mass Works 技 术 专 题
危机环境和本土安全事件中利用快速响应GCMS流动实验室提高未知物识别的确认能力
——本文发表于LC/GC

摘要：

      本文描述一个新方法，利用GC/MS 分析挥发性有机物并大大提高其对“未知”化合物识别的准确度和可靠性。方法是基于先进的数据处理方法，对GC/MS 仪器获得的典型名义质量数据进行处理，并结合GC/MS 谱库大大提高了化合物识别的准确度。该方法基于建好的EPA 方法用于分析挥发性有机物，验证了总共90个环境相关化合物。

引言：

      康涅狄格环境保护局（CT DEP）位于康涅狄格州的Windsor，是装备GC/MS等分析仪器的唯一流动实验室，负责本土安全和应急环境事件的现场、快速未知化合物的测定。CT DEP应急响应队员24/7待命，通常是救火队员、地方或联邦执法人员遇到不明的可能化学危险物时电话求助，他们的责任是快速识别这些物质，以便事故指挥官和执法人员做出适当的应变措施，在这种情况下，快速准确地识别至关重要，因为这有助于迅速决定是对无毒物质进行简单控制处理，还是撤离周围居民。

      GC/MS是快速识别挥发和非挥发有机物的选择工具，标准EPA方法能识别超过200种环境相关的化合物，这些方法具有很好的灵敏度，根据保留时间和GC/MS谱图检索可以准确识别这些目标化合物。然而，对不不能用这些方法表征的化合物，仅仅利用GC/MS谱图检索会产生很大的不确定性。错误识别对于先遣急救员和执法者，可能导致昂贵的、危险的甚至致命的错误响应，确认识别的不确定性或延迟也能导致公共资源的极大浪费。

      为了提高未知物正确识别的可能性，需要一些分析方法进行二次确证分析，如GC/MS谱库匹配后接下来利用精确质量GC/MS进行分子式确证。对于化学物识别的初期应答者，挑战是非常严峻的，因为分析必须具有高度的可信度，必须快速（通常在1~3小时内），而且必须依靠流动实验室中已有的分析仪器。对这些应用，对于GC/MS结果的确信和准确性需要额外的确证工具。

      最近在质谱数据处理上的进步，对于在单位分辨质谱上实现准确的分子式识别显示了巨大的潜力。该应用基于精确质量数和线形校正的新技术，在单位分辨质谱上得到精确质量数和精确的同位素峰形匹配（谱图准确度）用于分子式识别，得到的结果与高分辨测量仪器具有很好的可比性。

      本文呈现一个新方法，通过标准GC/MS谱库检索，并结合在标准单位质量分辨四极杆GC/MS仪器的分子式识别进行结果确认，提高GC/MS对未知物识别的速度和准确度。方法是基于VOC分析的标准EPA方法（EPA 8260B），这里定义为EVOCA（扩展的VOC分析）。


实验：

      使用标准EPA 8260B方法中的7个标准替代化合物和内标，建立用于评价EVOCA的测试方案，该测试方案使用73个与环境相关的目标化合物，在另一个单独运行中有额外17个化合物，所以共有90个化合物用于评价该方法。

      仪器采用Agilent 6890-5973 GC/MS，系统安装在CT DEP流动实验室用于全部分析。


结果：

      90个测试化合物中，81个化合物确证的分子式在CLIPS检索列表中排在第一位，5个化合物排在列表的第二位，总共超过95％化合物具有很高的确证效率，其余的4个化合物排在3~5的位置。

      该方法的优点是完全以现有的分析方法（EPA 8260B）为基础，使用替代化合物和内标，不需要额外的谱图校正标样如PFTBA，因此不需改变现有分析方法。这简化了分析过程且改进了谱图校正，仅需要增加一步数据分析步骤，就得到分子式结果。这意味着该方法很容易适合其它实验室。

      结果清楚表明：通过这个方法得到的谱图准确度和质量精度，对于GC/MS谱库检索提供了高度可靠的确证。这个方法的关键优势在于，能够运行在成本较低的流动GC/MS仪器上，通常可用于个人负责的初始响应形式，这个额外确证能力在紧急时刻甚至生命危机时刻非常关键的。

      同样方法也很容易扩展到其它应用领域，GC/MS系统对未知半挥发有机化合物（SVOCs）进行快速识别，包括香精香料、药物降解、天然产物识别和污染等等。这种方式结合化学离子化GC/MS，对于未知化合物结构解析提供额外的有价值的信息。