自動頂空固相微萃取氣相色譜-三重四級桿質(zhì)譜聯(lián)用法測定水中的五種嗅味物質(zhì)

吳 聰

(廈門市政水務集團有限公司，福建 廈門 361005)

嗅味物質(zhì)影響消費者對飲用水水質(zhì)的感覺和評價，同時影響水生生物和人體健康[1]。嗅味物質(zhì)主要來源于水中某些微生物代謝產(chǎn)生的微量有機物，常見的嗅味物質(zhì)包括土臭素(Geosmin)、2-甲基異茨醇(2-MIB) β-環(huán)檸檬醛、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)和β-紫羅蘭酮等[2]。嗅味物質(zhì)的閾值濃度很低，一般為ng/L級別，且多為揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機物。我國頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2005)中建議自來水廠出水的土臭素和2-甲基異茨醇的標準閾值均為10 ng/L。因此，建立靈敏度高、相對簡便可靠的分析方法對控制水質(zhì)臭味問題和研究嗅味物質(zhì)對水生生物和人體健康的影響具有重要意義。對水中嗅味物質(zhì)的檢測必須采用高分離性能與敏感定性與定量性能儀器，同時，選擇合適的前處理方法進行富集萃取也是精確定量檢測的關鍵。目前，對水中嗅味物質(zhì)的檢測儀器，主要采用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)[3-5]。對于水樣的前處理方法主要有液液萃取法[6]、吹掃捕集法[7]、固相萃取[8]、攪拌棒吸附萃取和固相微萃取。固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)技術，是一種集采樣，萃取，濃縮和進樣于一體的無溶劑樣品微萃取新技術，為目前所采用的樣品前處理技術中應用最為簡潔、廣泛的方法之一。水樣經(jīng)該技術處理后可直接采用氣相色譜儀和質(zhì)譜儀定量測定。氣相色譜-單四級桿聯(lián)用儀是目前常用的一種有機物分析手段，但是單四級桿檢測靈敏度低，且不能解決復雜基質(zhì)帶來的背景干擾問題，故本文建立了頂空固相微萃取結(jié)合優(yōu)化后的GC/MS/MS條件, 測定水樣中的土臭素(Geosmin)、2-甲基異茨醇(2-MIB) β-環(huán)檸檬醛、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)和β-紫羅蘭酮等五種嗅味物質(zhì)的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

Agilent三重四級桿氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀7000B；Hp-5 ms毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；CTC三合一(固相微萃取、頂空進樣、液體進樣)自動進樣器；65 μm DVB/PDMS 23Ga固相微萃取纖維頭,Supleco 美國；20 mL螺口萃取瓶。

2-甲基異莰醇、GSM 標準品, 濃度100 mg/L(Supelco), 2-異丁基-3-甲氧基吡嗪，濃度100 mg/L；β-環(huán)檸檬醛標準品(純度>90%)，美國Sigma公司；β-紫羅蘭酮標準品(純度>96%)，美國Sigma公司。

標準溶液的制備：分別取適量五種標準品，溶于甲醇中，配制成混合標準儲備液，于4 ℃避光保存。其中2-甲基異莰醇、土臭素、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、β-環(huán)檸檬醛濃度為100 μg/L,β-紫羅蘭酮濃度為1000 μg/L。

1.2 固相微萃取方法

取10 mL 待測溶液置于萃取瓶中, 待CTC進樣器平衡溫度達到65 ℃后, 以250 r/min的轉(zhuǎn)速萃取，注意需將萃取頭位置調(diào)節(jié)好, 使其接近液面, 但不能接觸液面, 萃取20 min 后插入GC 氣化室, 解析2 min 進行GC/MS/MS分析。

1.3 GC/MS/MS 條件

GC條件：以高純氦氣(99.999%)為載氣, 恒流1.0 mL/min；無分流進樣模式； 進樣口溫度為250 ℃；起始柱溫35 ℃，保持5 min, 以12 ℃/min 升溫至250 ℃。

MS條件: EI 源; 電子能量70 eV; 離子源溫度260 ℃; 傳輸線溫度260 ℃；氦氣碰撞流量：2.25 mL/min; 氮氣碰撞流量：1.5 mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溫度

萃取溫度對吸附作用有很大的影響, 溫度太低則致嗅有機物不能有效地揮發(fā)到氣相中而導致靈敏度不高;加熱樣品能加速樣品分子運動的速度, 增加蒸汽壓,但同時高溫下?lián)]發(fā)性組分在纖維固定相上的分配系數(shù)會降低, 因此必需選擇一個合適的萃取溫度。我們考察了萃取溫度為40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃時的萃取效率，實驗表明 80 ℃的溫度下萃取靈敏度較高，但考慮溫度高，水蒸汽引起萃取頭及色譜柱的流失，故萃取溫度選擇為70 ℃。

2.1.2 萃取時間

影響萃取時間的因素較多, 如溫度、分配系數(shù)、試樣的擴散速度等。本研究考察了萃取時間為20 min、30 min、40 min、50 min、60 min時的萃取效率，實驗表明大部分化合物的響應隨著萃取時間延長而增加，萃取時間為60 min的時候萃取效率最高，但考慮實際工作效率, 接近平衡狀態(tài)的最短時間即為最佳萃取時間。通過試驗確定在70 ℃的萃取溫度下萃取時間為20 min。

2.2 儀器條件的優(yōu)化

樣品依上述方法萃取后，分別用GC/MS 法及GC/MS/MS 法分析, GC/MS 法有背景干擾峰， 結(jié)合質(zhì)譜圖可達到定性目的，但由于背景干擾對靈敏度有明顯的影響，相應的MS/MS 法幾乎無背景干擾(見圖1所示)。因此，氣質(zhì)聯(lián)用法測定能得到雜質(zhì)峰較少、分離效果好的譜圖。為了提高二級質(zhì)譜的特異性， 我們先用全掃描模式確定了各組分的保留時間，設計出各分析時段。結(jié)合豐度比，選擇豐都高、質(zhì)荷比大的離子作為特征母離子，對每種成分的母離子進行子離子掃描，同樣結(jié)合豐度比，選擇豐度高的作為定量和定性粒子，組成母離子/定量離子和母離子/定性離子對，再分別比較碰撞電壓為5、10、15、20、25、30、35、40 V的條件下，各組分的響應峰面積，取峰面積較大響應的碰撞電壓，建立MS/MS分析條件，見表1所示。

表1 五種嗅味物質(zhì)的質(zhì)譜采集參數(shù)Table 1 The MRM parameters of five odorous compounds

2.3 標準曲線及線性相關系數(shù)

將混合標準儲備液用甲醇稀釋成濃度為1.0 μg/L、2.0 μg/L、3.0 μg/L、5.0 μg/L、10.0 μg/L、15.0 μg/L、20.0 μg/L的標準曲線，用微量注射器分別準確移取10 μL于10 mL水中配制成濃度為1.0 ng/L、2.0 ng/L、3.0 ng/L、5.0 ng/L、10.0 ng/L、15.0 ng/L、20.0 ng/L待測標準水樣。在上述實驗條件下測定10 ng/L的2-異丁基3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、β-環(huán)檸檬醛、土臭素和100 ng/L的β-紫羅蘭酮得標準譜圖如圖1所示。

圖1 5種嗅味物質(zhì)的二級質(zhì)譜圖Fig.1 The Mass Spectrometry of five odorous compounds

以峰面積和濃度繪制五種嗅味物質(zhì)的標準曲線，其線性回歸方程，相關系數(shù)如表2所示。

表2 五種嗅味物質(zhì)的標準曲線方程Table 2 Liner Equations of five odorous compounds

2.4 檢出限、精密度和加標回收率

對1.0 ng/L的2-異丁基3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、β-環(huán)檸檬醛、土臭素和10.0 ng/L的β-紫羅蘭酮的混合標樣進行精密度實驗，計算標準偏差s，按4MDL=4s×t(n-1, 0. 95)計算方法測定下限。式中, t(n-1,0. 95)為置信度95%、自由度(n-1)時的t值，n 為重復樣品數(shù)。五種嗅味物質(zhì)的測定下限見表3所示。

對濃度為2.0 ng/L的 2-異丁基3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、β-環(huán)檸檬醛、土臭素和20 ng/L的β-紫羅蘭酮的五種嗅味物質(zhì)混合模擬水樣進行加標回收率測定，每天測定兩次，連續(xù)測定六天，結(jié)果見表3所示。

表3 五種嗅味物質(zhì)的檢出限、精密度、和回收率Table 3 Determination,ARR and RSDs of Five Odorous Compounds

3 結(jié) 論

研究通過對固相微萃取的條件優(yōu)化，建立了頂空固相微萃取-串聯(lián)四級桿氣相色譜質(zhì)譜法同時測定水中5種常見嗅味物質(zhì)的方法，其中2-異丁基3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、β-環(huán)檸檬醛、土臭素的檢出限均能達到1.0 ng/L以下，該方法操作簡單，檢測靈敏度高，適合水中衡量致嗅物質(zhì)的檢測。