顶空固相微萃取—三重四极杆气质联用内标法测定水中土臭素和2-甲基异茨醇.pdf

卫生检验与实验研究Jiangsu J Prev Med,Vol.34,No.5589江苏预防医学2 0 2 3年9 月第34卷第5期顶空固相微萃取一三重四极杆气质联用内标法测定水中土臭素和2-甲基异茨醇曹慧，沈超南宿迁市疾病预防控制中心，江苏宿迁2 2 38 0 0摘要：目的建立顶空固相微萃取一三重四极杆气质联用内标法测定水中土臭素（CSM）和2-甲基异茨醇（2-MIB）。方法采用二乙烯基苯-宽范围碳纤维-聚二甲基硅氧烷（DVB/CarbonWR/PDMS）固相微萃取头对水样进行萃取，7 0 萃取30min,250下解析5min进样，采用三重四极杆气质联用内标法检测GSM和2-MIB，多反应监测模式（MRM）进行定性定量。结果GSM和2-MIB在质量浓度2 50 ng/L范围内线性良好（r0.999），加标回收率为9 2.3%118%，相对标准偏差（RSD）均 5.0%。方法检出限均 1ng/L，定量限 2 ng/L，可以满足日常检测要求。结论建立的方法灵敏度高、准确度高，样品前处理简便快速，适用于水中CSM和2-MIB的痕量测定。关键词：臭素；2-甲基异茨醇；三重四极杆气质联用；顶空固相微萃取；多反应监测模式中图分类号：R113文献标识码：B文章编号：10 0 6-9 0 7 0（2 0 2 3）0 5-0 58 9-0 4饮用水中土臭素（GSM）和2-甲基异茨醇（2-MIB等有机物对水的嗅味影响最大，且嗅阈值较低，当含量超过10 ng/L时，人们就能闻到发霉气味、产生不适感。新修订的生活饮用水卫生标准（GB5749一2022）2 将CSM、2-M IB调整为扩展指标，作为常规检测项目。目前，检测水中痕量GSM和2-MIB主要使用仪器分析法。水样预处理技术主要有液液萃取3、固相萃取4、固相微萃取5 等。顶空-固相微萃取（HS-SPME)集萃取、富集、解吸、进样等功能于一体，无需有机溶剂，环境友好，易于实现自动化进样。水样预处理之后，通过气相色谱分离后进行质谱检测，目前多采用单四极杆质谱(6 8)的选择离子扫描模式（SIM）进行定量分析，新国标生活饮用水标准检验方法（CB/T 57 50 2 0 2 3）9】就采用此方法。另有少数研究采用三重四极杆质谱的多反应监测模式（MRM）进行分析10 1，即选定母离子后，碰撞形成子离子，再对选定的子离子进行监测，经过两级四极杆过滤，比单四极杆质谱SIM模式具有更强的降噪性能和更高的分析灵敏度。本研究采用正交分析方法优化顶空固相微萃取条件，使用三重四极杆质谱技术，运用内标法进行定量，建立水中痕量GSM和2-MIB的测定方法。1材料与方法1.1主要仪器三重四极杆气质联用仪（7 8 9 0 B+7000C，美国Agilent公司）；全自动进样水分析检测平台（PALSYSTEM，瑞士CTCAnalytics）；超纯水仪(Milli-QIQ7000,德国MerckMillipore）。1.2主要材料和试剂甲醇(色谱纯,PanReacAppli-chem）；氯化钠（分析纯，南京化学试剂股份有限公司）；土溴素、2-甲基异茨醇混合标准溶液、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪（IBMP）标准溶液（上海安谱有限公司）。1.3色谱条件色谱柱：HP-5ms(30m0.25mm,0.25m）；进样口温度：2 50，恒流模式，分流比5：1；载气：氮气，流速1mL/min；升温程序：50（1min），以10/min升至2 50,共2 1min。1.4质谱条件EI离子源温度2 30，四极杆温度150，传输线温度2 50，溶剂延迟5min。1.5固相微萃取条件萃取针：SmartSPMEArrow1.1mm：D VB/Ca r b o n WR/PD M S；使用前按说明书进行老化。预孵化时间1min，萃取温度7 0，搅拌速度500r/min，萃取时间30 min，解析时间5min。1.6标准溶液配制取GSM和2-MIB混合标准溶液（10 0 m g/L)50 L，以甲醇定容至10 mL，配置成质量浓度为50 0 g/L的标准中间液；取标准中间液10 0 L,以甲醇定容至10 mL，配置成质量浓度为50 0 0 ng/L的标准应用液。取标准应用液40、10 0、2 0 0、40 0、10 0 0 L，以超纯水定容至10 0 mL，配置成质量浓度为2、5、10、20、50 n g/L 的标准系列。取内标IBMP（10 0 mg/L）标准溶液用纯水稀释至5ug/L内标使用液，备用。1.7样品前处理2 0 mL顶空萃取瓶中加人3g经过450灼烧的氯化钠，加人10 mL水样后再加人2 0 L内标使用液，用聚四氟乙烯/硅橡胶垫密封。D0I:10.13668/j.issn.1006-9070.2023.05.023作者简介：曹慧（19 9 1一），女，江苏宿迁人，主管技师，主要从事理化检验相关工作590：JiangsuJPrevMedVol.34,No.5江苏预防医学2 0 2 3年9 月第34卷第5期2结果与讨论2.1内标物的选择前期实验显示，随着固相微萃取头吸附次数的增加，待测物质的吸附量会有所下降，同时采用外标法定量会导致回收率偏低。在嗅味物质测定中，采用内标法定量可在一定程度上消除由固相微萃取头、进样量、仪器不稳定等所引起的误差，提高精密度。根据国标方法选取IBMP作为内标物。2.2仪器条件的优化2.2.1确定质谱扫描方式本研究通过对低浓度（2 n g/L）混合标准溶液进行SIM和MRM两种模式扫描，得到总离子流（TIC）谱图进行对比。由图1、图2可见，MRM模式扫描出来的TIC谱图噪音更低，待测物的峰形更好，选择MRM扫描模式可提高检测灵敏度，减少背景干扰11.1401.00.88.0489.522CSM2-MIB0.617.2980.47.46411.61710.2540.26.1308.95116.36013.404 14.68812.341067891011121314151617181920时间(min)图1SIM扫描模式TIC谱图11.1401.00.8CSM0.68.0462-MIB0.46.80111.61713.4030.210.2547.51412.31114.3065.6929.29115.98917.304067891011121314151617181920时间(min)图2MRM扫描模式TIC谱图2.2.2质谱条件的优化为了提高质谱方法的特异性，先运行一个全扫描方法，得到待测物的一级质谱图，选择丰度高的特征离子作为该待测物的母离子，然后对母离子进行子离子扫描，得到该物质的特征二级质谱图，选择丰度高的特征离子作为产物离子，最后通过优化碰撞电压得到最佳的MRM扫描条件，见表1。表1最佳MRM扫描条件保留时间母离子产物离子驻留时间碰撞能量化合物(min)(m/z)(m/z)(ms)(eV)7.957IBMP1511232081249520161249420128.0482-MIB956720109555202011.139CSM1129720101128320102.3固相微萃取条件优化萃取时间和萃取温度是影响固相微萃取效率的主要因素。为确定最佳萃取条件，本研究以10 ng/L混合标准溶液为待测对象，依次设定2 0、30、40、50.6 0 min梯度萃取时间，分别在50、6 0、7 0、8 0 温度下萃取，根据CSM、2-M IB特征离子峰面积,构建出综合考察萃取时间和萃取温度的可视化响应面。结果显示，萃取时间在2 0 30 min时，峰面积随萃取时间的增加有较大幅度的增长，萃取时间超过30 min后，继续增加萃取时间对峰面积的增长作用不够明显。峰面积随萃取温度的升高先增大后持平，萃取温度 7 0 时，萃取头对目标物组分的萃取量随温度增加而逐渐增加，萃取温度为7 0 时，峰面积最大，表明萃取效果比较好，萃取温度达到8 0时，可能发生了热解吸现象，且实验发现萃取温度过高会使顶空水蒸气在萃取头上凝结而影响目标物分析。本实验选择的萃取条件为：萃取温度7 0、萃取时间30 min。2.4方法的标准曲线和检出限配制50 ng/L标准591Jiangsu J PrevMed2023,Vol.34,No.5江苏预防医学2 0 2 3年9 月第34卷第5期溶液，加入50 ng/L的内标物IBMP，采用MRM模式扫描，可得到如图4所示TIC谱图。选用内标法对色谱峰进行定量，以相对响应值与其相对浓度x绘制标准曲线，分别得到GSM和2-MIB检测方法的线性回归方程和相关系数，如表2 所示，该检测方法具有较好的线性。以2 ng/L标准溶液的色谱峰为参照，依据3倍信噪比确定检出限、10 倍信噪比确定定量限见表2，均低于人类对这两种物质的嗅味阈值10 ng/L，明显低于生活饮用水标准检验方法（CB/T57502023）中给定的检出限，表明所建立的方法灵敏度更高。2-MIBGSM3313.012.53312.08811.511.010.510.0339.533809.020258020253035萃取时间(min)萃取时间（min）30356570754045606570750404560505055温度（)505055温度（)图3萃取时间和萃取温度对萃取效率的影响1.011.139标准溶液TIC谱图0.8GSM0.62-MIBIBMP8.0480.47.9576.8030.25.3279.68811.61813.62114.675 15.76017.29719.1730人67891011121314151617181920时间(min)图4标准溶液TIC谱图表2 方法的标准曲线和检出限线性范围相关系数检出限定量限化合物线性回归方程(ng/L)T(ng/L)(ng/L)GSM250y=1.051546x-0.0468580.99970.5171.722-MIB250y=0.335 706 x+0.01 15810.999.90.4231.412.5大方法的回收率和精密度通过在自来水中添加目标化合物的方法测定加标回收率和精密度，评价方法的可靠性，分别添加CSM和2-MIB低（2 ng/L）、中（10 n g/L）、高（50 ng/L)3个水平，每个水平分别取6份样品，进行测定，内标法定量。GSM加标回收率范围为9 4.7%113%，2-MIB加标回收率范围为9 2.3%118%，相对标准偏差（RSD）分别为2.8%4.7%、2.6%4.4%，均低于5%，且低于新国标GB/T5750一2023中给定的RSD上限，表明所建立的顶空固相微萃取一三重四极杆气质联用法测定水中CSM和2-MIB的方法比较稳定、准确、可靠，可用于水中痕量GSM和2-MIB的检测2.6实际样品检测采集6 份骆马湖水源水样和6份居民自来水样，按照建立的方法进行测定。6 份自来水样中均未检测出GSM和2-MIB;6份湖水样中均检测出2-MIB和GSM,2-MIB浓度为0.48 2.6 5ng/L,GSM浓度为1.2 0 1.37 ng/L。3结论本研究在新国标生活饮用水标准检验方法（G B/T 57 50 2 0 2 3）方法基础上优化了顶空固相微萃取条件，采用三重四极杆气质联用测定水中痕量土霉味物质CSM和2-MIB，获得了很好的分析效果。采用MRM扫描可以排除其他化合物的干扰，降低背景噪声，提高分析方法的灵敏度，检出限和定量限均达到了更低水平，可准确检测出样品中的痕量土霉嗅味物质。本研究采用全自动固相微萃取这一前处理技术，减少了人工操作带来的偶然误差，提高了检测结果的准确性和客观性。在同时检测多个样品时，萃取和仪器分析能够同步进行，有效缩短样品分析总时间，提高检验效率。（下转第6 33页）编辑：管芳上接第591页）编辑：管芳.633Jiangsu JPrevMedVol.34,No.5江苏预防医学2 0 2 3年9 月第34卷第5期表720192021年不同类型水样化学污染物非致癌健康风险分析分组碑硒氟化物铝铁锰铜锌硝酸盐氮三氯甲烷类型出厂水0.1231.4810-30.4462.4610-34.6110-51.1410-45.0710-43.3810-41.641051.3610-5末梢水0.1541.7210-30.4421.9710-36.7110-41.3210-46.7710-46.3010-41.761051.28105Z值-1.62-1.61-1.05-0.64-2.46-0.01-0.85-2.39-0.02-0.03P值0.110.110.290.520.010.990.390.020.990.94水期丰水期0.1741.4810-30.4691.6610-35.9510-41.3610-46.6910-47.5910-41.651051.4210-5枯水期0.1332.0310-30.4152.4910-35.2310-41.2710-47.0710-44.9210-41.741051.27105Z值-9.00-7.73-4.40-7.03-0.97-0.05-3.21-2.72-8.95-8.65P值0.010.010.010.010.330.960.010.010.010.013讨论20192021年连云港市城区饮用水的17 种污染物健康风险评估结果显示，饮用水的致癌风险和非致癌风险均处于较低水平。以中位数为统计指标，6 种致癌化学污染物中，砷、铬和三氯甲烷的致癌风险均在人类可接受范围内，但存在潜在风险，需加强监控；镉、铅、四氯化碳的致癌风险均为可忽略水平，与天津市7 、青岛市8 的研究结果基本一致。以中位数为统计指标，17 种污染物中非致癌健康风险最高的为氟化物、砷，最低的为挥发酚类，所有化学污染物非致癌健康风险均在可接受范围内。以最大值为统计指标，砷、铬存在较高致癌风险，可能与使用镀锌管材作为输水管道有关，可能为管道破损或老化等因素导致，虽不能代表人群饮水状态，但仍提示需加强管理工作。不同类型水样中，丰水期砷的致癌风险高于枯水期，可能原因是丰水期时温度升高，会增加砷化合物的溶解度。末梢水铁、锌非致癌风险均高于出厂水，可能与部分管道采用金属管有关。非致癌风险中所有项目的HI值均 1,最高的氟化物为0.438,说明通过取水口上移，有效解决了长期以来市区氟化物较高的问题，但也提示下游确实遭受了氟化物污染或者存在地球性的高氟问题，希望有关部门能够分析缘由，参考文献1成建国，刘开颖，白敏冬，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定饮用水中的2-甲基异茨醇和土臭素J.色谱,2 0 15,33（12)：1287-1293.2CB57492022，生活饮用水卫生标准S3罗添，林少彬.PTV-GC/MS测定饮用水中的土臭素J.中国卫生检验杂志，2 0 0 7（12）：2 2 2 7-2 2 2 8.4冯桂学，刘莉，顿咪娜，等.固相萃取-气相色谱-质谱法测定水中10种味物质的含量J.理化检验（化学分册），2 0 17,53（5）：502-506.5刘盛田.顶空固相微萃取-三重四极杆气质联用法测定水中典型从源头上解决问题。本研究也具有局限性：数据是基于2 0 19一2 0 2 1年城区饮用水监测的检测结果，项目有限，而饮用水中的污染物种类远远多于常规检测项目。所选定的指标中，7 个指标因为方法检出限的问题检出率较低，这也直接影响了定量分析的准确性。参考文献1曹俊，刘宇，岁源等.句容市2 0 10 一2 0 2 0 年生活饮用水水质监测结果J.江苏预防医学，2 0 2 2，33（5）：593-595.2余艳，蔡士苟，雷婷等.金湖县2 0 17 一2 0 19年生活饮用水水质监测结果J.江苏预防医学，2 0 2 0,31（5）：56 5-56 6.3李羡筠.砷的毒性及排砷研究进展J.职业与健康,2 0 12,2 8（6)：742-744,747.4李存江.重视重金属中毒对神经系统的损害J.中华内科杂志，2011,50(11):908-909.5江海洋.2 0 0 8 一2 0 15年连云港市政供水水质监测结果分析J.预防医学情报杂志，2 0 18,3（34）：2 7 7-2 8 1.6环境保护部.中国人群暴露参数手册（成人卷）【M.北京：中国环境出版社，2 0 13：8 8.7符刚，曾强，赵亮，等.基于CIS的天津市饮用水水质健康风险评价J.环境科学,2 0 15,36（12）：4553-456 0.8潘璐，王炳玲，王寅，等.2 0 14一2 0 19年青岛市生活饮用水健康风险评估J.山东大学学报（医学版），2 0 2 1，59（12）：42-49,57.收稿日期：2 0 2 2-0 6-2 2嗅味物质J.中国卫生检验杂志，2 0 2 2,32（5）：540-543.6付杰，张丽君，张占恩.分散液液微萃取-气相色谱-质谱法测定水样中4种味物质J.理化检验（化学分册），2 0 13，49（5）：602-604.7何云峰，李翠梅，薛天一，顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定太湖水源水中嗅味物质土臭素、2-甲基异茨醇以及-紫罗兰酮的含量J.理化检验（化学分册），2 0 2 2，58（5）：542-546.8马康，张金娜，何亚娟，等.顶空固相微萃取-气质联用测定环境水样中7 种痕量土霉味物质J.化学分析研究报告，2 0 11,39（12）：1823-1829.9GB/T57502023,生活饮用水标准检验方法S.10吴聪.自动顶空固相微萃取气相色谱-三重四级杆质谱联用法测定水中的五种嗅味物质J.广州化工，2 0 2 2,50（16）：112-114.收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 9