唐敏康， 賀玲， 黎雷， 王先云， 盧寧， 趙來財

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；3.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程研究中心，上海200082）

頂空萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用檢測飲用水源5種典型嗅味物質(zhì)

唐敏康1， 賀玲1， 黎雷2， 王先云3， 盧寧3， 趙來財1

（1.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；3.上海城市水資源開發(fā)利用國家工程研究中心，上海200082）

利用自動化的頂空固相微萃取裝置，結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，建立水體中5種典型嗅味物質(zhì)的同步檢測方法.萃取樣品體積為10 mL，萃取條件為65℃，時間為30 min，萃取預(yù)加熱時間為5 min，解吸時間為2 min.對于5種典型痕量嗅味物質(zhì)，具有較好的靈敏度，檢測限均低于1.5 ng/L，且濃度為0～1000 ng/L時，線性關(guān)系較高，回歸系數(shù)均較好（R2＞0.98）.而自動固相微萃取模式大幅降低傳統(tǒng)萃取方法的復(fù)雜性.將本方法應(yīng)用于產(chǎn)嗅藻類檢測，結(jié)果表明：當(dāng)藻密度達到3億/L時，典型嗅味物質(zhì)2-MIB濃度高達136.78 μg/L，同時β-Ionone濃度為1 347.88 ng/L，表明該檢測方法能夠穩(wěn)定檢測復(fù)雜樣品中嗅味物質(zhì)含量.

嗅味物質(zhì)；頂空萃?。粴庀嗌V質(zhì)譜聯(lián)用；飲用水源；藻類

嗅味物質(zhì)一直以來都是飲用水研究的熱點，在我國嗅味物質(zhì)影響水質(zhì)的問題也十分突出，然而其低嗅閾值，低濃度的特點使得檢測方法的建立成為該類研究的難點與限制性因素[1-3].本研究選擇典型的5種嗅味物質(zhì)：2-甲基異莰醇（2-MIB），β-環(huán)檸檬醛（β-Cyclocitral），土嗅素（GSM），二甲基三硫醚（DMTS）以及β-紫羅蘭酮（β-Ionone）作為研究對象，利用自動化的頂空萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法，建立檢測痕量嗅味物質(zhì)的檢測方法.該5種典型嗅味物質(zhì)中，2-MIB與GSM表現(xiàn)為土霉味，為某些特殊致嗅藍藻，放線菌等微生物的代謝產(chǎn)物[4]；β-Cyclocitral跟隨濃度變化（0.5～80 μg/L）表現(xiàn)為青草味，木頭味，煙草味等，被普遍認為是藍藻中的銅綠微囊藻所代謝產(chǎn)生[5-6]；DMTS為腐敗味、爛菜味，是由于水體中藻類等腐敗分解后產(chǎn)生，同時也有研究稱某些渦鞭藻類的多甲藻屬也能夠產(chǎn)生[7]；β-Ionone為紫羅蘭味道，源自藍藻細胞中經(jīng)氧化的β-胡蘿卜素[8].

固相微萃取（SPME）是頂空萃取方式的一種，作為富集檢測低濃度嗅味物質(zhì)的處理方法，其效果明顯，得到較廣泛應(yīng)用.毛敏敏等[9]利用大體積濃縮固相微萃取方法對嗅味物質(zhì)進行富集檢測，各類物質(zhì)在0～200 ng/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好.張錫輝等[10]利用新型頂空-固相微萃取裝置作為樣品預(yù)處理方法，對嗅味物質(zhì)進行測定，各類物質(zhì)檢出濃度與峰面積相關(guān)性大于0.87.然而上述固相微萃取方法操作復(fù)雜，對萃取裝置有嚴格要求.同時萃取過程中，萃取時間，萃取針頭深入位置，攪拌強度等參數(shù)難以得到精確的控制，不同操作人員在操作該類萃取裝置時差異較大.此外，萃取時間較長且后續(xù)進樣過程較為繁瑣，樣品數(shù)量較多時不宜采用.

針對當(dāng)前嗅味物質(zhì)檢測問題，本研究利用自動化的頂空萃取進樣器，對5種水體中典型嗅味物質(zhì)進行檢測，并利用產(chǎn)嗅藻類的藻液樣品進行方法驗證，建立出一套簡單且易于操作，同時條件控制精確，重現(xiàn)性高的頂空萃取-氣質(zhì)聯(lián)用檢測方法，增強了定量分析嗅味物質(zhì)的能力，同時也為嗅味物質(zhì)檢測與研究過程中遇到的大量樣品測定提供了可行方法.

1 實 驗

1.1 實驗儀器與材料

試驗所用檢測儀器為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，型號TSQ Quantum XLS（熱電，美國），色譜柱為HP5-MS，自動化頂空萃取進樣器型號TriPlus（熱電，美國）.自動頂空萃取纖維型號50/30 μm，DVB/CAR/ PDMS（Supelco，美國）.玻璃纖維膜孔徑0.7 μm（Whatman，英國）.

目標(biāo)物標(biāo)準樣品（目標(biāo)物性質(zhì)見表1）與內(nèi)標(biāo)物2-異丁基-3-甲氧基吡嗪（2-Isobutyl-3-methoxypyrazine，IB）均為色譜純（Sigma，美國），使用前用Milli-Q超純水稀釋至所需濃度.甲醇為色譜純，純度不低于90%（Sigma，美國）.NaCl、NaOH和HCl（用于調(diào)節(jié)pH）為分析純（國藥集團化學(xué)試劑有限公司，中國）.

表1 5種嗅味物質(zhì)物化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical propertiesof 5 T&O compounds

1.2 實驗方法

1.2.1 氣相色譜-質(zhì)譜條件

氣相色譜（GC）條件：使用高純氦氣（99.999%）作為載氣，柱中流速為1.00 mL/min.分流進樣，分流時間1 min，分流速度為30 mL/min.柱溫初始為60℃，保持3 min，以6℃/min升溫至150℃，再以15℃/min升溫至250℃，進樣口溫度為250℃.

質(zhì)譜（MS）條件：電子轟擊源（EI），離子源溫度200℃，接口溫度為250℃，離子掃描范圍為40～220m/z，掃描時間為5.0～20.27 min，選用SIM模式時各物質(zhì)特征離子及出峰時間見表2.

表2 5種物質(zhì)和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)保留時間與特征離子Table 2 Characteristic mass ions and retention time for 5 T&O compounds and internal standard content

1.2.2 自動化頂空萃取預(yù)處理方法條件

采用自動化頂空萃取方式富集水中痕量嗅味物質(zhì)，根據(jù)以往研究選取萃取材料為DVB/CAR/PDMS，萃取時間選取30 min，萃取溫度為65℃，樣品體積為10 mL，加入3 g NaCl，促進目標(biāo)物揮發(fā)[12]，萃取后轉(zhuǎn)入GC進樣口解吸2 min.

1.2.3 藻類樣品測試

取處于對數(shù)生長期的假魚腥藻（中國科學(xué)院武漢水生所藻種庫購買）藻液（藻類密度3.0×105萬個/L），吸取1 mL，加入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)IB（20 ng/L），稀釋至10 mL，放入自動萃取裝置進行萃取測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 SCAN模式與SIM模式下測定結(jié)果

由于SCAN模式條件，質(zhì)譜儀檢測樣品的特異性較低，因而選擇較高濃度樣品（5 μg/L），以保證各物質(zhì)均能夠正常檢出.通過萃取得到結(jié)果如圖1表示：由圖1可以發(fā)現(xiàn)，儀器基線平整，而各物質(zhì)峰幾乎無拖尾現(xiàn)象，分離效果較好.同時，利用檢索庫可以檢測到目標(biāo)物即5種嗅味物質(zhì)均有檢出，其中GSM峰值最高最為明顯，2-MIB以及IB等物質(zhì)其次，DMTS最差，且有稍許拖尾狀況出現(xiàn)，這與物質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及色譜柱材料流失有關(guān)，通過檢索庫搜索發(fā)現(xiàn)，在緊鄰DMTS物質(zhì)峰的旁邊（保留時間RT＝7.90 min）有一色譜柱材料流失峰，但5種物質(zhì)均能檢出且峰形明顯.

隨后根據(jù)各自保留時間（見表2）以及特征離子，設(shè)定SIM模式掃描.由于SIM模式用于特征掃描，因為降低配制樣品濃度至1 000 ng/L.檢測得到色譜圖見圖2.可以發(fā)現(xiàn)利用SIM模式后，基本沒有雜峰出現(xiàn)，目標(biāo)物質(zhì)雖然濃度下降，但是其峰形狀依然保持良好，峰面積較高，說明萃取方法較為合適，儀器檢測效果較好.

2.2 目標(biāo)物標(biāo)準曲線建立

SIM模式下優(yōu)化萃取條件、各段檢測時間以及特征離子后，用母液配置0，5 ng/L，20 ng/L，80 ng/L，500 ng/L和1 000 ng/L的5種組分與20 ng/L內(nèi)標(biāo)物IB的混合標(biāo)準溶液進行標(biāo)準曲線的建立.5種物質(zhì)在0～1 000 ng/L范圍內(nèi)線性均保持良好，回歸系數(shù)R2＞0.98（見圖3）.

圖1 SCAN模式標(biāo)準樣品色譜圖Fig.1 GC-MS-SCAN chromatograms of standard sample

圖2 SIM模式標(biāo)準樣品色譜圖Fig.2 GC-MS-SIM chromatograms of standard sample

圖3 目標(biāo)物質(zhì)標(biāo)準曲線與相關(guān)性Fig.3 Standard curve and relativity for analytes

采用3個超純水加標(biāo)（20 ng/L）樣品進行平行測定，分別計算各物質(zhì)標(biāo)準偏差（SD），利用檢出限計算公式（1）得到各物質(zhì)采用該方法的檢出限（limit of detection）.

其中t（n-1，1-a＝0.95）是自由度為n-1，可信度為95%時的t分布函數(shù).當(dāng)n＝3時，t＝2.920，得出各嗅味物質(zhì)檢出限為0.56～1.3 ng/L（見表3），相比較傳統(tǒng)方式的固相微萃取預(yù)處理方式，其檢測限并沒有明顯增加，反而個別還有所下降[9]，可能造成的原因為自動萃取裝置為震蕩方式，其劇烈程度并不如傳統(tǒng)的磁力攪拌方式強烈.但由于自動萃取能夠保證萃取條件不受操作人員不同而變化，檢測平行樣品時標(biāo)準偏差小，同時節(jié)省大量操作時間，因而對于檢測大量樣品來說，仍有明顯的優(yōu)勢.而最高的1.3 ng/L檢測限也能夠較為精確的保證檢測水體中嗅味物質(zhì)的要求，因此該方法是一種良好的檢測方法.

表3 5種物質(zhì)標(biāo)準曲線線性關(guān)系及檢出限Table 3 Linear relationships standard curves and limit of detection

2.3 藻液樣品分析檢測

利用本檢測方法，對處于生長對數(shù)期的假魚腥藻藻液進行測定，其樣品檢測結(jié)果（圖4）表明該檢測方法對于復(fù)雜的水樣，特別是富含多種蛋白質(zhì)、氨基酸、腐植酸以及藻源胞內(nèi)外有機物的含藻水樣，其檢測效果較好，干擾雜峰較少，目標(biāo)物峰值較高.從數(shù)值計算發(fā)現(xiàn)，該種藻液中存在2種典型嗅味物質(zhì)2-MIB與β-Ionone，其各自濃度分別為136.78 μg/L與1 347.88 ng/L，平均單個藻細胞產(chǎn)嗅味物質(zhì)量為0.45 pg/cell與4.49×10-3pg/cell，對比以往研究能說明該種藻類能夠產(chǎn)生典型嗅味物質(zhì)，在飲用水處理中應(yīng)當(dāng)注意對其的控制[13].

圖4 SIM模式藻液樣品色譜圖Fig.4 GC-MS-SCAN chromatograms of alga sample

3 結(jié) 論

1）采用自動化頂空萃取裝置結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，簡單且易于操作，同時條件控制精確，重現(xiàn)性高，增強了定量分析嗅味物質(zhì)的能力.

2）為嗅味物質(zhì)檢測與研究過程中遇到的大量樣品測定提供了可行方法.

3）可以同時有效的檢測復(fù)雜水體中典型嗅味物質(zhì)含量，并且避免傳統(tǒng)萃取技術(shù)所帶來的操作復(fù)雜、耗時長、人為誤差大等缺點，適用于大量水體樣品中痕量嗅味物質(zhì)的定量分析檢測.

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Detection of five typical taste and odor compounds in drinking water source by headspace extraction-gas chromatography-mass spectrometry

TANG Minkang1,HE Ling1,LI Lei2,WANG Xianyun3,LU Ning3,ZHAO Laicai1
(1.School of Resource and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China; 2.College of Enviromental Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China; 3.Shanghai Municipal Water Resource Development and Utilization National Engineering Center Co.Ltd.,Shanghai 200082,China)

To synchronously test five T&O compounds,this study applied automation headspace solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry as the optimized conditions as follows:extraction sample volume of 10 mL,extraction temperature and time of 65℃and 30 min，respectively，with preheating time of 5 min and desorption time of 2 min prior to the analysis.The method exhibited high sensitivity with the detection limit lowered by 1.5 ng/L,and high linearity （regression coefficients R2＞0.98）when the concentration ranged between 1 and 1 000 ng/L.The automatic solid phase micro extraction mode,which was applied to test the T&O compounds-producing algae,significantly reduced the complexity of traditional extraction methods.The results show that the concentration of 2-MIB and β-Ionone are as high as 136.78 μg/L and 1347.88 ng/L，respectively，when the cell density reaches 300 million/L,indicating that this method is reliable to analyze the T&O compounds in samples with complex background.

taste and odor compound;headspace solid phase micro extraction;gas chromatography-mass spectrometry;drinking water source;alga

O652.62；X832

A

1674-9669（2015）05-0114-05

10.13264/j.cnki.ysjskx.2015.05.021

2015-04-09

國家自然科學(xué)基金資助項目（51308398）

唐敏康（1956- ），男，教授，主要從事安全技術(shù)及科學(xué)管理等方向研究，E-mail：584843521@qq.com.