固相微萃取-氣相色譜串聯(lián)兩級(jí)質(zhì)譜法測(cè)定水中10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物

景二丹，許小燕，顧青清，余沛芝，張琳琳，李 霞

(蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215000)

隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，藻類(lèi)水華事件越來(lái)越頻繁。給水系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的城市公共服務(wù)設(shè)施,藻類(lèi)滋生引起的水質(zhì)污染問(wèn)題對(duì)城市居民的健康危害極大[1]。其中，嗅味物質(zhì)作為藻類(lèi)主要的次代謝產(chǎn)物，越來(lái)越多地在飲用水中被檢測(cè)出來(lái)。嗅和味作為評(píng)價(jià)飲用水的重要指標(biāo)，這類(lèi)物質(zhì)所產(chǎn)生的異味嚴(yán)重影響了人們對(duì)水質(zhì)的感覺(jué)和評(píng)價(jià)，近年來(lái)已逐漸成為水質(zhì)改善研究的熱點(diǎn)[2]。自然水體中常見(jiàn)的嗅味物質(zhì)有萜類(lèi)、脂肪類(lèi)以及代謝產(chǎn)物[3]。主要異味有土霉味、芳香味、魚(yú)腥味、草木味、沼氣味、薄荷味、腐敗味。2-甲基異莰醇、土臭素、三氯苯甲醚、甲氧基吡嗪等物質(zhì)產(chǎn)生土霉味；β-環(huán)檸檬醛產(chǎn)生草木味；β-紫羅蘭酮產(chǎn)生紫羅蘭味；異氟爾酮產(chǎn)生薄荷味[4-6]。

隨著人們對(duì)水體中嗅味物質(zhì)越來(lái)越關(guān)注，供水行業(yè)對(duì)水體中嗅味物質(zhì)的檢測(cè)越來(lái)越重視?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)規(guī)定2-甲基異莰醇、土臭素的檢出限為10 ng/L。目前，世界各國(guó)對(duì)于其他幾種物質(zhì)的限值尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，含量一般控制在1～10 ng/L[7]。測(cè)定嗅味物質(zhì)的方法有頂空固相微萃取-氣相色譜法[2]、吹掃捕集-氣相色譜質(zhì)譜法[8-9]、固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜法[10]、固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法[11-12]。其中，吹掃捕集-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法和頂空固相微萃取-氣相色譜法的檢出限整體較高；固相萃取的前處理使用二氯甲烷做萃取劑，毒性較大、污染環(huán)境且耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。通過(guò)建立一種固相微萃取-氣相色譜串聯(lián)兩級(jí)質(zhì)譜儀，聯(lián)用測(cè)定水中10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的含量，此方法操作簡(jiǎn)單、檢出限低、耗費(fèi)時(shí)間短、靈敏度高、無(wú)副作用，可以滿足實(shí)際水樣檢測(cè)的相關(guān)研究的要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890B-7000C型氣相色譜/質(zhì)譜/質(zhì)譜儀(安捷倫)；德國(guó)Gerstel多功能樣品前處理平臺(tái)MPS XT。

固相微萃取纖維：50/30 μm DVB/CAR/PDMS，Supelco；65 μm PDMS/DVB，Supelco；Milli-Q純水器。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：2-甲基異莰醇、土臭素、2,4,6-三氯苯甲醚、2,3,4-三氯苯甲醚、2,3,6-三氯苯甲醚、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪均為色譜純(上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司生產(chǎn)，100 mg/L)；β-環(huán)檸檬醛(Sigma，98%，1 mL，0.947 g/cm3)、β-紫羅蘭酮(Sigma，98%，1 mL，0.945 g/cm3)；異氟爾酮(德國(guó)Dr，99.3%，100 mg，0.926 g/cm3)。甲醇為色譜純；氯化鈉為分析純。

1.2 儀器條件

1.2.1 固相微萃取條件

萃取溫度為65 ℃；萃取時(shí)間為25 min；萃取深度為25 mm；解析時(shí)間為3 min；加熱器轉(zhuǎn)速為250 r/min。

1.2.2 色譜-質(zhì)譜條件

HP-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)Agilent公司)；載氣為高純He(純度為99.99%)，不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；隔墊吹掃流量為3.0 mL/min；柱箱溫度：起始溫度為40 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min升溫到180 ℃，保持1 min，最后以30 ℃/min升溫到240 ℃，保持4 min。

色譜柱流量：起始流速為1.3 mL/min；運(yùn)行流速為1.2 mL/min。進(jìn)樣口壓力為0.688 Pa，載氣為He，載氣流量為1.3 mL/min，出樣檢測(cè)器為MSD，柱溫箱溫度的初始值為40 ℃；平均線速度為41.345 cm/s；滯留時(shí)間為1.209 3 min。

1.2.3 質(zhì)譜條件

離子源溫度為230 ℃；四級(jí)桿溫度為150 ℃；質(zhì)譜檢測(cè)器溫度為280 ℃。

QQQ 碰撞池前端(EPC)：載氣He(淬滅氣體)流量為2.25 mL/min；載氣N2(碰撞氣體)流量為1.5 mL/min。采用選擇離子掃描(SIM)模式定量，質(zhì)譜參數(shù)如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(10.00 mg/L)的制備：精確稱取0.100 0 mg的β-紫羅蘭酮，分別移取106、110 μL的β-環(huán)檸檬醛和異氟爾酮，用甲醇定容于10 mL容量瓶中。

表1 10種物質(zhì)的保留時(shí)間和特征離子Tab.1 Retention Time and Characteristic Ions of 10 Substances

移取100 mg/L的2-甲基異莰醇、土臭素、2,4,6-三氯苯甲醚、2,3,4-三氯苯甲醚、2,3,6-三氯苯甲醚、2-異丙基-3甲氧基吡嗪、2-異丁基-3甲氧基吡嗪100 μL，用甲醇定容于10 mL容量瓶中。

稱取1.7 g氯化鈉加入20 mL頂空瓶中，然后取水樣或標(biāo)液10 mL，迅速蓋上瓶蓋，搖勻，放置于樣品盤(pán)上待測(cè)。置樣品瓶于多功能樣品前處理平臺(tái)MPS2樣品盤(pán)上進(jìn)行固相微萃取，萃取結(jié)束后，插入氣相色譜-質(zhì)譜儀進(jìn)樣口解析進(jìn)樣(3 min)。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取條件的選擇

2.1.1 萃取纖維的選擇

試驗(yàn)對(duì)比了50/30 μm DVB/CAR/PDMS和65 μm PDMS/DVB這兩種萃取纖維對(duì)目標(biāo)物的萃取效率，結(jié)果如圖1所示。50/30 μm DVB/CAR/PDMS對(duì)10種目標(biāo)物有較好的萃取效果，65 μm PDMS/DVB對(duì)β-紫羅蘭酮的富集效果差。因此，選擇50/30 μm DVB/CAR/PDMS作為萃取纖維。

圖1 不同萃取纖維的萃取效果Fig.1 Effect of Different Extraction Fibers

圖2 不同萃取溫度的萃取效果Fig.2 Effect of Different Extraction Temperatures

2.1.2 萃取溫度的選擇

試驗(yàn)考察了萃取溫度對(duì)試樣達(dá)到氣液平衡的影響，從45 ℃起以5 ℃遞增至75 ℃，結(jié)果如圖2所示。待測(cè)物質(zhì)氣相組分在45～65 ℃顯著增加，65 ℃以后有下降趨勢(shì)，因此，選擇65 ℃作為最佳平衡溫度。

2.1.3 萃取時(shí)間的選擇

平衡時(shí)間也是影響待測(cè)物質(zhì)氣液分配比的一個(gè)重要因素。配制20.00 ng/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在其他條件不變的情況下，分別選取平衡時(shí)間為10、15、20、25、30、35、40、50 min，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)萃取時(shí)間在10～25 min時(shí)，樣品響應(yīng)值顯著增加，25 min以后，其目標(biāo)物的響應(yīng)值處于水平。因此，選擇25 min作為最佳萃取時(shí)間。

圖3 不同萃取時(shí)間的萃取效果Fig.3 Effect of Different Extraction Times

2.1.4 萃取劑量的選擇

如圖4所示，水樣中加入氯化鈉可以促進(jìn)目標(biāo)物揮發(fā)，有利于提高萃取率，隨著氯化鈉含量的增加，萃取率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。在氯化鈉含量為1.7 g時(shí)，萃取率增加較大，隨著繼續(xù)增加氯化鈉，增加幅度較平緩。因此，氯化鈉為1.7 g時(shí)是較理想的萃取劑量。

圖4 不同萃取劑量的萃取效果Fig.4 Effect of Different Extraction Doses

2.2 色譜柱的選擇

色譜柱關(guān)系到物質(zhì)的分離效果，試驗(yàn)分別選擇HP-5MS(填料為5%苯基-甲基聚硅氧烷)、HP-1MS(填料為100%甲基聚硅氧烷)兩種試驗(yàn)用色譜柱，參照試驗(yàn)方法分析質(zhì)量濃度為20.00 ng/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。如圖5和圖6所示：采用HP-1MS色譜柱時(shí)，目標(biāo)化合物2-異丁基-3甲氧基吡嗪和2-甲基異莰醇分離不完全，峰有部分重疊，不利于定量分析；在HP-5MS色譜柱上得到的分離效果和峰形較好。因此，最終選擇HP-5MS色譜柱。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

在選定的條件下，按試驗(yàn)方法對(duì)10種混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行進(jìn)樣分析，在5.00～100.00 ng/L線性回歸方程良好，如表2所示?？疾旆椒z出限，信噪比為2∶1時(shí)，檢出質(zhì)量濃度為0.14～1.00 ng/L。

表2 10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限Tab.2 Regression Equations, Correlation Coefficients and Detection Limits of 10 Algae Metabolites

2.4 回收率與精密度

在10.00 mL純水中進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)加入量分別為20.00、50.00 、80.00 ng/L，按試驗(yàn)方法分別平行測(cè)定7次，結(jié)果如表3所示。10種混合溶液的回收率均在90%～110%，異氟爾酮易揮發(fā)，在預(yù)處理以及加標(biāo)時(shí)需現(xiàn)用現(xiàn)配。精密度RSD在9%以下，滿足檢測(cè)要求。

表3 純水回收率和精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Experimental Results of Pure Water Recovery and Precision

分別取10 mL地表水和出廠水進(jìn)行加標(biāo)測(cè)回收率，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)量濃度為20.00 ng/L，按試驗(yàn)方法分別平行測(cè)定7次，結(jié)果如表4所示。由于余氯對(duì)2-甲基異莰醇、β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮有干擾，出廠水需加50 μL硫代硫酸鈉(濃度為1.5%)于100 mL水樣中消氯再進(jìn)行檢測(cè)。地表水的平均回收率為84.9%～100.4%，出廠水的平均回收率為81.95%～101.8%，滿足地表水和飲用水的檢測(cè)要求。

表4 地表水和出廠水回收率試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of Surface Water and Finished Water Recovery Experiments

2.5 實(shí)際水樣分析

選取蘇州地區(qū)陽(yáng)澄湖原水和X水廠的出水，按照試驗(yàn)方法進(jìn)行分析檢測(cè)，除2,4,6-三氯苯甲醚、2,3,6-三氯苯甲醚、2,3,4-三氯苯甲醚這3種物質(zhì)未檢出外，其余7種物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表5所示。可以看出，10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的濃度都是極低的，用固相微萃取-氣相色譜串聯(lián)兩級(jí)質(zhì)譜法對(duì)于低含量的嗅味物質(zhì)也能很好地檢測(cè)，有利于水廠更好地監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

表5 實(shí)際水樣結(jié)果Tab.5 Results of Actual Water Samples

2.6 與文獻(xiàn)方法的比較

將所建立的方法與文獻(xiàn)報(bào)道的頂空/固相微萃取氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法、吹掃捕集氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法和固相萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法等方法進(jìn)行對(duì)比。吹掃捕集氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法操作復(fù)雜，干擾多，回收率低。固相萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法操作步驟繁多(包括活化、上樣、洗滌、洗脫和濃縮等)，所需時(shí)間較長(zhǎng)，且在濃縮過(guò)程中易造成分析物的損失，洗脫劑有毒有害。本方法同時(shí)測(cè)定10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物，具有線性范圍寬、檢出限低、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。

由表6可知，在頂空/固相微萃取氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法和吹掃捕集氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法的檢測(cè)中，均沒(méi)有檢測(cè)到異氟爾酮，但根據(jù)實(shí)際水樣的檢測(cè)結(jié)果，此物質(zhì)的濃度相對(duì)較高。固相萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法雖然可以檢測(cè)到異氟爾酮，但此法的線性范圍和檢出限均在微克級(jí)。本文的靈敏度較固相萃取-氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法提高1 000倍，更適合地表水和出廠水的檢測(cè)。

3 結(jié)論

本文建立了固相微萃取-氣相色譜串聯(lián)兩級(jí)質(zhì)譜法測(cè)定水中10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的方法，在萃取時(shí)間為25 min、萃取溫度為65 ℃、氯化鈉含量為1.7 g的條件下，采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭進(jìn)行預(yù)處理，HP-5MS色譜柱進(jìn)行分離，質(zhì)譜檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定，可以使檢測(cè)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)效果。方法的質(zhì)量濃度均達(dá)到5.00 ～100.00 ng/L，工作曲線回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2>0.995；方法檢出限(2S/N)為0.14～1.00 ng/L。在加標(biāo)量為20.00、50.00、80.00 ng/L時(shí)，平均回收率為92.0%～109.0%，精密度RSD為0.40%～8.90%，實(shí)際水樣的平均回收率為83.9%～101.8%，滿足地表水和飲用水的檢測(cè)要求。

該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單、干擾少、預(yù)處理簡(jiǎn)單、無(wú)污染、無(wú)毒性、檢測(cè)效率高、檢出限低(ng級(jí))，靈敏度較固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法提高1 000倍。該方法適合低含量的藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的測(cè)定，準(zhǔn)確度高，適用于水中10種藻類(lèi)代謝產(chǎn)物的分析研究。

表6 本方法與其他方法的比較Tab.6 Comparison of the Method with Others