固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定地表水中藻致嗅味物質(zhì)

馮桂學(xué)，宋 艷，劉 莉，楊焱明，王明泉，孫韶華，賈瑞寶

1.山東省城市供排水水質(zhì)監(jiān)測中心，山東 濟(jì)南250021

2.山東省科學(xué)技術(shù)干部學(xué)校，山東 濟(jì)南250014

近年來，水中藻致嗅味物質(zhì)越來越受到水質(zhì)監(jiān)測工作者的重視。中國地表水的嗅味問題雖普遍存在，但這方面研究相對落后。其中最有代表性的二甲基異莰醇(2-MIB)和土臭素(GSM)主要由放線菌、真菌、藍(lán)藻等微生物代謝產(chǎn)生，常存在于富營養(yǎng)化水體中。5～10 ng/L的2-MIB就能聞到類似樟腦或木質(zhì)的味道，含有1～10 ng/L的GSM時(shí)就會感覺到典型的土腥味。而其他嗅味物質(zhì)，如 2-異丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMP)、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)、2，4，6-三氯苯甲醚(2，4，6-TCA)、2，3，4-三氯苯甲醚(2，3，4-TCA)、2，3，6-三氯苯甲醚(2，3，6-TCA)的嗅閾值甚至更低，因此對檢測水平的要求也很高，應(yīng)達(dá)到或低于嗅閾值甚至更低［1-2］。

研究發(fā)現(xiàn)，地表水中的致嗅物質(zhì)種類繁多，含量較低，多為揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)物，檢測時(shí)容易受到其他雜質(zhì)的干擾，不易進(jìn)行富集［1，3］。目前，分析檢測嗅味物質(zhì)的方法主要有感官分析法、儀器分析法［4-8］。感官分析法具有快速、成本低的特點(diǎn)，但由于無法準(zhǔn)確定性定量而使其應(yīng)用受到一定限制。儀器分析法主要是將水樣預(yù)處理后再經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用儀等精密儀器進(jìn)行檢測。常用的預(yù)處理方法主要有閉路氣提法、吹掃捕集法、液－液萃取法、固相萃取法、固相微萃取法等。其中閉路氣提法、吹掃捕集法操作復(fù)雜，儀器價(jià)格相對昂貴，液－液萃取前處理回收率較低，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。近年來發(fā)展起來的固相微萃取技術(shù)雖然操作簡便、無需有機(jī)溶劑、快速、萃取效率高、靈敏度高，但其成本較高，耗時(shí)較長。固相萃取技術(shù)簡便易行，與傳統(tǒng)的方法相比，大大提高了樣品處理效率，減少了溶劑的消耗和廢物的產(chǎn)生量，雜質(zhì)干擾極低，重現(xiàn)性好，回收率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此較適宜作為測定地表水嗅味物質(zhì)的前處理方法［9-12］。

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5749—2006)建議自來水廠出水的2-甲基異茨醇和土臭素的標(biāo)準(zhǔn)閾值均為10 ng/L，這對嗅味物質(zhì)的檢測有了較高的要求，需將檢測限提高至ng級，因而快速而靈敏地對嗅味物質(zhì)進(jìn)行檢測成為一個(gè)難題。該文建立了固相萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法高通量測定7種嗅味物質(zhì)(2-異丙基-3-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、二甲基異莰醇、2，4，6-三氯苯甲醚、2，3，6-三氯苯甲醚、2，3，4-三氯苯甲醚、土臭素)的方法，7種嗅味物質(zhì)的檢出限均達(dá)到了ng級，回收率、精密度較好，適用于地表水中7種藻致嗅味物質(zhì)的檢測。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

AT280型全自動(dòng)固相萃取儀(美國)，TRASE DSQ型氣相色譜質(zhì)譜儀(美國)，WondaSep C18固相萃取柱(日本)，OASIS HLB固相萃取柱(美國)，PEP固相萃取柱。

2-異丙基-3-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、二甲基異莰醇、2，4，6-三氯苯甲醚、2，3，6-三氯苯甲醚、2，3，4-三氯苯甲醚、土臭素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(以上7種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均以甲醇為溶劑，質(zhì)量濃度均為100 mg/L，美國);甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯均為色譜純(德國)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的前處理

采用HLB固相萃取小柱，用5 mL甲醇和5 mL純水對小柱進(jìn)行活化。固相萃取水樣為1 L，上樣速度為10 mL/min，上樣完畢后用純水對固相萃取柱進(jìn)行淋洗，淋洗后將固相萃取小柱抽干，用2 mL二氯甲烷進(jìn)行洗脫，洗脫液氮吹定容至1 mL，待測。

1.2.2 氣相色譜條件

進(jìn)樣口溫度為250℃，毛細(xì)管柱為 HP-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm。不分流進(jìn)樣，高純氦氣為載氣，流速為1.0 mL/min，升溫程序?yàn)槌鯗?0℃(1 min)，以8℃/min升到180℃(保持3 min)。接口溫度為250℃。

1.2.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊源(EI源)，電子能量70 eV，離子源溫度230℃，傳輸線溫度250℃，總離子掃描質(zhì)量數(shù)范圍為50～650，采用選擇離子掃描(SIM)模式進(jìn)行定量，溶劑延遲時(shí)間為4 min，7種嗅味化合物的測定參數(shù)如表1所示。

表1 7種嗅味物質(zhì)的選擇離子及保留時(shí)間

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

配制系列濃度(0.002～0.1 mg/L)的7種嗅味物質(zhì)二氯甲烷溶液，進(jìn)行GC-MS測定，用外標(biāo)法定量。7種嗅味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程及檢出限見表2。

表2 7種嗅味物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1 固相萃取柱的選擇

按照第1.2.1節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟，比較了3種固相萃取小柱(PEP、C18、HLB固相萃取柱)對7種嗅味物質(zhì)的固相萃取效果，見圖1。可見，HLB固相萃取小柱回收率效果最好。

圖1 不同固相萃取柱對7種嗅味物質(zhì)回收率的影響

2.1.2 洗脫劑的選擇

比較了甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、丙酮、正己烷作為洗脫劑，按照第1.2.1節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟對HLB固相萃取小柱進(jìn)行洗脫回收率實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)二氯甲烷、乙酸乙酯對7種嗅味物質(zhì)的洗脫效果最好。但是乙酸乙酯沸點(diǎn)較高，濃縮過程對溫度、時(shí)間要求苛刻，對嗅味物質(zhì)損失較大，而二氯甲烷沸點(diǎn)較低，濃縮過程很快，是嗅味物質(zhì)最為理想的洗脫劑。對1 L含7種嗅味物質(zhì)濃度分別為5.0×10－5mg/L的水樣用 HLB固相萃取小柱進(jìn)行富集，不同洗脫劑的洗脫回收率見圖2。

2.1.3 洗脫體積的選擇

按照第 1.2.1 節(jié)實(shí)驗(yàn)步驟，用 1、2、4、6、8、10 mL二氯甲烷洗脫，收集洗脫液于玻璃試管中，2、4、6、8、10 mL 洗脫液分別氮吹定容至 1 mL，其回收率結(jié)果見圖3。由圖3可見，1 mL二氯甲烷對嗅味物質(zhì)洗脫不完全，而 2、4、6、8、10 mL 二氯甲烷洗脫后回收率無明顯差別，因此選擇2 mL二氯甲烷作為最佳洗脫體積。

圖2 洗脫試劑對7種嗅味物質(zhì)回收率的影響

圖3 洗脫體積對7種嗅味物質(zhì)回收率影響

2.1.4 萃取速度的選擇

對1 L含7種嗅味物質(zhì)濃度分別為5×10－5mg/L的水樣用HLB固相萃取柱進(jìn)行固相萃取，過柱流速分別為5、10 mL/min，用10 mL純水淋洗小柱，淋洗后將固相萃取小柱抽干，然后用2 mL二氯甲烷洗脫，收集洗脫液于玻璃試管中，兩者回收率相差不大，說明上樣速度在5～10 mL/min范圍內(nèi)時(shí)對回收率的影響不大，為提高固相萃取效率，選擇10 mL/min作為最佳萃取速度。

2.2 方法的準(zhǔn)確度及精密度

用HLB固相萃取柱對7種嗅味物質(zhì)按照上述實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行去離子水及實(shí)際水樣加標(biāo)，分別做平行樣6個(gè)，去離子水加標(biāo)實(shí)驗(yàn)回收率為85.9% ～108.6%，某飲用水源水加標(biāo)實(shí)驗(yàn)回收率為87.2% ～107.1%，具體結(jié)果見表3。

表3 去離子水及某飲用水源水7種嗅味物質(zhì)加標(biāo)回收率

2.3 水樣的測定

按照上述前處理方法對濟(jì)南市引黃水庫水源水﹑山區(qū)水庫水源水、南水北調(diào)水源水進(jìn)行前處理及氣相色譜質(zhì)譜法測定，所得結(jié)果見表4。

表4 濟(jì)南市各水源水中7種嗅味物質(zhì)的含量 mg/L

3 結(jié)論

建立了固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法同時(shí)測定水中7種藻致嗅味物質(zhì)的方法，對固相萃取過程進(jìn)行了優(yōu)化，確定了方法的準(zhǔn)確度、精密度、檢出限。7種藻致嗅味物質(zhì)的檢出限均達(dá)到了ng級，可以快速而靈敏地對嗅味物質(zhì)進(jìn)行檢測。水源水加標(biāo)回收率為87.2% ～107.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～5.1%。適用于地表水中藻致嗅味物質(zhì)的檢測。

［1］Medsker L L，Jenkins D，Thomas J F.Odorous compounds in natural water:2-exo-hydroxy-2-methy-lbornane，the major odorous compound produced by several actinomycetes［J］.Environ Sci Tech，1969，3:476-477.

［2］毛敏敏，張可佳，張土喬，等.大體積濃縮-固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定水樣中6種典型嗅味物質(zhì)［J］.分析化學(xué)，2013，41(5):760-765.

［3］Suffet I H，Khiari D，Bruchet A.The dringking water taste and odor wheel for the millennium:beyond geosmin and 2-methylisoborneol［J］.Water Sci Technol，1999，40:1-13.

［4］馬康，張金娜，何雅娟.頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用測定環(huán)境水樣中7種痕量土霉味物質(zhì)［J］.分析化學(xué)，2011，39(12):1 823-1 829.

［5］張振偉，應(yīng)波，鄂學(xué)禮.水中2-甲基異莰醇等3種致嗅物質(zhì)的頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜測定法［J］.環(huán)境與健康雜志，2012，29(5):453-455.

［6］Kessels H，Hoogerwerf W，Lips J.Determination of volatile oranic compounds from EPA method 524.2 using purge-and-trap capillary gas chromatography，ECD，and FID［J］.J Chromatogra Sci，1992，30:247-255.

［7］Hassett A J，Rohwer E R.Analysis of odorous compounds in water by isolation by closed-loop stripping with a multichannel silicone rubber trap followed by gas chromatography-mass spectrometry［J］.Journal of Chromatography A，1999，849(2):521-528.

［8］Buchholz K D，Pawliszyn J.Optimization of solid-phase microextraction conditions for determination of phenols［J］.Anal Chem，1994，66(1):160-167.

［9］余勝兵，朱炳輝，許瑛華.頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定飲用水中6種致嗅化合物［J］.分析實(shí)驗(yàn)室，2013，32(7):58-62.

［10］Diaz A，Ventura F，Galceran M T.Determination of odorous mixed chloro-brom oanisoles in water by solidphase micro-extraction and gas chromatography-mass detection［J］.J Chrom atogr A，2005，1 064(1):97-106.

［11］Zhang L，Hu R，Yang Z.Routine analysis of off-flavor compounds in water at sub-pa rt-per-trillion level by large-volume injection GC/MS with programmable temperature vaporizing inlet［J］.Water Res，2006，40(4):699-709.

［12］Zander A K，Pingert P.Membrane-based extraction for detection of tastes and odors in water［J］.Water Res，1997，31(2):301-309.