饮用水中2-甲基异莰醇检测方案(毛细管柱)

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北京豫维科技有限公司联系人：水先生电话：18911849923环境与健康杂志2012年5月第29卷第5期J Environ Health， May 2012， Vol.29， No.5·453· 【论著】 水中2-甲基异茨醇等3种致嗅物质的顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定法 张振伟，应波，鄂学礼 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所，北京 100050 摘要：目的 建立水体中2-甲基异莰醇、土臭素和二甲基三硫醚3种致嗅物质的测定方法。方法采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法进行测定，研究并探讨萃取纤维类型、盐浓度、萃取温度、萃取时间、解吸温度和解吸时间等因素对致嗅物质萃取量的影响，选定了最佳分析条件。结果 上述3种致嗅物质的线性范围分别为 5.0~1000、5.0~1 000 和10~1 000 ng/L；该方法的检出限分别为1.1、0.7、1.6 ng/L，定量下限为3.8、2.2、5.3 ng/L；回收率为 80.2%~96.9%，RSD 为 3.3%~7.1%。结论 该方法具有无需有机溶剂、所需样品量较少、操作简单、快速的优点，检测的灵敏度较高，适用于水体中3种致嗅物质的定量分析。 关键词：水；致嗅物质；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱 中图分类号：0657.7 文献标志码：A 文章编号：1001-5914(2012)05-0453-03 Determination of Odorant Component 2-Methylisobomeol Geosmin and Dimethyl Trisulfide in Water by HeadspaceSolid-phase Microextraction-GC-MS ZHANG Zhen-wei， YING Bo， E Xue -li. Institute of Environmental Health andRelated Product Safety，Chinese Center for Disease Control and Prevention， Beijing 100050， China Corresponding author：E Xue-li， E-mail：exueli66@sina.com Abstract：Objective TTo establish a method for the determination of odorant component 2-methylisobomeol，geosmin anddimethyl trisulfide in water. Methods 2-methylisobomeol，geosmin and dimethyl trisulfide were determined by headspacesolid-phase microextraction with gas chromatography-mass spectrometry analysis. The optimum operating conditions such asfiber type， salt concentration， water temperature， extraction time， desorption temperature and time were studied. Results Thecalibration linear range of above-mentioned three odorant components were 5.0-1000，5.0-1000 and 10-1 000 ng/L. Thelimits of detection were 1.1， 0.7 and 1.6 ng/L and the limits of quantification were 3.8， 2.2 and 5.3 ng/L respectively. Therelative standard deviations were 3.3%-7.1% and the average rates of recovery were 80.2%-96.9%. Conclusion For its rapidand simple operation， solvent-free and little sample， the method established in the paper is applicable to the determination oftrace odorant component 2-methylisobomeol，geosmin and dimethyl trisulfide in water. Key words： Water； Odorant component； Headspace solid-phase microextraction； Gas chromatography-mass spectrometry 近年来，我国饮水水源水质恶化，饮用水嗅味事件时有发生，引起了社会各界的关注。已有研究发现，2-甲基异醇(2-methylisobomeol，2-MIB)、土臭素(geosmin)和二甲基三硫醚 ( 基金项目：水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07419-002) ) ( 作者简介：张振伟(1984-)，男，研究实习员，硕士，从事环境卫生研究。 ) ( 通讯作者：鄂学礼，E-mail：exueli66@sina.com ) 在使用超声破碎时，需要依据样品先摸清超声波的最佳破碎条件，以便达到最佳破碎效果，过程较繁琐，因此，在样品数量较多时，CTAB 提取方法更具优势。综合考虑之后，认为 CTAB 法更适合从自然水样中提取藻类 DNA。 本研究还发现在使用改良 CTAB法时，应注意温育时间不宜过长，超过1h，所提取的 DNA 将会出现降解现象，此外在去除RNA的过程中，温育时间不宜超过 30 min， 否则也会造成DNA降解。沉淀时间也不宜过长，超过1 h，盐和多糖也会沉淀，影响 DNA 提取的质量。 ( 参考文献： ) ( [1]梁恒，李星，徐广志，等.水体中微囊藻毒素的污染与控制[J].环境与 健康杂志，2006，23(2)：179-181. ) (dimethyl trisulfide，DMTS)是水中常见的三种致嗅物质。其中2-MIB 和 geosmin 是典型藻污染引发的土霉类物质"，在河流和湖库型水源常有检出。DMTS 是已确认的易产生水体腥臭味的致嗅物质，有报道指出此类物质正是2007年无锡嗅味事件的主要致嗅物质。目前，国内外对水中致嗅物质的检测方法主要分为两大类，即感官分析法和仪器分析法。仪器分析法能够定 ( [2]韩铁军，曾卓，崔绘，等.景观水灭藻处理的研究[J].环境与健康杂志， 2007，24(1)：34-36. ) ( [3]金敏，赵祖国，王景峰，等.活性污泥宏基因组芯片 DNA 的制备方法 [J].立用与环境生物学报，2009，15 (2)：245-249. ) ( [4]陈颖，刘根齐，李文彬.3种小球藻 DNA 提取方法的比较[J].植物生 理学通讯，2001，3(37)：242-244. ) ( [5]任雪艳，孔庆军，王恒强.小球藻的分离及其 DNA 的提取方法的研究 [J].安徽农业科学，2008，36(32)：13970-13971. ) ( [6]Nguyen T， Berzano M， Gualerzi C O ， et al. D evelopment of molecular tools for the detection of freshwater diatom s [J]. Journal of Microbiological Methods，2011，84：33-40. ) ( [7]孙静.变性梯度凝胶电泳技术在微藻鉴定及浮游植物群落结构研究中的应用〔D〕.中国海洋大学，2009. ) ( (收稿日期：2012-01-31修回日期：2012-04-25) ) ( (本文编辑：杜宇欣) ) 量测定水中致嗅物质，弥补了感官分析法依靠人的嗅觉、味觉直接对水样进行测试的不足，近年来发展迅速49。但由于各地研究使用的预处理、测试条件不一致，导致测试资料无法比较，因此，研究测试条件，建立适宜的测试方法是必要的。笔者就此进行了研究。 1材料与方法 主要仪器与试剂 Agilent 7890A-5975c GC-MSD 气相色谱质谱联用仪，色谱柱为 DB-5MS，5%苯甲基聚硅氧烷弹性石英毛细管柱(60mx0.25 mm，1 pm)。固相微萃取装置，萃取纤维的涂层为聚二甲基硅氧烷-二乙烯苯(65wm，PDMS-DVB)碳分子筛-聚二甲基硅氧烷(65pm，CAR-PDMS)、聚丙烯(85 pm，PA)、二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷(50/30p.m，DVB-CAR-PDMS )，60 ml 带聚四氟乙烯(PTFE)涂层的硅橡胶垫螺口玻璃瓶，磁力搅拌子均为美国 Supelco 公司产品。2-甲基异茨醇标准品(100p.g/ml 甲醇溶液)、土臭素标准品(100pg/ml甲醇溶液)均为 Sigma 公司产品，二甲基三硫醚标准品(98%)为 TCI公司产品。NaCl 为国产优级纯，经450℃烤2 h 后使用。 1.2 样品前处理 在 60 ml 顶空瓶中放人磁力搅拌子并加人40 ml样品溶液，根据试验需要加入适量 NaCl，立即用带 PTFE涂层硅橡胶垫的瓶盖密封，放入已设定恒定温度的水浴中。将固相微萃取的萃取针头扎入顶空瓶中，推出萃取头，使其暴露于液面上方的顶空中。调节好搅拌子转速进行萃取，一定时间后拔出萃取头，用 GC-MS 进行分析。 1.3 仪器条件 1.3.1 色谱条件 载气为高纯氦气(99.999%)，流量为 1.3 ml/min；柱头压为21.5 psi；进样口温度为250℃；不分流进样；升温程序为初始柱温40℃，保持2 min，以 30℃/min 升温至180℃，再以10℃/min 升温至270℃，保持3 min。 1.3.2 质谱条件 电离方式为EI电源，电离能量 70eV，离子源温度230℃，四级杆温度 150℃，GC-MS 接口温度 280℃。标准溶液及样品检测方式为选择离子监测模式 (SIM)，2-甲基异茨醇、土臭素和二甲基三硫醚的监测离子 m/z 分别为95、135，112、125，126、111，其中定量离子 m/z 为 95，112，126，其余用来定性。 1.4 实际样品测定 采集水样后，用0.45 pum 的滤膜过滤，再用上述顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法进行测定。 1.5 标准系列配制 用甲醇稀释上述2-甲基异莰醇和土臭素标准品至10p.g/ml 作为储备液，准确称取适量二甲基三硫醚标准品，溶解于甲醇中，配制成为10 pg/ml 的储备液，所有储备液避光保存于4℃冰箱备用。再用纯水将储备液依次稀释为0、5、10、50、100、500、800、1000 ng/L 系列标准溶液，进行定量分析。 2结果与讨论2 萃取纤维类型 在固相微萃取中，纤维类型的选择对待测物的测定具有重要影响。选择萃取纤维时，应结合待测物的极性、沸点等参数，选择不同涂层的萃取纤维。笔者在60℃的萃取温度、0.25 g/ml 的 NaCl 溶液加入量、顶空固相微萃取 40 min 条件下，比较了 DVB-CAR-PDMS、PDMS-DVB、PDMS-CAR、PA4种涂层纤维对 100 ng/L 致嗅物质的萃取效果(峰面积)。由表1可以看出，在4种萃取纤维中，DVB-CAR-PDMS 涂层纤维对致嗅化合物的萃取效果明显优于另外3种纤维，故在后面的分 析中，均采用该类型纤维进行顶空固相微萃取。 表1不同类型萃取纤维萃取3种致嗅物质的峰面积 (x10) 萃取纤维 2-甲基异醇 土臭素 二甲基三硫醚 DVB-CAR-PDMS 6.0 16.2 CAR-PDMS PDMS-DVB PA 0.4 0.4 2.2 盐浓度 固相微萃取时在液体样品中加人适量无机盐，可增大溶液的离子强度，降低待测化合物在水中的溶解度，使其更容易从样品溶液向顶空挥发，从而提高萃取效率。为考察盐浓度对3种致嗅物质萃取效果的影响，在萃取温度为60℃的条件下，于100 ng/L 样品溶液中分别加入0、0.1、0.15、0.25、0.35 g/ml的 NaCl 溶液，于搅拌的条件下顶空萃取 40 min。表2可见，在NaCl 浓度为 0~0.25 g/ml时，随着盐浓度的增加，3种致嗅化合物在萃取纤维中的萃取量明显增加，超过 0.25 g/ml 后，萃取量则呈下降趋势，因此试验中采用 0.25 g/ml 的 NaCl浓度。 表2NaCl浓度对3种致嗅物质峰面积的影响 (×10) NaCl浓度(g/ml) 2-甲基异荧醇 土臭素 二甲基三硫醚 0 2.8 3.6 20.2 0.1 4.9 7.0 24.5 0.15 6.9 9.1 26.8 0.25 7.6 9.8 28.4 0.35 6.9 8.3 24.9 2.3萃取温度有文献报道，萃取温度过高会给实验操作带来不便，而且高温条件下的水蒸汽影响萃取纤维的寿命，理论要求萃取温度最好不超过80℃。因此，笔者考察了在40、50、60和70℃下对3种致嗅物质的萃取效果，结果见表3。 表3萃取温度对3种致嗅物质峰面积的影响 (x10) 萃取温度(℃) 2-甲基异茨醇 土臭素 二甲基三硫醚 40 4.9 4.9 7.7 50 5.5 6.7 11.7 60 6.0 8.0 15.4 70 5.5 6.4 14.0 由表3可以看出，在40~60℃，2-甲基异茨醇、土臭素和二甲基三硫醚的萃取量随着萃取温度的升高而升高，在60℃以后有下降的趋势，因此选择60℃作为试验的萃取温度。 2.4萃取时间 萃取时间过短，化合物在水样、顶空部和萃取纤维涂层三相间未达到平衡，萃取纤维对待测组分的吸附量较小，方法的检出限不能满足需要；萃取时间过长，则会导致水样中与纤维涂层亲和力较好的杂质组分夺取吸附位，从而降低待测化合物的萃取效果。笔者考察了萃取时间10、20、30、40、50 min对萃取效果的影响，结果见表4。 表4萃取时间对3种致嗅物质峰面积的影响 (×10) 萃取时间(min) 2-甲基异醇 土臭素 二甲基三硫醚 10 6.3 20 15.5 30 22.5 40 24.9 50 26.8 从表4可见，2-甲基异茨醇和土臭素在40 min 达到最大萃 取量，二甲基三硫醚的萃取量在40 min 时趋于平衡，所以萃取时间选为 40 min。 2.5解吸及度在萃取温度为60℃、NaCl投量为 0.25 g/ml、萃取时间为40 min 的条件下，考察了解吸温度对3种致嗅物质的萃取效果，结果见表5。 表5解吸温度对3种致嗅物质峰面积的影响 (×10) 萃取温度(℃) 2-甲基异灾醇 土臭素 二甲基三硫醚 230 4.0 4.2 11.1 240 7.7 8.9 16.7 250 7.6 8.8 20.3 260 5.5 6.4 19.0 从表5可见，2-甲基异茨醇和土臭素的萃取量在温度超过240℃后有所下降，二甲基三硫醚则在250℃时萃取量达到最大，综合考虑，选择250℃作为解吸温度。 2.6触解吸时间在萃取温度为60℃、NaCl 投量 0.25 g/ml、萃取时间40 min、解吸温度250℃的条件下，考察了解析时间1、2、3、4、5 min 对3种致嗅物质萃取量的影响，结果见表6。可以看出，2-甲基异醇和土臭素在解吸时间 3 min 后萃取量几乎保持不变，二甲基三硫醚 4 min 后萃取量趋于平衡，所以解吸时间选为4 min. 表6萃取时间对3种致嗅物质峰面积的影响 (×10) 萃取时间(min) 2-甲基异醇 土臭素 二甲基三硫醚 12.5 2 18.3 3 19.9 4 20.2 5 20.1 2.7 方法的线性范围、检出限和定量下限 依次配制浓度为0、5、10、50、100、500、800、1000 ng/L的2-甲基异醇、土臭素和二甲基三硫醚系列标准溶液，利用 DVB-CAR-PDMS(50/30 p.m)涂层纤维，在萃取温度60℃、萃取时间 40 min、NaCl投加量0.25 g/ml、解吸温度250℃、解吸时间 4 min以及搅拌的条件下进行测定，绘制标准曲线并进行线性回归分析。以3倍信噪比计算方法的检出限，以10倍信噪比计算方法的定量下限，结果见表7。 表7 水中3种致嗅物质的气相色谱-质谱测定法的线性范围、 化合物 线性范围 相关系数 检出限 定量下限 2-甲基异茨醇 5.0~1000 0.999 7 1.1 土臭素 5.0~1000 0.999 9 二甲基三硫醚 10~1000 0.999 4 从表7可见，3种致嗅物质的线性范围分别为 5.0~1000、5.0~1000 和10~1000 ng/L，所得回归方程均呈较好的线性关系(r≥0.999)。该方法的检出限分别为1.1、0.7、1.6 ng/L，定量下限为3.8、2.2、5.3 ng/L。 2.8 方法的精密度和准确度 向不含2-甲基异莰醇、土臭素和二甲基三硫醚溶液的自来水中分别加标 50、500 ng/L，进行加标回收实验，每个浓度平行测定6次，结果见表8。 表8 水中3种致嗅物质的气相色谱-质谱测定法的加标回收率 (n=6) 化合物 加标值(ng/L)测定值(x，ng/L)回收率(%) RSD(%) 2-甲基异莰醇 50.0 43.3 86.6 6.1 500.0 479.0 95.8 5.2 土臭素 50.0 43.6 87.1 5.9 500.0 484.5 96.9 6.4 二甲基三硫醚 50.0 40.1 80.2 3.3 500.0 438.5 87.7 7.1 从表8可见，水中2-甲基异醇、土臭素和二甲基三硫醚顶空固相微萃取-气气色谱-质谱测定法的回收率为80.2%~96.9%，RSD 为 3.3%~7.1%。 2.9水样测定采用优化的顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定法对含螺旋鱼腥藻水样、太湖北闸口蓝藻打捞点水样和滇池水样中的致嗅化合物进行测定，结果显示，藻类水样中2-甲基异醇、土臭素含量分别为 20.0、751.0 ng/L，北闸口原水中仅检出2-甲基基醇(10.1 ng/L)，滇池原水中检出土臭素、二甲基三硫醚含量分别为6.3、195.0 ng/L。 3小结 本研究建立了顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定水体中3种主要致嗅物质2-甲基异茨醇、土臭素和二甲基三硫醚的分析方法，该法具有无需有机溶剂、所需样品量较少、操作简单、快速的优点，检测的灵敏度较高，适用于水体中痕量致嗅物质2-甲基异莰醇、土臭素和二甲基三硫醚的定量分析。 ( 参考文献： ) ( [1]宋立荣，李林，陈伟，等.水体异味及其藻源次生代谢产物研究进展 [J].水生生物学报，2004，28(4)：434-439. ) ( [2]于建伟，李宗来，曹楠，等.无锡市饮用水嗅味突发事件致嗅原因及潜 在问题分析[J].环境科学学报，2007，27(11)：1771-1777. ) ( [3]张振伟，鄂学礼，张岚.饮用水中致嗅物质检测方法的研究进展[J]. 环境与健康杂志，2010，27(2)：171-173. ) ( [4]APHA，AWWA， WEF. Standard methods for the examination of water andwastewater Method 6040[S]. Washington DC， 2005：8-19. ) ( [5]黎雯，徐盈，吴文中，等.水中异味化合物定量测定的一种有效方法 [J].分析测试技术与仪器，1998，4(2)：84-90. ) ( [6]Ahn HS， Shin HS. Simple， rapid， and sensitive determination of odorouscompounds in water by GC-MS [J ] . Chromatographia，2000，59：107-113. ) ( [7]George JE， Payne G， Conn D， et al. Cost effective low-level detection of geosmin and M IB in water by large volume purge and trap GC/MS[A]. WQTC1997-1997 Wat e r QualityTechnology Conference Proceedings. USA：American Water Works Association， 1997. ) ( [8]李学艳，陈忠林，沈吉敏，等.固相萃取-气质联机测定水中嗅味物质2-甲基异茨醇和土霉素[J].中国环境监测，2006，22(2)：18-21. ) ( [9]Saito K， Okamura K， Hiroyuki K. De t ermination of musty odorants， 2-methyli-soborneol and geosmin， in environmental water by headspacesolid-phase microextraction and gas chromatography mass spectrometry[J].Journal of Chromatogrphay A，2008，1186：434-437. ) ( [10]谈金辉，刘文涵.新型的样品前处理技术-固相微萃取[J].理化检验 化学分册，2005，41(11)：783-787. ) ( (收稿日期：2012-03-30 ) 修回日期：2012-04-20) ) ( (本文编辑：杜宇欣) ) ?China A： Jwww.Eyuweichina. come.邮箱waterkcomhet 目的建立水体中2-甲基异莰醇、土臭素和二甲基三硫醚3种致嗅物质的测定方法。方法采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法进行测定,研究并探讨萃取纤维类型、盐浓度、萃取温度、萃取时间、解吸温度和解吸时间等因素对致嗅物质萃取量的影响,选定了最佳分析条件。结果上述3种致嗅物质的线性范围分别为5.0～1 000、5.0～1 000和10～1 000 ng/L;该方法的检出限分别为1.1、0.7、1.6 ng/L,定量下限为3.8、2.2、5.3 ng/L;回收率为80.2%～96.9%,RSD为3.3%～7.1%。结论该方法具有无需有机溶剂、所需样品量较少、操作简单、快速的优点,检测的灵敏度较高,适用于水体中这3种致嗅物质的定量分析。