頂空固相微萃取-氣質聯用測定環境水樣中7種痕量土霉味物質

摘 要 建立了同時測定環境水樣中7種痕量土霉味物質（2甲基異冰片、土臭素、2異丙基3甲氧基吡嗪、2異丁基3甲氧基吡嗪、2，3，4三氯苯甲醚、2，3，6三氯苯甲醚和2，4，6三氯苯甲醚）的頂空固相微萃取氣相色譜質譜聯用方法。對頂空固相微萃取的參數進行了考察與優化，確認了最佳萃取條件：離子強度0.3 g/mL NaCl、萃取溫度90 ℃、萃取體積20 mL、萃取時間30 min、攪拌速率1000 r/min， 解析時間5 min；采用氣相色譜質譜選擇性離子掃描方式（SIM）進行定量分析，方法的線性范圍為1～100 ng/L，檢出限均低于1 ng/L，日間精密度（n＝7）為4.2%～6.9%。將本方法用于環境水樣中7種痕量土霉味物質分析，其回收率為84.0%～105.0%。與文獻方法比較，本方法具有簡便快速、靈敏度高、無交叉污染和環境友好等優點。

關鍵詞 頂空固相微萃取； 土霉味物質； 氣相色譜質譜； 環境水樣

1 引 言

氣味和味道是評價水質的兩個重要指標。在環境水體的8種氣味中，土霉味普遍存在， 最受關注。含有土霉味的水不但難聞，而且損害身體健康，使人產生不安全感[1]。土霉味主要由2甲基異冰片（2MIB）、土臭素（GSM）、2，4，6三氯苯甲醚（2，4，6TCA）和2異丙基3甲氧基吡嗪（IPMP）產生。當GSM和MIB的濃度達到0.004～0.02

SymbolmA@ g/L時，或三氯苯甲醚的濃度達到30 pg/L時，水體就會發出土霉味[2～4]。我國2006年飲用水衛生標準中規定，土臭素和二甲基異冰片在飲用水中含量不可超過10 ng/L[5]；目前，世界各國對于其它幾種物質的限值尚無統一規定，含量一般控制在1～10 ng/L[2，6，7]。關于水中土霉味物質分析主要集中于2甲基異冰片和土臭素[8，9]，對其它土霉味物質分析的報道較少。由于土霉味物質在水中的含量很低，分析前需要富集。富集方法有閉合環路氣提[9]、吹掃捕集（PT） [10]、液液微萃取（LLME）[11]、固相萃取（SPE）[12]和頂空固相微萃取（HS/SPME）[13～15]等方法，其中閉合環路氣提和吹掃捕集方法的操作復雜，儀器價格相對昂貴。頂空固相微萃取方法集中了萃取、富集與進樣過程，操作簡便，富集效率高，所用儀器主要是氣相色譜儀（GC）[11]和氣相色譜質譜聯用儀（GCMS）[10，12～20]。結合文獻報道，本研究針對環境水樣中7種痕量土霉味物質（2甲基異冰片、土霉素、2異丙基3甲氧基吡嗪、2異丁基3甲氧基吡嗪（IBMP）、2，3，4三氯苯甲醚（2，3，4TCA）、2，3，6三氯苯甲醚（2，3，6TCA）和2，4，6三氯苯甲醚）建立了HS/SPMEGC/MS方法， 并將本法與文獻報道的PT， LLME和SPE等方法進行了對比。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

GC2010型氣相色譜儀QP2010plus質譜聯用儀（GCMS，日本島津公司）；電子分析天平（d＝0.01 mg，德國Sartorius公司）；MilliQ Plus超純水系統（美國Millipore公司）； SZCL2A數顯智能控溫磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司）。手動固相微萃取針和萃取纖維DVB/CAR/PDMS （50/30

SymbolmA@ m，美國Supelco公司）；2異丙基3甲氧基吡嗪（2Isopropyl3methoxypyrazine， IPMP）、2異丁基3甲氧基吡嗪（2Isobutyl3methoxypyrazine， IBMP）， 二甲基異冰片（2Methylisoborneol， 2MIB）， 2，4，6三氯苯甲醚（2，4，6Chloroanisoles， 2，4，6TCA）， 2，3，6三氯苯甲醚（2，3，6Chloroanisoles， 2，3，6TCA）， 土臭素（Geosmin，GSM）和2，3，4三氯苯甲醚（2，3，4Chloroanisoles， 2，3，4TCA）標準物質均由中國計量科學研究院提供，純度均高于99%，甲醇（色譜純）和NaCl（純度≥99.8%）購自Merck公司，NaCl使用前于400 ℃烘干2 h，實驗用水為三次去離子水。

2.2 標準溶液的配制

分別稱取20 mg（精確到0.01 mg）的IPMP， IBMP， 2MIB， GSM， 2，4，6TCA， 2，3，6TCA和2，3，4TCA標準物質，以甲醇溶解后，定容至200 mL，得到上述7種物質的標準儲備液（100 mg/L），4℃避光保存。工作標準溶液在使用前用水稀釋至所需要的濃度。 

2.3 頂空固相微萃取前處理

取20 mL工作標準溶液于40 mL樣品瓶中，加入6 g NaCl和磁性攪拌子（PTFE包覆，2 mm×8 mm），蓋緊瓶蓋（PTFE瓶墊），置于磁力攪拌器上，硅油加熱至90 ℃時，以1000 r/min攪拌5 min，用帶有DVB/CAR/PDMS（50/30

SymbolmA@ m）萃取纖維的手動萃取針萃取30 min，轉入GC進樣口，于270 ℃下解吸附5 min。

實際水樣采自不同的地域，水樣1采自北京；水樣2采自江蘇。將采集的水樣用混合纖維素酯濾膜過濾，再按上述操作進行HS/SPME萃取，然后進行GCMS 分析。

2.4 GCMS 條件

GC條件： DB5MS石英毛細管柱 （30.0 m×0.32 mm×0.5

SymbolmA@ m）；進樣口溫度270 ℃，不分流；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持2 min后，以10 ℃/min升溫至240 ℃，保持3 min；載氣：高純氦，恒流模式1.4 mL/min。

MS條件：電子轟擊源（EI），電子能量為70 eV；離子源溫度220 ℃；傳輸線溫度270 ℃；溶劑延遲6 min，總離子掃描（TIC）質量數范圍（m/z 80～400），采用選擇離子掃描（SIM）模式定量，參數列于表1。

10.15～10.35

二甲基異冰片

3 結果與討論

3.1 頂空固相微萃取條件優化

3.1.1 離子強度 考察了NaCl加入量（0， 0.1， 0.2， 0.3和0.4 g/mL）對7種目標物萃取效率的影響。結果表明，隨著鹽加入量的逐漸增加，響應面積先增大后減小。響應面積增大是由于鹽析效應，NaCl電離出的離子占據了有機物周圍的水分子，使目標物分子較多地揮發出來；響應面積的減小是由于NaCl在水中溶解逐漸趨于飽和，對目標物分子產生吸附，影響了萃取效率。從圖1A可見，鹽加入量為0.3 g/mL （相當于6 g ）時，各目標物的響應值最大。

3.1.2 萃取時間 選擇不同萃取時間（10， 20， 30和40 min）進行實驗，結果表明，大部分化合物的響應隨著萃取時間延長而增加，尤其是GSM， IBMP和IPMP。當萃取時間為30 min時，各目標分析物的萃取率已基本趨于平衡。故萃取時間選取30 min。萃取時間對目標分析物的影響見圖1B。

[TS（]圖1 鹽加入量（A）和萃取時間（B）對萃取效率的影響

Fig．1 Effect of mass of NaCl added （A） and extraction time （B） on the extraction efficiency of analytes[TS）]

3.1.3 溫度 根據靜態頂空色譜理論，在一定溫度下體系達到氣液平衡時，氣相的組成與樣品原來的組成成正比關系。體系溫度升高，氣相中各組分濃度變大，有利于纖維的吸附，若溫度太高，受吸附平衡的影響，還會減弱纖維吸附的效果，因此需對溫度條件進行優化。按照上述條件進行實驗，考察不同溫度對目標分析物萃取效率的影響（圖2A）。結果表明，GSM， 2，4，6TCA， 2，3，6TCA， 2，3，4TCA和IBMP在90 ℃時萃取效率最高；IPMP和MIB在70℃時萃取效率最高。綜合考慮，萃取溫度選擇90 ℃。

3.1.4 樣品量 在萃取溫度不變的情況下，體系的平衡常數不變。樣品量不同時氣相與液相的相比不同，因此樣品體積是影響測定結果的重要因素。在40 mL樣品瓶中加入不同體積的工作標準溶液（100 ng/L），按照上述實驗條件，考察不同樣品體積對萃取效率的影響（圖2B）。樣品體積為20 mL時，7種組分萃取效率都很高，尤其是GSM， IBMP和2MIB；樣品量為25 mL時的萃取率與20 mL無太大差別，有的甚至降低。因此，樣品取樣體積選擇20 mL。

[TS（]圖2 不同溫度（A）和樣品量（B）對萃取效率的影響

Fig．2 Effect of different temperatures （A） and volumes（B） on extraction efficiency of analytes[TS）]

3.1.5 攪拌速率與解析時間 攪拌可使樣品均勻，增加萃取針接觸樣品的機會，盡快達到平衡，提高萃取效率； 攪拌太慢效果不明顯，太快則容易使萃取纖維扭曲變形甚至折斷。考察了攪拌速率為300， 1000和1500 r/min時的萃取效率，在1000 r/min時效果較好。此外，根據文獻[13，15～17]，本研究的萃取纖維涂層選擇DVB/CAR/PDMS （50/30

SymbolmA@ m）。通過實驗優化了解析時間，選擇了3， 5和10 min分別進行實驗，結果表明，過長的解析時間將導致纖維涂層高溫環境（270 ℃）緩慢降解，影響纖維萃取的使用壽命；太短的解析時間不能使目標組分充分釋放，致使解析效率降低。本研究解析時間選擇5 min。

3.2 方法的線性、檢出限和精密度

采用上述頂空固相微萃取和氣相色譜質譜分析條件，對7種土霉味物質的工作標準溶液（10 ng/L）進行分析，典型的譜圖見圖3。

[TS（]圖3 7種痕量土霉味物質標準溶液（10 ng/L）的總離子流圖（A）和選擇離子圖（B－H）

Fig．3 MS total ion （TIC） for 10 ng/L standard solution （A） and SIM chromatograms obtained from standard solution（B－H）[TS）]

采用經優化的分析條件，用1，5，10，20，50和100 ng/L 的7種組分的混合標準溶液建立標準曲線，檢出限（LOD）以3倍信噪比（S/N）計算，用10 ng/L的混合標準溶液進行了日內（n＝6）和日間精密度實驗，其中日間精密度實驗是兩名操作人員每天測2次，連續測定6 d，其相對標準偏差（RSD）見表2。7種組分濃度在1～100 ng/L范圍內呈線性關系。

3.3 實際樣品分析與回收率

用所建立的SPMEGCMS方法分析了環境水樣中7種土霉味物質，并進行了加標回收實驗，結果

[3.4 與文獻方法的比較

將所建立的HS/SPME方法與文獻報道的PT， LLME和SPE等方法進行對比可見，HS/SPME是痕量土霉味物質分析的主要方法，具有線性范圍寬和檢出限低等優點（表4）；PT方法需要購置專用設備，操作復雜，干擾多。LLME方法操作繁瑣，并易發生滲漏。SPE 操作步驟繁多（包括活化、上樣、洗滌、洗脫和濃縮等），所需時間較長，并且在濃縮過程中易造成分析物的損失。本方法同時測定痕量7種土霉味物質，采用硅油浴，保證加熱均勻，提高了方法的重現性，具有操作簡單、靈敏度高等優點。

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

Determination of Seven Musty Odor Compounds in Water by

Gas Chromatography Mass Spectrometry with

Headspace Solid Phase MicroExtraction



MA Kang*1， ZHANG JinNa2， HE YaJuan1， ZHAO Min1， GONG AiJun2



1（Division of Chemical Metrology and Analytical Science， National Institute of Metrology， Beijing 100013）

2（College of Chemistry and Bioengineering， Beijing University of Science and Technology， Beijing 100083）





Abstract A method for the simultaneous determination of seven musty odor compounds [geosmin （GSM）， 2methylisoborneol （2MIB）， 2isopropyl3methoxypyrazine （IPMP）， 2isobutyl3methoxypyrazine （IBMP）， 2，4，6chloroanisoles（2，4，6TCA）， 2，3，6chloroanisoles （2，3，6TCA） and 2，3，4chloroanisoles（2，3，4TCA） ） in water by gas chromatographymass spectrometry （GCMS） with headspace solid phase microextraction （HS/SPME） has been developed. The extraction method was absolutely solventfree with a divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane （DVB/CAR/PDMS） fiber used for the enrichment of analytes. To obtain the highest sensitivity， the condition parameters of HS/SPME were optimized. The final conditions were as follows: 6 g NaCl， extraction temperature of 90 ℃， 20 mL sample volume， extraction time of 30 min and desorption time of 5 min. Selected ion monitoring （SIM） mode of GCMS was used in quantitation. The selected ions for SIM detections were 137 m/z for IPMP， 124 m/z for IBMP， 95 m/z for 2MIB， 195 m/z for 2，4，6TCA， 210 m/z for 2，3，6TCA， 112 m/z for GSM and 210 m/z for 2，3，4TCA. The method had linear response within （1－100） ng/L with a correlation coefficient above 0.997， and the detection limits （S/N＝3） were below 1.0 ng/L. The intraday （n＝6） precision was from 1.4% to 3.4% and interday precision （m＝2， n＝6） was from 4.2% to 6.9%. The method was successfully applied to analyze environment water sample and the recoveries of seven compounds were in the range of （84.0%－105.0%） at spiked levels of （3－10） ng/L. The present method was compared with other methods in literature for the determination of musty odor compounds in water sample. 

Keywords Headspace solid phase microextraction; Musty odorous compounds; Gas chromatography/mass spectrometry; Environment water

（Received 21 March 2011; accepted 20 June 2011）