建立了液液萃取-气相色谱串联质谱法测定生活饮用水中土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）的方法，样品加入氯化钠、内标物质2-异丁基-3-甲氧基吡嗪，经乙酸乙酯液液萃取、浓缩，气相色谱串联质谱法进样检测，内标法定量。实验结果表明：曲线的线性相关系数均在R²>0.999，方法检出限分别为2.7ng/L、3.0ng/L，相对标准偏差（RSD）为96%～118%，加标回收率为0.7%～4.7%，均满足GB5749-2022的检测要求。该方法解决了GSM、2-MIB液液萃取重现性低、准确度不高、萃取效率低的问题，样品前处理简单，仪器设备简单，方便推广。具有分析快速、灵敏度高、重现性好的优点。

关键词:土臭素；2-甲基异莰醇；液液萃取；气相色谱串联质谱法

Determination of geosmin and 2-Methylisoborneol indrinking water by liquid-liquid extraction-gas chromatography-tandem massspectrometry

Abstract:ObjectiveA liquid-liquid extraction-gaschromatography-tandem mass spectrometry method was developed for thedetermination of GSM and 2-Methylisoborneol in drinking water, sodium chlorideand internal standard substance 2-isobutyl-3-methoxypyrazine were added intothe sample, and the sample was extracted, concentrated and ethyl acetate byliquid-liquid extraction, analyzed by gas chromatography-tandem massspectrometry, and quantified by internal standard method. The results showedthat the linear correlation coefficients of the curves were all in the range ofR² >0.999. The detection limits were 2.7 ng/L and 3.0 ng/Lrespectively. The relative standard deviation (RSD) was 96% ~ 118% , and therecoveries were 0.7% ~ 4.7% , all meet the requirements of GB 5749-2022. Themethod solves the problems of low reproducibility, low accuracy and lowextraction efficiency of GSM and 2-MIB liquid-liquid extraction. The inventionhas the advantages of fast analysis, high sensitivity and good reproducibility.

Keywords:Geosmin; 2-methylisoborneol;Liquid-liquid extraction; Gas chromatography tandem mass spectrometry

土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）由放线菌、蓝藻等微生物代谢产生，往往会伴随夏季藻类暴发与代谢，导致地表水的水体中浓度大幅上升^[1]，是造成生活饮用水具有土霉味和腥臭味的主要原因。

生活饮用水中的土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）是目前造成生活饮用水具有土霉味和腥臭味的主要原因，主要是由放线菌、蓝藻等微生物代谢产生，往往会伴随夏季藻类暴发与代谢，导致地表水的水体中浓度大幅上升^[1]。人的嗅觉对其极为敏感，GSM和2-MIB分别在1ng/L～10ng/L和5 ng /L ～10 ng /L时就能被闻到^[2]。尽管它们不一定会对人体的健康造成威胁,但是因口感和味道不佳,常常使人们怀疑水质遭到污染而无法放心食用。近年来，随着工业的发展，突发嗅味事件时有发生^[1]。新版《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）更是加大感官指标的关注，新增列入土臭素（GSM）和2-甲基异莰醇（2-MIB）两种典型土霉味物质。因此建立快速、灵敏度高、成本低、适宜大范围推广的检测方法十分必要。

分析检测嗅味物质的方法主要有感官分析法^{[3]- [4]}和仪器分析法^{[5]- [4]}两类，感官分析法因依靠个人嗅觉加以判断，存在无法准确定量、主观因素影响较大、环境要求较高等问题，因此应用受到一定限制。仪器分析法以气相色谱法^[5]和气相色谱串联质谱法为主。嗅味物质目前主要前处理方法有固相微萃取法^{[6]- [7]}、吹扫捕集^[8]、固相萃取^{[9]- [10]}、液液萃取^[11]等；固相微萃取技术虽然操作简便、无需有机溶剂、萃取效率相对较高、结果准确，精密度高，但全自动固相微萃取价格昂贵，一般实验室难以承担；手动固相微萃取则需手动萃取及进样，检测效率不高，不适合大规模检测，且两种方式均存在萃取范围较窄，萃取纤维头价格昂贵、易碎、使用寿命短等问题。吹扫捕集是非平衡态连续萃取，是几乎能将所有的被测物萃取出来的定量萃取方法，故灵敏度较高，但设备昂贵，且吹扫过程耗费大量的惰性气体，使用成本较高。固相萃取不需要大量的有机溶剂，简化了预处理过程，避免了不必要的污染，但固相萃取所需样品体积大、上样及氮吹耗时较长，且准确性和回收率低于液-液微萃取法。虽然液液萃取存在方法的回收率和重现性差的问题，但其具有处理量大、分离效果好可连续操作、成本较低且易于操作等特点，是一种快速有效、经典适用的水样富集分析方法。目前，液液萃取嗅味物质的相关报道主要用到的溶剂是己烷和二氯甲烷，用乙酸乙酯作萃取剂的报道较少；同时液液萃取嗅味物质大多以外标法定量为主，以2-异丁基-3-甲氧基吡嗪作为内标法定量，在液液萃取中尚无相关报道。本文以乙酸乙酯作为液液萃取溶剂，萃取效率高，解决液液萃取回收率低的问题，而以2-异丁基-3-甲氧基吡嗪为内标，内标法定量，解决了液液萃取重现差的问题。本方法操作简单、检出限低、准确度高、重现性好，成本较低，且能满足GB5749-2022对土臭素和2-甲基异莰醇的要求。

实验部分

1.1主要仪器与试剂

GCMS-2010Ultra型气相色谱质谱联用仪（日本岛津）；R-1001VN型旋转蒸发仪（郑州长城科工贸有限公司）；KL512型氮吹仪（北京康林科技有限公司）；涡旋混合器（VORTEX-5）；数字可调移液器（BRAND）；SH-Rxi-5SIl MS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm，日本岛津)；正己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯(德国默克,色谱纯)；无水硫酸钠、氯化钠（400℃烘2h）；甲醇中土臭素和2-甲基异莰醇混标（100μg/mL,北京北方伟业计量技术研究院）；2-异丁基-3-甲氧基吡嗪（100μg/mL,Tmstandard）。

1.2 标准溶液的配制

土臭素和2-甲基异莰醇混合标准储备液（1μg/mL）：准确移取浓度为100μg/mL的土臭素和2-甲基异莰醇混标0.1mL于10mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，摇匀备用。

2-异丁基-3-甲氧基吡嗪内标储备液（10μg/mL）：准确移取浓度为100μg/mL的2-异丁基-3-甲氧基吡嗪标液1.00mL于10mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，摇匀备用。

标准系列工作溶液：准确移取浓度为1μg/mL的土臭素和2-甲基异莰醇混合标准储备液10、50、100、200、500μL；加入10μL浓度为10μg/mL2-异丁基-3-甲氧基吡嗪内标储备液，乙酸乙酯定容至10mL，配置成标准溶液浓度为1,5,10,20,50ng/mL；内标为10ng/mL的系列标准溶液。

1.3仪器条件

1.3.1气相色谱条件色谱柱: SH-Rxi-5SIlMS色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；程序升温：60℃保持2.5min?以8℃/min升温至250℃?保持5min；进样口：250℃；柱流量：1.02mL/min?线速率控制模式；线速率：36.9mL/min；进样模式：不分流。

1.3.2质谱条件离子源：EI源，离子源温度230℃；接口温度280℃；检测器电压0.90 kV；溶剂延迟时间2 min；扫描模式：选择离子检测（SIM）。土臭素、2-甲基异莰醇和2-异丁基-3-甲氧基吡嗪的选择性离子参数和保留时间如表1所示。

表1　土臭素、2-甲基异莰醇和2-异丁基-3-甲氧基吡嗪的选择性离子参数和保留

项目名称	保留时间/min	定量离子(m/Z)		定性离子(m/Z)
土臭素	14.603		112	125
2-甲基异莰醇	10.628		95	107,135
2-异丁基-3-甲氧基吡嗪	10.294		124	94,151

1.4样品处理

取500mL水样移入1L分液漏斗中，加入20g氯化钠，加入浓度为1μg/mL的2-异丁基-3-甲氧基吡嗪内标储备溶液10μL，轻轻振摇；随后加入50mL 有机溶剂，轻轻震荡，放气，而后手动剧烈震荡萃取2 min，静置分层，将上层萃取液用无水硫酸钠脱水后转移至鸡心瓶中；下层水相再次加入50 mL乙酸乙酯，重复上述萃取步骤，经无水硫酸钠脱水后合并有机相；萃取获得的有机相先用R-1001VN型旋转蒸发仪45℃水浴蒸发至5mL左右，全部转移至氮吹管中，鸡心瓶中再加入2mL乙酸乙酯清洗，用涡旋混匀器混匀后，转移至氮吹管中。使用KL512型氮吹仪进行浓缩,控制氮气流速, 避免形成液面涡流, 45℃氮吹浓缩至1.0mL , 待上机分析。

2 结果与讨论

2.1实验条件的确定

2.1.1萃取剂选择

萃取溶剂对化合物的溶解性是影响萃取效率的最重要因素,而土臭素和2-甲基异莰醇的极性相对较大，所以本实验选择文献报道较多的萃取试剂正己烷、二氯甲烷，同时根据相似相容的原理，极性较大的溶剂对土臭素和2-甲基异莰醇萃取效果更好。而极性乙酸乙酯>二氯甲烷>正己烷，因此选择这三种萃取试剂进行比较。根据目标物峰面积大小，判断萃取效果。如图1所示。试验表明，乙酸乙酯萃取效果更好，其次是二氯甲烷，最后才是正己烷，符合上述极性推断萃取效率，且乙酸乙酯也是三者中毒性最低的，故选择乙酸乙酯作为萃取溶剂。

图1不同萃取剂对峰面积的影响

2.1.2萃取次数对回收率的影响

量取500mL含有10ng/L GSM、2-MIB浓度的水样, 混匀后, 按照1.4的样品前处理过程, 上机测试，用外标法定量计算目标物的回收率，以此对比萃取次数分别为1次、2次时的效果, 萃取1次时GSM、2-MIB的回收率分别为63%和78%,而萃取两次的回收率为90%和101%，可见萃取两次的回收率更高，且已满足前处理时对目标物回收率的要求, 故确定本试验前处理萃取次数为 2次。

2.1.3萃取体积的选择

采用液液萃取法时，萃取剂的体积一般为样品体积的1/10～1/3为宜。根据GB/T 5750.8-2023中GSM、2-MIB的检出限，本方法水样的富集体积为500mL，对比乙酸乙酯萃取体积为30 mL,40 mL,50 mL,60 mL时对目标物质峰面积的影响。结果见图2。由图2可见，当萃取体积达到50mL后，增加乙酸乙酯萃取体积对GSM、2-MIB萃取效率影响不大，考虑加大萃取体积增加经济成本，所以选择乙酸乙酯的萃取体积为50mL。

图2不同萃取剂对峰面积的影响

2.1.4萃取时间的选择

移取取500mL浓度为20ng/L 的GSM、2-MIB的水样，在其他条件不变情况下，考察了萃取时间分别为1min、2min、3min时对峰面积的影响，结果见图3。结果表明：由图3可知，萃取时间为2min与3min相比，GSM、2-MIB峰面积变化不大，萃取2min已经完全能满足使用要求，萃取3min虽目标物峰面积更高, 但操作步骤更为繁琐，试剂、时间耗费更多。因此萃取时间为2 min。

图3不同萃取时间的影响

2.1.5氯化钠加入量的选择

加入盐析剂氯化钠的量是影响萃取效率的一个重要因素, 足量盐析剂可确保GSM、2-MIB从水中完全析出, 从而进入到有机溶剂中, 用量不足则会导致萃取不完全, 回收率降低。本实验考察了氯化钠加入量分别为10g、15g、20g、25g 时对峰面积的影响，结果见图4。结果表明：由图4可知，当氯化钠加入量为20g以后，GSM、2-MIB峰面积变化不大，故氯化钠加入量为20g。

图4氯化钠加入量对峰面积的影响

2.1.6浓缩方式的选择

浓缩方式是影响富集效率的一个重要因素，不当的浓缩方式会引起目标物的损失。目前主要的浓缩方式主要有旋转蒸发和氮吹两种。而水中的异嗅物质多为挥发性或半挥发性有机物，因此选择合适的浓缩方式尤为重要。因本试验萃取体积为50mL，萃取两次，大约100mL左右，单纯用氮气吹干用气量比较大，且用时较长。故本文采取旋转蒸发和旋转蒸发与氮气联用进行比较。用旋转蒸发蒸至近干，再定容至1.00mL时，GSM的回收率为39.3%，2-MIB的回收率为19.7%。而先用旋转蒸发仪蒸发至5mL左右，再用氮气吹至1.00mL，GSM的回收率为89.7%，2-MIB的回收率为101%。故选择先用旋转蒸发蒸去大部分萃取溶剂后，再用氮气吹至1.00mL效果更好，即可以回收大部分萃取溶剂，避免污染环境，又可保证目标物的回收率。

2.2标准曲线的线性关系及检出限

在优化试验条件下，以标准系列中的物质浓度为横坐标，以目标物质的峰面积与内标物的比值为纵坐标，绘制工作曲线，结果见表1。同时以3倍信噪比表示方法检出限，对应浓度即为最低检出浓度。结果见表2，可见，两种物质的检出限均能够满足GB 5749-2022的要求。

表2GSM和2-MIB表线性回归方程及方法检测限

组分名称	标准曲线回归方程	相关系数(ｒ)	检出限(μg/L)
GSM	y=0.102412x－0.001045	0.9995	2.7
2-MIB	y=0.109154x＋0.025366	0.9996	3.0

2.3方法的准确度及精密度

取3组500mL纯水，分别加入1ng、10ng、50ng的GSM和2-MIB混合标准溶液，每组平行测定6次,计算平均回收率和相对标准偏差（RSD），测定结果见表3。测得回收率在96%~118%；RSD为0.7%~4.7%，表明该方法具有较好的准确度与精密度。

表3GSM和2-MIB平均回收率及精密度(n=6)

化合物	加入量（ng）	测得平均值（ng）	回收率（%）	RSD(%)
GSM	1	1.18	118	3.9
	10	11.49	115	2.1
	50	49.6	99.2	0.8
2-MIB	1	0.961	96.1	3.4
	10	9.723	97.2	4.7
	50	49.21	98.4	0.7

2.4实际样品的测定

分别运用优化后的液液萃取方法和GB/T 5750.8-2023标准固相微萃取方法测定了某市自来水厂重要工艺段中的嗅味物质?测定结果见表 1。

表3某自来水厂工艺节点水样测定结果

工艺节点	液液萃取测定结果（ng/L）		固相微萃取测定结果（ng/L）
工艺节点	GSM	2-MIB	GSM	2-MIB
沉淀池出口	11.0	104	9.7	121
碳滤池出口	未检出	7.6	未检出	8.4
出厂水	未检出	未检出	未检出	未检出

由测试结果可知，沉淀池出口的水样均含有GSM和2-MIB，其中2-MIB含量较高，经活性炭过滤后能去除大部分2-MIB，而出厂水均未检出GSM和2-MIB。

3 结论

本方法根据土臭素和2-甲基异莰醇极性大的特点，选取乙酸乙酯作为萃取剂，同时对萃取次数、萃取剂体积、萃取时间和氯化钠加入量等进行了优化，提高了萃取效率，参照GB/T 5750.8-2023标准，在液液萃取中引入2-异丁基-3-甲氧基吡嗪作为内标，解决了液液萃取准确度不高、重现性不好的问题。旋转蒸发和氮吹联合使用，利用旋转蒸发回收大部分萃取溶剂，避免污染环境，提高检测效率，而氮吹则提高土臭素和2-甲基异莰醇的回收率。两种物质在1.0～50.0 ng/mL范围内线性良好，检出限分别为2.7 ng/L 、3.0 ng/L，在低、中、高3个加标水平下的回收率为96%~118%，RSD为0.7%~4.7%。本方法操作简单、检出限较低、准确度高、重现性好，检测成本较低，可用于生活饮用水中土臭素和2-甲基异莰醇的测定。

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