固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定饮用水中18种典型药品和个人护理品

沈 璐，殷浩文，刘 敏，王樱芝

(上海市检测中心生物与安全实验室，上海 201203)

1999年，Daughton和Ternes第一次提出了药品和个人护理品(PPCPs)的概念，这是一种随着人类文明发展而产生的物质，与人类的生活密不可分，主要分为人用型和兽用型，包括了处方药和非处方药(抗生素、消炎镇痛、抗抑郁、降血脂、抗癌药、抗癫痫药等)、兽药(驱虫、瘦肉精等)、防晒剂、香精、化妆品等。PPCPs也是一种新型化学污染物，人类为了追求过度的健康和美容，农业生产者为了提高家畜的产量和降低家畜死亡率，导致了PPCPs被长期过量使用[1-2]。人类活动造成的PPCPs持续性输入，可使生物体产生耐药法，造成生物体内的生殖干扰，引起生态变化等，给人类自身健康带来潜在危险。

文献[3]分析了华南地区4份饮用水中的磺胺甲恶唑、甲氧苄啶和卡马西平，仅在1份水样中检出卡马西平，质量浓度为0.50 ng·L－1；文献[4]分析了太湖地区饮用水，磺胺甲恶唑、甲氧苄啶和卡马西平均有检出，最高质量浓度分别为5.4，3.7，0.65 ng·L－1；文献[5]在美国东南部地区饮用水中也检出磺胺甲恶唑、甲氧苄啶和卡马西平，质量浓度分别为12.7，19.8，25.0 ng·L－1。文献[6]中在美国饮用水中未检出磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶以及磺胺噻唑，但检出的磺胺甲恶唑和甲氧苄啶的最高质量浓度分别为20，1.3 ng·L－1。这些研究表明，饮用水中磺胺类残留物主要为磺胺甲恶唑和甲氧苄啶，且在世界范围内的饮用水中均有不同程度的存在，其质量浓度基本在ng·L－1级到μg·L－1级，为痕量残留。作为发展中的大国，我国PPCPs的年消耗量居高不下，而大部分饮用水来源于地表水，其是否受到PPCPs的污染已经引起了广泛的关注[7]。

在多数分析中，一般先采用固相萃取法(SPE)对水体样品中痕量污染物进行富集浓缩，然后采用高效液相色谱法(HPLC)[8]、气相色谱-质谱法(GCMS)[9]或高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)[10]等方法对其中污染物的含量进行测定。GCMS主要用于分析在高温下能稳定存在且熔沸点较低的物质；HPLC适用于分析具有高沸点且带有吸收基团的物质；HPLC-MS/MS较常规液相色谱法具有高的灵敏度，已被广泛用于环境中痕量污染物分析，文献[11]采用固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法，分析了江苏省某市3个典型地表饮用水水源中5类(14种)抗生素质量浓度特征。

由于水中PPCPs含量较低，采用手动固相萃取的传统方法不仅过程耗时，还会引入人为因素的干扰。因此，本工作通过优化全自动固相萃取前处理及超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱条件，建立饮用水中典型PPCPs的超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱分析方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Acquity/Quattro Premier XE型超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱仪；DIONEXAuto Trace 280型自动固相萃取仪；MultivapTM118型氮吹仪；MilliQ A10 型超纯水系统；07550-50 型蠕动泵；5452型小型离心机；HS201-2 型磁力搅拌装置；S220型pH 计；AL204型电子分析天平；SY-720型超声波仪；DANCER S25型涡旋仪；Oasis HLB 型固相萃取柱(500 mg，6 mL)；7182-004型硝酸纤维滤膜(0.2 μm，直径47 mm)；Millex-GV SLGVX13NL型聚偏氟乙烯针式过滤器(0.22μm，直径13 mm)。

PPCPs混合标准储备溶液:1 g·L－1，分别称取18种PPCPs标准品(西布特罗、磺胺苯吡唑、克林霉素、卡马西平、四咪唑、磺胺吡啶、磺胺噻唑、噻菌灵、4-乙酰氨基安替比林、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲二唑、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺甲氧哒嗪、甲氧苄啶、磺胺甲恶唑、妥布特罗、磺胺二甲氧嘧啶和吡喹酮，纯度均大于98%)各10 mg，用甲醇超声溶解，并用甲醇定容至10.0 mL，于－18 ℃下保存备用。使用时用甲醇逐级稀释，最终进样分析样品溶解在20%(体积分数，下同)甲醇溶液中。

甲醇、乙腈为色谱纯；甲酸铵、甲酸为分析纯；试验用水为超纯水。

饮用水水样由全国不同区域的7个自来水公司提供，用相同规格的4 L棕色玻璃瓶保存，并在室温下运回实验室，于4 ℃下冰箱保存，2 d内完成从采样到样品分析。

1.2 仪器工作条件

1)色谱条件 Waters UPLCTMBEH C18色谱柱(100 mm×2.1 mm，1.7μm)，柱温为40 ℃；进样量10μL，流量0.2 mL·min－1；流动相:A 为含0.1%(体积分数，下同)甲酸的8 mmol·L－1甲酸铵溶液，B为体积比为1∶1的含0.1%甲酸的甲醇-乙腈溶液。梯度洗脱程序:0～1.0 min时，B 为5%；1.0～10.0 min时，B由5%升至20%，保持5.0 min；15.0～20.0 min 时，B 由20% 升至50%，保持3.5 min；23.5～26.5 min时，B 由50%升至100%，保持3.5 min；30.0～32.0 min 时，B 由100%降至5%，保持2.0 min。

2)质谱条件 电喷雾离子源正离子(ESI＋)模式；扫描方式为多反应监测(MRM)模式；毛细管电压3.0 kV；离子源温度为120 ℃，脱溶剂温度为300 ℃，脱溶剂气流量650 L·h－1，锥孔反吹气流量50 L·h－1。

其余质谱参数见表1。

表1 质谱参数Tab.1 MS parameters

表1 (续)

1.3 试验方法

取水样1 L 用0.2μm 微孔滤膜过滤，滤液以5 mL·min－1的上样流量过依次用10 mL 甲醇，10 mL水，15%(体积分数，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 甲醇洗脱柱子，收集洗脱液，在30 ℃下吹氮至200μL，用水定容至1.0 mL，涡旋混匀，以12 000 r·min－1的转速离心10 min，取上清液过0.22μm 针式过滤器，滤液按照仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的优化

试验考察分别采用甲醇、乙腈、甲醇-乙腈(体积比为1∶1)溶液作为流动相B时对18种PPCPs的离子化效率和色谱峰效果的影响。试验发现，甲醇比乙腈更容易使目标化合物电离，当以甲醇-乙腈(体积比为1∶1)溶液作为流动相B时，目标化合物的响应灵敏度较高，但西布特罗、四咪唑和甲氧苄啶的色谱存在峰展较宽和拖尾现象明显等问题，如图1(a)所示。试验选择在流动相B 中加入适量有机酸来改善峰形，结果见图1(b)。

当有机相甲醇-乙腈(体积比为1∶1)溶液中甲酸的体积分数达到0.1%时，色谱峰峰形明显改善，柱效显著提高。试验选择流动相B 为含0.1%甲酸的甲醇-乙腈(体积比为1∶1)溶液。

图1 西布特罗、四咪唑、甲氧苄啶在流动相B加酸前后的色谱图Fig.1 Chromatogram of cimbuterol，tetraimidazole and trimethoprim before and after adding acid to the mobile phase B

在优化色谱条件下，18种PPCPs在34 min内均得到了较好的分离，18种PPCPs混合标准溶液的色谱图见图2。

图2 18种PPCPs混合标准溶液的色谱图Fig.2 Chromatogram of mixed standard solution of the 18 PPCPs

2.2 SPE条件的优化

2.2.1 SPE上样流量

试验考察了采用不同上样流量(2，5，10 mL·min－1)时对18 种PPCPs回收率的影响，结果见图3。

图3 上样流量对18种PPCPs回收率的影响Fig.3 Effect of flow-rate of introduction of sample solution on the recovery of the 18 PPCPs

由图3可见:目标化合物的回收率随着上样流量增加而增加。当上样流量为2 mL·min－1时，大多数的目标化合物回收率在50.0%左右；当上样流量增加至5 mL·min－1时，除了噻菌灵和克林霉素外，其他16种PPCPs的回收率为61.6%～94.4%；继续增加上样流量至10 mL·min－1，磺胺噻唑和磺胺对甲氧嘧啶的回收率超过150%，不满足分析要求。因此，试验选择SPE 上样流量为5 mL·min－1。

2.2.2 淋洗剂体积分数

试验考察了分别采用不同体积分数甲醇溶液作为淋洗剂时对18种PPCPs回收率的影响，结果见图4。

由图4可知:当淋洗剂中甲醇的体积分数不大于10%时，由于样品基质中的杂质没有被充分淋洗掉，一些目标化合物的基质效应较明显，噻菌灵和磺胺对甲氧嘧啶的回收率大于150%，而磺胺甲氧哒嗪和克林霉素的回收率不足50%；随着甲醇体积分数的增大，目标化合物的回收率明显改善；但当甲醇的体积分数增至20%时，克林霉素的回收率降低，这可能由目标化合物被部分洗脱掉造成的；当采用15%的甲醇溶液为淋洗剂时，既能保证目标化合物的回收率，又能尽可能去除本底杂质。试验选择15%甲醇溶液为淋洗剂。

图4 不同体积分数的甲醇溶液作淋洗剂对18种PPCPs回收率的影响Fig.4 Effect of volume concentration of methanol as rinsing solvent on the recovery of the 18 PPCPs

2.2.3 洗脱剂体积

试验考察了分别选择不同体积的甲醇为洗脱剂时对18种PPCPs回收率的影响，见图5。

图5 甲醇体积对18种PPCPs回收率的影响Fig.5 Effect of the volume of methanol on the recovery of the 18 PPCPs

由图5 可见:当洗脱剂的体积为5，10，15，20 mL时，18种PPCPs的回收率分别为13.3%～106%，17.7%～119%，61.4%～136%，60.3%～129%。随着洗脱剂体积增加，各待测物质的回收率也随之增加。当甲醇体积为15 mL时，各目标化合物的回收率与20 mL 甲醇的基本一致。试验选择洗脱剂甲醇的体积为15 mL。

2.3 标准曲线、检出限和测定下限

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种PPCPs混合标准溶液系列，在仪器工作条件下测定，以18种PPCPs的质量浓度为横坐标，其对应的色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线，线性范围、线性回归方程和相关系数见表2。按照试验方法对实际水样进行加标试验，分别以3倍和10倍信噪比计算方法检出限(3S/N)和测定下限(10S/N)，结果见表2。

表2 线性参数、检出限和测定下限Tab.2 Linearity parameters，limits of detection and lower limits of determination

2.4 精密度和回收试验

按照试验方法分别对超纯水和实验室自来水进行1.00，10.0 ng·L－1等2个浓度水平的加标回收试验，每个加标浓度平行测定5次，计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)。超纯水和自来水样品的精密度和回收试验结果见表3。

表3 超纯水和自来水样品的精密度和回收试验结果(n＝5)Tab.3 Results of tests for precision and recovery for samples of extrapure water and tap water(n＝5)

表3 (续)

由表3结果可以看出:18种PPCPs在超纯水中的回收率为64.4%～113%，RSD%为1.6%～19%；在自来水中的回收率为78.2%～116%，RSD为2.8%～18%。这表明方法具有较好的回收率和精密度，可用于实际样品的分析。

2.5 样品分析

按照试验方法对饮用水水样中的PPCPs含量进行测定，结果见表4。

表4 饮用水样品分析结果(n＝2)Tab.4 Analytical results of drinking water samples(n＝2)ng·L－1

表4 (续)ng·L－1

由表4可知:在采集的绝大部分居民饮用水中，18种PPCPs均未检出。4-乙酰氨基安替比林在3份水样中的质量浓度高于1 ng·L－1，这是由于4-乙酰氨基安替比林为安乃近的代谢产物[12]，而安乃近的大量使用导致了4-乙酰氨基安替比林在水体中普遍存在。卡马西平作为一种常用的抗抑郁药，在所有的水样中均有检出，其中1个水样中质量浓度大于1 ng·L－1，尽管浓度不高，但说明了其在水样中的普遍存在性[13]。吡喹酮、噻菌灵和四咪唑一般用作兽药杀虫剂或植物杀菌剂，其在饮用水中均有较低含量的检出，这与我国兽药杀虫剂与杀菌剂的广泛使用有关。磺胺类药物的整体检出率较低，磺胺甲恶唑、磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、甲氧苄啶有一定程度的检出，这是由于磺胺甲恶唑、甲氧苄啶在水体中普遍存在[13]。

本工作建立了固相萃取-UPLC-MS/MS 测定饮用水中18种PPCPs含量的方法，该方法简单、高效、检出限低、重现性好，能有效测定饮用水中PPCPs的含量，可为我国PPCPs检测方法标准体系的建设提供参考。