饮用水中臭味物质检测方案(样品前处理)

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GERSTEL应用文献，2020 根据GB/T 43270-2016自动检测生活饮用水中的臭味物质 F. Rogies， Y.Nie Gerstel GmbH & Co. KG 大提高样品通量和结果的准确性。本应用文献，是根据GB/T 32470-2016的要求，使用SPME-GC/MS法来检测水中臭味化合物，同时根据自动化的实际优势，优化部分参数，以达到样品的小型化和试验方法的合理化。目的是在达到国标中的数据结果要求的同时，提高通量和结果的准确性。 实验 仪器 自动进样器： 多功能全自动样品前处理平台 MPS Robotic pro (GERSTEL) SPME纤维头： DVB/CAR/PDMS， 50/30um (Supelco) 进样口： PTV型进样口、冷进样系统 CIS 4 (GERSTEL) 进样口衬管： SPME专用衬管，脱活，内径1mm (GERSTEL) GC/MS： GC 7890B MS 5977B HES (Agilent) GC柱： Rxi-5ms 30m x 0.25mm x0.25um (Restek) 试剂及样品 土臭素 (geosmin) 2-甲基异玻醇(2-Methylisoborneol) 内标2-异丙基-3-甲氧基吡嗪 (2-isoproyl-3- methoxypyrazine) 甲醇(Methanol) 以上四种试剂均来自Supelco HPLC水 样品为当地的自来水样品，直接从水龙头中获取 标样制备 土臭素，2-甲基异玻醇，以及2-异丙基-3-甲氧基吡嗪购得浓度均为100 mg/L， 首先使用甲醇，配置土臭素和2-甲基异玻醇的混合标准中间液，浓度为10 ug/L， 将内标同样使用甲醇稀释为10 ug/L的中间液。然后使用HPLC水， 将混合标准中间液分别配置浓度为1，5，10，20， 40， 80ng/L的6个校准浓度的标准溶液。每个标准溶液中添加内标中间液，使得到20ng/L的最终浓度。 分析条件 样品体积： 10mL 顶空瓶体积： 20 mL SPME老化： 250℃， 1h1(运行序列前) SPME萃取温度： 60°C SPME萃取时间： 20 min SPME热脱附时间：3min 进样模式： 不分流(溶剂排出模式) 进样口升温程序： 60C快速升温至250℃， 并保持4 min GC柱温程序： 50℃ (2 min)， 10℃/min升温至125℃ (1 min)， 20°C/min升温至280℃(2 min) MS扫描模式： 选择离子检测 SIM SIM参数：土臭素：m/z 111， 112，125；2-甲基异醇： m/z 95，1107，108； 2-异丙基-3-甲氧基吡嗪(内标) m/z 137， 152 SPME自动化过程(视频) 取10 mL标准溶液，或是水样，移入20的顶空瓶中。接下来的样品加热及SPME萃取工作，以及最后的SPME热脱附进样，都由自动MPS robotic自动完成。，并且可以实现重叠进样，即在运行上一个样品GCMS的过程中，下一个样品的萃取工作可以同时进行，大大提高了样品通量。自动化的过程可以扫码观看。 图1：GB/T 32470-2016整体配置： SPME自动针头， SPME在线老化仪，振荡搅拌器，冷进样系统CIS， 20 mL顶空瓶及托盘。 结果与讨论 方法的改进 以上实验设定参数，以GB/T32470-2016为标准， 如SPME的类型，样品孵化温度， SPME热解析最终温度， GC柱型， GCMS类型，扫描模式。依靠自动化和哲斯泰的PTV型进样口，我们在基本方法上作了几点改进： 1.样品量从40 mL降至10mL； 2.萃取时日从40 min 降至 20 min； 3.进样使用程序升温，避免进样口一直处在250°C的高温以及长时间的不分流状态。更有利于设备的维护，避免系统残留。 4.没有额外添加氯化钠NaCI，省去了繁琐的一步。加盐与不加盐没有本质上的区别，下面会给出具体数据对比。 色谱图 下图为20 ng/L的混合标样中两种臭味物质及内标的选择离子检测色谱图。可以看到，色谱峰的分离很干净，并且峰型对称，十分有利于定量分析。 图2：20ng/L标样中Geosmin和2-MIB，以及内标IPMP的选择离子检测SIM色谱图 线性 对1，5，10， 20，40，80 ng/L六个水平的标准混合溶液进行校准，每个水平重复3次，。得到的线性非常好：土臭素的R?>0.9991；2-甲基异基醇R2>0.9996 x： 图3：土臭素Geosmin的标准曲线 飞立光 图3：2-甲基异玻醇2-MIB的标准曲线 检测下限 实验的检测下限是根据标准方法DIN 32645，使用标准曲线法求得，结果相对3倍空白偏差法更为精确合理。通过标准曲线法得到的土臭素和2-甲基异玻醇的检测下限分别为1.48 ng/L和2.16 ng/L。 准确度和精确度 在自来水中加入20 ng/L浓度的土臭素和2-甲基异荧醇，测定其浓度，重复8次。计算出回收率和相对偏差。结果显示土臭素和2-甲基异醇的回收率分别为105.2%和103.9%，相对标准偏差分别为2.7%和2.4%。完全符合GB/T 32470-2016标准方法中的要求。 可重复性 在一周时间内进行10次对加标自来水的检测，结果稳定。RSD%<5%。 图4：在一周时间内对加入浓度为20 ng/L的混合标样的自来水样进行10次检测，得到的浓度(y轴)变化曲线 加盐不加盐 实验结果表明，加盐对目标物质的相应没有本质上的增加，反而增加了外来污染以及繁琐的手动称量及加盐步骤。下图为20 ng/L标样加盐(红色)与不加盐(蓝色)土臭素的色谱图。加盐相应仅增加9.9%，并不显著，加上不加盐的方法已经满足标准中的LOD及各项数据要求，自动化的运行结果可重复性高，所以我们选择不加盐。 结论 GB/T 32470-2016标准中，SPME采样和进样过程都是手动操作，顾繁琐并且人为误差大。使用哲斯泰的自动化SPME解决方案检测生活饮用水中臭味物质土臭素和2-甲基异醇，则可以大大提高样品通量和结果的准确性。通过精确的自动化过程，大大减少了标准偏差，可以减小样品至10mL， 同样可以达到标准中所要求的检测下限和定量结果。以下是结果列表： Geosmin 2-MIB LOD ng/L 1.48 2.16 RSD % (n=8) 80ng/L标羊 5.0 4.2 20ng/L标样 2.3 1.6 20ng/L自来水样 2.7 2.4 Recovery %(n=8) 20ng/L自来水样 105.2 103.9 ( 参考文献 ) ( [1]N. Ochiai， S . Nakamura， Ap p lication of Stir Ba r So r ptive Extraction (SBSE) Coupled toThermal D esorption GC- M S for D e termination of Ultra-Trace Level Compounds i n AqueousSamples.(http：//www.gerstel.de/pdf/p-gc-an-2005-05.pdf) ) [2] R. Marsili，《风味，香气和气味分析》第四章-SBSE分析微生物霉腐臭代谢物 欢迎关注哲斯泰微信公众号 GERSTEL GmbH & Co. KG Eberhard-Gerstel-Platz 1 45473 Mulheim an der Ruhr Germany +49 (0)208-76503-0 +49 (0) 208-7 65 03 33 gerstel@gerstel.com www.gerstel.com GERSTEL Worldwide Information， descriptions and specifications in this Publication are subject to change without notice. GERSTEL， GRAPHPACK and TWISTER are registered trademarks of GERSTEL GmbH & Co. KG. -- -- 生活饮用水的质量越来越受到关注，不仅有毒有害物质不能超标，而且气味也要达到要求。GB/T 32470-2016中规定了“生活饮用水臭味物质土臭素和2-甲基异莰醇检验方法”，方法中使用固相微萃取-质谱连用，来检测用水中 ng/L级别的土臭素和2-甲基异莰醇。GB/T 32470 - 2016取40 mL水样加入60 mL 采样瓶中，加入内标（2-异丁基-3-甲氧基吡嗪）。然后在采样瓶中置入磁力搅拌子，加氯化钠（NaCl）10 g。60°C水浴加热，然后使用SPME（DVB/CAR/PDMS吸附层）萃取40分钟。萃取结束后在250°C进样口中解析5 min。手动装置及方法可以达到的定量结果见下: GB/T 32470-2016手动SPME数据结果LOD : Geosmin: 3.8 ng/L， 2-Methylisoborneol: 2.2 ng/LISTD : 2-isobutyl-3- methoxypyrazineRSD < 10 % Recovery > 90%自动化SPME设备及操作流程GB/T 32470-2016的SPME采样和进样过程，都是手动操作，顾繁琐并且人为误差大。如果使用自动化的SPME采用和进样，则可以大大提高样品通量和结果的准确性。并且，通过精确的自动化过程，大大减少了标准偏差，完全可以减小样品至10 mL，同样可以达到标准中所要求的定量结果。 GB/T 32470-2016整体配置：SPME自动针头，SPME在线老化仪，振荡搅拌器，冷进样系统CIS，20 mL顶空瓶及托盘。实验设备和参数SPME：DVB/CAR/PDMS 50/30µm (Supelco 57298-U)SPME老化：250 °C，1h （运行序列前）水样体积：10 mL顶空瓶体积：20 mL样品孵化温度：60 °CSPME萃取时间：20 minSPME热脱附时间：3 min进样口：GERSTEL 冷进样系统 CIS4进样口升温程序：60 °C快速升温至 250°C ，并保持4 minGC柱型：Restek Rxi-5ms  30m x 0.25mm x 0.25µmGC：Ailent GC 7890BMS：5977B HES扫描模式：选择离子检测 SIM以上实验设定参数，GB/T 32470-2016为标准，如SPME的类型，样品孵化温度， SPME热解析最终温度， GC柱型， GCMS类型，扫描模式。 依靠自动化和哲斯泰的PTV型进样口，我们在基本方法上作了几点改进：1. 样品量从40 mL降至 10 mL； 2. 萃取时间从40 min 降至 20 min；3. 进样使用程序升温，避免进样口一直处在250 °C的高温以及长时间的不分流状态。更有利于设备的维护，避免系统残留。 4. 没有额外添加氯化钠NaCl，省去了繁琐的一步。加盐与不加盐没有本质上的区别，下面会给出具体数据对比。自动化SPME结果哲斯泰自动SPME定量结果LOD : Geosmin: 1.48 ng/L， 2-Methylisoborneol: 2.16 ng/LISTD : 2-isoproyl-3- methoxypyrazineRSD %（n=8）: 80ng/L标样：       Geosmin: 5.0%    2- MIB: 4.2%20ng/L标样：       Geosmin: 2.3 %   2- MIB: 1.6%20ng/L自来水样 :  Geosmin: 2.7%   2- MIB: 2.4%Recovery % （n=8）20ng/L自来水样 :  Geosmin: 105.2%    2-MIB: 103.9%使用哲斯泰自动化SPME解决方案来检测生活饮用水中臭味物质土臭素和2-甲基异莰醇。完全符合GB/T 32470-2016中对检测下限，数据结果的准确性和精确性的要求。色谱图出锋干净，锋型好：下图为20 ng/L的混合标样中两种臭味物质及内标的选择离子检测色谱图。20 ng/L标样中Geosmin和2-MIB，以及内标IPMP的选择离子检测SIM色谱图线性好：制备1，5，10， 20， 40， 80 ng/L六个水平的标准混合溶液进行校准，每个水平重复3次。 得到的线性非常好：土臭素 的r²> 0.9991；2-甲基异莰醇r²>0.9996精确度和准确度高：在自来水中加入20 ng/L浓度的土臭素和2-甲基异莰醇，测定其浓度，重复8次。 计算出回收率和相对偏差。结果显示土臭素和2-甲基异莰醇的回收率分别为105.2 %和103.9 %，相对标准偏差分别为2.7 % 和2.4 %。完全符合GB/T 32470-2016标准方法中的要求。检测下限符合标准：实验的检测下限是根据标准方法DIN 32645，使用标准曲线法求得，结果相对3倍空白偏差法更为精确合理。通过标准曲线法得到的土臭素和2-甲基异莰醇的检测下限分别为1.48 ng/L和2.16 ng/L可重复性高：在一周时间内进行10次对加标自来水的检测，结果稳定。RSD% < 5 %。加盐与不加盐：我们选择不加盐，是因为实验结果表明，加盐对目标物质的相应没有本质上的增加， 反而增加了外来污染以及繁琐的手动称量及加盐步骤。下图为20 ng/L 标样加盐（红色）与不加盐（蓝色）土臭素的色谱图。 加盐相应仅增加 9.9 %, 并不显著，加上不加盐的方法已经满足标准中的LOD及各项数据要求，自动化的运行结果可重复性高， 所以我们选择不加盐。  20 ng/L标样中加盐（红色）和不加盐（蓝色）所得到的土臭素的SIM色谱图提高灵敏度的方法此解决方案是对GB/T 32470-2016标准的自动化方案，完全以标准中的基本参数为主，如SPME类型，单四极杆GCMS类型， GC柱型等，并且完全达到了标准中的数据要求。 对于需要更灵敏的检测结果的朋友，可以通过2个基本策略来达到：1. 提高采样的灵敏度，即增加吸附层的体积，使用如SBSE技术；2. 提高检测器的灵敏度，如使用三重四极杆GCMS，飞行时间质谱GC-TOFMS等。 哲斯泰使用SBSE的解决方案对臭味物质的最灵敏检测下限为 0.052 -0.15 ng/L （远远低于标准要求）。