现场便携式GC/MS介绍——用于饮用水所含土臭素的快速采样与检测

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（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。

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。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型采样配件（SPS-3™, PerkinElmer Inc., Shelton, CT），可以进一步加强 GC-MS 用于现场检测的能力 4。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

分析饮用水所含的土臭素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 500 mL 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：125~180 μm），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 6 mL/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。

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）

参考文献1. Hand-Portable Gas Chromatograph-Toroidal Ion Trap Mass Spectrometer (GC-TMS) for Detection of Hazardous Compounds; J. A. Contreras et.al., Journal of American Society of Mass Spectrometry, Vol 19, Issue 10, p 1425–14, (2008).2. Trace Analysis in the Field Using Gas Chromatography-Mass Spectrometry; T. V. Truong et.al., Scientia Chromatographica, 6(1):13-26, (2014).3. Torion T-9 Portable GC/MS Product Note, https://www.perkinelmer。。ｃｏｍ/ lab-solutions/resources/docs/PRD_Torion-T-9-GCMS_012311B_01.pdf.4. SPS-3 Sample Preparation Module for Torion T-9, http://www.perkinelmer。。ｃｏｍ/lab-solutions/resources/docs/PRD_Sample_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. Dehydration of 2-methylisoborneol and Geosmin in the Trace Analysis of Taste-Odorants in Water by Purge-and-Trap Sampling with Gas Chromatography (GC) -Mass Selective (MS) Detection; T. Manickum and W. John, Hydrology Current Research, Vol 2, Issue 3, (2012)