高效液相色谱测定地下水、土壤及粪便中4种磺胺类抗生素
2014-12-16周爱霞苏小四高松张玉玲林学钰张
周爱霞+苏小四+高松+张玉玲+林学钰+张兰英+安永磊
摘 要 应用固相微萃取盘结合高效液相色谱方法,建立了地下水、土壤及粪便中4种常用磺胺类兽药抗生素的检测方法。考察了洗脱液、萃取膜种类对地下水中磺胺类抗生素回收率的影响,确定了最佳富集条件:甲醇与1.0%甲酸溶液的混合液作为洗脱液,HLB(二乙烯苯 N 乙烯基吡咯烷酮聚合物)膜作为萃取膜;考察了不同前处理方法对于土壤、粪便中磺胺类抗生素回收率的影响,确定了最佳提取条件:1.0 g土壤(粪便)加10 mL提取液(0.1%甲酸 甲醇,7∶3,V/V)重复提取两次。实验表明,利用甲醇与1.0%甲酸的混合液作为标准溶液的基体或测试样品的基体,4种磺胺类抗生素的响应值是纯甲醇的8~10倍。在最佳测试条件下,4种磺胺类抗生素在0.005~10.0 mg/L范围内呈良好的线性关系,线性相关系数均大于0.9999; 磺胺噻唑(ST)、磺胺甲基嘧啶(SM)、磺胺二甲基嘧啶(SM2)和磺胺甲恶唑(SMX)的检出限分别为1.08,3.56,4.63和1.84 ng/L(S/N=3);其中固相微萃取盘对于地下水样的富集倍数为4000倍;7次平行测定的相对标准偏差为0.1%~0.4%。对实际样品的加标回收率为69.8%~117.6%。
关键词 高效液相色谱; 磺胺类抗生素; 地下水; 土壤; 粪便
1 引 言
磺胺类药物是畜牧养殖中常用的兽药之一,在日常生产中的用量非常大。动物摄入磺胺类药物后,主要经过粪尿的途径排出体外,进入外界环境,并受到外界环境中的理化或生物因素的影响,发生迁移、转化,并对水环境和土壤环境造成潜在的威胁。
磺胺类抗生素是水溶性较强、挥发性较差的一类化合物,使用气相色谱 质谱联用进行分析时, 必须进行复杂的衍生化反应,反应过程的不可控性对分析结果的重现性影响较大,目前已不多用[1,2]。马丽丽等[3]利用固相萃取 高效液相色谱串联质谱法同时测定了土壤中磺胺类、四环素类和喹诺酮类抗生素;唐才明等[4]利用高效液相色谱 串联质谱法对城市污水中的微量磺胺类等抗生素进行了测试。虽然高效液相质谱联用仪(LC/MS/MS)对于磺胺类抗生素的检出限低,但是由于使用测试成本较高,不易推广使用。因此液相色谱方法成为抗生素检测的主流技术。其中, 液相色谱 紫外检测法(LC UV)和液相色谱 荧光检测法(LC FLD)在抗生素分析中使用较多。吴翠琴等[5]利用离子液体单滴微萃取 高效液相色谱对水环境中的7中磺胺类抗生素进行了测试,虽然使用离子液体对水样萃取的方法更加环保,但是离子液体具有吸水性强,实验需在惰性环境中进行,价格昂贵,限制了实际水样测试的可操作性。He等[6]利用分子印迹法结合HPLC UV检测了牛奶中的磺胺类抗生素,但是由于分子印迹的功能单体与模板形成时在高温下不稳定,反应需在低温下进行,对环境条件要求较为苛刻,不易推广。彭英等[7]采用固相萃取 HPLC方法测定了牛奶中4种磺胺类药物残留。Malintan等[8]利用3 mg的HLB固相微萃取柱对养猪场废水中的磺胺类抗生素进行了萃取浓缩,利用HPLC UV进行检测,但回收率不高且检出限较高。HLB固相微萃取柱为应用较多的水样中抗生素的萃取富集方法,但是对于地下水中低浓度的抗生素的萃取浓缩需要大体积的水量,需要较长的萃取时间。近几年发展起来的固相微萃取盘以其快速、大体积、操作简便等优点逐渐被应用到环境样品中兽药抗生素的测试。
本实验是在检测动物组织中的兽药残留方法的基础上进行改进,建立了地下水、土壤和粪便样品中抗生素的快速灵敏准确的高效液相色谱检测方法。地下水及土壤中的抗生素含量较低,因此提高检测方法的灵敏度,降低检出限,提高水样的浓缩倍数是目前迫切解决的问题。2 实验部分
2.1 仪器与试剂
Agilent 1200series 高效液相色谱仪(美国Agilent 公司);pH计(德国Sartorius公司);全自动固相萃取系统(SPE DEX4790,美国Horizon Technology公司);HY回旋振荡器(国华电器有限公司)。
磺胺噻唑(Sulfathiazole, ST),磺胺甲基嘧啶(Sulfamethyldiazine, SM),磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine, SM2),磺胺甲恶唑 (Sulfamethoxazole, SMX),纯度≥99.9%(Sigma公司);甲醇、乙腈为色谱纯;NaOH、甲酸为分析纯(北京化工试剂有限公司);实验用水为超纯水。
2.2 标准溶液的配制
准确称取适量磺胺标准品,用甲醇配制成5.0 g/L的标准储备液,其中磺胺甲基嘧啶配制过程中加入几滴NaOH溶液促进溶解,
Symbolm@@ 20 ℃保存,使用时,以甲醇稀释至所需浓度。
2.3 色谱条件
Agilent XDB C18色谱柱(150 mm×46 mm, 5 μm);流动相0.1%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合液,甲醇用前以微孔有机滤膜(0.45 μm)过滤,0.1%甲酸溶液用微孔水系滤膜(0.45 μm)过滤,超声脱气;流速:0.8 mL/min;温度:30 ℃;检测波长:270 nm;进样量:50 μL。
2.4 样品前处理方法
(1) 取4.0 L地下水样品,4000 r/min离心取上清液,使用HLB萃取膜,利用固相微萃取盘进行萃取,洗脱液为甲醇和1.0%甲酸的混合液,洗脱程序如表1所示,氮吹至干,利用上述0.1%甲酸 甲醇
(7∶3,V/V)混合液定容至1.0 mL。 (2)土壤和粪便样品 取土壤或粪便样品,自然风干,研磨过2 mm的筛网,备用。称取1.0 g土壤放入100 mL锥形瓶中,加入10.0 mL 1.0%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合液提取,摇床振荡2 h,4000 r/min离心10 min,重复一次, 收集提取液,用0.45 mm有机系滤膜过滤,待测。
3 结果与讨论
3.1 色谱条件的选择
3.1.1 检测波长的选择 在磺胺类药物的结构中有一个苯环,在紫外条件下有特征吸收,因此,可直接用紫外检测器进行测定。参考文献\[9,10], 检测波长选取270 nm。
3.1.2 流动相的选择 参考文献[11,12],选取6种流动相进行了实验,由表2可知,流动相a的响应值不高,流动相b,c,e,f的磺胺噻唑和磺胺甲基嘧啶的保留时间相近,积分误差比较大,因此选取d为流动相。
3.1.3 样品基体的选择 利用1.0%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合液混合液作为样品的基体,4种磺胺类兽药抗生素的响应值比纯甲醇高很多,如图1所示。
3.2 前处理方法的选择
地下水样品选取HLB、C18固相微萃取膜进行回收率的测定。结果表明,HLB萃取膜回收率明显高于C18萃取膜,且回收率符合要求,因此选用HLB固相萃取膜进行地下水的浓缩萃取。取1.0,2.0和5.0 g土壤、粪便样品,加入标准溶液,
3.3 测试方法的线性范围、检出限、精密度
3.3.1 标准工作曲线和测量精密度 分别配制4种磺胺类抗生素的标准溶液: 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0和10.0 mg/L的系列标准溶液,以浓度和积分面积进行曲线拟合。ST的线性方程为y=204.4x+0.4422, r=0.9999; SM的线性方程为
y=231.9x-4.5157,r=0.9999;SM2的线性方程为y=224.95x-0.5497, r=0.9999;SMX的线性方程为y=271.22x-0.9443,r=0.9999,线性区间为0.005~10.0 mg/L。ST,SM,SM2和SMX的线性良好,而且线性范围较宽。选定某一浓度的标准样品,在相同条件下重复进样7次,ST,SM,SM2和SMX的RSD分别为0.40%, 0.12%, 0.18%和0.23%,均满足仪器精密度要求。说明本方法适合环境样品中磺胺类抗生素的测定。
3.3.2 方法的加标回收率和检出限 在地下水,土壤和粪便样品中分别加入不同浓度的4种磺胺类抗生素药品,确定方法的回收率。各溶液中4种磺胺类抗生素的加标浓度、平均回收率如表4所示。
配制0. 05mg/L的4种磺胺类抗生素平行样各7份,采用上述方法分析。以测量值标准偏差的3倍计算出4种抗生素的检出限为1.08 ng/L (ST), 3.56 ng/L(SM), 4.63 ng/L(SM2)和1.84 ng/L(SMX)。
3.4 实际样品分析
在黑龙江省某大型集中畜牧养殖厂附近,采集地下水、土壤及粪便样品,采用本方法对所采集的样品进行测试,结果如表5所示。本方法与高效液相色谱 质谱联用仪的测试结果进行了对比,测试误差均低于5%,满足分析要求。
本研究采用HLB萃取膜对地下水样品中的磺胺类抗生素进行了萃取浓缩,土壤和粪便样品中的磺胺类抗生素采用0.1%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合提取液进行了提取,利用高效液相色谱法对4种磺胺类抗生素进行测试分析,并测试了实际样品。图2和图3分别为磺胺标准和典型水样的色谱图。
实验结果表明, 本方法具有前处理方法简单快速,对地下水的富集倍数高,回收率高,方法检出限低,标准曲线线性范围宽、分析速度快等优点,相对于LC/MS/MS方法,成本较低,适用于各种水体、土壤及粪便中的磺胺类抗生素的快速检测。
References
1 Reeves V B.J. Chromatogr. B,1999, 723: 127-137
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包艳萍, 李彦文, 莫测辉, 姚 圆, 邰义萍, 吴小莲, 张 艳. 环境化学, 2010, 29(3): 513-518
11 ZHANG He Hui, WANG Ping, LI Jie.Chinese Journal of Chromatography, 2007, 25(2): 238-240
郑和辉, 王 萍, 李 洁. 色谱, 2007, 25(2): 238-240
12 TAN Jian Hua, TANG Cai Ming, YU Yi Yi, PENG Xian Zhi.Chinese Journal of Chromatography, 2007, 25(4): 546-549
谭建华, 唐才明, 余以义, 彭先芝. 色谱, 2007, 25(4): 546-549
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苏仲毅, 陈 猛, 袁东星, 游明华. 厦门大学学报(自然科学版), 2007, 46(1): 72-76
3 结果与讨论
3.1 色谱条件的选择
3.1.1 检测波长的选择 在磺胺类药物的结构中有一个苯环,在紫外条件下有特征吸收,因此,可直接用紫外检测器进行测定。参考文献\[9,10], 检测波长选取270 nm。
3.1.2 流动相的选择 参考文献[11,12],选取6种流动相进行了实验,由表2可知,流动相a的响应值不高,流动相b,c,e,f的磺胺噻唑和磺胺甲基嘧啶的保留时间相近,积分误差比较大,因此选取d为流动相。
3.1.3 样品基体的选择 利用1.0%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合液混合液作为样品的基体,4种磺胺类兽药抗生素的响应值比纯甲醇高很多,如图1所示。
3.2 前处理方法的选择
地下水样品选取HLB、C18固相微萃取膜进行回收率的测定。结果表明,HLB萃取膜回收率明显高于C18萃取膜,且回收率符合要求,因此选用HLB固相萃取膜进行地下水的浓缩萃取。取1.0,2.0和5.0 g土壤、粪便样品,加入标准溶液,
3.3 测试方法的线性范围、检出限、精密度
3.3.1 标准工作曲线和测量精密度 分别配制4种磺胺类抗生素的标准溶液: 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0和10.0 mg/L的系列标准溶液,以浓度和积分面积进行曲线拟合。ST的线性方程为y=204.4x+0.4422, r=0.9999; SM的线性方程为
y=231.9x-4.5157,r=0.9999;SM2的线性方程为y=224.95x-0.5497, r=0.9999;SMX的线性方程为y=271.22x-0.9443,r=0.9999,线性区间为0.005~10.0 mg/L。ST,SM,SM2和SMX的线性良好,而且线性范围较宽。选定某一浓度的标准样品,在相同条件下重复进样7次,ST,SM,SM2和SMX的RSD分别为0.40%, 0.12%, 0.18%和0.23%,均满足仪器精密度要求。说明本方法适合环境样品中磺胺类抗生素的测定。
3.3.2 方法的加标回收率和检出限 在地下水,土壤和粪便样品中分别加入不同浓度的4种磺胺类抗生素药品,确定方法的回收率。各溶液中4种磺胺类抗生素的加标浓度、平均回收率如表4所示。
配制0. 05mg/L的4种磺胺类抗生素平行样各7份,采用上述方法分析。以测量值标准偏差的3倍计算出4种抗生素的检出限为1.08 ng/L (ST), 3.56 ng/L(SM), 4.63 ng/L(SM2)和1.84 ng/L(SMX)。
3.4 实际样品分析
在黑龙江省某大型集中畜牧养殖厂附近,采集地下水、土壤及粪便样品,采用本方法对所采集的样品进行测试,结果如表5所示。本方法与高效液相色谱 质谱联用仪的测试结果进行了对比,测试误差均低于5%,满足分析要求。
本研究采用HLB萃取膜对地下水样品中的磺胺类抗生素进行了萃取浓缩,土壤和粪便样品中的磺胺类抗生素采用0.1%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合提取液进行了提取,利用高效液相色谱法对4种磺胺类抗生素进行测试分析,并测试了实际样品。图2和图3分别为磺胺标准和典型水样的色谱图。
实验结果表明, 本方法具有前处理方法简单快速,对地下水的富集倍数高,回收率高,方法检出限低,标准曲线线性范围宽、分析速度快等优点,相对于LC/MS/MS方法,成本较低,适用于各种水体、土壤及粪便中的磺胺类抗生素的快速检测。
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3 结果与讨论
3.1 色谱条件的选择
3.1.1 检测波长的选择 在磺胺类药物的结构中有一个苯环,在紫外条件下有特征吸收,因此,可直接用紫外检测器进行测定。参考文献\[9,10], 检测波长选取270 nm。
3.1.2 流动相的选择 参考文献[11,12],选取6种流动相进行了实验,由表2可知,流动相a的响应值不高,流动相b,c,e,f的磺胺噻唑和磺胺甲基嘧啶的保留时间相近,积分误差比较大,因此选取d为流动相。
3.1.3 样品基体的选择 利用1.0%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合液混合液作为样品的基体,4种磺胺类兽药抗生素的响应值比纯甲醇高很多,如图1所示。
3.2 前处理方法的选择
地下水样品选取HLB、C18固相微萃取膜进行回收率的测定。结果表明,HLB萃取膜回收率明显高于C18萃取膜,且回收率符合要求,因此选用HLB固相萃取膜进行地下水的浓缩萃取。取1.0,2.0和5.0 g土壤、粪便样品,加入标准溶液,
3.3 测试方法的线性范围、检出限、精密度
3.3.1 标准工作曲线和测量精密度 分别配制4种磺胺类抗生素的标准溶液: 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0和10.0 mg/L的系列标准溶液,以浓度和积分面积进行曲线拟合。ST的线性方程为y=204.4x+0.4422, r=0.9999; SM的线性方程为
y=231.9x-4.5157,r=0.9999;SM2的线性方程为y=224.95x-0.5497, r=0.9999;SMX的线性方程为y=271.22x-0.9443,r=0.9999,线性区间为0.005~10.0 mg/L。ST,SM,SM2和SMX的线性良好,而且线性范围较宽。选定某一浓度的标准样品,在相同条件下重复进样7次,ST,SM,SM2和SMX的RSD分别为0.40%, 0.12%, 0.18%和0.23%,均满足仪器精密度要求。说明本方法适合环境样品中磺胺类抗生素的测定。
3.3.2 方法的加标回收率和检出限 在地下水,土壤和粪便样品中分别加入不同浓度的4种磺胺类抗生素药品,确定方法的回收率。各溶液中4种磺胺类抗生素的加标浓度、平均回收率如表4所示。
配制0. 05mg/L的4种磺胺类抗生素平行样各7份,采用上述方法分析。以测量值标准偏差的3倍计算出4种抗生素的检出限为1.08 ng/L (ST), 3.56 ng/L(SM), 4.63 ng/L(SM2)和1.84 ng/L(SMX)。
3.4 实际样品分析
在黑龙江省某大型集中畜牧养殖厂附近,采集地下水、土壤及粪便样品,采用本方法对所采集的样品进行测试,结果如表5所示。本方法与高效液相色谱 质谱联用仪的测试结果进行了对比,测试误差均低于5%,满足分析要求。
本研究采用HLB萃取膜对地下水样品中的磺胺类抗生素进行了萃取浓缩,土壤和粪便样品中的磺胺类抗生素采用0.1%甲酸 甲醇(7∶3,V/V)混合提取液进行了提取,利用高效液相色谱法对4种磺胺类抗生素进行测试分析,并测试了实际样品。图2和图3分别为磺胺标准和典型水样的色谱图。
实验结果表明, 本方法具有前处理方法简单快速,对地下水的富集倍数高,回收率高,方法检出限低,标准曲线线性范围宽、分析速度快等优点,相对于LC/MS/MS方法,成本较低,适用于各种水体、土壤及粪便中的磺胺类抗生素的快速检测。
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