アプリケーションノート

環境、食品、農業

測定困難なマトリックスにおけるPAH の GC/MS 分析の最適化

Agilent 5977 シリーズ GC/MSD、JetClean、ミッドカラムバックフラッシュの使用
著者

Anastasia A. Andrianova,
and Bruce D. Quimby,
Agilent Technologies, Inc.

概要

Agilent 8890 GC と Agilent 5977 シリーズ MSD システムを組み合わせて使用し、多環芳香族炭化水素 (PAH) の分析を行いました。適切な機器の構成と使用条件を選択することにより、測定困難なマトリックス中の PAH の堅牢な分析が可能になります。ミッドカラムバックフラッシュ、水素による連続的なイオン源クリーニング (JetClean)、代替ドローアウトレンズの使用により、1 ～ 1,000 pg のキャリブレーション範囲で優 れた直線性が示されました。有機物濃度の高い土壌からの抽出物の繰り返し注入において、システムの精度と堅牢性が実証されました。

はじめにル積分が必要になったりデータ確認に時間が対する発 がん性 が疑 われています。複数の発り、メソッドの直線性に問題が生じることがあ

PAH は水生生物に対して有害であり、人間にかかったりします。場合によっては、ISTD レスポンスがキャリブレーション範囲で不均一にな生源があるため、汚染物質として世界中に広ります。

PAH の発生源は次の 3 つです。

リックスに関連する問題も頻繁に生じます。例

く分布しています。

•••

石油由来: 化石燃料に関連する石油材料から生じるもの

火成: 燃焼源から生じるもの

生物由来: 自然の生物学的プロセスから生じるもの

PAH は 至る所 に 存在しており、海産物、食えば、食品分析や土壌分析では、分析後に溶出する高沸点 のマトリックスによる汚染 があり、その後の分析のゴーストピークを回避する

このアプリケーションノートでは、GC/MS のSIM モードに焦点を当てています。一般的 なキャリブレーション範囲は 1 ～ 1,000 pg で、許容可能 な 直線性 は R2 >0.99 です。通常、り、JetClean を用いることで、優れた直•線性、精度、ピーク形状が実現します。

ミッドカラムバックフラッシュ : バックフ

ラッシュとは、最後 のターゲット化合物がカラムから排出された後 にキャリアガス流 を逆流させる手法です。MS データ

テンションタイムのシフトの発生による SIM おで最終温度 に 保ち、第 1 カラムからのとがあります。

流によって、データ収集終了時にカラムヘッドに堆積し、頻繁なカラムトリミングや、リ実験方法手法が用いられています。

積しうる表面 が最小限 になる 9 mm エ

クストラクタレンズが 最適 な 選択肢でああります。最 も沸点 の高 い汚染物質 がカラム

気、水、および土壌などの環境内でもモニタリ

GC/FID、GC/MS、GC/MS/MS など複数の合します。PAH の分析では、PAH が堆ために長時間の焼き出しが必要になる場合がよびデータ分析時間帯の調整が必要になるこングされます。PAH の 分析 には HPLC/UV、

9 mm エクストラクタレンズ: Agilent エクストラクタイオン源は柔軟性が高く、さまざまな 分析課題 の 特定 のニーズに 適PAH に関連する問題に加えて、分析ではマト用油、燻製肉 などさまざまな 食品 で 微量汚染物質としてモニタリングされます。また、空•の 収集後、 オーブンをポストランモードキャリアガス流 を逆流させます。この 逆内に存在した高沸点化合物がカラムヘッドからスプリットベントラインへ 運 ばれます。この 逆流 はアジレントのパージ 付き

このシステムの構成 は、高マトリックスサンプ

Ultimate Union (PUU) が提供する機能

ル中の PAH の分析時の潜在的な問題が最小です。PUU は 挿入されるティであり、こ限 になるように 行 いました。使用した 重要 なの場合 は 2 つの同一の 15 m カラムの手法は次のとおりです。

•間に挿入されます。分析中、8890 ニュー

JetClean: 5977 シリーズ GC/MSD シ

マティックデバイス (PSD) モジュールかステムでは、このオプションを使用して分らの 少量 のメークアップキャリアガスで連続的にイオン源に供給することができシュ中、PSD からのメークアップ流量がPAH の特性のため、分析では多くの問題が生ニングすると、検量線 の 直線性 と PAHカラムは MS 側に流 れることによって高岐にわたります。PAH は活性が低いものや分ることが実証されています1 ～ 3。特に高マ内部標準 (ISTD) の面積再現性は標準溶液については ±20 % に指定され、サンプルについては ±30 % に指定されます。

じます。これらは 分子量 から沸点範囲まで多析中に低流量の水素 (0.33 mL/min) をます。イオン源 を水素で連続的 にクリー

トリックスサンプルにおいて、マニュアル

体から固体への相転移) しやすく、気化させるすことができます。のが困難です。高温にし、表面の接触を最小限 にすることが重要です。溶出の遅い化合物

ではピークテーリングがよく見られ、マニュア大幅に上昇し、第 1 カラムは逆流、第 2分析中のレスポンス精度が大幅に向上す

解されにくいとされているものでも、表面に吸着しやすい傾向 があります。PAH は 凝結 (気接続部 をスイープします。バックフラッでのイオン源クリーニングを大幅 に減ら沸点化合物 をスイープしました。この構成 の 場合、 バックフラッシュ時間 は 1.5•分でした。

8890 PSD モジュール: PSD はバックフ

ラッシュアプリケーション用 に 最適化 された 8890 ニューマティクスモジュールです。バックフラッシュ中、使用するヘリウム 流量 が 従来 の 構成より大幅 に 低減されます。PSD ではシームレスにパルス注入を行うことができ、バックフラッシュの設定が容易です。

2

図 1 に、使用したシステムの構成を示します。

液体インジェクタ

表 1 と表 2 に、使用した機器の操作パラメータを示します。機器 の 温度 を十分 な 高さに保ち、最も沸点の高い PAH が堆積しないようにJetClean(水素)する必要があります。注入口および MSD トラ

PSD(ヘリウム)

ンスファーラインは 320 ° C に保ちます。MSイオン源は 320 ° C 以上にします。

S/SL 注入口(ヘリウム)

9 mm エクストラクタレンズ

特 に重 い PAH のカラムへの移送 を最大化するため、パルスドスプリットレス注入を使用します。ガラスウール 入りで内径 4 mm のスト

EI イオン源

レートライナが必須です。ウールによって熱 が15 m
DB-EUPAH

PAH に伝わり、注入口ベースに直接接触しな15 m
DB-EUPAH

くなります。PAH が 注入口 のベースで凝結すると、PAH の気化とカラムへの流入 が難しく5977 シリーズ GC/MSDなります。

8890 GC

図 1. システム構成
表 1. PAH 分析の GC および MS 条件
注入口

8890 GC、高速オーブン、オートインジェクタ、およびトレイ
EPC スプリット/スプリットレスモード

パルスドスプリットレス

スプリットベントへのパージ流量0.75 分で 50 mL/min

注入パルス圧力

セプタムパージ流量モード

注入量

注入口温度

キャリアガス

注入口ライナ

50 psi、0.7 分間

ドローアウトレンズ

5977 シリーズ GC/MSD

不活性エクストラクタ

9 mm

真空ポンプ

パフォーマンスターボ

標準モード

SIM

320 ° CEM 電圧ゲインモード

1.0

1.0 µLヘリウム

Agilent 4 mm シングルテーパ、ガラスウール入り(p/n 5190-2293)

80 ° C で 1 分
オーブン

イオン源

25 ° C/min で 200 ° C まで加熱

8 ° C/min で 335 ° C まで加熱、6.325 分間維持

合計分析時間: 29 分

ポストラン時間: 1.5 分

チューニングファイル

Atune.U

溶媒ディレイ

4分

TID

あり

四重極温度

イオン源温度トランスファーライン温度

JetClean モード

JetClean 水素流量

150 ° C
320 ° C
320 ° C

測定とクリーニング

0.33 mL/min平衡化時間: 0.5 分
カラム 1
コントロールモード

DB-EUPAH、0.25 mm × 15 m、0.25 µm(カスタムオーダー )定流量、0.9272 mL/min

注入口接続

スプリット/スプリットレス

ポストラン流量 (バックフラッシュ )-12.027 mL/min

出口側接続
カラム 2

コントロールモード

注入口接続
出口側接続

ポストラン流量 (バックフラッシュ )PSD (PUU)

DB-EUPAH、0.25 mm × 15 m、0.25 µm(カスタムオーダー )定流量、1.1272 mL/min

PUU

MSD
12.518 mL/min

3

Agilent PAH アナライザキャリブレーション

キット (p/n G3440-85009) をイソオクタンで希釈して、PAH 標準溶液を調製しました。こ

表 2. 定量および定性に用いる SIM イオン化合物

RT (分)

定量

定性 1定性 2定性 3

ナフタレン

5.149

128127のキットには 27 種の PAH の原液 10 µg/mL

ナフタレン-d8

129102

す。1、2、10、20、100、200、1,000 ng/µL

1-メチルナフタレン

5.758

142

141

115

139

2-メチルナフタレン

5.926

142

141

115

143

ビフェニル

6.304

154

153

76

155

2,6-ジメチルナフタレン

6.346

156

141

155

115

アセナフチレン

7.042

152

151

153

76

アセナフテン-d10

7.150

164

80

アセナフテン

7.204

153

154

151

155

120 ° C で一晩乾燥させました。乾燥泥炭 5 g

2,3,5-トリメチルナフタレン

7.416

170

155

169

153

フルオレン

7.912

166

165

163

167

用いて一晩撹拌し、抽出しました。抽出物をろ

ジベンゾチオフェン

9.675

184

185

139

152

フェナントレン-d109.881

188

189

9.935

178

179

177

152

アントラセン10.002

178179177152

1-メチルフェナントレン

11.282

192

191

193

190

フルオランテン

12.952

202

203

201

101

ピレン

13.764

202

203

201

101

ベンゾ[a]アントラセン

17.215

228

226

229

114

クリセン-d12

17.381

240

236

クリセン

17.474

228

226

229

114

20.461

252

126

ベンゾ[k]フルオランテンと 5 種の ISTD の原液 50 µg/mL が含まれまの 7 つのキャリブレーションレベルを用意しました。各レベルに ISTD 500 ng/mL も含まれています。化合物の同定については、表 2 および図 2 を参照してください。

スゲ泥炭サンプル (Garden Magic、Michigan

Peat Company、テキサス州ヒューストン) ををジクロロメタン/アセトン (1:1 v:v) 30 mL を過し、ろ液を蒸発させて容量を 7.5 倍濃縮しました。生成された 抽出物 を堅牢性 の 実験 に使用しました。

フェナントレン

ベンゾ[b]フルオランテン

45.126136

13410820.528

252

126

ベンゾ[j]フルオランテン

20.624252

126

ベンゾ[e]ピレン

21.494

252

253

126

250

ベンゾ[a]ピレン

21.631

252

253

250

126

ペリレン-d12

21.889

264

260

ペリレン

21.966

252

253

126

250

ジベンズ[a,c]アントラセン

24.460

278

279

139

138

ジベンズ[a,h]アントラセン

24.588

278

279

139

138

インデノ[1,2,3-cd]ピレン

24.622

276

138

277

137

ベンゾ[ghi]ペリレン

25.778

276

138

277

137

結果と考察ナフタレン-d8

1.
2.

初回キャリブレーション

3.

択したパラメータでは、すべての PAH について6.

良好なピーク形状が得られ、特に最後の PAH

9 mm レンズと水素による連続的 なクリーニ

ルを確認することが 重要です。例えば、図 3は 1 pg レベルの複数の化合物の定量イオン26. ベンゾ[a]ピレン

25. ベンゾ[e]ピレン

16. 1-メチルフェナントレン
17. フルオランテン
18. ピレン19. ベンゾ[a]アントラセン

アセナフテン-d10

20. クリセン-d12

アセナフテン

9.

21. クリセン

10. 2,3,5-トリメチルナフタレン

22. ベンゾ[b]フルオランテン

11. フルオレン

ングを使用すると、多くの場合 S/N 比が低下するため、必要な最低キャリブレーションレベ

15. アントラセン

14. フェナントレン

アセナフチレン8.

8 (ISTD)2-メチルナフタレン
2,6-ジメチルナフタレン

7.

が非常に良好なピーク形状になりました。

24. ベンゾ[j]フルオランテン

ビフェニル

5.

23. ベンゾ[k]フルオランテン

13. フェナントレン-d101-メチルナフタレン

4.

図 2 は標準溶液 100 pg の SIM TIC です。選12. ジベンゾチオフェン

ナフタレン

27. ペリレン-d12
28. ペリレン

29. ジベンズ[a,c]アントラセン

30. ジベンズ[a,h]アントラセン
31. インデノ[1,2,3-cd]ピレン
32. ベンゾ[ghi]ペリレン

27 (ISTD)
13 (ISTD)

1 (ISTD)

におけるレスポンスを示しています。1 pg レ

20 (ISTD)

ベルのすべてのターゲット化合物 がキャリブ

23 5

レーションに十分な信号を示しています。

46569710722 262325

1411812916

17 1815192124

28

30,312932

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
取り込み時間 (分)図 2. 100 pg/µL 標準溶液の SIM TIC

フルオランテン

フルオレン

SIM 1667.75 7.85 7.95 8.05 8.15 8.25 8.35 8.45 8.55 8.65
取り込み時間 (分)ベンゾ[ghi]ペリレン

ピレン

SIM 20212.3 12.6 12.9 13.2 13.5 13.8 14.1 14.4 14.7
取り込み時間 (分)SIM 276

24.8 25.1 25.4 25.7 26.0 26.3 26.6 26.9 27.2 27.5
取り込み時間 (分)図 3. 最低濃度の標準溶液 (1 pg) 中の選択化合物の定量イオンのレスポンス5

表 3 に、1 ～ 1,000 pg の 7 つのレベルにおけるシステムの 3 種の ISTD キャリブレーションの R2 値を示します。すべてのターゲット化合物

表 3. 7 つのレベルの 3 つの ISTD キャリブレーションの R2 値 (1 ～ 1,000 pg の SIM)化合物

RT (分)

キャリブレーション 1

キャリブレーション 2

キャリブレーション 31-メチルナフタレン

5.758

1.00001.00001.0000

図 4 は 100 pg 標準の 60 回連続繰り返し注

2-メチルナフタレン

5.926

1.00001.00001.0000

ビフェニル

6.304

0.99980.99980.9998います。ISTD の面積の RSD は次のとおりで

2,6-ジメチルナフタレン

6.346

1.00001.00001.0000アセナフチレン

7.042

1.00001.00001.0000

アセナフテン

7.204

1.00001.00001.0000

2,3,5-トリメチルナフタレン

7.416

1.00001.00001.0000

フルオレン

7.912

1.00001.00001.00009.675

1.00001.00001.0000フェナントレン-d10 (3.4 %)ジベンゾチオフェン

フェナントレン

9.935

1.00001.00001.0000アントラセン

10.0021.00001.00001.0000ペリレン-d12 (2.0 %)1-メチルフェナントレン

11.2821.00001.00001.0000

フルオランテン

12.9521.00000.99991.0000ピレン

13.7641.00000.99991.0000ベンゾ[a]アントラセン

17.2151.00001.00001.0000クリセン

17.4741.00001.00001.0000ベンゾ[b]フルオランテン

20.4611.00001.00000.9999ベンゾ[k]フルオランテン

20.5281.00001.00001.0000ベンゾ[j]フルオランテン

20.6241.00000.99990.9999ベンゾ[e]ピレン

21.4941.00001.00001.0000ベンゾ[a]ピレン

21.6311.00001.00001.0000ペリレン

21.9661.0000

1.00001.0000ジベンズ[a,c]アントラセン

24.4601.00001.00000.9999ジベンズ[a,h]アントラセン

24.5880.99990.99990.9997

インデノ[1,2,3-cd]ピレン

24.6221.00001.00000.9998ベンゾ[ghi]ペリレン

25.7781.00001.00001.0000が範囲全体で優れた直線性を示しています。

レスポンスの安定性

入における ISTD ピーク強度の精度を示してした。

••
•
•
•

ナフタレン-d8 (3.3 %)アセナフテン-d10 (3.2 %)クリセン-d12 (2.7 %)

ナフタレン

5.149

1.00001.00001.0000

120 %
110 %
100 %
90 %

ナフタレン-d8 (ISTD)

アセナフテン-d10 (ISTD)

80 %フェナントレン-d10 (ISTD)

70 %クリセン-d12 (ISTD)

ペリレン-d12 (ISTD)

60 %
50 %

0102030

注入回数4050

図 4. 100 pg 標準溶液の 60 回注入における ISTD レスポンスの安定性。
面積は初回注入の面積に正規化

660

析における複数のターゲット化合物の算出濃度を示しています。システムのレスポンスの優れた安定性が示されています。27 種すべてのターゲット化合物の算出濃度 の平均 RSD は1.1 % でした。

120110100

算出濃度

図 5 は 100 pg 標準の 60 回連続繰り返し分

90

土壌抽出物におけるレスポンスの安定性

60

ステムでの測定が難しい高マトリックスが含ま出物のスキャン TIC と 100 pg PAH 標準のス

キャン TIC を比較しています。土壌抽出物 にベンゾ[k]フルオランテン

70

堅牢性テストで使用する土壌抽出物には、 シれるものを意図的に選びました。図 6 では 抽

ナフタレンアセナフチレン

80ベンゾ[ghi]ペリレン

0102030

注入回数405060

図 5. 100 pg 標準溶液の 60 回連続注入における算出濃度の安定性は 非常 に 高 いレベルのマトリックスが 含 まれています。なお、このようなレベルの有機物を含む土壌の場合、ルーチン分析では追加のサンプルクリーンアップを検討する必要があります。使用したサンプル前処理法はテストのみを重い土壌マトリックス目的としています。

PAH 標準 (100 pg)

システムの 堅牢性 をテストするため、土壌抽出物を 27 種のターゲット化合物各 100 pg、ISTD 各 500 pg でスパイクしました。次 に、スパイクした抽出物を 60 回注入しました。測定ごとに 溶媒 ベースの 検量線 に 対して PAHを定量し、算出された濃度をプロットしました。

図 7 は複数のターゲット化合物の算出濃度を示しています。ナフタレンとベンゾ[ghi]ペリレンはいずれもスパイクされた 100 pg レベルよりも高い濃度測定値を示しています。これらの化合物 はおおよそ図 7 のオフセットに相当するレベルで土壌内 に存在していることがわかりました。ペリレン (ここには 示されていません) はおおよそ 200 pg 土壌内に存在してい5などの 最 も重 いターゲット分析物 のレスポン

スは最も早く失われました。

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
取り込み時間 (分)

算出濃度

100

出濃度が最初の注入算出濃度の 20 % 以内の9140

平均 RSD は 4.4 % でした。27 種中 25 種のずれでした。予想どおり、 ベンゾ[ghi]ペリレン8抽出物中の多くの物質が示されている

120

ターゲット化合物で、60 回の土壌分析後の算7

図 6. 土壌抽出物および PAH 標準 100 pg と ISTD 500 pg のスキャン TIC を両方同じ目盛りで示したもの。

ることがわかりました。

27 種すべてのターゲット化合物の算出濃度の

680
ナフタレン

アセナフチレン

ベンゾ[k]フルオランテン

60

ベンゾ[ghi]ペリレン

400102030

注入回数405060

図 7. 100 pg の PAH 標準でスパイクした土壌マトリックスと 500 pg の ISTD の 60 回注入における算出濃度の安定性

7土壌抽出物を 60 回注入した後、注入口メンテナンスを実施しました。このメンテナンスではセプタム、注入口ライナ、ゴールドシールを交換し、カラム 1 のヘッドから 30 cm を除去

表 4. キャリブレーションチェックおよび 7 つのレベルの ISTD キャリブレーションのR2 値(システムメンテナンス後の 1 ～ 1,000 pg の SIM)しました。ライナとゴールドシールを取り外しナフタレン注入口を清掃しました。メンテナンス後、標準ている間に、メタノールを染み込ませた綿棒で化合物

RT

メンテナンス後のキャリブレーション用

5.141

100(分)

メンテナンス後の標準液 100 pg の算出濃度キャリブレーションの R21.0000

1.00001-メチルナフタレン

5.752100

溶液 100 ppb を測定し、2 回の繰り返し実験

2-メチルナフタレン

5.920

1021.0000

ビフェニル

6.298

991.0000た。表 4 に、濃度測定値を示します。すべての2,6-ジメチルナフタレン

6.340

1001.0000

アセナフチレン

7.031

961.0000に収まっていました。表 4 に、注入口メンテナ

アセナフテン

7.193

98

1.00007.408

991.0000

ンス後のフルキャリブレーションの R 値 を示

2,3,5-トリメチルナフタレン

フルオレン

7.904

981.0000

9.663

971.0000

システム性能の低下 が予想どおり注入口とカジベンゾチオフェン

フェナントレン

9.923

961.0000

アントラセン

9.991

971.00001-メチルフェナントレン

11.268971.0000フルオランテン

12.94394

1.0000ピレン

13.75295

1.0000

ドローアウトレンズを使用すると、イオン源 のベンゾ[a]アントラセン

17.21095

1.0000クリセン

17.46595

1.0000ます。

ベンゾ[b]フルオランテン

20.45596

1.0000ベンゾ[k]フルオランテン

20.51996

1.0000ベンゾ[j]フルオランテン

20.61595

0.9999ベンゾ[e]ピレン

21.48593

1.0000ベンゾ[a]ピレン

21.62293

1.0000ペリレン

21.95794

1.0000ジベンズ[a,c]アントラセン

24.45295

1.0000ジベンズ[a,h]アントラセン

24.57495

1.0000インデノ[1,2,3-cd]ピレン

24.61494

1.0000ベンゾ[ghi]ペリレン

25.76693

1.0000

前に作成した元の検量線を用いて定量しましターゲット化合物が予想された値の 7 % 以内2します。表 4 のデータは、この土壌 におけるラムヘッドに限られることを示しています。

イオン源 のクリーニングは 不要でした。ここで使用したようなマトリックスレベルではこのようになることがよくあります。JetClean と 9 mm

性能を通常大きく低下させる堆積が大幅に減り

8結論

このシステムは GC/MS PAH 分析で生じる多くの 問題 に 対応 できます。JetClean、9 mm

参考文献
1.

Optimized PAH Analysis Using the

ドローアウトレンズ、高 いゾーン温度、適切

Agilent Self-Cleaning Ion Source

なライナを用 いることで、直線性、 ピーク形

and Enhanced PAH Analyzer,

状、 システムの 堅牢性 が 大 きく向上します。

Agilent Technologies Application Note,

JetClean によってマニュアルでのイオン源クリーニングの必要性 が大幅に減少し、ラボの生産性の向上が実現します。

マトリックス干渉が大きいサンプルを大量に分

publication number 5191-3003EN,
2013.
2.

spectrometer gas chromatograph for

プル四重極 GC/MS、JetClean、およびミッpolycyclic aromatic hydrocarbons,

ドカラムバックフラッシュを組 み合 わせること
でここで示したすべての 利点 を得ることがでます4。GC/MS/MS を用いることでマトリック

Anderson, K. A.; et al.Modified ion
source triple quadrupole mass

析するラボでは、Agilent 8890/7000D トリ

き、さらに MS/MS の高い特異性を実現でき

Szelewski, M.; Quimby, B. D.

Journal of Chromatography A 2015,1419(6), 89-9US.

3.

Quimby, B. D.; Prest, H. F.;
Szelewski, M. J.; Freed, M. K. In-situ

スからのスペクトル干渉時の選択性が大幅に

conditioning in mass spectrometer

向上し、GC/MS に比 べてデータ確認が容易

systems, US Patent 8,378,293 Feb 19,になります。

2013.
4.

Andrianova, A. A.; Quimby, B. D.
Optimized GC/MS/MS Analysis
for PAHs in Challenging Matrices,
Agilent Technologies Application Note,publication number 5994-0498EN,
2019.

9

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