饮用水中土臭素检测方案(便携GC-MS)

技 术 报 告 分析饮用水所含的土臭素◎2017 PerkinElmer，Inc. 公司版权所有。保留所有权利。PerkinElmer° 是PerkinElmer， Inc.公司的注册商标。所有其他商标均为其各自所有者的财产。 Gas Chromatography/Mass Spectrometry 多年来，众多类型的分析仪器皆已采用简化设计，成为用于现场检验的便携式或手持式设备，如XRF、LIBS、Raman、FT-IR和 NIR 分析仪等。然而，在保持实验室分析性能的同时，将气相色谱仪/质谱仪 (GC/MS) 简化为现场便携式配置却是一项更大的挑战。以往的大多数研究都采用了直接进样的方法，这种方法无需任何类型的样品制备或进样配件。因此，如果样品需要复杂的前处理，或特殊的进样方式，那么现场便携式仪器的实际价值将会大打折扣。 本文介绍了利用新型现场便携式 GC/MS 系统 (TorionT-9，PerkinElmer Inc.， Shelton， CT) 快速识别和检测饮用水中土臭素的方法和结果，样品的一般分析时间不到10分钟。 Torion T-9 GC/MS 技术 已有公开的文献资料1.2就系统本身及其现场分析的适用性进行探讨。但在近期，该系统以低热质(使用直接接触式电阻加热)柱束替换常规毛细管柱，实现了一定程度的系统改善。色谱柱具有更均匀的受热，有效消除了传统色谱柱技术的冷却点，从而可以在高沸点化合物所需的高温 GC 运行条件下，促进半挥发性有机物的色谱分离。 Torion T-9 Portable GC/MS 质谱仪采用环形离子阱配置，相较于其他设计，这种设计更容易实现微型化改造。设计独特的离子阱使得捕获体积有所增大，离子计数得以升高，从而实现低噪声水平和良好的灵敏度。离子阱质量分析器经加热升温至175~210℃(具体取决于目标分析物)左右，并在真空环境下运行。电极可因此长时间保持清洁，减少了不必要的频繁维护。有关 Torion T-9 GC/MS 技术的详细说明，请参阅参考文献3。 样品前处理模块 通过使用电池供电的紧凑电采样配件(SPS-3TM， PerkinElmerInc.，Shelton，CT)，可以进一步加强 GC-MS 用于现场检测的能力“。快速采样模块的选择包括用于固体样品的固相微萃取(SPME)和加热顶空(HS)；用于气体样品的动态针捕集(NT)；用于液体样品的吹扫捕集(P&T)和热脱附(TD)，以及添加内标(IS)的模块。在某一特定采样地点，样品前处理与分析可能存在各种不同的应用要求，多种多样的配制可以灵活应对各种应用场景。 现在让我们更加详细地了解饮用水中土臭素的测定方法。 土臭素是一种由各种微生物和细菌产生的有机化合物，具有独特的泥土芳香。土臭素还是甜菜产生土腥味，及下雨时空气中出现强烈泥土气味的主要原因。土臭素由几类微生物产生(如蓝细菌和放线菌)，这些微生物死亡时便会释放出土臭素。在以地表水作为供水来源的地区，当地可能会定期出现饮用水口感不佳的情况，这是因为在细菌大量死亡时，土臭素将进入当地的供水体系5。从化学方面来看，土臭素是一种分子式为C12H22O的双环醇，作为萘烷的衍生物，其通常被称为十氢化萘。沸点大约为270℃6. 将 20 ppt 的土臭素加入 500mL 水样中，在没有任何预处理步骤的情况下，于环境温度中通过真空泵产生 25-35 mL/min的流速，然后在失活不锈钢固相萃取(SPE)吸附管中填充聚二甲基硅氧烷 (PDMS)颗粒(尺寸：125~180um)， 借此捕集土臭素。随后通过仪器的热脱附系统将目标分析物转移至PDMS 动态针捕集阱中。在200℃环境下，使用氦载气以6mL/min的速率进行长达10分钟的脱附步骤。在270℃环境下，使用动态针捕集阱进行 GC-TMS 进样，时长60秒。进样方法的原理图如图1所示。 质谱仪和色谱分离条件分别如表1和2所示。色谱分离的总离子色谱图(TIC)与提取离子色谱图(RIC)如图2所示，展现了母体分子离子与相关土臭素片段的情况，具体由其依照的NIST标准谱图进行确认。反卷积色谱图与质谱图如图3所示，证明仪器的反卷积算法可以很好地分离20 ppt 土臭素。根据土臭素校准的统计分析，检出限在 ppt 水平。 图1、GC/MS分析土臭素的采样程序和热脱附步骤 表1、水中土臭素的质谱仪参数 质谱仪操作条件 质谱仪 环形离子阱 电离源 EI 源 质谱仪操作温度 190℃ 质量范围 45-500 amu 分辨率 <0.5 m/z (300 amu) 质谱仪扫描速率 10-15次/秒 检测器 电子倍增器 表2、土臭素在水中的色谱分离条件 进样方式 螺旋线圈注入 进样类型 分流/不分流 分流进样时间 10：1分流开始 20 s 10：1分流结束 40 s 50：1分流开始 40 s 50：1分流结束 80s 进样器温度 270℃ 输送管线温度 250℃ 阱温度 190℃ MXT-5：低极性相二苯基 色谱柱技术 (Restek， 二甲基聚硅氧烷； State College， PA) 5mx0.1 mm×4um 初始温度/保温时间 50℃(10s) 升温速率 1℃/s 最终温度/保温时间 300℃(10s) 载气进口压力 26 psi 图2、土臭素及其质谱片段在某一水样中的总离子色谱图(TIC)与提取离子色谱图(RIC)， 由 NIST 标准谱图进行鉴定与确认。 图3、反卷积色谱图与质谱图，证明仪器的反卷积算法可以很好地分离土臭素。 lution algorithm. 结论 在偏远野外地点的恶劣条件下，针对空气、水和固体基质样品中的挥发性与半挥发性有机化合物，痕量水平分析的需求正日益增长。这项研究表明，通过便携式 GC/MS与快速样品前处理/进样技术的结合，目前已可取得实验室级别的仪器性能。这种组合能够基于定量与定性筛选目的开展各类环境分析，为非技术或无经验现场操作人员提供快速、操作性强的解决方案。本文证明， Torion T-9 GC/MS系统可在10分钟内检测并确认饮用水中土臭素的存在(ppt水平)。 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 地址：上海张江高科技园区张衡路1670号邮编：201203电话：021-60645888传真：021-60645999www.perkinelmer.com.cn ( 1. Hand-Portable Gas Chromatograph-Toroidal I on T rap MassSpectrometer (GC-TMS) for Detection of Hazardou s Compounds；J. A. Contreras et.al.， Journal o f American Society of Mass Spectrometry，Vol 19， Issue 10， p 1425-14， (2008). ) ( 2. Trace Analysis in the Field Usin g Gas Chromatography-MassSpectrometry； T . V. Truong et.al.， Scientia Chromatographica， 6(1)：13- 26，(2014). ) ( 3. T orion T-9 Portable GC/MS P r oduct Note， https：//www.perkinelmer.com/lab-solutions/resources/docs/PRD _ Torion-T-9-GCMS_0 1 2311B_01. p df. ) ( 4. S PS-3 Sample Preparation Module for Torion T-9 ， http：//www.perkinelmer. c om/lab-solutions/resources/docs/PRD_Sa m ple_Prep_Station(013095_01).pdf. ) 5. Geosmin， an Earthy-Smelling Substance Isolated from Actinomycetes；N. N. Gerber and H. A. Lechevalier， Applied Microbiology， Vol. 13，No. 6，(1965). ( 6. D ehydration of 2-methylisoborneol and Geosmin in the Trace Analysisof Taste-Odorants in Water by Purge-and-Trap Sampling with GasChromatography(GC)-Mass Selective (MS) De t ection； T . Manickum andW. J ohn， Hydrology Current Research， Vo l 2， Issue 3， (2012). ) 查看完整的全球办事处名单，请访问www.perkinelmer.com/ContactUs 本文介绍了利用新型现场便携式 GC/MS 系统（ Torion® T-9,PerkinElmer Inc., Shelton, CT ）快速识别和检测饮用水中土臭素的方法和结果，样品的一般分析时间不到 10 分钟。 在偏远野外地点的恶劣条件下，针对空气、水和固体基质样品中的挥发性与半挥发性有机化合物，痕量水平分析的需求正日益增长。这项研究表明，通过便携式 GC/MS 与快速样品前处理 / 进样技术的结合，目前已可取得实验室级别的仪器性能。这种组合能够基于定量与定性筛选目的开展各类环境分析，为非技术或无经验现场操作人员提供快速、操作性强的解决方案。本文证明， Torion T-9 GC/MS系统可在 10 分钟内检测并确认饮用水中土臭素的存在（ ppt 水平）。