浅析气相色谱测定嗅味物质处理方法范文

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［摘要］对水源水及饮用水中二甲基异莰醇（2-MIB）、土臭素（GSM）这2种嗅味物质采用液液萃取与气相色谱-质谱联用的方法测定，对水体中的细胞破壁，检测胞内胞外嗅味物质。2-MIB、GSM经过加氯化钠盐、正己烷液液萃取、浓缩、进样，经气相色谱-质谱联用法分析测定，选择离子模式定量。结果表明，该方法分离效果好，2-MIB、GSM在10～100μg/L的标准曲线中均线性良好，回归系数R2>0.995，取样体积1000mL时，检出限分别为2.58、2.45ng/L。2-MIB、GSM加标回收率分别为86.7%～103.0%、87.5%～91.8%，2-MIB、GSM的RSD分别为3.8%～7.9%、4.1%～9.8%。

［关键词］嗅味物质；液液萃取；气相色谱-质谱联用法

1前言

水体异嗅异味分析已成为世界水环境研究热点之一〔1〕，水环境污染后所产生的嗅味物质具有特殊异味，如：土霉味、鱼腥味、腐败味、樟脑味、芳草味等，异味的特殊性直接影响到人们对水质的评价，严重的还威胁到人类的生命健康〔2-3〕。其中最具代表性的二甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）主要是由放线菌、真菌、蓝藻等微生物代谢产生，常存在于富营养化水体中〔4〕，同时它们在水中的嗅阈值较低，10～15ng/L的2-MIB就能闻到木质的味道，10ng/L的GSM就会闻到很重的土腥味〔5〕。这些异嗅物质均为挥发性有机物，由于对检测要求很高，所以必须要积极探讨操作简单、灵敏度高的方法，并对其定性以及定量进行重点研究〔6〕。这2种嗅味物质的一些物理和化学性质指标〔7〕见表1。目前，分析检测嗅味物质的方法主要有感官分析法和仪器分析法。感官分析法由于无法准确定性而使应用受到一定限制。仪器分析法主要是将水样预处理后再经气质联用等精密仪器进行检测〔5〕。常用的预处理主要包括液液萃取法、吹扫捕集、固相萃取、固相微萃取等多种方法〔8〕。液液萃取法虽然操作简单，但有机试剂消耗较多；吹扫捕集法操作复杂，进行富集效果不太理想，仪器价格相对昂贵；固相萃取法费时且萃取柱容易堵塞；近年来发展起来的固相微萃取技术虽然操作简便、无需有机溶剂、快速、萃取效率相对较高，但其萃取范围较窄，萃取纤维头价格昂贵、易碎、使用寿命短。笔者以GSM和2-MIB为研究对象，尝试采用液液萃取、抽滤加细胞研磨的前处理技术，并与气相色谱-质谱联合制定一种在实验室水体测定中适应性更强的痕量嗅味物质分析方法，更好地满足水源水及生活饮用水检测的要求，对萃取时间、细胞处理等方法进行及时优化，有效提高目标待测物定性以及定量操作的灵敏度，并对水体中的细胞破壁、检测胞内胞外嗅味物质提供了初步、基础的方法，以期为后续进一步分析水体中的嗅味物质奠定基础。

2实验部分

2.1仪器与试剂实验仪器：7890B-5977A型气相色谱-质谱仪，美国安捷伦科技有限公司；DB-35mS型色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm），美国安捷伦科技有限公司；SCIENTZ-48型高通量组织研磨器，宁波新芝科技股份有限公司；RATANTA460型离心机（500mL离心杯），德国Hettich科学仪器有限公司；氮吹仪，美国Caliper公司；MMV-1000W型分液漏斗振荡器，日本东京理化器械株式会社；纯水仪，美国密理博公司。实验试剂：有证标准物质GSM、2-MIB混标（10mg/L甲醇溶液，进口标准），证书编号：ODOR-JDWOS。将物质及时配成10mL的10mg/L的标准母液，并将其储存在4℃下的环境中，使用之前将其稀释到所需浓度即可。甲醇（色谱纯），赛默飞世尔科技（中国）有限公司；正己烷（色谱纯），北京百灵威科技有限公司；NaCl（分析纯，使用前于300℃马弗炉烘干2h）、无水硫酸钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。

2.2实验方法2.2.1气相色谱-质谱（GC-MS）条件GC条件：进样口温度为250℃，分流比为10∶1，色谱柱的温度：50℃（2min）→5℃/min→160℃（0min）→20℃/min→280℃（8min），柱流速为1.0mL/min。MS条件：电子轰击源（EI），接口温度为280℃；离子源温度为230℃；四级杆温度为150℃。离子扫描范围约为45～448m/z，扫描时间约为5～30min。SIM模式时2种物质的特征离子以及相应时间见表2。2.2.2水样的预处理与分析方法取水样1000mL置于1000mL分液漏斗中，加入100gNaCl，用正己烷15mL萃取10min，静置3min，将萃取液用无水硫酸钠脱水后移入浓缩管中，再用正己烷10mL萃取5min，将萃取液用无水硫酸钠脱水后移入浓缩管中，合并2次萃取液浓缩至1mLGC-MS进样。水体中细胞破壁的前处理：取水样1000mL置于1000mL烧杯中，经0.45μm玻璃纤维滤膜抽滤，滤液即为胞外水样；滤膜经剪碎放入研磨管中，加适量玻璃砂，在高通量组织研磨器中研磨2次，每次15min，取出置于1000mL分液漏斗中，适量蒸馏水冲洗研磨管，直至研磨管冲洗干净为止，加蒸馏水至1000mL，此为胞内水样，萃取过程同上。

3结果与讨论

3.1标准物质曲线的建立在仪器最佳条件下，用标准母液（10mg/L）配制10、20、40、80、100μg/L的2种组分标准溶液建立标准曲线。2种物质在10～100μg/L线性均良好，其回归系数取值范围为：R2>0.995。使用6个纯水加标：20μg/L，对样品进行测定，由此计算出各个物质标准偏差（SD），依据检出限（LOD）=SD×t（n-1，1-α=0.95）公式，从而计算出t（n-1，1-α=0.95）作为自由度n-1，可信度95%的分布函数，在此过程中，n=6时，t=2.015时可以计算出各个嗅味物质检出限，结果见表3。

3.2细胞破壁处理方法的选择水体中嗅味物质的产生主要是藻类和菌类等微生物代谢产物，基本是胞内物质，必须将细胞破壁使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞壁破碎是提取胞内产物的关键步骤。水样进行细胞破壁方法一：将水样经0.45μm玻璃纤维滤膜抽滤，把过滤水样后的滤膜经剪碎放入研磨管中，加适量玻璃砂，在高通量组织研磨器中研磨2次，每次15min，取出置于1000mL分液漏斗中，适量蒸馏水冲洗研磨管，直至研磨管冲洗干净为止，加蒸馏水至1000mL，按水样的预处理方法进行实验；方法二：将水样在离心瓶中高速离心（8000r/min），弃去上清液后，加入适量纯水将细胞倒入研磨管中，加适量玻璃砂，在高通量组织研磨器中研磨2次，每次15min，取出置于1000mL分液漏斗中，适量蒸馏水冲洗研磨管，直至研磨管冲洗干净为止，加蒸馏水至1000mL，按水样的预处理方法进行实验。样品为2017年5月8日某流域藻类高发期时的地表水10L，测定6次取平均值，结果见表4。

3.3萃取条件的优化3.3.1对离子浓度影响的优化水样中加入NaCl以后发现，NaCl电离出来离子已经占据有机物全部水分子，因此使得标准物质分子得到有效的挥发。在样品中分别加入10、20、40、80、100、120gNaCl后，再次研究盐效应对嗅味物质产生的影响，结果见图1。标准物质溶解度，促进嗅味物质的快速挥发。当NaCl质量达到100g以上时，嗅味物质的峰面积几乎无明显变化，因此NaCl加入量为100g为宜，即1L水样加100gNaCl比较合适。3.3.2pH影响分析同一物质会因为pH不同从而存在离子、分子的不同形式，并且对萃取效果产生了决定性影响〔1〕，pH对萃取效果的影响见图2。由图2可知，pH在4～10范围内，不同嗅味物质峰面积未发生明显变化，样品pH实际检测中，pH通常在6～8之间，pH不会对萃取效率造成影响，因此检测样品时无需调节pH。3.3.3萃取时间和萃取次数的影响液液萃取存在的普遍问题是回收率比较低，实验通过优化萃取时间和萃取次数来提高嗅味物质的回收率，考察了萃取时间（3、5、10、15min）和萃取次数（1、2、3次）对嗅味物质萃取效率的影响，结果见图3。由图3可知，当萃取时间达到10min以上时，嗅味物质回收率无明显变化，萃取2次效果最佳。3.3.4乳化现象的去除方法样品在液液萃取过程中有时可能会发生乳化现象，形成乳浊液而难以分离。可按如下方法快速破乳：首先水平旋转摇动分液漏斗，如果水相和有机相分层还是不明显，加入适量的乙醚将有机相稀释，使之所占比例减小，容易分层。其他常用的方法有：长时间静置、减压过滤、离心分离、加无机盐等。这些方法不仅费时而且效果不理想。

3.4回收率及精密度（RSD）根据已建立的标准物质曲线，在最优的色谱条件和萃取条件下取1000mL纯水按样品的预处理方法进行了对2种嗅味物质的加标回收实验，实验分2组进行，加标量分别为2μL标准母液（10mg/L）和10μL标准母液（10mg/L），样品回收率结果见表5。由表5可知，2-MIB、GSM加标回收率分别为86.7%～103.0%、87.5%～91.8%，2-MIB、GSM的RSD分别为3.8%～7.9%、4.1%～9.8%。

4结论

采用加盐、正己烷液液萃取与气相色谱-质谱联用的技术可以同时有效检测水中低浓度的嗅味物质，具有操作简单、可行性强、灵敏度高等优点，能够满足生活饮用水检测要求，再加上能够对水体中的细胞破壁，为检测胞内胞外嗅味物质提供了初步、基础的方法，为后续进一步分析水体中嗅味物质、确定水体中嗅味物质存在形式奠定基础。

参考文献

［1］毛敏敏，张可佳，张土乔，等.大体积浓缩-固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定水样中6种典型性嗅味物质［J］.分析化学，2013，41（5）：760-765.

［2］朱帅，贾静，饶竹，等.吹扫捕集-气相色谱-质谱联用测定水中典型的嗅味物质［J］.环境化学，2016，35（10）：2127-2133.

［5］冯桂学，宋艳，刘莉，等.固相萃取-气相色谱质谱联用法测定地表水中藻致嗅味物质［J］.中国环境监测，2014，30（6）：163-166.

［6］马杰，方赤光，李青，等.气相色谱质-谱联用法测定生活饮用水中的土臭素和2-甲基异莰醇［J］.中国卫生检验杂志，2016，26（1）：23-25.

［7］陈蓓蓓，高乃云，马晓雁，等.饮用水中嗅味物质-土臭素和2-甲基异冰片去除技术［J］.四川环境，2007，26（3）：87-93.

［8］付杰，张丽君，张占恩.分散液液微萃取-气相色谱-质谱法测定水中4种嗅味物质［J］.理化检验-化学分册，2013，49（5）：602-604.

作者：陈罡 蔡海江 韩琳 张伟 单位：绍兴市水环境科学研究院有限公司