景二丹，许小燕，顾青清，余沛芝，张琳琳，李 霞

(苏州工业园区清源华衍水务有限公司，江苏苏州 215000)

随着水体富营养化问题越来越严重，藻类水华事件越来越频繁。给水系统是一项重要的城市公共服务设施,藻类滋生引起的水质污染问题对城市居民的健康危害极大[1]。其中，嗅味物质作为藻类主要的次代谢产物，越来越多地在饮用水中被检测出来。嗅和味作为评价饮用水的重要指标，这类物质所产生的异味严重影响了人们对水质的感觉和评价，近年来已逐渐成为水质改善研究的热点[2]。自然水体中常见的嗅味物质有萜类、脂肪类以及代谢产物[3]。主要异味有土霉味、芳香味、鱼腥味、草木味、沼气味、薄荷味、腐败味。2-甲基异莰醇、土臭素、三氯苯甲醚、甲氧基吡嗪等物质产生土霉味；β-环柠檬醛产生草木味；β-紫罗兰酮产生紫罗兰味；异氟尔酮产生薄荷味[4-6]。

随着人们对水体中嗅味物质越来越关注，供水行业对水体中嗅味物质的检测越来越重视。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)规定2-甲基异莰醇、土臭素的检出限为10 ng/L。目前，世界各国对于其他几种物质的限值尚无统一规定，含量一般控制在1～10 ng/L[7]。测定嗅味物质的方法有顶空固相微萃取-气相色谱法[2]、吹扫捕集-气相色谱质谱法[8-9]、固相萃取-气相色谱质谱法[10]、固相微萃取-气相色谱质谱法[11-12]。其中，吹扫捕集-气相色谱-质谱联用法和顶空固相微萃取-气相色谱法的检出限整体较高；固相萃取的前处理使用二氯甲烷做萃取剂，毒性较大、污染环境且耗费时间较长。通过建立一种固相微萃取-气相色谱串联两级质谱仪，联用测定水中10种藻类代谢产物的含量，此方法操作简单、检出限低、耗费时间短、灵敏度高、无副作用，可以满足实际水样检测的相关研究的要求。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 7890B-7000C型气相色谱/质谱/质谱仪(安捷伦)；德国Gerstel多功能样品前处理平台MPS XT。

固相微萃取纤维：50/30 μm DVB/CAR/PDMS，Supelco；65 μm PDMS/DVB，Supelco；Milli-Q纯水器。

标准物质：2-甲基异莰醇、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-异丙基-3-甲氧基吡嗪、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪均为色谱纯(上海安谱实验科技股份有限公司生产，100 mg/L)；β-环柠檬醛(Sigma，98%，1 mL，0.947 g/cm3)、β-紫罗兰酮(Sigma，98%，1 mL，0.945 g/cm3)；异氟尔酮(德国Dr，99.3%，100 mg，0.926 g/cm3)。甲醇为色谱纯；氯化钠为分析纯。

1.2 仪器条件

1.2.1 固相微萃取条件

萃取温度为65 ℃；萃取时间为25 min；萃取深度为25 mm；解析时间为3 min；加热器转速为250 r/min。

1.2.2 色谱-质谱条件

HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国Agilent公司)；载气为高纯He(纯度为99.99%)，不分流进样；进样口温度为250 ℃；隔垫吹扫流量为3.0 mL/min；柱箱温度：起始温度为40 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min升温到180 ℃，保持1 min，最后以30 ℃/min升温到240 ℃，保持4 min。

色谱柱流量：起始流速为1.3 mL/min；运行流速为1.2 mL/min。进样口压力为0.688 Pa，载气为He，载气流量为1.3 mL/min，出样检测器为MSD，柱温箱温度的初始值为40 ℃；平均线速度为41.345 cm/s；滞留时间为1.209 3 min。

1.2.3 质谱条件

离子源温度为230 ℃；四级杆温度为150 ℃；质谱检测器温度为280 ℃。

QQQ 碰撞池前端(EPC)：载气He(淬灭气体)流量为2.25 mL/min；载气N2(碰撞气体)流量为1.5 mL/min。采用选择离子扫描(SIM)模式定量，质谱参数如表1所示。

1.3 试验方法

标准使用溶液(10.00 mg/L)的制备：精确称取0.100 0 mg的β-紫罗兰酮，分别移取106、110 μL的β-环柠檬醛和异氟尔酮，用甲醇定容于10 mL容量瓶中。

表1 10种物质的保留时间和特征离子Tab.1 Retention Time and Characteristic Ions of 10 Substances

移取100 mg/L的2-甲基异莰醇、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-异丙基-3甲氧基吡嗪、2-异丁基-3甲氧基吡嗪100 μL，用甲醇定容于10 mL容量瓶中。

称取1.7 g氯化钠加入20 mL顶空瓶中，然后取水样或标液10 mL，迅速盖上瓶盖，摇匀，放置于样品盘上待测。置样品瓶于多功能样品前处理平台MPS2样品盘上进行固相微萃取，萃取结束后，插入气相色谱-质谱仪进样口解析进样(3 min)。

2 结果与讨论

2.1 萃取条件的选择

2.1.1 萃取纤维的选择

试验对比了50/30 μm DVB/CAR/PDMS和65 μm PDMS/DVB这两种萃取纤维对目标物的萃取效率，结果如图1所示。50/30 μm DVB/CAR/PDMS对10种目标物有较好的萃取效果，65 μm PDMS/DVB对β-紫罗兰酮的富集效果差。因此，选择50/30 μm DVB/CAR/PDMS作为萃取纤维。

图1 不同萃取纤维的萃取效果Fig.1 Effect of Different Extraction Fibers

图2 不同萃取温度的萃取效果Fig.2 Effect of Different Extraction Temperatures

2.1.2 萃取温度的选择

试验考察了萃取温度对试样达到气液平衡的影响，从45 ℃起以5 ℃递增至75 ℃，结果如图2所示。待测物质气相组分在45～65 ℃显著增加，65 ℃以后有下降趋势，因此，选择65 ℃作为最佳平衡温度。

2.1.3 萃取时间的选择

平衡时间也是影响待测物质气液分配比的一个重要因素。配制20.00 ng/L混合标准溶液，在其他条件不变的情况下，分别选取平衡时间为10、15、20、25、30、35、40、50 min，结果如图3所示。当萃取时间在10～25 min时，样品响应值显著增加，25 min以后，其目标物的响应值处于水平。因此，选择25 min作为最佳萃取时间。

图3 不同萃取时间的萃取效果Fig.3 Effect of Different Extraction Times

2.1.4 萃取剂量的选择

如图4所示，水样中加入氯化钠可以促进目标物挥发，有利于提高萃取率，随着氯化钠含量的增加，萃取率呈增长趋势。在氯化钠含量为1.7 g时，萃取率增加较大，随着继续增加氯化钠，增加幅度较平缓。因此，氯化钠为1.7 g时是较理想的萃取剂量。

图4 不同萃取剂量的萃取效果Fig.4 Effect of Different Extraction Doses

2.2 色谱柱的选择

色谱柱关系到物质的分离效果，试验分别选择HP-5MS(填料为5%苯基-甲基聚硅氧烷)、HP-1MS(填料为100%甲基聚硅氧烷)两种试验用色谱柱，参照试验方法分析质量浓度为20.00 ng/L的混合标准溶液。如图5和图6所示：采用HP-1MS色谱柱时，目标化合物2-异丁基-3甲氧基吡嗪和2-甲基异莰醇分离不完全，峰有部分重叠，不利于定量分析；在HP-5MS色谱柱上得到的分离效果和峰形较好。因此，最终选择HP-5MS色谱柱。

2.3 标准曲线与方法检出限

在选定的条件下，按试验方法对10种混合标准溶液进行进样分析，在5.00～100.00 ng/L线性回归方程良好，如表2所示。考察方法检出限，信噪比为2∶1时，检出质量浓度为0.14～1.00 ng/L。

表2 10种藻类代谢产物的回归方程、相关系数和检出限Tab.2 Regression Equations, Correlation Coefficients and Detection Limits of 10 Algae Metabolites

2.4 回收率与精密度

在10.00 mL纯水中进行加标回收试验，标准加入量分别为20.00、50.00 、80.00 ng/L，按试验方法分别平行测定7次，结果如表3所示。10种混合溶液的回收率均在90%～110%，异氟尔酮易挥发，在预处理以及加标时需现用现配。精密度RSD在9%以下，满足检测要求。

表3 纯水回收率和精密度试验结果Tab.3 Experimental Results of Pure Water Recovery and Precision

分别取10 mL地表水和出厂水进行加标测回收率，标准物质质量浓度为20.00 ng/L，按试验方法分别平行测定7次，结果如表4所示。由于余氯对2-甲基异莰醇、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮有干扰，出厂水需加50 μL硫代硫酸钠(浓度为1.5%)于100 mL水样中消氯再进行检测。地表水的平均回收率为84.9%～100.4%，出厂水的平均回收率为81.95%～101.8%，满足地表水和饮用水的检测要求。

表4 地表水和出厂水回收率试验结果Tab.4 Results of Surface Water and Finished Water Recovery Experiments

2.5 实际水样分析

选取苏州地区阳澄湖原水和X水厂的出水，按照试验方法进行分析检测，除2,4,6-三氯苯甲醚、2,3,6-三氯苯甲醚、2,3,4-三氯苯甲醚这3种物质未检出外，其余7种物质检测结果如表5所示。可以看出，10种藻类代谢产物的浓度都是极低的，用固相微萃取-气相色谱串联两级质谱法对于低含量的嗅味物质也能很好地检测，有利于水厂更好地监测水质。

表5 实际水样结果Tab.5 Results of Actual Water Samples

2.6 与文献方法的比较

将所建立的方法与文献报道的顶空/固相微萃取气相色谱串联质谱法、吹扫捕集气相色谱串联质谱法和固相萃取-气相色谱串联质谱法等方法进行对比。吹扫捕集气相色谱串联质谱法操作复杂，干扰多，回收率低。固相萃取-气相色谱串联质谱法操作步骤繁多(包括活化、上样、洗涤、洗脱和浓缩等)，所需时间较长，且在浓缩过程中易造成分析物的损失，洗脱剂有毒有害。本方法同时测定10种藻类代谢产物，具有线性范围宽、检出限低、无毒无害等优点。

由表6可知，在顶空/固相微萃取气相色谱串联质谱法和吹扫捕集气相色谱串联质谱法的检测中，均没有检测到异氟尔酮，但根据实际水样的检测结果，此物质的浓度相对较高。固相萃取-气相色谱串联质谱法虽然可以检测到异氟尔酮，但此法的线性范围和检出限均在微克级。本文的灵敏度较固相萃取-气相色谱串联质谱法提高1 000倍，更适合地表水和出厂水的检测。

3 结论

本文建立了固相微萃取-气相色谱串联两级质谱法测定水中10种藻类代谢产物的方法，在萃取时间为25 min、萃取温度为65 ℃、氯化钠含量为1.7 g的条件下，采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头进行预处理，HP-5MS色谱柱进行分离，质谱检测器进行测定，可以使检测结果达到最优效果。方法的质量浓度均达到5.00 ～100.00 ng/L，工作曲线回归方程的相关系数R2>0.995；方法检出限(2S/N)为0.14～1.00 ng/L。在加标量为20.00、50.00、80.00 ng/L时，平均回收率为92.0%～109.0%，精密度RSD为0.40%～8.90%，实际水样的平均回收率为83.9%～101.8%，满足地表水和饮用水的检测要求。

该方法操作过程简单、干扰少、预处理简单、无污染、无毒性、检测效率高、检出限低(ng级)，灵敏度较固相萃取-气相色谱-质谱法提高1 000倍。该方法适合低含量的藻类代谢产物的测定，准确度高，适用于水中10种藻类代谢产物的分析研究。

表6 本方法与其他方法的比较Tab.6 Comparison of the Method with Others