循环水养殖系统中异味物质的高速灵敏检测方法

《RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY》：Fast and Sensitive Measurement of Off-Flavors in Recirculating Aquaculture Systems

　　**摘要**

**背景**
土臭素（geosmin）和2-甲基异冰片醇（2-MIB）是导致鱼类出现土腥异味的活性化合物，这对循环水养殖系统（RAS）的质量造成了显著影响。由于它们的气味阈值极低，因此需要快速且高度灵敏的检测方法来确保水产品品质和消费者的接受度。

**方法**
开发了一种新的分析方法，结合了静态顶空采样和质子转移反应-质谱法（PTR-MS）来检测水中的土臭素和2-MIB。通过添加氯化钠以增强盐析效果、在90°C下孵育以及最大化顶空注入速度到PTR-MS系统中，优化了样品制备过程，从而提高了分析物的灵敏度。

**结果**
优化后的方法能够将土臭素的检测限达到19 ng·L?1，2-MIB的检测限达到4 ng·L?1，整个样品筛查时间少于10分钟。这些化合物的检测限处于与气味阈值相同的低范围（ng·L?1级别），使得能够在与异味感知相关的浓度下进行定量分析。

**结论**
这种基于PTR-MS的方法提供了一种快速且灵敏的方式，用于检测水养殖水中与感官异味相关的土臭素和2-MIB浓度。该方法在循环水养殖系统的常规监测中具有巨大潜力，并且可以扩展到其他挥发性化合物的水分析应用中。

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**1 引言**
半挥发性萜类化合物土臭素和2-甲基异冰片醇（2-MIB）对当前全球增长最快的食品生产行业——水产业造成了严重危害[3, 5]。这两种化合物会在养殖鱼类中产生“土腥”和“霉味”等不愉快的异味[6, 7]，从而导致消费者拒购。循环水养殖系统（RAS）受到这种问题的严重影响，进而影响鱼类的市场价值以及养殖场的经济可持续性[8]。这两种化合物不能由鱼类自身合成，属于外源性物质，已在多种养殖鱼类体内被检测到，并已知是由多种水生微生物产生的，包括放线菌、蓝细菌和粘细菌（Myxococcota）[6]。当这些脂溶性半挥发性萜醇类化合物存在于水中时，会在鱼类的脂肪组织中积累，引发不希望出现的异味[9]。因此，水产业迫切需要一种可靠的分析方法来快速有效地识别产品中的潜在异味问题。从操作角度来看，开发一种能够动态监测生产或净化过程中这些化合物的在线分析工具将对行业大有裨益。目前仅有过关于使用色谱法（主要是气相色谱法GC和液相色谱法LC）来检测水中这些化合物的报道[10]。虽然已经使用了多种预浓缩技术（如固相萃取SPE [11]、搅拌棒吸附萃取SBSE [12]和液-液萃取LLE [13]），但通常需要后续的GC分离和质谱检测MS）。GC-MS因其稳健性和明确的化合物鉴定能力而被视为挥发性有机化合物（VOC）识别的金标准分析技术[14]。然而，GC-MS所需的大部分预处理步骤劳动强度高、耗时且需要熟练的人员，同时通常需要大量溶剂[14]。因此，人们希望开发出成本更低、更快捷、更简单的分析方法来检测水中的微量异味，以提高样本处理效率并作为该行业的质量保障措施。本研究提出了一种基于质子转移反应-质谱法（PTR-MS）的新方法，用于直接从孵育样品中抽取静态顶空进行土臭素和2-MIB的针对性分析。鉴于这些异味化合物的极低气味阈值（分别为3.8 ng·L?1和15 ng·L?1[15]），方法的灵敏度尤为重要。PTR-MS是一种成熟的直接注入技术，适用于VOC的实时分析，具有高灵敏度和快速的分析响应[16, 17]。其工作原理在文献中有详细描述[18, 23]，此处仅作简要概述。与依赖高效能电子电离（EI；通常为70 eV）进行色谱分离和化合物碎裂的GC-MS不同，PTR-MS使用氢氧根离子（H3O+）通过温和的化学电离（CI；通常为1–2 eV）对VOC进行质子化，随后通过飞行时间（TOF）质谱法进行检测[24]。在PTR-MS中，检测前没有物理分离过程，VOC直接注入并在反应室中电离（从采样到检测通常只需100 ms）。TOF-MS检测系统的高分辨率可以区分名义上的同质化合物，尽管没有先前的GC分离则无法区分结构异构体[16]。本文报告了基于PTR-MS的水溶液中土臭素和2-MIB的最佳检测方法的开发及系统研究，并将优化后的方法与GC-MS方法进行了分析对比，用于一组RAS水样中土臭素的定量。据我们所知，这是首次使用PTR-MS检测和水中的土臭素及2-MIB的研究。

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**2 材料与方法**

**2.1 化学试剂**
使用纯度≥97%的土臭素参考标准和≥98%的2-甲基异冰片醇参考标准（均购自德国Steinheim的Sigma Aldrich公司）进行初始检测能力和碎裂特性研究。使用甲醇中的认证化学参考标准（同样来自Sigma Aldrich公司）进行顶空优化研究。为避免检测器饱和和信号抑制（由于甲醇浓度高），将甲醇中的参考标准（包括纯品）稀释在水中，以优化仪器性能。两种化合物的理化性质详见表1。氯化钠（NaCl，纯度99.5%，来自丹麦ThermoFisher Scientific公司）用于顶空优化实验设计和最终的PTR-MS测量。

**2.2 样品制备**

**2.2.1 用于碎裂研究和校准的水溶液**
研究的第一部分使用液体校准单元（LCU，型号LCU-a；IONICON Analytik GmbH，奥地利因斯布鲁克）作为样品注入方法，通过雾化器将水样蒸发至加热的蒸发室，形成一定痕量浓度的气流进入仪器[26]。在超纯水中制备含有纯土臭素或2-MIB的标准溶液，最终浓度分别为17.28 mg·L?1和15.95 mg·L?1。计算水相浓度，使其在LCU蒸发室中的气相浓度约为100 μg·L?1。使用20 mL的顶空玻璃小瓶盛装溶液。LCU以5 μL·min?1的液体样品流速运行，将溶液蒸发至蒸发室（110°C），然后通过加热的进样管（80°C）输送至PTR-TOF-MS仪器。

**2.2.2 用于静态顶空测量的水溶液**
在20 mL的顶空小瓶中制备含有目标化合物的水溶液。在顶空优化研究中，使用含有土臭素和2-MIB（50:50 v/v）的0.5 μg·L?1溶液。在室温下初步测试溶解度后，加入氯化钠（NaCl），用于0、90和180 g·L?1浓度的静态顶空测量，所有注射均使用MPS2自动进样器（Gerstel GmbH & Co. KG，德国米尔海姆）完成。

**2.2.3 搅拌棒吸附萃取（SBSE）用于GC-MS验证分析**
使用[12]中修改的方法通过GC-MS分析水中的土臭素含量。该方法的验证数据与先前使用相同方法的研究结果进行了比较[9, 27-29]，各项指标高度一致（LOD = 0.4 g·L?1；LOQ = 1.2 g·L?1，线性（R2）= 0.9978，相对标准偏差（RSD）= 12%）。简要来说，将一块涂有聚二甲基硅氧烷（PDMS；长度2 cm，厚度1 mm）的商用搅拌棒（Twister；Gerstel GmbH & Co. KG，德国米尔海姆）加入20 mL的水样中，然后用塑料盖子密封。在室温下以1000 rpm的速度旋转搅拌棒120分钟进行萃取。萃取后，用镊子取出搅拌棒，用冷蒸馏水冲洗，用无绒布擦干，并转移到热脱附管中。外部校准曲线由GC级混合物溶液（1:1 v/v）的土臭素和2-MIB在去离子水中的0、50、100、250和500 ng·L?1稀释系列制备。所有分析均重复三次，包括样品和校准曲线点。

**2.3 顶空优化研究**
初步研究评估并比较了LCU和静态顶空注射的分析灵敏度（见补充信息S1：补充材料2）；后者被选为进一步优化的方法。选择某些因素和变量来最大化方法灵敏度是基于方程（1）和（2）中描述的物理化学关系。气相中的分析物含量[ ]影响检测灵敏度，这取决于其在液相中的浓度、分配系数和相比例[30]：
$(1)$
$$\text{灵敏度} = \frac{\text{分析物信号强度}}{\text{气相浓度}} \times \frac{\text{初始浓度}}{\text{分配系数} \times \text{相比例}}$$
其中$\text{信号强度}$是指GC-MS中的峰面积，$\text{气相浓度}$是指顶空中的分析物浓度，$\text{初始浓度}$是指样品中的分析物浓度，$\text{分配系数}$是指分配系数，$\text{相比例}$是指顶空系统中的比例（例如小瓶）。在本研究中，优化重点集中在K上，由方程（2）描述[30]：
$(2)$
$$\text{分配系数} = \frac{\text{蒸汽压（温度和时间依赖）}}{\text{活性系数（基质组成依赖）}$$
鉴于这些因素对影响顶空中分析物浓度的重要性，通过全因子设计选择了温度、时间和NaCl作为研究因素[30]。每个因素都设置了三个水平，详见表2。选择NaCl是因为它在分析化学中常用于通过盐析现象促进挥发性化合物从水溶液中的释放。此外，先前的研究表明加入盐可以增加微生物代谢物的挥发潜力[10, 31]。此外，使用快速的顶空注入速率可以最大化目标化合物的低ppt浓度的检测。选择注射参数，以确保最大的顶空体积（注射器容量：2.5 mL）以最快速度注入仪器。根据现有条件，将20 mL小瓶中5 mL样品的2.5 mL顶空以1 mL·s?1的速率注入仪器，从而最小化入口样品气流的进一步稀释。总共进行了27次不同的实验，每次重复三次，分布在不同的日期进行。

**2.4 PTR-TOF-MS分析**
**2.4.1 PTR-TOF-MS仪器**
本研究使用的两种PTR-TOF-MS仪器分别为PTR-TOF 8000和PTR-TOF 6000×2（IONICON Analytik GmbH，奥地利因斯布鲁克）。使用LCU进行直接注入的片段化研究采用了前者，而静态顶空分析则采用了后者。

2.4.2 片段化研究和校准
LCU注入研究使用的是PTR-TOF-MS仪器，漂移管温度设置为60°C，电压（Udrift）与压力（pdrift）的比分别为400 V/2.4 mbar、550 V/2.0 mbar、550 V/2.2 mbar和600 V/2.0 mbar，对应的降低电场E/N值分别为70、85、105和125 Td（其中1 Td = 10^-17 V·cm^-2）。连接LCU与仪器的采样入口保持在80°C。

2.4.3 静态顶空研究
静态顶空条件下的测量是在PTR-TOF-MS仪器的漂移管压力为2.6 mbar、温度为80°C、电压（Udrift）为269 V的情况下进行的（此时的E/N值为71 Td）。这种E/N值在片段化研究中被发现可以产生最高丰度的脱氢产物——地嗅醇（geosmin）和2-甲基异波烯（2-MIB），因此被用于所有后续分析。静态顶空的注入是通过GC oven的注入端口实现的（在没有色谱柱的情况下），该端口通过一根内径为1 mm的聚醚醚酮（PEEK）毛细管连接到PTR-TOF-MS仪器； both the inlet line and GC oven都保持在80°C。对于孵育温度为110°C和130°C的实验点，采样注射器、传输线和漂移管都保持在130°C以避免冷点并减少冷凝；所有其他操作参数保持不变。

2.5 数据采集与处理
对于LCU实验，每隔2秒收集一次质量范围m/z 10–207的质谱数据。背景和样品注射谱图平均了200个周期（400秒）。数据根据两个参考离子锚点（m/z 21.022 (H318O+) 和 m/z 203.943 (C6H5I+) 进行质量校正，而m/z 330.848 (C6H5I2+) 则用于静态顶空实验的谱图校准。对于顶空实验，每隔0.5秒收集一次质量范围m/z 10–367的谱图。无论是LCU还是静态顶空实验，都使用仪器特定的化合物传输曲线。信号积分和质量选择是通过将高斯曲线拟合到平均谱峰上，并利用IONICON Data Analyzer（IDA）软件（版本2.2.2.1，IONICON Analytik GmbH，Innsbruck，奥地利）自动生成能够区分目标m/z的峰值系统来完成的。提取的原始数据随后通过它们的18O同位素衍生物归一化为每秒的氢氧根、一水合物和二水合物簇初级离子的总和，得到归一化计数[ncps]。

2.6 SBSE-GC–MS分析
吸附在搅拌棒上的VOCs通过自动热脱附装置（TurboMatrix 350，Perkin Elmer，Shelton，CT）的两步程序进行脱附。首先，将搅拌棒加热到240°C并持续15分钟，同时通入50 mL·min^-1的H2作为载气进行初级脱附。然后，脱附出来的挥发物被捕获在保持在1°C的Tenax TA上，随后迅速加热到280°C完成二级脱附。这使得挥发物通过温度控制的传输线（保持在225°C）快速转移到GC–MS系统（一个8890 GC连接到5977B MSD；Agilent Technologies，Palo Alto，CA）。使用ZB-Wax毛细管柱（30 m × 0.25 mm × 0.5 μm）分离转移过来的挥发物，载气为H2，初始流速为1.4 mL·min^-1。GC oven的程序设置如下：前10分钟保持35°C等温，然后以8°C/min的速率升温至240°C并保持10分钟。分离出的挥发物的质谱使用标准EI设置（70 eV）生成，并通过四极杆质谱仪检测，该质谱仪采用结合扫描（SCAN）和选择离子监测（SIM）模式的混合设置。SCAN模式扫描m/z 15–300的范围，而SIM模式则专门针对m/z 112以提高灵敏度。数据采集后，使用MSD ChemStation软件（v.E.02.00，Agilent Technologies）处理色谱图。地嗅醇的保留时间是通过校准曲线点确定的，峰面积是根据SIM色谱图计算得出的。

2.7 数据分析
所有数据均使用MATLAB R2023b（MathWorks，Natick，MA）进行可视化和进一步处理。对于通过LCU进行的片段化研究，从信号中计算出200个周期的平均值。对于静态顶空注入，使用包含峰值和背景噪声的数据点（30个周期）的总和作为最终强度值（见支持信息S1）。所有顶空优化的统计分析和数据可视化均使用JMP Pro（版本18.0.0，SAS Institute Inc., Cary，NC）进行。为了比较两种方法的定量结果，使用MATLAB R2023b进行了非配对学生t检验分析。这种方法用于比较不同组之间的两个平均值的差异（例如，用两种不同方法测量的相同样品）。

3 结果与讨论
3.1 地嗅醇和2-甲基异波烯的片段化模式评估
在所有测试条件下，地嗅醇和2-甲基异波烯都经历了解离性质子转移反应，如图1和图2所示。地嗅醇的质子化分子质量为m/z 183.174，总是产生其脱氢产物（-H2O）在m/z 165.164（9.3%，C12H21+，14 ppm），以及其他较小的碎片，如m/z 109.102（38.4%，C8H13+，7 ppm）、m/z 95.086（24.7%，C7H11+，52 ppm）和m/z 83.086（11.4%，C6H11+，35 ppm）。2-甲基异波烯也有类似的行为，产生其脱氢产物在m/z 151.148（14.6%，C11H19+，5 ppm），但其主要产物是m/z 95.086（71.8%，C7H11+，52 ppm）。这些观察结果与文献中先前报道的这些化合物的PTR-MS数据一致，因为脱水通常是三级及更高级醇在PTR-MS中的唯一产物途径[24, 34, 35]。在具有相邻双键的高级醇中也有例外情况，例如不饱和醇或酚类化合物，这种现象可能由于羟基中氧的两个孤对电子的共振稳定或电荷离域而解释[36, 37]。图1展示了在E/N 105 Td条件下地嗅醇的主要产物离子（A）和在四种不同E/N条件下的最丰富离子（> 5%绝对丰度）的片段化模式（B）。绝对丰度是根据每个离子的信号强度[ncps]相对于所有检测到的产物离子总和的百分比[%]计算的。图2展示了2-甲基异波烯的主要产物离子（A）和在四种不同E/N值下的最丰富离子的片段化模式（B）。为了检查这两种化合物的质子化分子在较弱的质子化条件下是否可见，在四个不同的降低电场（E/N）值下进行了测量。E/N是一个重要参数，因为它决定了质子转移反应发生的能量（能量越大，解离反应的可能性越大）以及H3O+(H2O)n簇的产生（能量越大，簇形成的抑制越强）。如图1B和图2B所示，地嗅醇和2-甲基异波烯的质子转移反应通常在测试范围内的E/N变化不大。在70 Td时，两种脱氢产物（m/z 165.162和m/z 151.145）的丰度最高，且没有一种条件产生目标化合物的质子化分子。图3说明了这两种化合物的化学电离反应路径。

3.2 顶空灵敏度优化研究
包含在因子设计中的所有静态顶空实验的注入数据显示在图4A中。孵育温度明显增加了信号强度，除了130°C的孵育温度，它对信号有负面影响。在110°C孵育温度下的实验测量误差被认为过高（CV1约为40%）。这些观察结果导致排除了孵育温度为110°C和130°C的实验点。使用加权最小二乘（WLS）回归来建模剩余27个实验点的数据（图4B中的灰色实验立方体），以获得关于所研究不同因素影响的定量洞察。WLS是一种参数建模方法，它通过最小化残差平方和来估计与主要因素及其相互作用相关的线性参数（）。当残差显示异方差性（非恒定方差）时，通常使用WLS，因为观察值是基于这种非均匀性进行加权的。在比较普通最小二乘（OLS）和WLS之后，选择WLS作为最佳拟合方法（更多细节见支持信息S1：补充材料4）。WLS模型在方程[3]中指定，结果显示在表3中。
（3）其中，和是主要研究的因素（孵育温度、孵育时间和盐含量），是的可能的交互作用（二阶和三阶），是测量的响应（信号强度[ncps]），和是模型系数，代表残差。图4显示了所有35个不同实验的因子设计实验数据。实验用代码标记：孵育时间_孵育温度_盐含量（例如，10_70_0对应于孵育时间为10分钟、孵育温度为70°C且NaCl含量为0克/升的实验点）。图4B比较了未优化（5_70_0，黑色圆圈）和优化后的（15_90_180，白色圆圈）静态顶空方法及其灵敏度（线性、LOD和LOQ）。额外研究的温度水平也显示出来，并用红色标记，因为这些数据点没有被建模。表3显示了不同因素的估计参数、标准误差和p值。

m/z 165.162
m/z 151.148

因素
系数
估计值
标准误差
p值

孵育温度（°C）
β1
11.76
0.74
< 0.0001

孵育时间（分钟）
β2
2.50
0.67
0.0003

盐含量（克/升）
β3
10.69
0.75
< 0.0001

温度*时间
β4
-1.52
0.78
0.0543

时间*盐
β5
2.37
0.79
0.0036

温度*盐
β6
5.91
0.87
< 0.0001

温度*时间*盐
β7
-1.08
0.91
0.2439
-5.36
3.72
0.1541

截距
β0
20.50
0.64
< 0.0001

* 表示统计上显著的值（p < 0.05）。孵育温度是提高PTR-MS监测的两种产物顶空灵敏度的主导因素（在两个模型中估计参数最高）。这是预期的，因为温度是增加开放和封闭系统中挥发性化合物蒸气压的关键参数[30]。NaCl是实验设计中第二有影响力的因素。添加NaCl和其他无机盐是分析方法中常见的程序，用于诱导盐析作用。此外，添加大量盐会增加样品体积，从而降低液体和气体相室之间的比例。这也可能提高顶空气体的灵敏度，这一因素不可忽视[30]。这两个因素——温度和盐含量——的相互作用也显著影响了两种产品的测量信号强度。NaCl的溶解度随温度略微增加，这可能解释了为什么两种产品都观察到了这种相互作用效应。通过这样的实验设计可以研究这些关键信息，因为因素（或变量）对给定响应的作用并不总是叠加的[19]。孵育时间也显著影响了m/z 151.148的测量响应（但对m/z 165.162却没有影响）。尽管如此，孵育时间对两种产品的信号响应贡献最小。从技术上讲，孵育时间可以称为平衡时间，它根据样品体积和化合物的溶解度而变化。考虑到固定的相比例β以及这些化合物在水中的相对低溶解度（geosmin为150.2 mg·L?1，2-MIB为194.5 mg·L?1），相应的分馏系数（K）较低，因此时间对测量响应的影响不如其他因素显著。在更好地理解了影响目标产品信号的因素后，在最佳条件（15_90_180）与非优化实验点（5_70_0）下测试了静态顶空气体方法的预期灵敏度提高情况。最佳条件是通过最大化选择的，具体方法见支持信息S1：补充材料3。使用0、5、10、25、50、100和500 ng·L?1的geosmin和2-MIB制备了三份校准曲线。结果显示在图4B中。优化方法的检测限（LOD）和定量限（LOQ）大幅降低，geosmin的LOD为19 ng·L?1（在m/z 165.162处检测到），2-MIB的LOD为4 ng·L?1（在m/z 151.148处检测到）。在110°C和130°C的孵育温度下，响应情况并未按照预期进展，110°C时观察到强度变化较大，而130°C时几乎没有信号。后者部分可归因于这些条件下样品湿度的增加，因为在注射过程中观察到主要水簇的显著增加（见支持信息S1：补充材料4）。为了证明这一点，在所有温度下监测了18O同位素体m/z 21.022（H318O+）和m/z 39.033（H318O(H2O)+）以及16O同位素体m/z 55.039（H316O(H2O)2+），在0和180 g·L?1 NaCl条件下进行测试。观察到在较高温度下单水合物和二水合物簇的增加。然而，目前尚不清楚为什么110°C时的信号相对显著，而130°C时的信号几乎为零。PTR-MS测量中对不同VOC的湿度依赖性已有充分记录，并且发现其变化取决于化合物的化学性质以及PTR-MS的操作条件[32, 33]。假设除了水蒸气在反应中的负面影响外，顶空气瓶中凝结水蒸气的物理积聚（在130°C时发生得更快且更明显）可能阻碍了顶空气中挥发物geosmin和2-MIB的提取。这些观察结果突显了该方法的实验局限性。

3.3 将快速PTR-MS方法与基准GC–MS方法在RAS样品上的比较

为了确定该方法的有效性，并将其与基准程序进行对比分析，使用两种不同的方法分析了一组五个含有未知浓度geosmin的RAS水样品，包括一个对照组和四个添加了geosmin的样品（共六个样品）。使用了5点校准曲线（重复三次）来预测RAS样品中的geosmin浓度（也重复三次测量）。选择了使用PTR-TOF-MS的快速静态顶空气体方法（孵育时间：5分钟），并以旨在量化水中低浓度geosmin的SBSE-GC–MS方法作为基准。后者改编自[12]，保留了提取条件，但使用了更长的搅拌棒（2厘米长）和更大的样品体积（20毫升）以提高灵敏度（见第2.2.3节）。鉴于孵育时间对PTR-MS方法顶空气体灵敏度的影响较低（见第3.3节），选择了最短的孵育时间以缩短分析时间。两种方法的详细规格见表4。

表4. 比较的两种分析方法的技术规格：PTR-MS和SBSE-GC–MS。

| 方法 | 孵育/提取时间（分钟） | 孵育温度（°C） | 搅拌（是/否） | NaCl（是/否） | 样品体积（毫升） | MS | TOF（扫描） | 分离/检测时间（分钟） | 总分析时间（分钟） |
|-----------------|-------------------|------------------|------------------|-----------------|-----------------|------------------|-----------------|-------------------------|
| PTR-MS | 5 | 90 | 是 | 是 | 5 | TOF（SCAN） | <0.1 | ≈5–6 |
| SBSE-GC–MS | 120 | RTa | 是 | 否 | 20 | QMS（SIM m/z 112） | 30 | ≈150 |

a RT：室温（20°C–25°C）。两种方法在样品间的结果相当（见图5）。在添加geosmin的四个样品中，有三个样品（样品1–4）的geosmin浓度没有统计学差异（非配对学生t检验）。这应该鼓励改进，以实现更好的分析质量（更高的准确性、精度、灵敏度和稳定性）。尽管PTR-MS方法的速度大约是GC–MS方法的25–30倍，但速度的提高以灵敏度和分析变异性（重复性较差）为代价。使用PTR-MS测量的分析重复性的CV平均约为20%，而GC–MS分析的CV为5%。图5在图形查看器中打开。

通过两种方法获得的校准曲线（上方）以及相应的geosmin定量结果（下方）进行了比较。每种方法得到的结果之间存在显著差异（p<0.05），用星号（*）标出。开发的静态顶空气体PTR-MS分析方法的检测限与两种无味目标化合物的阈值范围相似，2-MIB的LOD低于OD（4 ng·L?1 vs 15 ng·L?1 OT），而geosmin的LOD高于OD（19 ng·L?1 vs 4 ng·L?1 OT）。因此，该方法代表了一种有前景的筛查方法，可用于检测生产过程中或在不同实验条件下出现的异味峰值。值得注意的是，鉴于分析方法生命周期的复杂性，该方法仍属于开发阶段。下一步将是进一步的验证程序，包括实验室间和再验证程序，以进一步发展这种方法，以实现常规分析[4]。此外，还可以考虑几个进一步的改进措施，以实现对亚纳克级浓度（sub-ng·L?1）的灵敏度。除了仪器灵敏度外，还可以优化样品制备变量，如顶空气瓶容量、注射器容量、样品体积以及其他盐的使用，以进一步提高PTR-MS方法的灵敏度。2-MIB相对于geosmin具有更高的灵敏度，这可能是由于化合物的挥发性差异以及仪器响应因素的影响。2-MIB的挥发性略高且粘性较低，可能导致顶空气体中的积累更高效，从而产生更清晰的仪器响应。长期以来，顶空气体分析与PTR-MS结合使用一直是检测不同水基质中香味化合物的目标方法[1, 2]，尽管主要用于检测ppb级别或更高浓度的化合物。对于分析水中溶解的微量化合物，[20]开发了一种直接的水注入分析与PTR-MS结合的方法，实现了100 ng·L?1的吡啶（m/z 80）的检测限。然而，对于水中具有极低OD的香味化合物（如geosmin和2-MIB）以及具有土腥味的吡嗪类化合物（如2-异丁基-3-甲氧基吡嗪或2-异丙基-3-甲氧基吡嗪）或卤代茴香醇和茴香酮[7, 21, 22]的检测，需要更灵敏的方法。因此，这里的结果展示了通过快速注射使用静态顶空气体PTR-MS测量水中低浓度不需要的异味代谢物的潜力。

4 结论

快速化学分析方法在各个行业中都备受需求，以降低成本并提供高样本通量，从而更快地筛查产品质量。在水产养殖行业中，GC–MS是目前用于量化水中主要异味化合物geosmin和2-甲基异丁子醇的首选方法。尽管GC–MS具有高灵敏度，但样品分析可能既费力又耗时。本研究提出使用PTR-MS作为更快的一种替代方法来量化水中的这两种分析物。通过PTR-TOF-MS优化的快速静态顶空气体注射获得了与已建立的SBSE-GC–MS基准方法相当的结果。这项研究为基于快速注射顶空气体PTR-MS检测的类似分析方法的发展铺平了道路，以便快速监测水中的其他相关（不需要的）代谢物。对于水产养殖行业来说，高通量方法的可用性有助于简化异味检测，实现更连续的产品质量监控，并支持大规模筛查，以减少这些代谢物的存在。理想情况下，现场在线检测这些化合物的方法对于RAS生产商来说将非常有利。这些方法在商业操作中的实施是可行的，但仍与初始投资、运营成本和高度熟练的人工成本相关，这是一个需要克服的挑战。

作者贡献

Pedro Martínez Noguera：概念化、研究方法、方法论设计、验证、数据分析、原始草稿撰写、审阅和编辑、可视化。Sylvester Holt：概念化、方法论设计、撰写、审阅和编辑。Raju Podduturi：方法论设计、撰写、审阅和编辑。Wender L. P. Bredie：撰写、审阅和编辑。Jonathan D. Beauchamp：概念化、方法论设计、撰写、审阅和编辑。Mikael A. Petersen：概念化、方法论设计、撰写、审阅和编辑。

作者感谢Steffanie Fechner在化合物碎片化评估中的技术支持，以及Matteo Egiddi提供RAS样品用于geosmin定量方法的比较。

本研究得到了欧盟“研究与创新框架计划Horizon 2020”下的Marie Sklodowska-Curie培训网络RASOPTA资助协议（编号956 481）的资助。部分数据是通过访问FOODHAY（食品与健康开放创新实验室，丹麦研究基础设施路线图）资助的研究基础设施生成的。

作者声明没有利益冲突。

1 变异系数（CV，以百分比表示）定义为一组测量值或数据点的标准偏差与平均值之间的比率。

数据可用性声明

支持本研究发现的数据可以根据合理请求从相应作者处获得。

为了透明起见，与本文相关的同行评审文件可在https://doi.org/10.1002/rcm.70085获取。

2026/03/27编辑决定函

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