Stir Bar Sorptive Extraction: A New Way to Extract Off-Flavor Compounds in the Aquatic Environment

Význam tématu

Chuťové a pachové kontaminanty ve vodě, i při extrémně nízkých koncentracích (ng/L), negativně ovlivňují vnímání kvality pitné vody a vedou ke stížnostem spotřebitelů.
Tradiční metody (CLSA, Purge & Trap) jsou často časově náročné, méně citlivé a vyžadují větší objemy vzorků nebo větší množství organických rozpouštědel.
Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) přináší efektivní, citlivou a rychlou alternativu k obvykle používaným extrakčním postupům pro odhalování off-flavor sloučenin.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo vyvinout a validovat metodu SBSE-TD-GC/MS spojenou s olfaktometrií pro kvantitativní a kvalitativní stanovení šesti klíčových off-flavor látek v pitné vodě: 2-methylisoborneol (MIB), geosmin, 2,4,6-trichloroanisole, 2,3,6-trichloroanisole, 2,3,4-trichloroanisole a 2,4,6-tribromoanisole.
Metoda byla optimalizována a ověřena na reálných vzorcích vody, kde byly porovnány výsledky se senzorickým hodnocením a případy praktické aplikace ukázaly univerzálnost přístupu.

Použitá metodika

Vzorek vody (2×100 mL) byl extrahován pomocí 20 mm dlouhého PDMS stir baru (Twister) po dobu 2 h za měřeního míchání. Do vzorku se přidal methanol a isotopicky značený interní standard (2,4,6-TCA-d5).
Po extrakci byl stir bar vysušen, zaveden do desorpční trubice a tepelně desorbován při 200–300 °C v rámci GERSTEL TDSA/CIS-4 jednotky.
Odplyněné složky se zamrazily v CIS-4 (-100 °C) a poté byly převedeny do GC (Agilent 6890) na kolonu HP-5 MS (30 m×0,25 mm×0,25 µm).
Chromatografické podmínky: N2/He 1,5 mL/min, program 50 °C/2 min → 10 °C/min na 200 °C → 25 °C/min na 300 °C.
Detekce probíhala v SIM režimu pro kvantifikaci a ve Scan režimu kombinovaně s olfaktometrií pro identifikaci pachových zón. MSD byl manuálně ladičkován pro optimalizaci poměrů iontů 69/219/414.

Použitá instrumentace

• GERSTEL Twister (20 mm, 0,5 mm PDMS)
• GERSTEL TDSA tepelný desorbér a CIS-4 PTV inlet
• Agilent 6890 GC / 5973 MSD
• Olfaktometrický detektor GERSTEL
• HP-5 MS kolona (30 m×0,25 mm×0,25 µm)

Hlavní výsledky a diskuse

Limit kvantifikace (LOQ) se pohyboval od 0,1 ng/L (haloanisoly) do 1 ng/L (MIB). Linearity R>0,998; opakovatelnost (RSD) <15 %; recoveries 80–120 %.
Optimální extrakční doba byla 120 min. Vzorek 200 mL poskytl maximální absorpci, přičemž bylo výhodné desorbovat dva bar-y najednou pro zvýšení citlivosti.
U reálných vzorků se potvrdila korelace mezi GC/MS, olfaktometrií a senzorickým hodnocením.
Příklady aplikací:

• Doma: detekce 2,4,6-TCA a geosminu u výrazně zapáchané vody.
• Rezervoár: 2,4,6-TBA vzniklý halogenací phenolických složek nátěru a mikrobiální syntézou.
• Distribuce: vznik alkylbrombenzenů a sírových sloučenin po průchodu sítí daleko od úpravny.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost na sub-ng/L úrovni.
• Rychlá analýza až 20 vzorků/den bez nutnosti velkých objemů organického rozpouštědla.
• Možnost simultánní kvantifikace (SIM) a pachového profilu (olfaktometrie).
• Stabilita extrahovaných vzorků na Twisteru až 7 dní při 4 °C.
• Jednoduché nasazení v terénu – spotřebitelé mohou odeslat desorbovaný bar, nikoli velké objemy vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace SBSE s vysokorozlišovacím MS pro neznámé kontaminanty.
Automatizace extrakce a termodesorpcí pro vyšší průchodnost.
Vývoj nových sorpčních fází pro polarizované či velmi těkavé látky.
Přenosné onsite SBSE jednotky pro okamžité měření na místě odběru.
Standardizace metody v rámci QA/QC laboratoří a legislativních limitů.

Závěr

Metoda SBSE-TD-GC/MS s olfaktometrií nabízí robustní, citlivé a operativní řešení pro analýzu off-flavor sloučenin v pitné vodě. Díky ní lze rychle identifikovat a kvantifikovat hlavní pachové látky na rozhraní odorových práhů, což pomáhá vodárenským společnostem i spotřebitelům v účinné kontrole kvality vody.

Reference

1. Hrudey S.E., Lowe N.J. The effect of disinfectants on a geosmin‐producing strain of Streptomyces griseus. J. Appl. Bact. 1992, 73, 445–446.
2. Baltussen E., Sandra P., David F., Cramer C.J. Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE), a novel extraction technique for aqueous samples: theory and principles. J. Microcol. Sep. 1999, 11, 737–749.
3. Pawliszyn J. Solid Phase Microextraction: Theory and Practice. Wiley-VCH, 1997.
4. Bruchet A. Solved and Unsolved Cases of Taste and Odor Episodes in the Files of Inspector Cluzeau. Water Sci. Tech. 1999, 40(6), 15–21.