纸喷雾质谱分析PM2.5中醌污染物的方法研究

Haze is closely associated with various diseases, which is induced by the toxic pollutants in the inhalable atmospheric particulates (PM2.5). Quinones in PM2.5 are an important pathogenic factor, and kowning their concentrations would provide a basis for assessing the potential health risk. However, traditional analytical methods are generally time-consuming, laborious, and require relatively large quantities of solvents. This project is to develop a convenient paper chip-paper spray mass spectrometry method for quinone determination on the basis of ambient mass spectrometry technique. First, slip chip in paper chip will be used to remove complex matrix, and analytes are introduced to the spray paper according to the channel designed on the paper chip. Derivatization reaction on the spray paper aims at adding an easily charged –NH2 “tag” to quinones to improve their ionization efficiency. Then, this method is utilized to investigate the seasonal and daily emission characteristic of quinone pollutants in typical pollution source area of different cities. This method will present the advantages of low sample consumption, simple operation, little environmental pollution, and high sensitivity. Moreover, this project will provide new insight for the determination of other organic pollutant in the atmospheric particulates.

雾霾与人类多种疾病密切相关，这主要与可吸入颗粒物（PM2.5）表面所携带的有毒污染物有关，醌类即是其中一种重要致病因子。对PM2.5中的醌类物质进行定量检测是评价其健康风险的基础。然而，传统分析方法耗时、耗力、耗溶剂。因此，本项目拟基于常压敞开式质谱分析技术，开发一种便捷的PM2.5中醌污染物检测的纸芯片-纸喷雾质谱分析方法。该方法首先利用纸芯片中的滑移芯片快速去除颗粒物中的复杂基质，然后将目标分析物按照纸芯片设计通道引入到喷雾纸中。在喷雾纸上，对醌进行衍生化，目的是在醌中引入一个氨基，以提高其在纸喷雾质谱中的离子化效率。最后，利用该分析方法，考察不同城市典型污染源区醌污染物排放的季节及日变化特征。该方法将具有操作简单、耗样量少、环境污染小、灵敏度高等优点。另外，该项目的开展也将为大气颗粒物中其它有机污染物的检测提供新思路。

敞开式大气压离子源是目前质谱领域的前沿，其能在敞开环境下对实际样品直接进行分析，不需要或仅需要少量样品制备过程，受到了分析人员的关注和认可。纸喷雾离子源作为一种新型的敞开式大气压离子源，具有快速、经济、易操作等特点，现己被广泛应用于血样、尿样、组织等生物样品中化合物的检测。而牙签喷雾离子源是纸喷雾离子源的衍生方式之一，其窄棒状木尖减少了样品挥发，使信号持续时间更长、重复性更好，具有很大优势。本项目使用纸喷雾离子源和牙签喷雾离子源，成功实现了原位检测醌类物质，并在复杂基质(原尿、血清、PM2.5)中进行了定性和定量分析。.本项目主要完成了3个方面的工作：1）对醌类物质在电喷雾离子源（ESI）中的氧化还原机制进行探究，结果表明ESI正负离子模式下的氧化还原反应均与电晕放电有关。凡是增强电晕放电的参数，例如提高喷雾电压、使用水作为喷雾溶剂、使用金属喷针、使用氮气作为鞘气、缩短喷针-质谱之间的距离等，都有助于醌的还原。2）开发了两套PM2.5中醌污染物测定的分析方法——纸喷雾离子化质谱和牙签喷雾质谱，通过条件优化，包括溶剂选择、电压值、喷雾溶剂用量等参数，使该两种方法均取得较好的灵敏度和线性响应。3）开发了一种PM2.5中醌污染物测定的甲醇衍生化方法。用对该方法对实际样品中的醌类物质进行测定，其浓度范围在ND（未检出）-760 pg/m3。.总结，我们成功开发出了三套适用于大气PM2.5中醌污染物检测的便捷、快速、高灵敏度质谱检测方法，使其在大气环境监测方面表现出巨大的潜力。