水和白酒中異味物質檢測的研究進展

王 芹，杭學宇，宋 鑫，王 露，馮曉青

(淮安市疾病預防控制中心，淮安223001)

異味物質是能被人的感官所感知的、具有不良氣味的物質。飲用水嗅味輪狀圖將飲用水中的嗅味物質分成3類13種[1]。嗅覺異味最常見，分為土霉素味、魚腥味、芳香味、藥水味、草味、沼氣味、氯味、化學藥品味等。土霉素味被認為是富養化水體中最廣泛存在，并且最難聞的一種異味，多由放線菌和藍藻產生[2]。常見的土霉素味物質有土臭素(GSM)、2-甲基異 茨 醇(2-MIB)、2-甲 氧 基-3-異 丙 基 吡 嗪(IPMP)、2-甲氧基-3-異丁基吡嗪(IBMP)、2，4，6-三氯代苯甲醚(TCA)及三溴代苯甲醚(TBA)。在太湖藍藻事件以后，飲用水的嗅味問題受到了廣泛的關注，上述這些物質也成為分析方法研究的熱點組分。近年來，隨著異味物質的研究范圍不斷擴大，具有其他氣味的異味物質如β-紫羅蘭酮、β-環檸檬醛、二甲基三硫醚、異佛爾酮等也逐漸被人們熟悉和檢測。此外，白酒中土臭素和2-甲基異茨醇等異味物質的檢測方法也相繼建立[3-4]。

這些異味物質通常為揮發性或半揮發性有機物，且嗅味閾值低(ng·L－1)，要求分析方法不但富集效率高，而且靈敏度高[5]。儀器分析方法主要有氣相色譜法(GC)和氣相色譜-質譜法(GC-MS)。前處理方法比較多，有液液萃取[2，6-7]、固相萃取[5，8-11]、液相微萃取[12-13]、固相微萃取[3，14-21]、攪拌棒吸附萃取[22-23]、吹掃捕集[24-30]、頂空[31-32]等，也有兩種前處理方法聯合萃取的，如頂空-固相微萃取[4，33-50]、大體積固相微萃取[51]、液液萃取-固相萃取[52]等。

本文對水和白酒中異味物質的樣品前處理方法和檢測方法進行簡要論述。

1 樣品前處理方法

1.1 液液萃取

液液萃取(LLE)是利用“相似相溶”的原理，將目標組分分離、提純至有機溶劑中的過程。常用的有機溶劑有二氯甲烷、正戊烷、正己烷等。液液萃取不需要復雜的設備，經濟、簡單易行，在基層單位適用性強，但是存在有機溶劑污染，毒害比較大。SHIN 等[2]以氟苯為內標，用正戊烷萃取2-異丙基-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、土臭素等7種異味物質，采用氣相色譜-質譜法檢測。結果顯示:2-異丙基-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、2-甲基異莰醇、土臭素的檢出限均為0.1 ng·L－1，苯甲醚的檢出限為0.5 ng·L－1，2，4，6-三氯苯甲醚和2，4-庚二烯醛的檢出限均為1.0 ng·L－1。馬杰等[6]用正己烷萃取水中的土臭素和2-甲基異莰醇，用無水硫酸鈉脫水干燥后通過氮吹儀濃縮定容，采用氣相色譜-質譜法檢測。結果表明:土臭素和2-甲基異莰醇的檢出限分別為1.0，2.0 ng·L－1；標準樣品添加量為10.0，20.0，50.0 ng時，方法的加標回收率為83%～94%，相對標準偏差(RSD)為3.0%～4.9%。

1.2 固相萃取

固相萃取(SPE)由STONGE等于1979年首次提出，近年來發展迅速，廣泛應用于環境、食品等領域。根據待測物質的種類和性質，選擇不同填料的萃取柱和洗脫劑，可使萃取、凈化一步完成。與液液萃取相比，固相萃取減少了有機溶劑的使用量，避免了乳化現象，易實現高通量、自動化。其缺點是可能會出現柱穿透、堵塞等現象。馮桂學等[5]用HLB固相萃取小柱萃取，二氯甲烷洗脫，HP-5MS 毛細管色譜柱分離，在全掃描和選擇離子監測模式下測定10種嗅味物質。方法檢出限(3S/N)在0.5～1.0μg·L－1之間，回收率在88.7%～113%之間，測定值的相對標準偏差(n＝6)在2.0%～6.7%之間。閆暉敏等[8]研究了分散固相萃取-氣相色譜-質譜法測定地表水中土臭素、2-甲基異茨醇、β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮、2，4，6-三氯苯甲醚、2-異丙基-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪的方法。確定了最佳分散固相萃取條件，在優化試驗條件下對異味物質的測定結果顯示:7 種異味物質的質量濃度均在0.05～10.0μg·L－1內與其對應的峰面積呈線性關系，方法的檢出限(3S/N)在1～5 ng·L－1之間。對空白加標水樣進行測定，回收率在81.6%～98.4%之間。朱銘洪[9]采用固相萃取富集樣品中的5種土霉素味物質，用氣相色譜-質譜聯用儀分離定性，用內標定量，檢出限均低于0.5 ng·L－1，加標回收率為87%～105%，相對標準偏差為1.4%～7.3%。

1.3 液相微萃取

液相微萃取(LLME)基本原理與LLE 相似，是基于有機物在不同相之間進行分配富集的過程，利用目標物在樣品溶液和萃取溶劑之間的分配差異而達到分離的目的，只需微升級別的有機溶劑量即可將目標物萃取出來，這一點是傳統的液液萃取所不能及的。LU 等[12]用正己烷萃取水中的土臭素、2-甲基異茨醇、2-甲氧基-3-異丙基吡嗪、2-甲氧基-3-異丁基吡嗪，采用氣相色譜-質譜法檢測。2-甲基異茨醇的線性范圍為4～200 ng·L－1，土臭素等其他3種物質的線性范圍均為0.8～200 ng·L－1，方法回收率為97%～110%，相對標準偏差為1.4%～7.3%。付杰等[13]以四氯乙烯為萃取劑，以丙酮為分散劑對水樣中4種嗅味物質(二甲基異莰醇、土臭素、β-環檸檬醛和β-紫羅蘭酮)進行分散液液微萃取，采用氣相色譜-質譜儀分析。在選擇離子監測模式下，4種嗅味物質的線性范圍均為0.05～20μg·L－1。二甲基異莰醇、土臭素、β-環檸檬醛和β-紫羅蘭酮 的 檢 出 限(3S/N)分 別 為0.03，0.01，0.02，0.01μg·L－1。方法用于自來水和河水樣品分析，4種嗅味物質的回收率在87.7%～102%之間，測定值的相對標準偏差(n＝6)在1.8%～7.8%之間。

1.4 固相微萃取

固相微萃取(SPME)由加拿大WATERLOO大學ARTHUR 等于1990年首創，是一種非溶劑型選擇性萃取法。依據“相似相溶”原理，結合目標組分的沸點、極性和分配系數，選用具有不同涂層材料的纖維萃取頭，對樣品中的目標物進行萃取和預富集，以實現采樣、萃取和濃縮的目的。因其操作簡便、快速、樣品用量小、無需萃取溶劑，在分析領域中得到了廣泛的應用，已廣泛應用于異味物質的前處理。張亞等[16]建立了固相微萃取結合氣相色譜-質譜法檢測飲用水中常見的5 種異味物質的方法，5種異味物質的質量濃度均在1～100 ng·L－1內呈線性，檢出限分別為1.0，1.0，0.8，1.0，1.0 ng·L－1，RSD小于10%。張光耀等[3]采用固相萃取-三重四極桿-氣相色譜-質譜聯用儀建立了白酒中土臭素與2-甲基異冰片的檢測方法，土臭素與2-甲基異冰片的質量濃度均在0.10～4.00μg·L－1內呈線性，回收率在90.9%～114.4%之間，相對標準偏差在4.7%～8.4%之間。

1.5 攪拌棒吸附萃取

攪拌棒吸附萃取由BALTUSEN 等在1999年提出，其核心是涂覆有萃取涂層的內封磁芯的玻璃管。攪拌棒吸附萃取與SPME 的原理類似，都是基于待測物質在樣品和萃取涂層中平衡分配的萃取過程。攪拌棒吸附萃取的萃取相體積比固相微萃取高50倍，廣泛應用于弱極性和非極性的揮發性和半揮發性有機物的富集。范苓等[22]采用攪拌棒吸附萃取-熱脫附-氣相色譜-質譜法測定水中2-甲基異莰醇和土臭素，優化了攪拌棒吸附萃取和熱脫附進樣的條件。兩種目標物的質量濃度均在1.00～200 ng·L－1內呈線性，方法檢出限分別為0.31，0.15 ng·L－1；空白和實際樣品的加標回收率為82.4%～116%，相對標準偏差小于10%。RUAN等[23]采用攪拌棒吸附萃取水中的土臭素和2-甲基異茨醇，方法檢出限分別為0.3，1 ng·L－1。

1.6 吹掃捕集

吹掃捕集是富集水中揮發性有機物的常用方法[24-30]，有較高的富集效率，可以連續自動進樣。張力群等[24]用吹掃捕集-氣相色譜-質譜法測定水中7種典型嗅味物質。7種嗅味物質的線性范圍均為2.5～500 ng·L－1，除 了TCA 的 檢 出 限 為2.50 ng·L－1之外，其他6種嗅味物質的檢出限均為1.25 ng·L－1。在20，100 ng·L－1兩種加標濃度水平下，回收率分別為77%～120%，91%～109%，相 對 標 準 偏 差 分 別 為3.9% ～10.5%，2.0%～6.8%。馬蘭等[25]采用吹掃捕集-氣相色譜-質譜法對飲用水中致嗅物質2-甲基異茨醇和土臭素進行測定。2-甲基異茨醇和土臭素的方法檢出限分別為0.729，1.037 ng·L－1，平均加標回收率分別在92%～108%和88%～104%之間，相對標準偏差分別小于6.5%，9.0%。

1.7 頂空

頂空是一種方便快捷、考察揮發性有機物的前處理方法[31-32]，可以免除冗長繁瑣的樣品前處理過程，避免有機溶劑對分析造成干擾、減少色譜柱及進樣口的污染。

李福安[31]采用了頂空-氣相色譜法測定水中微量土臭素和2-甲基異冰片。結果表明:土臭素和2-甲基異冰片的檢出限分別為0.35，0.70μg·L－1，相關系數不小于0.999，相對標準偏差為2.0%～4.6%，加標回收率為93.0%～99.3%。蔣萬楓等[32]使用頂空-氣相色譜-飛行時間質譜法結合差異化分析軟件鑒定分析出了飲用水中的異味物質。檢出限和測定下限分別為0.003 3，0.010 mg·L－1，線性范圍均為0.010～0.500 mg·L－1。對實際樣品進行了檢測，分析了產生異味的原因，并對相應的生產加工工藝提出了合理化建議。

為了提高萃取效率、提高方法靈敏度、增加樣品檢出率，通常會聯合使用兩種或多種萃取方法，如頂空-固相微萃取、大體積濃縮-固相微萃取等。檢測異味物質的不同前處理方法的應用見表1。

表1 檢測異味物質的不同前處理方法的應用Tab.1 Application of diffent pretreatment methods in detection of off-flavor compounds

2 檢測方法

異味物質屬于揮發性有機物，氣相色譜法和氣相色譜-質譜法是理想的定性、定量方法。氣相色譜法配火焰離子化檢測器(FID)[7，11]、電子捕獲檢測器(ECD)、火焰光度檢測器(FPD)等不同的檢測器檢測不同的化合物。ECD 檢測鹵代苯甲醚類，FPD 對含硫的硫醚類有特異性響應。氣相色譜-質譜聯用儀因其強大的定性優勢，在多組分異味物質同時檢測方面得到了越來越廣泛的應用。朱帥等[26]采用氣相色譜-質譜法檢測水中的8種嗅味物質，檢出限為0.4～1.7 ng·L－1。ZOU 等[36]采用氣相色譜-質譜法檢測水中的10 種嗅味物質，方法檢出限為0.25～1.45 ng·L－1。毛敏敏等[51]采用氣相色譜-質譜法檢測水中的6種嗅味物質，各物質的檢出限均低于1 ng·L－1，加標回收率為86.0%～114.2%，二甲基三硫醚、2-MIB 和β-環檸檬醛在富營養化的水體中含量較高，TCA 在管網末端水中含量較高。氣相色譜-飛行時間質譜法具有高分離、高分辨能力，近年來廣泛應用于風味成分的檢測[32]。表1中文獻[11]的檢測方法為氣相色譜法，文獻[32]的檢測方法為氣相色譜-飛行時間質譜法，其他均為氣相色譜-質譜法。

3 結語

異味物質含量低，需要有效地萃取、濃縮。液液萃取操作簡單、方便，溶劑使用較多，對環境和人不友好，需要氮吹濃縮，結果的平行性和重現性往往不太理想。液相微萃取不需要復雜裝置，有機溶劑使用量很小，只需微升級別的有機溶劑即可將目標物萃取出來，減輕了對環境的污染。懸在微量注射器針頭上的有機溶劑液滴在萃取過程中可能會損失甚至脫落，對操作人員的要求比較高。固相萃取溶劑用量少、提取速率快、不會產生乳化現象、回收率高、易實現自動化批量處理，吸附劑孔道易過載或堵塞。固相微萃取不需萃取溶劑和氮吹濃縮，操作簡單方便、分析時間短、樣品需要量小。萃取頭涂層種類有限，易脫落。攪拌棒吸附萃取操作簡便，無需萃取溶劑，萃取涂層體積較大，檢出限較低。涂層的種類少，目前只能用于揮發性和半揮發性有機物，且涂層易磨損，需要專門的熱解析裝置。吹掃捕集和頂空受基體干擾小、不需要有機溶劑，易實現自動化批量檢測，但需要專門的裝置，樣品用量小，靈敏度不高。

氣相色譜法是易普及的方法。氣相色譜-質譜法靈敏度高、定性準確，飛行時間質譜法具有高分辨、高采集速率、精確質量全譜采集等特點，越來越多地用于多種異味物質的同時檢測和未知物的定性分析。

綜上所述，異味物質檢測的前處理方法中，大都存在有機溶劑污染、重現性不好等問題。攪拌棒吸附萃取、固相微萃取等新興技術，在痕量分析中展現出越來越廣闊的前景。開發操作簡單、富集倍數高、環境友好型前處理技術，是異味物質檢測方向的重點。