本发明涉及水环境检测技术领域，特别是涉及一种水环境中微量新型污染物三氯蔗糖的检测方法。
技术背景
三氯蔗糖的甜度为蔗糖的600～800倍，在全球包括中国在内的80多个国家,超过4000种不同产品中广泛应用，是目前最流行的人工甜味剂之一。中国已经成为三氯蔗糖第二大产地，人工甜味剂生产及使用规模大。
三氯蔗糖不为人体或动物吸收，可经污、废水排放进入地表水体中，是其进入水环境的主要途径之一；生产企业的废水排放及大气沉降等也是三氯蔗糖进入水环境的途径。由于三氯蔗糖在水中溶解度高，水环境持久性强，被定义为环境新型污染。据报道，三氯蔗糖在污水和地表水环境中检出浓度约为几至几十μg/l，饮用水中约为几百ng/l。三氯蔗糖消耗量的持续增加将导致其在环境水体中的不断积累，进而可能产生一定的环境生态风险。
三氯蔗糖生产及使用规模大，理论上国内存在水环境污染范围广、污染水平高的分布特征，是水源中不容忽视的一类微量有机污染物。目前国内净水厂推广应用以臭氧为主的深度处理工艺，但微量存在的三氯蔗糖去除率低，且可能产生多种不完全脱氯产物，对饮用水供水安全具有潜在威胁。
食品行业中三氯蔗糖较为成熟的检测方法有气相色谱-质谱联用技术、液相色谱-质谱联用法和高效液相色谱法等。三氯蔗糖作为新型有机污染物的一种，在水环境中的存在水平较低，大多数为微量甚至痕量，受水体基质成分影响较大，在环境样品中的检测较食品分析难度更大，定量更复杂。建立精确度和灵敏度高的三氯蔗糖检测方法是探讨其在水中生态危害、转化规律及潜在风险的基础。
技术实现要素：
实验室仪器中，气相色谱-质谱仪较液相色谱-质谱仪常见，操作维护方便。气相色谱-质谱联用可对三氯蔗糖进行定性和定量分析，通过硅烷衍生化处理生成与三氯蔗糖相对应的性质稳定的挥发性衍生物，尽管预处理方法相对复杂，仍可较好实现水中微量三氯蔗糖
分析检测。三氯蔗糖在水环境中的含量大多介于ng/l至μg/l，气相色谱联用法因检测限不能满足直接定量的需求，需进行相应的富集预处理。固相萃取因其操作方便、分离与净化效果好而被广泛应用于液体样品的富集预处理。固相萃取-气质联用法用于测定水中微量三氯蔗糖，富集倍数1000倍时，检测限为0.1μg/l，适合水环境中微量三氯蔗糖的检测。
本发明的目的在于提供一种水环境中微量三氯蔗糖的检测方法，以解决水环境中微量三氯蔗糖检测无相关及适宜方法的现状，提高水环境中微量三氯蔗糖检测的准确性、稳定性和可靠性。
为实现上述技术效果，本发明采用了以下技术方案：一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，包括以下步骤：s1、采集水样，储存于4℃的冰箱；
s2、采用固相萃取技术对s1中的水样进行富集及纯化预处理，得到浓缩样品；
s3、对s2中处理后的浓缩样品氮吹干，进行硅烷衍生化处理，得到样品溶液；
s4、对s3中得到的样品溶液采用gc/ms进行检测，测出样品溶液中三氯蔗糖衍生物的特征离子、特征离子的出峰时间及峰面积；
s5、配制三氯蔗糖储备液和三氯蔗糖标准液，分别将不同质量浓度的三氯蔗糖标准液依次进行s3的操作，得到不同浓度的标准样品溶液，分别将标准样品溶液的硅烷衍生物进样gc/ms，以三氯蔗糖衍生物的峰面积为y值，三氯蔗糖浓度为x值，拟合三氯蔗糖线性回归方程；
s6、通过s5中的三氯蔗糖的线性回归方程，对s4中测出的三氯蔗糖衍生物的特征离子的出峰时间及出峰面积进行样品溶液中三氯蔗糖的含量计算。
优选的，所述s2中固相萃取的操作，包括如下步骤：
步骤1：水样上柱前，依次用4ml甲醇和6ml超纯水润洗活化固相萃取柱；
步骤2：准确量取1l水样，将待处理的水样过固相萃取柱富集，控制流速为2ml/min；
步骤3：水样富集后抽滤2min，随后取6ml甲醇缓慢淋洗固相萃取柱，收集洗脱液。
优选的，所述固相萃取柱为poly-seryhlbspe小柱60mg/3ml。
优选的，所述s3中硅烷衍生化处理，包括如下步骤：
步骤1：取氮吹后的残留物于反应管内，加入70μln-甲基三甲基硅基三氟乙酰胺、1％三甲基氯硅烷衍生化试剂和30μl吡啶；
步骤2：将步骤1的反应管盖塞，用旋涡混合器混匀，得到样品a；
步骤3：将装有样品a的反应管放入70℃烘箱，衍生化30min；
步骤4：将步骤3衍生化后的反应管冷却至室温，使用微量进样针转移到进样瓶，待gc/ms分析。
优选的，所述gc/ms的检测条件包括色谱条件和质谱条件，所述色谱条件为色谱柱rxi-5ms毛细管柱，其规格为30m×0.25mm×0.25μm，载气：高纯氦；流速1.2ml/min；进样口温度280℃；不分流进样；进样量：1μl；升温程序：在初始温度40℃情况下保持1min，再以8℃/min升至265℃，然后以2℃/min升至280℃情况下保持10min，最后以10℃/min升至300℃情况下保持10min；所述质谱条件为ei离子源，离子源温度220℃，接口温度180℃，在m/z60～650范围内进行全扫描，确定物质的保留时间和特征离子；采用选择离子检测模式，选择定性离子和定量离子，m/z为308、343和361，定量离子为308。
优选的，所述三氯蔗糖储备液的配制包括如下步骤：准确称取适量的三氯蔗糖，用超纯水溶解并稀释，配制浓度为100mg/l的储备液。
优选的，所述s5中的三氯蔗糖标准液包括质量浓度为0.2mg/l、0.4mg/l、0.6mg/l、0.8mg/l和1.0mg/l。
本发明与现有其它行业三氯蔗糖检测技术相比，本发明的有益效果是：(1)可实现水环境中微量三氯蔗糖的准确测定，在0.2～1.0mg/l范围内线性良好(r2＝0.990)，富集倍数1000倍时，检出限为0.1μg/l，定量限为0.2μg/l，检出限低，适宜于水环境中微量的三氯蔗糖。
(2)以0.1、2.0和5.0μg/l等三个梯度三氯蔗糖浓度进行加标实验，考察方法准确度，固相萃取回收率88.1％～107.8％，相对标准偏差为2.39％～4.72％，回收率高，检测效率高，稳定性好。
(3)可实现水环境样品中微量三氯蔗糖的快速、准确检测，适用于实际水样中微量三氯蔗糖的分析检测。
附图说明
图1：为本发明三氯蔗糖的气质联用色谱及质谱图(三氯蔗糖浓度为2.00mg/l)；
图2：为本发明三氯蔗糖在水源水环境的分布情况图；
图3：为本发明三氯蔗糖在纯水、自来水和水源水中的加标回收率图；
图4：为本发明不同水源与三氯蔗糖浓度分布情况表1；
图5：为本发明三氯蔗糖在超纯水、管网水与原水中的加标回购率实验结果表2。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
下面将结合实例对本发明的实施方案进行详细描述。下列实施案例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所示试剂或仪器未注明生产厂商，均为可以通过正常渠道购买获得的常规产品。
以下为实施例：检测水源中微量三氯蔗糖的含量。
具体包括以下步骤：
s1、采集水样。自浙江省杭州市和湖州市的饮用水处理及供水管道系统中选点取样。采样时间为2017年12月，2018年1月和5月中旬，在水厂各工艺段共采集20个水样，于2018年5月中旬共采集9个管网水样，进行三氯蔗糖的检测。杭州市的九溪，清泰和南星水厂原水取自钱塘江，祥符水厂原水取自苕溪；湖州市的城西水厂以东苕溪及老虎潭水库为水源，太湖水厂从太湖取水。
水样采集后立即带回实验室，经0.45μm的滤膜过滤后保存于棕色瓶中，并于4℃遮光环境中保存。
s2、采用固相萃取技术对s1中的水样进行富集及纯化预处理，得到浓缩样品。准确量取1l水样，采用poly-seryhlbspe固相萃取小柱(60mg/3ml)对水样进行预处理，依次用4ml甲醇，6ml超纯水活化平衡，然后将待处理的水样过柱富集，控制流速为2ml/min。水样富集后抽滤2min，用6ml甲醇缓慢淋洗小柱。收集洗脱液。
s3、对s2中处理后的样品氮气吹干，进行硅烷衍生化处理，得到样品溶液。向吹干的残留物中加入70μln-甲基三甲基硅基三氟乙酰胺+1％三甲基氯硅烷衍生化试剂和30μl吡啶，盖塞混匀，在70℃烘箱，衍生化30min，冷却至室温，待gc/ms分析。
s4、对s3中得到的样品溶液采用gc/ms进行检测，确定三氯蔗糖衍生物的特征离子出峰时间及峰面积。
gc/ms检测条件如下：色谱条件为色谱柱rxi-5ms毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)；载气：高纯氦；流速1.2ml/min；进样口温度280℃；不分流进样；进样量：1μl；升温程序：初始温度40℃(保持1min)，以8℃/min升至265℃，以2℃/min升至280℃(保持10min)，最后以10℃/min升至300℃(保持10min)。质谱条件为ei离子源，离子源温度220℃，接口温度180℃，在m/z60～650范围内进行全扫描，确定物质的保留时间和特征离子。为降低干扰，提高灵敏度，采用选择离子检测模式即sim模式进行定量分析，选择定性离子和定量离子(m/z为308，343和361，其中定量离子为308)。
三氯蔗糖的气质联用色谱及质谱图(2.00mg/l)如图1所示。
s5、以标准物质三氯蔗糖不同浓度的硅烷衍生物进样gc/ms,以峰面积为y值，三氯蔗糖浓度为x值，拟合三氯蔗糖线性回归方程。
配制三氯蔗糖储备液和三氯蔗糖标准液，准确称取适量的三氯蔗糖，用超纯水溶解并稀释，配制不同浓度的标准液。分别取一系列质量浓度为0.2mg/l、0.4mg/l、0.6mg/l、0.8mg/l和1.0mg/l的三氯蔗糖标准液进行步骤s3，以溶液质量浓度对峰面积进行线性回归，得到线性回归方程y＝362343x-186619，线性相关系数r2＝0.990，富集倍数1000倍时，以信噪比s/n＝3计，测得方法三氯蔗糖的检出限为0.1μg/l，以信噪比s/n＝10计，定量限为0.2μg/l。
s6、通过s5中的三氯蔗糖的线性回归方程，对s4中测出的三氯蔗糖衍生物的特征离子的出峰时间及出峰面积进行样品溶液中三氯蔗糖的含量计算。
本发明对浙江境内两个城市的数座水厂水源进行调查，发现三氯蔗糖均有检出，检出率为92.6％，最高检出浓度2.1μg/l，最低未检出，具体三氯蔗糖浓度分布情况如附图4中表1所示。
各水源与水厂中三氯蔗糖浓度如图2所示。
固相萃取及衍生化的可靠性由加标回收试验进行验证。取超纯水，管网水和水厂原水分别配制浓度为0.1μg/l、2.0μg/l和5.0μg/l的三氯蔗糖溶液1l，按水样前处理的方法进行加标回收实验，每组均进行3次平行试验，试验结果如附图5中表2所示。
由表2可知，加标实验的平均回收率在88％～108％之间，相对标准偏差为0.62％～4.72％，均小于5％，置信水平为95％的置信区间(86.82％，103.24％)。三氯蔗糖在纯水中的回收率高于自来水和水源水，由于纯水的基质效应最小，而水源水含有复杂的基质，是造成回收率降低的主要原因。加标回收的结果表明固相萃取预处理有较高的回收率和良好的精密度，能够满足水样中三氯蔗糖含量测定的要求。
不同基质条件下，三氯蔗糖固相萃取气质联用加标回收率如图3所示。
总而言之，本发明通过采用特定的固相萃取-衍生化预处理结合气质联用仪对水环境中微量三氯蔗糖的检测，有效的实现了三氯蔗糖的富集和提纯，避免了其它杂质的干扰，检测限低，线性好。弥补了目前水环境中微量三氯蔗糖检测方法的不足。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
技术特征：
1.一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于,包括以下步骤：
s1、采集水样，储存于4℃的冰箱；
s2、采用固相萃取技术对s1中的水样进行富集及纯化预处理，得到浓缩样品；
s3、对s2中处理后的浓缩样品氮吹干，进行硅烷衍生化处理，得到样品溶液；
s4、对s3中得到的样品溶液采用gc/ms进行检测，测出样品溶液中三氯蔗糖衍生物的特征离子、特征离子的出峰时间及峰面积；
s5、配制三氯蔗糖储备液和三氯蔗糖标准液，分别将不同质量浓度的三氯蔗糖标准液依次进行s3的操作，得到不同浓度的标准样品溶液，分别将标准样品溶液的硅烷衍生物进样gc/ms，以三氯蔗糖衍生物的峰面积为y值，三氯蔗糖浓度为x值，拟合三氯蔗糖线性回归方程；
s6、通过s5中的三氯蔗糖的线性回归方程，对s4中测出的三氯蔗糖衍生物的特征离子的出峰时间及出峰面积进行样品溶液中三氯蔗糖的含量计算。
2.根据权利要求1所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述s2中固相萃取的操作，包括如下步骤：
步骤1：水样上柱前，依次用4ml甲醇和6ml超纯水润洗活化固相萃取柱；
步骤2：准确量取1l水样，将待处理的水样过固相萃取柱富集，控制流速为2ml/min；
步骤3：水样富集后抽滤2min，随后取6ml甲醇缓慢淋洗固相萃取柱，收集洗脱液。
3.根据权利要求2所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述固相萃取柱为poly-seryhlbspe小柱60mg/3ml。
4.根据权利要求1所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述s3中硅烷衍生化处理，包括如下步骤：
步骤1：取氮吹后的残留物于反应管内，加入70μln-甲基三甲基硅基三氟乙酰胺、1％三甲基氯硅烷衍生化试剂和30μl吡啶；
步骤2：将步骤1的反应管盖塞，用旋涡混合器混匀，得到样品a；
步骤3：将装有样品a的反应管放入70℃烘箱，衍生化30min；
步骤4：将步骤3衍生化后的反应管冷却至室温，使用微量进样针转移到进样瓶，待gc/ms分析。
5.根据权利要求1所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述gc/ms的检测条件包括色谱条件和质谱条件，所述色谱条件为色谱柱rxi-5ms毛细管柱，其规格为30m×0.25mm×0.25μm，载气：高纯氦；流速1.2ml/min；进样口温度280℃；不分流进样；进样量：1μl；升温程序：在初始温度40℃情况下保持1min，再以8℃/min升至265℃，然后以2℃/min升至280℃情况下保持10min，最后以10℃/min升至300℃情况下保持10min；所述质谱条件为ei离子源，离子源温度220℃，接口温度180℃，在m/z60～650范围内进行全扫描，确定物质的保留时间和特征离子；采用选择离子检测模式，选择定性离子和定量离子，m/z为308、343和361，定量离子为308。
6.根据权利要求1所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述三氯蔗糖储备液的配制包括如下步骤：准确称取适量的三氯蔗糖，用超纯水溶解并稀释，配制浓度为100mg/l的储备液。
7.根据权利要求1所述的一种固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，其特征在于，所述s5中的三氯蔗糖标准液包括质量浓度为0.2mg/l、0.4mg/l、0.6mg/l、0.8mg/l和1.0mg/l。
技术总结
本发明提供一种固相萃取?气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法，包括以下步骤：采集水样，依次对水样进行固相萃取和硅烷衍生化处理，采用GC/MS测定样品溶液中三氯蔗糖衍生物的峰面积，以标准物质三氯蔗糖不同浓度硅烷衍生物的峰面积为y值，三氯蔗糖浓度为x值，拟合三氯蔗糖线性回归方程，计算样品溶液中三氯蔗糖的含量。本方法测定水中微量三氯蔗糖，线性相关系数R2＝0.990，富集倍数1000倍时，检测限为0.1μg/L，适合水环境中微量三氯蔗糖的检测，具有稳定性好、灵敏度高、效率高、重复性和准确可靠等优点。
技术研发人员：马晓雁;唐梁杰;朱世翠;宋亚丽
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2020.11.27
技术公布日：2021.05.04
声明：
“固相萃取-气质联用检测水环境中微量三氯蔗糖方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：浙江工业大学
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2024年06月28日 ~ 30日 
