自動頂空固相微萃取氣相色譜-三重四級桿質譜聯用法測定水中的五種嗅味物質

2022-09-19 02:08:18吳聰

廣州化工 2022年16期

吳聰

(廈門市政水務集團有限公司，福建廈門 361005)

嗅味物質影響消費者對飲用水水質的感覺和評價，同時影響水生生物和人體健康[1]。嗅味物質主要來源于水中某些微生物代謝產生的微量有機物，常見的嗅味物質包括土臭素(Geosmin)、2-甲基異茨醇(2-MIB) β-環檸檬醛、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)和β-紫羅蘭酮等[2]。嗅味物質的閾值濃度很低，一般為ng/L級別，且多為揮發性或半揮發性有機物。我國頒布的《生活飲用水衛生標準》(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臭味問題和研究嗅味物質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，對水中嗅味物質的檢測儀器，主要采用氣相色譜和質譜聯用儀(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。水樣經該技術處理后可直接采用氣相色譜儀和質譜儀定量測定。氣相色譜-單四級桿聯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帶來的背景干擾問題，故本文建立了頂空固相微萃取結合優化后的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譜聯用儀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的轉速萃取，注意需將萃取頭位置調節好, 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 結果與討論

2.1 固相微萃取條件的優化

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,但同時高溫下揮發性組分在纖維固定相上的分配系數會降低, 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、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，結合質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，氣質聯用法測定能得到雜質峰較少、分離效果好的譜圖。為了提高二級質譜的特異性，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。結合豐度比，選擇豐都高、質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 五種嗅味物質的質譜采集參數Table 1 The MRM parameters of five odorous compounds

2.3 標準曲線及線性相關系數

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種嗅味物質的二級質譜圖Fig.1 The Mass Spectrometry of five odorous compounds

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

表2 五種嗅味物質的標準曲線方程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。五種嗅味物質的測定下限見表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-環檸檬醛、土臭素和20 ng/L的β-紫羅蘭酮的五種嗅味物質混合模擬水樣進行加標回收率測定，每天測定兩次，連續測定六天，結果見表3所示。