水和白酒中异味物质检测的研究进展

王 芹，杭学宇，宋 鑫，王 露，冯晓青

(淮安市疾病预防控制中心，淮安223001)

异味物质是能被人的感官所感知的、具有不良气味的物质。饮用水嗅味轮状图将饮用水中的嗅味物质分成3类13种[1]。嗅觉异味最常见，分为土霉素味、鱼腥味、芳香味、药水味、草味、沼气味、氯味、化学药品味等。土霉素味被认为是富养化水体中最广泛存在，并且最难闻的一种异味，多由放线菌和蓝藻产生[2]。常见的土霉素味物质有土臭素(GSM)、2-甲基异 茨 醇(2-MIB)、2-甲 氧 基-3-异 丙 基 吡 嗪(IPMP)、2-甲氧基-3-异丁基吡嗪(IBMP)、2，4，6-三氯代苯甲醚(TCA)及三溴代苯甲醚(TBA)。在太湖蓝藻事件以后，饮用水的嗅味问题受到了广泛的关注，上述这些物质也成为分析方法研究的热点组分。近年来，随着异味物质的研究范围不断扩大，具有其他气味的异味物质如β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛、二甲基三硫醚、异佛尔酮等也逐渐被人们熟悉和检测。此外，白酒中土臭素和2-甲基异茨醇等异味物质的检测方法也相继建立[3-4]。

这些异味物质通常为挥发性或半挥发性有机物，且嗅味阈值低(ng·L－1)，要求分析方法不但富集效率高，而且灵敏度高[5]。仪器分析方法主要有气相色谱法(GC)和气相色谱-质谱法(GC-MS)。前处理方法比较多，有液液萃取[2，6-7]、固相萃取[5，8-11]、液相微萃取[12-13]、固相微萃取[3，14-21]、搅拌棒吸附萃取[22-23]、吹扫捕集[24-30]、顶空[31-32]等，也有两种前处理方法联合萃取的，如顶空-固相微萃取[4，33-50]、大体积固相微萃取[51]、液液萃取-固相萃取[52]等。

本文对水和白酒中异味物质的样品前处理方法和检测方法进行简要论述。

1 样品前处理方法

1.1 液液萃取

液液萃取(LLE)是利用“相似相溶”的原理，将目标组分分离、提纯至有机溶剂中的过程。常用的有机溶剂有二氯甲烷、正戊烷、正己烷等。液液萃取不需要复杂的设备，经济、简单易行，在基层单位适用性强，但是存在有机溶剂污染，毒害比较大。SHIN 等[2]以氟苯为内标，用正戊烷萃取2-异丙基-甲氧基吡嗪、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪、2-甲基异莰醇、土臭素等7种异味物质，采用气相色谱-质谱法检测。结果显示:2-异丙基-甲氧基吡嗪、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪、2-甲基异莰醇、土臭素的检出限均为0.1 ng·L－1，苯甲醚的检出限为0.5 ng·L－1，2，4，6-三氯苯甲醚和2，4-庚二烯醛的检出限均为1.0 ng·L－1。马杰等[6]用正己烷萃取水中的土臭素和2-甲基异莰醇，用无水硫酸钠脱水干燥后通过氮吹仪浓缩定容，采用气相色谱-质谱法检测。结果表明:土臭素和2-甲基异莰醇的检出限分别为1.0，2.0 ng·L－1；标准样品添加量为10.0，20.0，50.0 ng时，方法的加标回收率为83%～94%，相对标准偏差(RSD)为3.0%～4.9%。

1.2 固相萃取

固相萃取(SPE)由STONGE等于1979年首次提出，近年来发展迅速，广泛应用于环境、食品等领域。根据待测物质的种类和性质，选择不同填料的萃取柱和洗脱剂，可使萃取、净化一步完成。与液液萃取相比，固相萃取减少了有机溶剂的使用量，避免了乳化现象，易实现高通量、自动化。其缺点是可能会出现柱穿透、堵塞等现象。冯桂学等[5]用HLB固相萃取小柱萃取，二氯甲烷洗脱，HP-5MS 毛细管色谱柱分离，在全扫描和选择离子监测模式下测定10种嗅味物质。方法检出限(3S/N)在0.5～1.0μg·L－1之间，回收率在88.7%～113%之间，测定值的相对标准偏差(n＝6)在2.0%～6.7%之间。闫晖敏等[8]研究了分散固相萃取-气相色谱-质谱法测定地表水中土臭素、2-甲基异茨醇、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、2，4，6-三氯苯甲醚、2-异丙基-甲氧基吡嗪、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪的方法。确定了最佳分散固相萃取条件，在优化试验条件下对异味物质的测定结果显示:7 种异味物质的质量浓度均在0.05～10.0μg·L－1内与其对应的峰面积呈线性关系，方法的检出限(3S/N)在1～5 ng·L－1之间。对空白加标水样进行测定，回收率在81.6%～98.4%之间。朱铭洪[9]采用固相萃取富集样品中的5种土霉素味物质，用气相色谱-质谱联用仪分离定性，用内标定量，检出限均低于0.5 ng·L－1，加标回收率为87%～105%，相对标准偏差为1.4%～7.3%。

1.3 液相微萃取

液相微萃取(LLME)基本原理与LLE 相似，是基于有机物在不同相之间进行分配富集的过程，利用目标物在样品溶液和萃取溶剂之间的分配差异而达到分离的目的，只需微升级别的有机溶剂量即可将目标物萃取出来，这一点是传统的液液萃取所不能及的。LU 等[12]用正己烷萃取水中的土臭素、2-甲基异茨醇、2-甲氧基-3-异丙基吡嗪、2-甲氧基-3-异丁基吡嗪，采用气相色谱-质谱法检测。2-甲基异茨醇的线性范围为4～200 ng·L－1，土臭素等其他3种物质的线性范围均为0.8～200 ng·L－1，方法回收率为97%～110%，相对标准偏差为1.4%～7.3%。付杰等[13]以四氯乙烯为萃取剂，以丙酮为分散剂对水样中4种嗅味物质(二甲基异莰醇、土臭素、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮)进行分散液液微萃取，采用气相色谱-质谱仪分析。在选择离子监测模式下，4种嗅味物质的线性范围均为0.05～20μg·L－1。二甲基异莰醇、土臭素、β-环柠檬醛和β-紫罗兰酮 的 检 出 限(3S/N)分 别 为0.03，0.01，0.02，0.01μg·L－1。方法用于自来水和河水样品分析，4种嗅味物质的回收率在87.7%～102%之间，测定值的相对标准偏差(n＝6)在1.8%～7.8%之间。

1.4 固相微萃取

固相微萃取(SPME)由加拿大WATERLOO大学ARTHUR 等于1990年首创，是一种非溶剂型选择性萃取法。依据“相似相溶”原理，结合目标组分的沸点、极性和分配系数，选用具有不同涂层材料的纤维萃取头，对样品中的目标物进行萃取和预富集，以实现采样、萃取和浓缩的目的。因其操作简便、快速、样品用量小、无需萃取溶剂，在分析领域中得到了广泛的应用，已广泛应用于异味物质的前处理。张亚等[16]建立了固相微萃取结合气相色谱-质谱法检测饮用水中常见的5 种异味物质的方法，5种异味物质的质量浓度均在1～100 ng·L－1内呈线性，检出限分别为1.0，1.0，0.8，1.0，1.0 ng·L－1，RSD小于10%。张光耀等[3]采用固相萃取-三重四极杆-气相色谱-质谱联用仪建立了白酒中土臭素与2-甲基异冰片的检测方法，土臭素与2-甲基异冰片的质量浓度均在0.10～4.00μg·L－1内呈线性，回收率在90.9%～114.4%之间，相对标准偏差在4.7%～8.4%之间。

1.5 搅拌棒吸附萃取

搅拌棒吸附萃取由BALTUSEN 等在1999年提出，其核心是涂覆有萃取涂层的内封磁芯的玻璃管。搅拌棒吸附萃取与SPME 的原理类似，都是基于待测物质在样品和萃取涂层中平衡分配的萃取过程。搅拌棒吸附萃取的萃取相体积比固相微萃取高50倍，广泛应用于弱极性和非极性的挥发性和半挥发性有机物的富集。范苓等[22]采用搅拌棒吸附萃取-热脱附-气相色谱-质谱法测定水中2-甲基异莰醇和土臭素，优化了搅拌棒吸附萃取和热脱附进样的条件。两种目标物的质量浓度均在1.00～200 ng·L－1内呈线性，方法检出限分别为0.31，0.15 ng·L－1；空白和实际样品的加标回收率为82.4%～116%，相对标准偏差小于10%。RUAN等[23]采用搅拌棒吸附萃取水中的土臭素和2-甲基异茨醇，方法检出限分别为0.3，1 ng·L－1。

1.6 吹扫捕集

吹扫捕集是富集水中挥发性有机物的常用方法[24-30]，有较高的富集效率，可以连续自动进样。张力群等[24]用吹扫捕集-气相色谱-质谱法测定水中7种典型嗅味物质。7种嗅味物质的线性范围均为2.5～500 ng·L－1，除 了TCA 的 检 出 限 为2.50 ng·L－1之外，其他6种嗅味物质的检出限均为1.25 ng·L－1。在20，100 ng·L－1两种加标浓度水平下，回收率分别为77%～120%，91%～109%，相 对 标 准 偏 差 分 别 为3.9% ～10.5%，2.0%～6.8%。马兰等[25]采用吹扫捕集-气相色谱-质谱法对饮用水中致嗅物质2-甲基异茨醇和土臭素进行测定。2-甲基异茨醇和土臭素的方法检出限分别为0.729，1.037 ng·L－1，平均加标回收率分别在92%～108%和88%～104%之间，相对标准偏差分别小于6.5%，9.0%。

1.7 顶空

顶空是一种方便快捷、考察挥发性有机物的前处理方法[31-32]，可以免除冗长繁琐的样品前处理过程，避免有机溶剂对分析造成干扰、减少色谱柱及进样口的污染。

李福安[31]采用了顶空-气相色谱法测定水中微量土臭素和2-甲基异冰片。结果表明:土臭素和2-甲基异冰片的检出限分别为0.35，0.70μg·L－1，相关系数不小于0.999，相对标准偏差为2.0%～4.6%，加标回收率为93.0%～99.3%。蒋万枫等[32]使用顶空-气相色谱-飞行时间质谱法结合差异化分析软件鉴定分析出了饮用水中的异味物质。检出限和测定下限分别为0.003 3，0.010 mg·L－1，线性范围均为0.010～0.500 mg·L－1。对实际样品进行了检测，分析了产生异味的原因，并对相应的生产加工工艺提出了合理化建议。

为了提高萃取效率、提高方法灵敏度、增加样品检出率，通常会联合使用两种或多种萃取方法，如顶空-固相微萃取、大体积浓缩-固相微萃取等。检测异味物质的不同前处理方法的应用见表1。

表1 检测异味物质的不同前处理方法的应用Tab.1 Application of diffent pretreatment methods in detection of off-flavor compounds

2 检测方法

异味物质属于挥发性有机物，气相色谱法和气相色谱-质谱法是理想的定性、定量方法。气相色谱法配火焰离子化检测器(FID)[7，11]、电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)等不同的检测器检测不同的化合物。ECD 检测卤代苯甲醚类，FPD 对含硫的硫醚类有特异性响应。气相色谱-质谱联用仪因其强大的定性优势，在多组分异味物质同时检测方面得到了越来越广泛的应用。朱帅等[26]采用气相色谱-质谱法检测水中的8种嗅味物质，检出限为0.4～1.7 ng·L－1。ZOU 等[36]采用气相色谱-质谱法检测水中的10 种嗅味物质，方法检出限为0.25～1.45 ng·L－1。毛敏敏等[51]采用气相色谱-质谱法检测水中的6种嗅味物质，各物质的检出限均低于1 ng·L－1，加标回收率为86.0%～114.2%，二甲基三硫醚、2-MIB 和β-环柠檬醛在富营养化的水体中含量较高，TCA 在管网末端水中含量较高。气相色谱-飞行时间质谱法具有高分离、高分辨能力，近年来广泛应用于风味成分的检测[32]。表1中文献[11]的检测方法为气相色谱法，文献[32]的检测方法为气相色谱-飞行时间质谱法，其他均为气相色谱-质谱法。

3 结语

异味物质含量低，需要有效地萃取、浓缩。液液萃取操作简单、方便，溶剂使用较多，对环境和人不友好，需要氮吹浓缩，结果的平行性和重现性往往不太理想。液相微萃取不需要复杂装置，有机溶剂使用量很小，只需微升级别的有机溶剂即可将目标物萃取出来，减轻了对环境的污染。悬在微量注射器针头上的有机溶剂液滴在萃取过程中可能会损失甚至脱落，对操作人员的要求比较高。固相萃取溶剂用量少、提取速率快、不会产生乳化现象、回收率高、易实现自动化批量处理，吸附剂孔道易过载或堵塞。固相微萃取不需萃取溶剂和氮吹浓缩，操作简单方便、分析时间短、样品需要量小。萃取头涂层种类有限，易脱落。搅拌棒吸附萃取操作简便，无需萃取溶剂，萃取涂层体积较大，检出限较低。涂层的种类少，目前只能用于挥发性和半挥发性有机物，且涂层易磨损，需要专门的热解析装置。吹扫捕集和顶空受基体干扰小、不需要有机溶剂，易实现自动化批量检测，但需要专门的装置，样品用量小，灵敏度不高。

气相色谱法是易普及的方法。气相色谱-质谱法灵敏度高、定性准确，飞行时间质谱法具有高分辨、高采集速率、精确质量全谱采集等特点，越来越多地用于多种异味物质的同时检测和未知物的定性分析。

综上所述，异味物质检测的前处理方法中，大都存在有机溶剂污染、重现性不好等问题。搅拌棒吸附萃取、固相微萃取等新兴技术，在痕量分析中展现出越来越广阔的前景。开发操作简单、富集倍数高、环境友好型前处理技术，是异味物质检测方向的重点。