固相微萃取 SPME Arrow 測定水中的土臭素和2-甲基異崁醇

  前言

嗅味是由水中各種有機與無機物質綜合作用而表現出來的，包括土壤顆粒、腐爛的植物、微生物（浮游生物、細菌、真菌等）及各種無機鹽（如氯根、硫化物、鈣、鐵和錳）、有機物和一些氣體等。水中植物在某些微生物（如放線菌、蘭綠藻等）作用下所產生的微量有機物（如 2-MIB、土臭素等）也是嗅味的主要來源。

固相微萃取（Solid Phase Microextraction，SPME）是以熔融石英光導纖維或其他材料作為基體支持物，利用“相似相溶"的原理，在其表面涂漬不同性質的高分子固定相薄層，通過直接浸入或頂空方式，對待測物進行提取、富集、進樣和解吸。自1989 年發明以來，由于其操作簡便、節省溶劑、回收率好的特性，現在已成為樣品前處理應用中重要的萃取技術之一，廣泛應用于水、土壤、空氣等環境樣品的分析。

本實驗參考 GB/T 5750-2023《生活飲用水標準檢驗方法》，通過全自動固相微萃取模式，以頂空式萃取的方式對水中的 2 種臭味物質進行了定量分析，通過測定 2 種臭味物質的校準曲線、重復性和加標回收率來表現全自動固相微萃取的萃取性能。

1.實驗過程

GB/T 5750-2023《生活飲用水標準檢驗方法》規定，采用頂空式固相微萃取技術吸附樣品中的土臭素和2-甲基異莰醇，經萃取頭富集后用氣質聯用儀進行解析和測定。該方法使用手動固相微萃取，耗時長，重現性差，自動化程度低，不利于大批量樣品檢測。并且固相微萃取纖維頭采用常規石英纖維，質地柔軟易折斷，壽命普遍偏低。針對以上問題，本實驗使用 Astation 全自動多功能樣品制備進樣平臺，采用新型 SPME Arrow 技術取代傳統的 SPME 纖維頭進行全自動化固相微萃取富集。

1.1 箭形固相微萃取模塊

箭形固相微萃取配置見圖1，SPME Arrow 與 SPME 纖維頭對比見圖2。

圖 1  箭形固相微萃取模塊

加熱孵化器：  提供加熱、攪拌，樣品預加熱；

萃取頭老化站：提供加熱、惰性氣體吹掃，用于萃取頭老化，防止交叉污染；

進樣針停靠站：提供3孔位針座位置，用于放置 SPME Arrow 針座；

Heatex加熱器：提供加熱、振搖，用于樣品萃取；

圖 2  SPME Arrow 與 SPME 纖維頭對比

SPME Arrow萃取頭特點：

箭形萃取頭：萃取頭長度20 mm，支持單相、雙相、三相填料；

更大涂層面積：填料涂敷量大，靈敏度更高，更適合水中痕量目標物檢測及環境污染物監測；

更低檢出限：針對 GB/T 5750-2023 生活飲用水中土臭素和2-甲基異崁醇具有更低檢出限；

機械性能強：箭形結構更容易刺穿隔墊，且不易將隔墊碎屑帶入襯管；

使用壽命長：SPME Arrow 具有更高的使用壽命；

1.2 儀器與試劑

全自動多功能樣品制備進樣平臺：Astation，萊伯泰科公司；

SPME Arrow萃取頭：DVB/Carbon WR/PDMS，120μm×20mm，萊伯泰科公司；

氣質聯用儀：7890B-5977B 氣質聯用儀，安捷倫公司；

土臭素和 2-甲基異莰醇標準使用液：40μg/L，溶劑體系為甲醇；

2-異丁基-3-甲氧基吡嗪使用液（內標）：40μg/L，溶劑體系為甲醇；

甲醇（色譜純，Fisher公司）；

氯化鈉（分析純，科密歐公司）。

1.3 標準曲線配制

配制 6 種不同濃度的標準品水溶液，配制濃度為 2ng/L、5ng/L、10ng/L、20ng/L、50ng/L、100ng/L。分別移取 10mL 標準品水溶液置于 6 個 20mL 頂空進樣瓶中，加入 10μL 內標和 3.0g 氯化鈉。另取同樣一個頂空瓶進行空白實驗，將樣品瓶置于 Astation 樣品盤，待檢測。

1.4 樣品加標重復性測試

分別取 10mL 樣品，按 1.3 步驟進行處理，加標濃度分別為 2ng/L和20ng/L，將樣品瓶置于 Astation 樣品盤，待檢測。

1.5 方法參數

1.5.1 萃取參數

萃取前孵化時間2min，孵化溫度60℃；萃取時間30min；萃取溫度60℃；振搖速度250rpm；老化溫度270℃，老化時間5min；解析時間5min。

1.5.2 GC-MS 測定條件

色譜柱：HP-5ms 30m*0.25mm*0.25μm；

進樣口溫度：250℃；

進樣模式：不分流；

柱流速：1.0mL/min（恒流）；

柱箱溫度：初始溫度 60℃，保持 2.5min；以 8℃/min 升溫至 250℃，保持5min；280℃后運行 2min。

四極桿溫度：150℃；離子源溫度：280℃；傳輸線溫度：280℃；

掃描模式：選擇離子掃描（SIM）。 、

表1  土臭素和 2-甲基異莰醇（含內標）的保留時間、定量及定性離子

2.測定結果

2.1 色譜圖

圖 3 為自來水中土臭素和 2-甲基異莰醇（含內標）總離子流圖。

圖3  土臭素和 2-甲基異莰醇（含內標）總離子流圖

2.2 校準曲線結果

通過 Astation 全自動固相微萃取測定水中不同濃度的土臭素和 2-甲基異莰醇，經氣質分析得到的線性結果見表 2，線性系數分別為 0.9999 和 0.9996，校準曲線見圖 3和圖 4。

表2   土臭素和2-甲基異崁醇校準曲線結果

圖 4  2-甲基異莰醇標準曲線

圖 5  土臭素標準曲線

2.3 加標回收率

通過 Astation 全自動固相微萃取進行自來水中土臭素和2-甲基異莰醇的加標測試，經氣質分析得到的回收率結果見表3。

表 3 土臭素和 2-甲基異莰醇加標回收率結果（自來水）

3.結論

本實驗以萊伯泰科全自動多功能樣品制備進樣平臺 Astation 為基礎，通過固相微萃取SPME Arrow 對水中的土臭素和 2-甲基異莰醇進行萃取，經氣質分析得到2種物質的標準曲線線性、加標回收率和方法檢出限。土臭素和 2-甲基異莰醇線性系數為 0.9999 和 0.9996 ，加標回收率結果為：10ng/L 自來水中土臭素和2-甲基異莰醇加標回收率平均值為 108.3%和101.6%，RSD 分別為 7.9%和 7.5%；針對 2ng/L 標準混合水溶液進行重復測定 (n=7)，計算得到本方法中 2-甲基異莰醇和土臭素的檢出限分別為 0.47ng/L 和 0.14ng/L。