固相萃取-超高效液相色譜-串聯質譜法測定飲用水中18種典型藥品和個人護理品

沈 璐，殷浩文，劉 敏，王櫻芝

(上海市檢測中心生物與安全實驗室，上海 201203)

1999年，Daughton和Ternes第一次提出了藥品和個人護理品(PPCPs)的概念，這是一種隨著人類文明發展而產生的物質，與人類的生活密不可分，主要分為人用型和獸用型，包括了處方藥和非處方藥(抗生素、消炎鎮痛、抗抑郁、降血脂、抗癌藥、抗癲癇藥等)、獸藥(驅蟲、瘦肉精等)、防曬劑、香精、化妝品等。PPCPs也是一種新型化學污染物，人類為了追求過度的健康和美容，農業生產者為了提高家畜的產量和降低家畜死亡率，導致了PPCPs被長期過量使用[1-2]。人類活動造成的PPCPs持續性輸入，可使生物體產生耐藥法，造成生物體內的生殖干擾，引起生態變化等，給人類自身健康帶來潛在危險。

文獻[3]分析了華南地區4份飲用水中的磺胺甲惡唑、甲氧芐啶和卡馬西平，僅在1份水樣中檢出卡馬西平，質量濃度為0.50 ng·L－1；文獻[4]分析了太湖地區飲用水，磺胺甲惡唑、甲氧芐啶和卡馬西平均有檢出，最高質量濃度分別為5.4，3.7，0.65 ng·L－1；文獻[5]在美國東南部地區飲用水中也檢出磺胺甲惡唑、甲氧芐啶和卡馬西平，質量濃度分別為12.7，19.8，25.0 ng·L－1。文獻[6]中在美國飲用水中未檢出磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶以及磺胺噻唑，但檢出的磺胺甲惡唑和甲氧芐啶的最高質量濃度分別為20，1.3 ng·L－1。這些研究表明，飲用水中磺胺類殘留物主要為磺胺甲惡唑和甲氧芐啶，且在世界范圍內的飲用水中均有不同程度的存在，其質量濃度基本在ng·L－1級到μg·L－1級，為痕量殘留。作為發展中的大國，我國PPCPs的年消耗量居高不下，而大部分飲用水來源于地表水，其是否受到PPCPs的污染已經引起了廣泛的關注[7]。

在多數分析中，一般先采用固相萃取法(SPE)對水體樣品中痕量污染物進行富集濃縮，然后采用高效液相色譜法(HPLC)[8]、氣相色譜-質譜法(GCMS)[9]或高效液相色譜-串聯質譜法(HPLC-MS/MS)[10]等方法對其中污染物的含量進行測定。GCMS主要用于分析在高溫下能穩定存在且熔沸點較低的物質；HPLC適用于分析具有高沸點且帶有吸收基團的物質；HPLC-MS/MS較常規液相色譜法具有高的靈敏度，已被廣泛用于環境中痕量污染物分析，文獻[11]采用固相萃取-高效液相色譜-串聯質譜法，分析了江蘇省某市3個典型地表飲用水水源中5類(14種)抗生素質量濃度特征。

由于水中PPCPs含量較低，采用手動固相萃取的傳統方法不僅過程耗時，還會引入人為因素的干擾。因此，本工作通過優化全自動固相萃取前處理及超高效液相色譜-三重四極桿串聯質譜條件，建立飲用水中典型PPCPs的超高效液相色譜-三重四極桿串聯質譜分析方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Acquity/Quattro Premier XE型超高效液相色譜-三重四極桿串聯質譜儀；DIONEXAuto Trace 280型自動固相萃取儀；MultivapTM118型氮吹儀；MilliQ A10 型超純水系統；07550-50 型蠕動泵；5452型小型離心機；HS201-2 型磁力攪拌裝置；S220型pH 計；AL204型電子分析天平；SY-720型超聲波儀；DANCER S25型渦旋儀；Oasis HLB 型固相萃取柱(500 mg，6 mL)；7182-004型硝酸纖維濾膜(0.2 μm，直徑47 mm)；Millex-GV SLGVX13NL型聚偏氟乙烯針式過濾器(0.22μm，直徑13 mm)。

PPCPs混合標準儲備溶液:1 g·L－1，分別稱取18種PPCPs標準品(西布特羅、磺胺苯吡唑、克林霉素、卡馬西平、四咪唑、磺胺吡啶、磺胺噻唑、噻菌靈、4-乙酰氨基安替比林、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲二唑、磺胺對甲氧嘧啶、磺胺甲氧噠嗪、甲氧芐啶、磺胺甲惡唑、妥布特羅、磺胺二甲氧嘧啶和吡喹酮，純度均大于98%)各10 mg，用甲醇超聲溶解，并用甲醇定容至10.0 mL，于－18 ℃下保存備用。使用時用甲醇逐級稀釋，最終進樣分析樣品溶解在20%(體積分數，下同)甲醇溶液中。

甲醇、乙腈為色譜純；甲酸銨、甲酸為分析純；試驗用水為超純水。

飲用水水樣由全國不同區域的7個自來水公司提供，用相同規格的4 L棕色玻璃瓶保存，并在室溫下運回實驗室，于4 ℃下冰箱保存，2 d內完成從采樣到樣品分析。

1.2 儀器工作條件

1)色譜條件 Waters UPLCTMBEH C18色譜柱(100 mm×2.1 mm，1.7μm)，柱溫為40 ℃；進樣量10μL，流量0.2 mL·min－1；流動相:A 為含0.1%(體積分數，下同)甲酸的8 mmol·L－1甲酸銨溶液，B為體積比為1∶1的含0.1%甲酸的甲醇-乙腈溶液。梯度洗脫程序:0～1.0 min時，B 為5%；1.0～10.0 min時，B由5%升至20%，保持5.0 min；15.0～20.0 min 時，B 由20% 升至50%，保持3.5 min；23.5～26.5 min時，B 由50%升至100%，保持3.5 min；30.0～32.0 min 時，B 由100%降至5%，保持2.0 min。

2)質譜條件 電噴霧離子源正離子(ESI＋)模式；掃描方式為多反應監測(MRM)模式；毛細管電壓3.0 kV；離子源溫度為120 ℃，脫溶劑溫度為300 ℃，脫溶劑氣流量650 L·h－1，錐孔反吹氣流量50 L·h－1。

其余質譜參數見表1。

表1 質譜參數Tab.1 MS parameters

表1 (續)

1.3 試驗方法

取水樣1 L 用0.2μm 微孔濾膜過濾，濾液以5 mL·min－1的上樣流量過依次用10 mL 甲醇，10 mL水，15%(體積分數，下同)甲醇溶液10 mL活化后的HLB固相萃取柱，用10 mL 水和15%甲醇溶液10 mL 淋洗柱子，并用15 mL 甲醇洗脫柱子，收集洗脫液，在30 ℃下吹氮至200μL，用水定容至1.0 mL，渦旋混勻，以12 000 r·min－1的轉速離心10 min，取上清液過0.22μm 針式過濾器，濾液按照儀器工作條件進行測定。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的優化

試驗考察分別采用甲醇、乙腈、甲醇-乙腈(體積比為1∶1)溶液作為流動相B時對18種PPCPs的離子化效率和色譜峰效果的影響。試驗發現，甲醇比乙腈更容易使目標化合物電離，當以甲醇-乙腈(體積比為1∶1)溶液作為流動相B時，目標化合物的響應靈敏度較高，但西布特羅、四咪唑和甲氧芐啶的色譜存在峰展較寬和拖尾現象明顯等問題，如圖1(a)所示。試驗選擇在流動相B 中加入適量有機酸來改善峰形，結果見圖1(b)。

當有機相甲醇-乙腈(體積比為1∶1)溶液中甲酸的體積分數達到0.1%時，色譜峰峰形明顯改善，柱效顯著提高。試驗選擇流動相B 為含0.1%甲酸的甲醇-乙腈(體積比為1∶1)溶液。

圖1 西布特羅、四咪唑、甲氧芐啶在流動相B加酸前后的色譜圖Fig.1 Chromatogram of cimbuterol，tetraimidazole and trimethoprim before and after adding acid to the mobile phase B

在優化色譜條件下，18種PPCPs在34 min內均得到了較好的分離，18種PPCPs混合標準溶液的色譜圖見圖2。

圖2 18種PPCPs混合標準溶液的色譜圖Fig.2 Chromatogram of mixed standard solution of the 18 PPCPs

2.2 SPE條件的優化

2.2.1 SPE上樣流量

試驗考察了采用不同上樣流量(2，5，10 mL·min－1)時對18 種PPCPs回收率的影響，結果見圖3。

圖3 上樣流量對18種PPCPs回收率的影響Fig.3 Effect of flow-rate of introduction of sample solution on the recovery of the 18 PPCPs

由圖3可見:目標化合物的回收率隨著上樣流量增加而增加。當上樣流量為2 mL·min－1時，大多數的目標化合物回收率在50.0%左右；當上樣流量增加至5 mL·min－1時，除了噻菌靈和克林霉素外，其他16種PPCPs的回收率為61.6%～94.4%；繼續增加上樣流量至10 mL·min－1，磺胺噻唑和磺胺對甲氧嘧啶的回收率超過150%，不滿足分析要求。因此，試驗選擇SPE 上樣流量為5 mL·min－1。

2.2.2 淋洗劑體積分數

試驗考察了分別采用不同體積分數甲醇溶液作為淋洗劑時對18種PPCPs回收率的影響，結果見圖4。

由圖4可知:當淋洗劑中甲醇的體積分數不大于10%時，由于樣品基質中的雜質沒有被充分淋洗掉，一些目標化合物的基質效應較明顯，噻菌靈和磺胺對甲氧嘧啶的回收率大于150%，而磺胺甲氧噠嗪和克林霉素的回收率不足50%；隨著甲醇體積分數的增大，目標化合物的回收率明顯改善；但當甲醇的體積分數增至20%時，克林霉素的回收率降低，這可能由目標化合物被部分洗脫掉造成的；當采用15%的甲醇溶液為淋洗劑時，既能保證目標化合物的回收率，又能盡可能去除本底雜質。試驗選擇15%甲醇溶液為淋洗劑。

圖4 不同體積分數的甲醇溶液作淋洗劑對18種PPCPs回收率的影響Fig.4 Effect of volume concentration of methanol as rinsing solvent on the recovery of the 18 PPCPs

2.2.3 洗脫劑體積

試驗考察了分別選擇不同體積的甲醇為洗脫劑時對18種PPCPs回收率的影響，見圖5。

圖5 甲醇體積對18種PPCPs回收率的影響Fig.5 Effect of the volume of methanol on the recovery of the 18 PPCPs

由圖5 可見:當洗脫劑的體積為5，10，15，20 mL時，18種PPCPs的回收率分別為13.3%～106%，17.7%～119%，61.4%～136%，60.3%～129%。隨著洗脫劑體積增加，各待測物質的回收率也隨之增加。當甲醇體積為15 mL時，各目標化合物的回收率與20 mL 甲醇的基本一致。試驗選擇洗脫劑甲醇的體積為15 mL。

2.3 標準曲線、檢出限和測定下限

配制0.001，0.005，0.01，0.05，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，15.0μg·L－1的18種PPCPs混合標準溶液系列，在儀器工作條件下測定，以18種PPCPs的質量濃度為橫坐標，其對應的色譜峰面積為縱坐標繪制標準曲線，線性范圍、線性回歸方程和相關系數見表2。按照試驗方法對實際水樣進行加標試驗，分別以3倍和10倍信噪比計算方法檢出限(3S/N)和測定下限(10S/N)，結果見表2。

表2 線性參數、檢出限和測定下限Tab.2 Linearity parameters，limits of detection and lower limits of determination

2.4 精密度和回收試驗

按照試驗方法分別對超純水和實驗室自來水進行1.00，10.0 ng·L－1等2個濃度水平的加標回收試驗，每個加標濃度平行測定5次，計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)。超純水和自來水樣品的精密度和回收試驗結果見表3。

表3 超純水和自來水樣品的精密度和回收試驗結果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery for samples of extrapure water and tap water(n＝5)

表3 (續)

由表3結果可以看出:18種PPCPs在超純水中的回收率為64.4%～113%，RSD%為1.6%～19%；在自來水中的回收率為78.2%～116%，RSD為2.8%～18%。這表明方法具有較好的回收率和精密度，可用于實際樣品的分析。

2.5 樣品分析

按照試驗方法對飲用水水樣中的PPCPs含量進行測定，結果見表4。

表4 飲用水樣品分析結果(n＝2)Tab.4 Analytical results of drinking water samples(n＝2)ng·L－1

表4 (續)ng·L－1

由表4可知:在采集的絕大部分居民飲用水中，18種PPCPs均未檢出。4-乙酰氨基安替比林在3份水樣中的質量濃度高于1 ng·L－1，這是由于4-乙酰氨基安替比林為安乃近的代謝產物[12]，而安乃近的大量使用導致了4-乙酰氨基安替比林在水體中普遍存在。卡馬西平作為一種常用的抗抑郁藥，在所有的水樣中均有檢出，其中1個水樣中質量濃度大于1 ng·L－1，盡管濃度不高，但說明了其在水樣中的普遍存在性[13]。吡喹酮、噻菌靈和四咪唑一般用作獸藥殺蟲劑或植物殺菌劑，其在飲用水中均有較低含量的檢出，這與我國獸藥殺蟲劑與殺菌劑的廣泛使用有關。磺胺類藥物的整體檢出率較低，磺胺甲惡唑、磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、甲氧芐啶有一定程度的檢出，這是由于磺胺甲惡唑、甲氧芐啶在水體中普遍存在[13]。

本工作建立了固相萃取-UPLC-MS/MS 測定飲用水中18種PPCPs含量的方法，該方法簡單、高效、檢出限低、重現性好，能有效測定飲用水中PPCPs的含量，可為我國PPCPs檢測方法標準體系的建設提供參考。