孫紅梅，朱玉梅，周軍

(鹽城市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鹽城 224002)

HS/SPME-GC/MS/MS法測定水中痕量2-甲基異莰醇和土臭素

孫紅梅，朱玉梅，周軍

(鹽城市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鹽城 224002)

建立了測定水中痕量2-甲基異莰醇(2-MIB)和土臭素(GSM)的頂空固相微萃取-氣相色譜/二級質譜聯用法(HS/SPME-GC/MS/MS)，并對HS/SPME條件進行優(yōu)化。優(yōu)化后的方法2-MIB和GSM在1.00～50.0 ng/L范圍內，線性良好(r≥0.999 4)，RSD分別為7.36%和7.75%，方法檢出限分別為0.226和0.239 ng/L，加標回收率分別為87.0%～97.0%和85.2%～112%。結果表明，所建立的方法操作簡便、準確度高、重現性好、靈敏度高，無需有機溶劑，適用于水中痕量2-MIB和GSM的測定。

頂空固相微萃??；氣相色譜/二級質譜；2-甲基異莰醇；土臭素；正交試驗

2-甲基異莰醇(2-MIB)和二甲基萘烷醇(通稱土臭素，GSM)是由地表水中藍綠藻和放線菌產生的一種天然萜烯醇化合物，是目前已經確認的造成飲用水具有土霉臭味的主要物質。盡管水中的2-MIB和GSM的含量極低，但人的嗅覺對此極為敏感，痕量的這些物質便能使人覺察到令人厭惡的土霉味，從而引起居民用水恐慌。有研究報道，人類對2-MIB和GSM的嗅閾值分別為10和30 ng/L[1]。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)對2-MIB和GSM 的允許限值均為10 ng/L。因此，建立水中痕量2-MIB和GSM的分析方法尤為重要。

目前，國內外對2-MIB和GSM的檢測方法主要分為感官分析法和儀器分析法兩大類。感官分析法憑借人的嗅覺進行臭味分析，受主觀因素影響大且無法實現準確定量分析。因此，水中痕量2-MIB和GSM 主要使用儀器分析。由于2-MIB和GSM在實際樣品中含量極低，分析前需要富集。有研究者[1-4]統(tǒng)計了國內外主要的富集方法，有閉合環(huán)路氣提、液液萃取(LLE)、液液微萃取(LLME)、靜態(tài)頂空(HS)、吹掃捕集(P&T)、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)等。SPME利用均勻涂覆在石英纖維上的吸附劑涂層進行萃取，一般分為淹沒式萃取法、頂空萃取法、膜保護萃取法和衍生化萃取法4種。相比較而言，頂空-固相微萃取(HS-SPME)法集萃取、富集、解吸、進樣等功能于一體，是一種不需有機溶劑、環(huán)境友好、易于實現自動化進樣的新型樣品前處理技術。富集之后所用的儀器主要是氣相色譜儀(GC)和氣相色譜質譜聯用儀(GC/MS)，少數研究者[5-6]采用氣相色譜/二級質譜聯用儀。采用二級質譜MRM模式，母離子被選定，碰撞后從形成的子離子中再次選定子離子進行監(jiān)測。因經過兩級四級桿過濾，該法比單級質譜SIM模式具有更強的降噪性能，提高了分析方法的靈敏度，適用于各類復雜樣品中痕量化合物的定性定量分析。

現采用正交分析方法優(yōu)化頂空固相微萃取條件，結合氣相色譜/二級質譜聯用技術建立水中痕量2-MIB和GSM的測定方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

7890B-7000C串聯三重四級桿氣相質譜聯用儀(美國Agilent公司)，配置PAL自動進樣器；DVB/CAR/PDMS固相微萃取纖維(50/30 μm，24Ga，美國Supelco公司)，初次使用時需于270℃老化1 h；Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)；SX2-4-10N型馬弗爐(上海一恒科技有限公司)。

2-MIB和GSM標準溶液購自百靈威科技，均為100 mg/L，溶劑為甲醇；甲醇(HPLC級,美國TEDIA公司)；氯化鈉(優(yōu)級純)使用前于400℃烘干2 h。

1.2 HS-SPME條件

萃取頭可以安裝到PAL自動進樣器系統(tǒng)上，便于氣相色譜的進樣自動化。一般的自動化過程如圖1所示：通過保護纖維的針管使纖維穿透樣品瓶的隔墊1，推壓進樣桿使纖維進入液上氣2，有機組分就會吸附到纖維的涂層上，一旦達到平衡，將纖維拉回針管，并從樣品瓶內拔出。將針管插入氣相色譜進樣口3，推出纖維，被吸附的物質就會通過熱解吸進入進樣口4。

圖1 SPME的吸附和解吸過程

取10 mL水樣(若是地表水，需用經純水煮沸活化過的0.45 μm濾膜過濾)置于20 mL螺紋口頂空瓶中，加入氯化鈉。將頂空瓶置于PAL樣品盤中，由PAL抓進振蕩器，在溫度65℃、轉速600 r/min下預振蕩加熱1 min，將針管扎入頂空瓶，推出萃取纖維頭在液面上方萃取30 min，轉入GC進樣口，于260℃下解吸3 min。

HS-SPME條件在PAL參數中設置，預攪拌加熱1 min；萃取溫度65℃；攪拌速度600 r/min；攪拌開啟時間5 s；攪拌關閉時間2 s；針管插入樣品瓶深度11 mm；萃取時萃取頭伸出針管長度22 mm；萃取時間30 min；針管插入進樣口深度32 mm；解吸時萃取頭伸出針管長度22 mm；解吸時間3 min；解吸溫度260 ℃。

1.3 GC/MS/MS條件

GC條件：采用HP-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)和超高惰性脫活襯管(SPME專用)；進樣口溫度260℃；不分流進樣；柱流速1.2 mL/min；程序升溫：50℃保持1 min，以10℃/min升至150℃，再以20℃/min升至230℃，共計15 min。

MS/MS條件：MRM模式掃描；EI源溫度280℃；溶劑延遲8 min；四級桿溫度150℃；傳輸線溫度280℃；淬滅氣為高純氦氣，流速2.25 mL/min；碰撞氣為高純氮氣，流速1.5 mL/min。監(jiān)測離子參數如表1所示。

表1 2-MIB和GSM的離子監(jiān)測參數

2 結果與討論

2.1 HS-SPME條件的優(yōu)化

影響HS-SPME萃取效果的因素主要有萃取頭種類、加鹽量、萃取溫度、萃取時間、攪拌速度、解吸溫度、解吸時間等。以往研究多以某單個因素為變量，研究其對萃取效果的影響，從而得到該因素的最佳萃取條件[4-10]，忽略了多因素相互作用對目標物分析的影響。為此，有研究通過正交試驗，綜合考慮了多種因素的共同作用，優(yōu)化了HS-SPME的條件[3,11]。

現在采用單因素實驗，確定萃取頭、加鹽量、攪拌速度和解吸溫度，并在單因素實驗的基礎上選取萃取溫度、萃取時間、解吸時間為試驗因素，進行正交試驗，確定2-MIB和GSM的最佳萃取條件。

2.1.1 萃取纖維

2-MIB和GSM是相對分子質量較大、不溶于水、半揮發(fā)性的天然萜烯醇類化合物，根據有機物與溶劑“相似相溶”原則，參考文獻[4-11]，選擇可吸附物質極性范圍寬、相對分子質量較大的PDMS/DVB/CAR涂層萃取頭。

2.1.2 加鹽量

在液體樣品中加入適量無機鹽可增加溶液的離子強度，降低目標物質在水中的溶解度，提高萃取效率。參考文獻[4,6，8，11]，在10 mL 水中加入3 g NaCl。

2.1.3 攪拌速度

攪拌可使樣品均勻, 增加萃取纖維接觸樣品的機會，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。綜合考慮，選定攪拌速度為 600 r/min。

2.1.4 解吸溫度

解吸溫度越高，解吸越充分。PDMS/DVB/CAR萃取頭的老化溫度為270℃，考慮到進樣口溫度過高對萃取頭的壽命有影響，選擇進樣口解吸溫度為260℃。

2.1.5 萃取溫度、萃取時間、解吸時間的正交試驗

配制2-MIB和GSM質量濃度均為10.0 ng/L的加標水溶液，選取A萃取溫度(50，65，80℃)、B萃取時間(15，20，30 min)、C解吸時間(3，5，7 min)作為正交因素進行三因素三水平的正交分析試驗L9(34)，見表2。對正交結果利用極差法進行分析計算，結果見表3。

表2 L9(34)正交表試驗方案和測定結果

表3 L9(34)的分析結果

由表2可見，2-MIB在試驗6的條件下響應最大，GSM在試驗9的條件下響應最大。由表3可知，萃取溫度、萃取時間、解吸時間這3個因素對2-MIB測定的影響大小次序為萃取時間>萃取溫度>解吸時間，最優(yōu)組合為A2B3C1，對應試驗6；3個因素對GSM測定的影響大小次序為萃取溫度>萃取時間>解吸時間，最優(yōu)組合為A3B3C2，對應試驗9。試驗9的解吸時間比試驗6長，考慮到萃取纖維的使用壽命，選擇試驗6的條件作為HS-SPME的最佳條件。

綜上所述，SPME優(yōu)化后的試驗條件是：10 mL水中加鹽量為3 g，萃取溫度和解吸溫度分別為65和260℃，萃取時間和解吸時間分別為30和3 min，攪拌速度為600 r/min。

2.2 GC/MS/MS條件的確定

2.2.1 一級質譜全掃描定性

在優(yōu)化的固相微萃取條件下，考慮到SPME 會提取很多其他揮發(fā)性成分，因此初始柱溫不宜太高，分析時間不宜太短。經過大量的試驗驗證，建立了1.3 GC條件。

為了驗證2-MIB 和GSM的保留時間，對m/z為45～320的所有離子進行了總離子流圖(TIC)的采集(全掃描，SCAN模式)，見圖2。由圖2通過譜庫檢索確定保留時間為10.448和13.281 min的色譜峰分別為 2-MIB 和GSM。

圖2 全掃描(SCAN)TIC圖(10.0 μg/L)

2.2.2 二級質譜的降噪性

對于一級質譜而言，全掃描(SCAN)起到定性作用，但是抗干擾性和靈敏度相對較低。而選擇離子監(jiān)測(SIM)則具有較強的抗干擾性能。根據2-MIB和GSM的標準質譜圖，選定2-MIB定量離子為95，定性離子為 107和135；GSM定量離子為112，定性離子為125。配制10.0 ng/L混標水溶液，用1.3的GC條件及SIM模式監(jiān)測得到TIC圖(見圖3)。

二級質譜(MS/MS)可以采用獨特的多反應監(jiān)測(MRM)模式。在離子源產生的所有離子碎片中，第一級四級桿質量過濾器選擇豐度高的特征離子作為母離子通過，母離子在碰撞池中受碰撞能量的作用發(fā)生碰撞解離，產生子離子，再選定子離子通過第二級四級桿，通過這些子離子來定量和定性。由于出現與二級碎片子離子完全相同的干擾很少，MRM模式最大程度地排除了機體干擾，提高了選擇性和靈敏度，比SIM模式具有更強的降噪性能。配制10.0 ng/L混標水溶液，用1.3節(jié)的分析方法采用MRM模式得到的TIC圖(見圖4)。比較圖3與圖4，SIM模式和MRM模式下均可觀察到明顯的2-MIB和GSM色譜峰，但是SIM模式下的雜質峰明顯比MRM模式下多，而且個別雜質峰的響應甚至超過了目標峰，表明MRM模式比SIM 模式具有更好的降噪性。

圖3 選擇離子掃描(SIM)TIC圖(10.0 ng/L)

圖4 多反應監(jiān)測(MRM)TIC圖(10.0 ng/L)

2.2.3 二級質譜產物離子掃描

選定2-MIB和GSM的母離子分別為95和112，進行產物離子掃描，同時優(yōu)化碰撞能量。選擇不同碰撞能量(5，10，15和20 eV)，建立產物離子掃描方法，根據產物離子譜圖分別選定2-MIB母離子95的產物離子67(CE 10 eV)和55(CE 20 eV)，GSM母離子112的產物離子97(CE 10 eV)和69(CE 20 eV)。據此建立了1.3節(jié)表1的MRM方法。

2.3 方法的標準曲線

將質量濃度為100 mg/L的2-MIB和GSM混合標準溶液逐級稀釋成10.0 μg/L的混合標準使用液，溶劑為甲醇。

分別取10.0 μg/L的混合標準使用液1，2，5，10，20和50 μL，用純水稀釋成10 mL混合標準系列溶液，其中2-MIB和GSM的配制濃度均為1.00，2.00，5.00，10.0，20.0和50.0 ng/L，于以上混合標準系列溶液中分別加入3 g氯化鈉，測定并繪制標準曲線。結果顯示，在1.00～50.0 ng/L范圍內，采用MRM模式檢測，2-MIB和GSM均具有良好的線性，相關系數r分別為0.999 4和0.999 8。

2.4 方法的精密度及檢出限

根據《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ 168—2010)的規(guī)定，配制1.0 ng/L的標準溶液，重復測定7次，根據MDL=t(n-1,0.99)×S計算方法檢出限，其中n為樣品的平行測定次數，t(n-1,0.99)為自由度為n-1，置信度為99%時的t分布，t(6,0.99)=3.143，S為n次平行測定的標準偏差。方法定量限(MQL，測定下限)定義為方法檢出限的4倍。通過計算得2-MIB和GSM的方法檢出限分別為0.226和0.239 ng/L，二者的方法定量限分別為0.904和0.956 ng/L，RSD分別為7.36%和7.75%。

2.5 實際樣品分析及加標回收率

用所建立的HS/SPME-GC/MS/MS方法分析了環(huán)境水樣中的2-MIB和GSM，并進行了加標回收試驗。

1#水樣采自鹽城市通榆河城北大橋，2#水樣采自鹽城市串場河大慶路橋，分別加標2.00和20.0 ng/L，平行測定3次，結果見表4。

由表4可知，2-MIB和GSM的加標回收率良好，分別為87.0%～97.0%和85.2%～112%。

表4 加標回收試驗結果

3 結語

建立了檢測GSM 和 2-MIB的HS/SPME-GC/MS/MS法，該方法包括樣品固相微萃取制備在內檢測一個樣品的時間<60 min，在1.00～50.0 ng/L范圍內，2-MIB和GSM線性關系良好(r≥0.999 4)，相對標準偏差(RSD)均<10%，方法檢出限和方法定量限均<1.00 ng/L，加標回收率為85.2%～112%。該方法操作簡便、準確可靠、重現性好、靈敏度高，無須有機溶劑，適用于水中痕量2-MIB和GSM的測定，為水中臭味物質的測定及其去除工藝中機理機制的深入研究提供了必要的分析技術支持。

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DeterminationofTrace2-MIBandGSMinWaterbyHS/SPME-GC/MS/MS

SUN Hong-mei, ZHU Yu-mei，ZHOU Jun

(EnvironmentalMonitoringStationofYancheng,Yancheng，Jiangsu224002，China)

The method of determination of trace 2-MIB and GSM in water was established by headspace solid-phase micro-extraction (HS/SPME) coupled with gas chromatography/tandem mass spectrometry, and the conditions of HS/SPME were optimized. After the instrument conditions were optimized, the linear relationship between peak area and concentration of 2-MIB and GSM was good enough (r≥0.999 4) from 1.00 to 50.0 ng/L. When the standard sample of 1.0 ng/L was determined 7 times in parallel, the RSDs of 2-MIB and GSM were 7.36% and 7.75% respectively. Their detection limits were 0.226 and 0.239 ng/L, and their quantification limits were 0.904 and 0.956 ng/L, respectively. Two actual water samples were determined and spiked with 2.00 and 20.0 ng/L respectively, and the recovery rates of 2-MIB and GSM were 87.0%～97.0% and 85.2%～112%. The result shows that the proposed method is easily operational, highly accurate, well reproducible, highly sensitive and no need of organic solvents. And it is suitable for the determination of trace 2-MIB and GSM in water.

Headspace solid-phase micro-extraction; Gas chromatography/Tandem mass spectrometry; 2-Methylisoborneol (2-MIB); Geosmin (GSM); Orthogonal test

2017-08-04；

2017-09-05

孫紅梅(1983—)，女，工程師，碩士，主要從事有機分析工作。

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.06.009

O657.7+1;X832

B

1674-6732(2017)06-0040-05