液相色谱串联质谱同位素稀释法测定污水中卡马西平

盛灵慧陈红瑞霍英斌杜伟钊

（1.中国计量科学研究院，北京100013；2.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；3.中国科学院资源与环境学院，北京 100049；4.北京化工大学，北京 100029）

液相色谱串联质谱同位素稀释法测定污水中卡马西平

盛灵慧1，3，陈红瑞2，霍英斌2，杜伟钊1，4

（1.中国计量科学研究院，北京100013；2.中国科学院生态环境研究中心，北京100085；3.中国科学院资源与环境学院，北京 100049；4.北京化工大学，北京 100029）

卡马西平作为主要的水环境药物污染物，具有极高的检出率。为准确测定污水中卡马西平，该文建立同位素稀释液相色谱串联质谱法。采用卡马西平同位素内标，有效地消除样品前处理过程的干扰，实现卡马西平的准确定量检测。方法的检出限为0.045ng/mL，方法线性系数r2=0.999（0.5～20ng/mL）。3个污水厂样品测定结果显示，在当前的工艺条件下，卡马西平不能被有效消除，排放水中卡马西平的最高质量浓度可达128.86ng/L。

药物；污染物；卡马西平；液相色谱串联质谱

0 引 言

当前大量的人用药物不断地在水体、土壤等环境介质中被发现[1-3]。尽管相对于其他农药、工业污染物等，人用药物的浓度相对较低，但是因为此类物质在生物体内具有确定的靶点，生物活性明确，并且随着人类的不断使用而在环境中的存在浓度相对恒定，目前已经对环境生态安全和生物健康构成一定危害，因此有必要对环境中的药物进行有效的监测。

抗癫痫药物作为一类特殊的精神性药品，具有严格的使用和管控规定。当前在水环境中已经有多种精神性药物被检测到，其中典型的抗癫痫药物卡马西平具有较高的检出率，在污水中的最高检出质量浓度可达3.2μg/L[4-6]。环境中的卡马西平通过紫外线照射会提高吖啶和吖啶酮浓度，对水体中的微生物、水藻、软体动物表现出显著的毒性，并且在临床上已经有卡马西平导致畸形的相关报道[7-8]。2012年我国卡马西平的年产量为2000t，占世界总产量的40%。巨大的生产和消耗必将给环境带来严重影响。目前，测定卡马西平的方法主要有液相色谱法、气相色谱法、液相色谱质谱法、免疫法等[4-7]。液相色谱串联质谱法具有高灵敏度和良好的特异性，因此在水体污染物的检测中得到广泛应用。本文采用同位素稀释质谱法对城市污水中的卡马西平进行了检测分析。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1290型超高压液相色谱（USA，Agilent）；5500Q质谱（USA，AB Sciex）；DEX4790型固相萃取仪（USA，Horizon）；MIT-2800氮吹仪；MS3漩涡混合仪（GERMAN，IKA）；Milli-Q超纯水仪（USA，millipore）；阳离子固相萃取盘、C18固相萃取盘和C8固相萃取盘（USA，3M），HLB-M固相萃取盘（USA，Horizon）；菲罗门XB色谱柱（150 mm×2.1 mm×1.7μm，购自广州菲罗门公司）。卡马西平纯度标准物质，实验室自行制备；卡马西平同位素标记物（C15D10H2N2O，USA，CIL）。乙腈、甲醇、甲酸、纯水（Germany，Merck，HPLC级），乙酸铵（中国，百灵威公司，分析纯），氨水（中国，陇西化工，分析纯）。测试水样于2013年11月取自北京和无锡污水处理厂，均为24h混合水样。

1.2 标准曲线配制

准确称取10mg卡马西平样品溶解于10mL甲醇中，标记为标准贮备液，并用甲醇稀释到100ng/mL，并标记为母液1#。准确配制卡马西平同位素标记物溶液1 μg/mL。采用1#母液依次配制质量浓度为0.625，1.25，2.5，5，10，20 ng/mL标准溶液，将配制好的卡马西平同位素标记物溶液依次加入到以上6个质量浓度的标准溶液中，每点各加入10μL。

1.3 样品前处理

固相萃取前，将200mL污水样品依次通过1μm玻璃纤维滤膜和0.22 μm的醋酸纤维素滤膜，过滤去除悬浮颗粒物。用HCl将样品pH值调节至3.0，采用C8（3M，USA）固相萃取盘进行样品富集和净化。首先顺序加入8mL甲醇、16mL水对固相萃取柱进行活化处理，接着加载200mL样品到固相萃取盘上进行过滤富集，流量控制在30～40mL/min，随后采用10mL超纯水和含10%甲醇的8mL水溶液进行样品净化，最后采用12mL氨水/甲醇（6%，ν/ν）溶液对固相萃取盘进行洗脱。洗脱液在40℃条件下氮吹浓缩至1 mL，随后采用50%乙腈定容至4 mL，过滤后上机测定。

1.4 仪器参数

采用液相色谱串联质谱对样品进行检测，色谱条件：柱温为20℃，流量为0.25mL/min，进样量为2μL；流动相：乙腈（A），5mmol/L乙酸胺溶液（B），pH=3.6。梯度洗脱：0min 25%；10min 60%乙腈。

质谱条件：ESI离子源，正离子模式扫描；气帘气（curtain gas）45 psi，雾化气（gas 1）60 psi，辅助加热气（gas 2）50psi，离子源电压5000V，雾化温度550℃。卡马西平及其同位素标记物的去簇电压（DP）、碰撞能（CE）、出口电压（CXP）等质谱参数见表1。

表1 卡马西平测定质谱参数1）

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

在实验过程中通过考察两款专门用于碱性药物分析的色谱柱，分别为waters公司的CSH表面电荷杂化颗粒色谱柱和菲罗门公司的XB C18色谱柱。试验发现waters CSH色谱柱对目标化合物的保留过强，卡马西平及其同位素标记物不易被洗脱，并且色谱峰脱尾。而XB C18因为采用丁基对硅烷基进行了修饰，在对于碱性药物的分离中显现出了良好的分离效果。卡马西平及其同位素总离子流图如图1所示。

2.2 SPE柱的选择

图1 卡马西平及其同位素总离子流图

目前对于环境中痕量药物的富集与净化通常采用N-乙烯基吡咯烷酮-二乙烯苯高聚物填充的固相色谱柱/盘进行，代表性的产品有waters公司的Oasis HLB和菲罗门公司的strata-x等[8-10]。此类型的色谱柱/盘适用性广，可以实现水体中大多数痕量药物的有效保留。但试验中发现，此种类型填料对于卡马西平的保留并不理想。实验中通过对HLB、MCX、C18和C8 4款不同类型萃取填料的比较发现，C8固相填料对卡马西平具有良好的保留，在4种填料中具有最高回收率（85%～102%）。因此在本方法中选择C8固相萃取盘进行样品的富集与净化。

2.3 方法的线性和检出限

图2 卡马西平/同位素比例标准曲线

采用1.2中的标准溶液对方法的线性进行了检测，检出限和定量限分别为0.045 ng/mL（3倍信噪比）和0.15ng/mL（10倍信噪比）。在0.625～20ng/mL的浓度范围内，卡马西平的线性方程为y=1.213 4x+ 0.046 1，线性回归系数r2=0.999 3，采用同位素内标所获取的标准曲线如图2所示。

2.4 加标回收率及方法精密度

准确称取同一空白水样3份各200mL，分别加入3个不同添加水平（20，50，100 ng/L）的卡马西平母液1#标准品溶液及10 μL卡马西平标记物，每个添加水平3份，按1.3和1.4节的方法对样品进行分析测定，计算回收率及相对标准偏差，结果见表2。在不同的加标浓度下，卡马西平的回收率范围均在85%～96%之间，相对标准偏差均在5%以下，符合测定要求。

表2 加标回收率及RSD

2.5 环境样品分析

采用以上的方法对采自北京、无锡的3个污水处理厂的样品进行了分析，实验结果如表3所示，其中北京的污水厂考察了总进水、厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）段出水、生物膜（MBR）段出水、总出水样品中的卡马西平浓度，无锡的污水厂对进水和出水进行了测试，结果如表3所示。通过对表3的数据分析可知目前已有的污水处理工艺不能有效去除卡马西平，出水样本中卡马西平最高浓度可达128.86ng/L。在试验中比较了A/A/O和MBR两种不同污水处理工艺，两种工艺的核心都是采用由微生物构成的活性污泥对污染物进行降解处理，从实验结果中可以看到厌氧-缺氧-好氧（A/A/O）三级微生物反应体系的处理效率优于膜-生物反应器（MBR）体系，这一结果与Yan等[11]的报道相一致，他指出生物膜法对污水中的卡马西平去除效果甚微，并且通过膜的富集作用，部分样本中卡马西平出水浓度要高于进水浓度。

3 结束语

使用卡马西平同位素标记物的方法，有效地消除了样品前处理过程的干扰，实现了卡马西平的准确定量检测。卡马西平在所有的检测样本中均有检出，最高检测浓度接近130 ng/L，与Yu等[12-14]的报告相符合。根据本项目的研究结果可以推断污水中卡马西平类药物的残留是一种普遍现象。卡马西平的药用作用明显，并且已经对某些水生生物表现出一定的毒性，可能对环境生态造成一定的冲击，同时对饮用水健康构成潜在的威胁，建议对其进行有效的监测。

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An isotope dilution liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for determination of Carbamazepine in wastewater

SHENG Linghui1，3，CHEN Hongrui2，HUO Yingbin2，DU Weizhao1，4
（1.National Institute of Metrology，Beijing 100013，China；2.Research Center for Eco-Environmental Sciences，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085，China；3.College of Resources and Environment，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；4.Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Drug residues have become new persistent pollutants in water environment and their presence has attracted growing concerns worldwide.As the major environmental drug pollutant，Carbamazepine is considerably easier to be detected.An isotope dilution liquid chromatographytandem massspectrometry method wasdeveloped in thiswork to accurately determine the concentration of carbamazepine——a common psychoactive drug in wastewater based on the internal standards of Carbamazepine isotopes.The lowest determination limit was 0.045 ng/mL and the correlation coefficientr2was 0.999（0.5～20ng/mL）.The sample-inspecting results from three sewage treatment plants display that Carbamazepine can not be efficiently removed from wastewater under current technological conditions and the maximum concentration of Carbamazepine in discharge water is 128.86ng/L.

drug；pollutant；Carbamazepine；liquid chromatography-tandem mass spectrometry

A

：1674-5124（2015）05-0046-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2015.05.012

2014-11-10；

：2014-12-20

国家质量监督检验检疫总局行业公益项目（200910107）国家科技重大专项子课题（2012ZX07313001-006）

盛灵慧（1978-），男，北京市人，博士，研究方向为污水中的人用药物检测技术。