摘要：土霉味是我國最常見的飲用水嗅味類型，土臭素（Geosmin，GSM）和2-甲基異莰醇（2-Methylisoborneol，2-MIB）是導(dǎo)致土霉味的主要物質(zhì)。試驗采用固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜法測定水中土霉味物質(zhì)GSM和2-MIB，通過對萃取小柱、洗脫溶劑、洗脫體積和萃取速率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳萃取條件。萃取液經(jīng)色譜柱分離，在選擇離子監(jiān)測模式下采用內(nèi)標(biāo)法定量。結(jié)果顯示，濃度為2.5～100.0 μg/L時，GSM和2-MIB的峰面積與質(zhì)量濃度線性關(guān)系良好（相關(guān)系數(shù)r＞0.999），方法檢出限分別為0.50 ng/L、

0.66 ng/L，加標(biāo)回收率為91.1%～95.7%，該方法適用于飲用水水源和藻類暴發(fā)水體中GSM和2-MIB的測定。

關(guān)鍵詞：固相萃??；氣相色譜質(zhì)譜法；土霉味物質(zhì)；土臭素（GSM）；2-甲基異茨醇（2-MIB）

中圖分類號：O657.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.010

Experimental study on the determination of earthy-musty Odorants in water by solid phase extraction-gas chromatography and mass spectrometry

RU Saihong， ZHANG Kun， JIANG Yanping， WU Binbin， LUO Yao， WU Yinju

（Changsha Eco-environment Monitoring Center of Hunan Province， Changsha 410000， China）

Abstract： Earthy-musty odor is the most common type of odor in drinking water in China， with Geosmin （GSM） and 2-Methylisoborneol （2-MIB） being the main substances causing the odor. The experiment uses solid phase extraction-gas chromatography and mass spectrometry to determine the earthy-musty odorants GSM and 2-MIB in water， and determines the optimal extraction conditions by optimizing key parameters such as extraction column， elution solvent， elution volume， and extraction rate. The extraction liquid is separated by a chromatographic column and quantified by using internal standard method under the selected ion monitoring mode. The results show that when the concentration is between 2.5～100.0 μg/L， the peak areas of GSM and 2-MIB have a good linear relationship with mass concentration （correlation coefficient r＞0.999）， the detection limits of the method are 0.50 ng/L and 0.66 ng/L， respectively， and the spiked recovery rate is 91.1%～95.7%， this method is suitable for the determination of GSM and 2-MIB in drinking water sources and algae outbreak water bodies.

Keywords： solid phase extraction; gas chromatography and mass spectrometry; earthy-musty odorants; Geosmin （GSM）; 2-Methylisoborneol （2-MIB）

嗅味是水質(zhì)評價的重要指標(biāo)之一，是人們對水質(zhì)好壞最直觀的判斷。嗅味包括土霉味、芳香味、沼氣味、氯味、魚腥味、草味、藥味及化學(xué)品味等[1]，其中土霉味是最為普遍且最難以忍受的氣味。土臭素（Geosmin，GSM）和2-甲基異茨醇（2-Methylisoborneol，2-MIB）是兩種特殊的化合物，能使水產(chǎn)生土霉味，其嗅閾值較低，極易被人感知，給人們的日常生活帶來很大困擾。因此，我國發(fā)布《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022）[2]，與修訂前標(biāo)準(zhǔn)相比，新增GSM和2-MIB兩項指標(biāo)，指標(biāo)限值均為10 ng/L。

目前，國內(nèi)外研究較多的樣品富集方法有開環(huán)捕集法[3]、閉環(huán)捕集法[4]、液液萃取法[5]、分散固相萃取法[6]、吹掃捕集法[7]、固相萃取法[8]和固相微萃取法[9]。國內(nèi)研究以吹掃捕集法、固相萃取法和固相微萃取法為主，其中固相微萃取法和吹掃捕集法需要搭建在線進(jìn)樣裝置，價格昂貴，未在實驗室完全普及。固相萃取法成本較低，操作簡便。結(jié)合生態(tài)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀，試驗選取GSM和2-MIB兩種代表性土霉味物質(zhì)，通過優(yōu)化固相萃取過程對萃取效率有顯著影響的關(guān)鍵參數(shù)，建立水中土霉味物質(zhì)的固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析方法，以期在水體藻類暴發(fā)、自來水異味等環(huán)境應(yīng)急事件中能以現(xiàn)有的實驗室儀器設(shè)備迅速開展水中異味物質(zhì)的檢測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

主要儀器有氣質(zhì)聯(lián)用儀、全自動固相萃取儀和萃取小柱。萃取小柱有3種。一是Florisil萃取小柱，柱體積為6 mL，填料質(zhì)量為500 mg；二是C18萃取小柱，柱體積為6 mL，填料質(zhì)量為500 mg；三是親水親脂平衡（Hydrophile Lipophile Balance，HLB）萃取小柱，柱體積為6 mL，填料質(zhì)量為500 mg。主要試劑有GSM和2-MIB混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪標(biāo)準(zhǔn)儲備液（內(nèi)標(biāo)物質(zhì)）。其他試劑有二氯甲烷、甲醇和正己烷，均為色譜純。

1.2 儀器條件

根據(jù)色譜條件，采用DB-5MS型毛細(xì)管柱，氦氣純度為99.999%，流速為1 mL/min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃。柱溫先以60 ℃保持2.5 min，再以8 ℃/min的升溫速率升至250 ℃，保持5 min。根據(jù)質(zhì)譜條件，采用電子轟擊離子源，離子源溫度為230 ℃，接口溫度為280 ℃。采用全掃描定性，采用選擇離子監(jiān)測定量。不同物質(zhì)的質(zhì)譜參數(shù)和保留時間如表1所示，選擇離子流色譜圖如圖1所示。

1.3 試驗方法

水樣采集后于4 ℃溫度下保存，24 h內(nèi)測定。用5 mL甲醇、5 mL水依次活化HLB萃取小柱，取1 L過濾后的水樣以10 mL/min的速率上樣。上樣后，用20 mL/min的速率氣推，以除去小柱中的水分，接著用5 mL二氯甲烷洗脫小柱，收集洗脫液，最后將洗脫液氮吹濃縮至1 mL，按小節(jié)1.2的方法上機測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 固相萃取柱的選擇

試驗選用實驗室常用的HLB萃取小柱、C18萃取小柱以及Florisil萃取小柱，對比3種小柱對相同加標(biāo)量（10 ng/L）的純水樣品中GSM和2-MIB的萃取效果。從圖2可知，HLB萃取小柱對GSM和2-MIB有較高的加標(biāo)回收率（大于90%），C18萃取小柱對GSM和2-MIB的加標(biāo)回收率大于80%，F(xiàn)lorisil萃取小柱對GSM和2-MIB的加標(biāo)回收率較低，小于60%。HLB萃取小柱萃取效果最好，這是因為GSM和2-MIB為弱極性飽和環(huán)叔醇類物質(zhì)，HLB萃取小柱兼具親水基團（吡咯烷酮基團）和疏水基團（二乙烯基苯），對烷基醇類化合物有較強的保留能力。Florisil萃取小柱屬于極性萃取柱，對弱極性化合物的保留能力較弱，GSM和2-MIB易從上樣步驟中損失。C18萃取小柱屬于非極性萃取柱，對弱極性化合物有較強的保留能力。但是，固相萃取上樣后，要把水抽干再進(jìn)行洗脫，而C18萃取小柱在沒有溶劑的環(huán)境會蜷縮，加入極性試劑后填料才能重新舒展，因此C18萃取小柱的耐干涸性非常差[10]。HLB萃取小柱因其親水性，具有很好的抗干涸能力，利用電荷和分子間的作用力，對GSM和2-MIB的保留性更強，回收率更高。因此，三者中，HLB萃取小柱更適用于GSM和2-MIB的固相萃取。

2.2 洗脫溶劑的選擇

GSM和2-MIB為弱極性物質(zhì)，按照相似相溶原理，可以采用二氯甲烷、甲醇、乙酸乙酯和正己烷作為洗脫溶劑，它們均為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測實驗室常用的有機溶劑。試驗比較了4種溶劑對相同加標(biāo)量（10 ng/L）的純水樣品中GSM和2-MIB加標(biāo)回收率的影響，如圖3所示。結(jié)果表明，二氯甲烷和乙酸乙酯的洗脫效果較好。乙酸乙酯氣味較大，沸點較高，氮吹時間長，故不采納。正己烷洗脫能力較弱，回收率也不理想。甲醇回收率低，主要原因是它易與水互溶，里面混有水時不易察覺，造成氮吹時間過長，且攜帶的水會對DB-5MS型毛細(xì)管柱造成損害。因此，二氯甲烷為最佳洗脫溶劑。

2.3 洗脫體積的選擇

二氯甲烷洗脫體積分別為1 mL、3 mL、5 mL、7 mL和10 mL時，試驗考察洗脫體積對相同加標(biāo)量（10 ng/L）的純水樣品中GSM和2-MIB加標(biāo)回收率的影響。結(jié)果顯示，二氯甲烷洗脫體積為1 mL時，GSM和2-MIB的洗脫不完全，其回收率隨洗脫劑用量增加而提高，當(dāng)二氯甲烷洗脫體積為5 mL時，GSM和2-MIB的回收率分別為95.7%、91.4%，基本洗脫完全。隨著二氯甲烷洗脫體積增加到10 mL，回收率反而下降，原因可能是收集的洗脫液體積大，氮吹時間變長，而目標(biāo)物易揮發(fā)，氮吹過程造成揮發(fā)損失。因此，二氯甲烷洗脫體積取5 mL。

2.4 萃取速率

萃取速率分別為5 mL/min、10 mL/min和20 mL/min時，試驗分別取1 L相同加標(biāo)量（10 ng/L）的純水樣品，考察萃取速率對GSM和2-MIB加標(biāo)回收率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同萃取速率對GSM和2-MIB回收率的影響差別不大。綜合考慮上樣時間和水樣與柱填料的充分接觸，試驗選擇10 mL/min的萃取速率。

2.5 自來水中氯的影響

自來水中氯的存在會顯著降低固相微萃取法測定GSM和2-MIB的濃度，誤差介于10%～70%[11]。因此，試驗通過對比純水和自來水中GSM和2-MIB的加標(biāo)回收率，考察自來水中氯對固相萃取的影響。結(jié)果顯示，加標(biāo)量為50 ng/L時，純水中GSM和2-MIB的加標(biāo)回收率分別可達(dá)91.9%和91.1%，自來水中GSM和2-MIB的回收率分別可達(dá)92.8%和90.9%，兩者相差不大，因此自來水中氯不會對試驗產(chǎn)生影響。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線、方法檢出限、準(zhǔn)確度和精密度

2.6.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線和方法檢出限

分析混合標(biāo)準(zhǔn)曲線系列，以峰面積（y）為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，平行測定7份濃度為2.5 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，計算檢出限。2種土霉味物質(zhì)的線性參數(shù)和方法檢出限如表2所示。

2.6.2 準(zhǔn)確度和精密度

在優(yōu)化條件下，對水樣進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，每種加標(biāo)樣品平行測定6次，計算加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD），結(jié)果如表3所示。數(shù)據(jù)顯示，2種土霉味物質(zhì)的加標(biāo)回收率均介于91.1%～95.7%，測定值的RSD為1.7%～2.7%，說明本方法的準(zhǔn)確度和精密度較好。

2.7 實際樣品測定

用固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜法對在長沙市湘江飲用水水源地和瀏陽河藻類聚集河段采集的水樣進(jìn)行測定，結(jié)果如表4所示。結(jié)果顯示，生活飲用水水源中，GSM和2-MIB均未檢出，藻類聚集河段水體中，GSM和2-MIB均有檢出，但低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2022）的限值（10 ng/L）。水中藍(lán)藻水華暴發(fā)時，副產(chǎn)物GSM和2-MIB是水中產(chǎn)生土霉味的重要原因。同時，實際樣品加標(biāo)回收率為89.6%～95.0%，表明試驗方法適用于飲用水水源和藻類暴發(fā)水體中GSM和2-MIB的測定。

3 結(jié)論

試驗以全自動固相萃取法為基礎(chǔ)，采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，以內(nèi)標(biāo)法定量，建立水中土霉味物質(zhì)的分析方法。該方法靈敏度和回收率高，重現(xiàn)性好，定量準(zhǔn)確，GSM和2-MIB的方法檢出限分別為0.50 ng/L和0.66 ng/L，達(dá)到《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法 第8部分：有機物指標(biāo)》（GB/T 5750.8—2023）的要求。固相萃取-氣相色譜質(zhì)譜法可廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，為飲用水常規(guī)監(jiān)測、水環(huán)境應(yīng)急事件處置提供有效的技術(shù)支撐。

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基金項目：湘江長沙段干流及支流（瀏陽河）水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測調(diào)查。

作者簡介：茹賽紅（1987—），女，湖南湘潭人，碩士，工程師。研究方向：環(huán)境監(jiān)測。

通信作者：吳銀菊（1982—），女，山東菏澤人，碩士，高級工程師。研究方向：環(huán)境監(jiān)測。