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全二维气相色谱(GCxGC)技术案例应用

2023-06-01
中科新生命
874
GC-MS非靶代谢平台

持久性有机污染物在北极食物链中的积累已广为人知。然而迄今为止,关于北极食物链中新出现的污染物的存在,特别是在营养水平较低的无脊椎动物中的存在,只有有限的报道。

2023年3月,挪威海洋、气候与环境研究所等团队在Science of the Total Environment(IF 10.753)上发表了题为“Non-target and suspect screening reveal complex pattern of contamination in Arctic marine zooplankton”的文章,作者使用全二维气相色谱与质谱联用(GC×GC-MS)技术对北极环境中底栖和中上层低营养生物中有机污染物的多样性进行了研究,并进一步应用灵敏的GC-MS/MS来定量选定的化合物,包括一系列持久性有机污染物。结果表明,北极底栖和中上层无脊椎动物中积累了几种残留和“新”化合物。

Non-target and suspect screening reveal complex pattern of contamination in Arctic marine zooplankton

 

 

 研究材料

浮游动物

 

 

 技术路线

步骤1:方法适用性研究;

步骤2:非靶向代谢组学研究;

步骤3:靶向代谢组学研究。

 

 

 研究结果

1. 方法适用性研究

通过GC-MS/MS分析了在有和没有基质(白菖蒲油)的样品中加标的新兴污染物,用于定量方法验证,并使用GC×GC-MS分析用于自动识别管道的验证。

由于仪器LOD较高,某些化合物的定量具有挑战性。即使在最高加标(1000 ng)浓度下,一些具有低仪器LOD的化合物仍然没有回收值,如邻苯二甲酸盐、有机磷酸盐、六氯苯和正丁基苯磺酰胺。一些化合物(特别是三氯生、双酚A、布洛芬和17β-雌二醇)由于基质效应而回收率很高。在GC×GC-MS分析方面,除BDE-183、TCEP和DEHP外,所有加标化合物均在至少一个验证样品中鉴定到。通过GC×GC-MS或GC-MS/MS分析,在样品中均未发现有机磷酸盐或邻苯二甲酸盐。在GC×GC分析期间,两个维度的保留时间变化通过加标的内标进行监测。除少数例外情况,所有样品的第一维保留时间范围为<0.5 min,所有内标峰的第二维保留时间范围为<0.25 s。

 

2. 非靶向代谢组学研究

采用GC×GC-MS技术分析了43个北极海洋无脊椎动物样本,包括远洋片脚类(Themisto abyssorumT. libellula),桡足类(Calanus finmarchicusC. glacialisC. hyperboreus),箭虫类(Sagitta elegans)和磷虾类(Thysanoessa inermis)以及底栖食腐片脚类(Onisimus sp.,Anonyx sp)。对GC×GC-MS总离子色谱图(TIC)进行了主成分分析(PCA),发现组间没有明显区分。总共发现了127个暂定结构,初步确定的化合物包括高产量化学品,如塑料添加剂、溶剂和合成前体,以及抗氧化剂、抗菌剂、杀虫剂、PPCP和阻燃剂。在>50%的无脊椎动物样本中,仅鉴定出五种化合物(4-甲基-5-噻唑烷醇、1H-吲哚-3-甲醛、二环戊二烯二环氧化物、苯乙酰胺和2-苯基丙烯醛)(图1)。

图1 PCA分析

图1 PCA分析

 

3.  靶向代谢组学研究

通过目标GC-MS/MS分析并量化一组选定的污染物。包括通过上述非靶筛选方案在样品中初步鉴定的化合物如对苯酞、苯并噻唑、二苯甲酮、2-(甲基噻唑)苯并噻唑和正丁基苯磺酰胺以及GC×GC-MS筛选中未鉴定出的一系列新发现的污染物如三氯生、布洛芬、17β-雌二醇、4-叔辛基酚、4-正壬基酚和双酚A。结果发现三氯生、双酚A和布洛芬在几乎所有无脊椎动物物种中都有定量,且含量远高于现场和实验室空白样品中检测到的水平。在所有无脊椎动物样本中分析了一组持久性有机污染物(7种多氯联苯PCBs,9种多溴二苯醚PBDEs,16种多环芳烃PAHs)。在底栖片脚类中发现的多溴二苯醚(主要是BDE-47、BDE-100、BDE-85和BDE-154)以及多环芳烃的浓度明显高于其他采样物种。除了一个样本中的PCB-138外,箭虫类似乎比其他物种积累的持久性有机污染物(按湿重计算)更少,但差异并不显著。(图2,图3)

图2 无脊椎动物中双酚A、六氯苯、布洛芬和三氯生的定量水平

图2 无脊椎动物中双酚A、六氯苯、布洛芬和三氯生的定量水平

图3 无脊椎动物中∑16PAHs、∑7PCBs和∑9PBDEs的定量水平

图3 无脊椎动物中∑16PAHs、∑7PCBs和∑9PBDEs的定量水平

 

 

 小编小结

本文研究了各种底栖和中上层低营养生物包括片脚类、桡足类、箭虫和磷虾中污染物的存在,证实了北极海洋无脊椎动物含有复杂的化学特征。虽然持久性有机污染物(六氯苯、多环芳烃、多氯联苯和多溴二苯醚)的浓度与在较高营养级物种中的观测结果一致,但首次在若干无脊椎动物物种的样品中查明和/或量化了一系列以前较少研究的化学品。

首次在若干无脊椎动物物种的样品中查明和/或量化了一系列以前较少研究的化学品

 

 

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