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1 第 35 卷第 7 期 环 境 科 学 学 报 Acta Scientiae Circumstantiae 2015 年 7 月 Vol 35 No 7 Jul 2015 DOI 10 13671 j hjkxxb 2014 0932 文一 姚瑞华 孙宏亮 等 2015 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种药物残留 J 环境科学学报 35 7 2127 2135 Wen Y Yao R H Sun H L et al 2015 Simultaneous determination of 23 drug residues in groundwater using UPLC MS MS J Acta Scientiae Circumstantiae 35 7 2127 2135 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种 药物残留 文一 姚瑞华 孙宏亮 王强 张文静 环境保护部环境规划院 北京 100012 收稿日期 2014 08 11 修回日期 2014 09 24 录用日期 2014 09 24 摘要 建立了一种采用固相萃取 超高效液相色谱 质普联用技术快速并同时测定地下水中 23 种药物残留的方法 样品经 HLB 固相萃取富集净 化 以反相 C18 柱为分离柱 甲醇和 0 1 的甲酸溶液进行梯度洗脱 结合多时间段多反应监测的质谱扫描方法 mpmrm 可在 10 min 内同时 检测地下水中 10 种磺胺类药物 7 种喹诺酮类药物及 6 种 β 受体激动剂药物 结果发现 该方法在 100 0 ng ml 1 的浓度范围内峰面积与 药物浓度呈良好的线性关系 相关系数均大于 0 99 回收率在 80 110 检测限和定量限分别为 ng ml 1 和 ng ml 1 研究表明 该方 法快速灵敏 专属性好 可用于地下水中药物残留的快速检测 关键词 药物残留 超高效液相色谱 质谱联用 地下水 文章编号 0253 2468 2015 07 2127 09 中图分类号 X131 X523 文献标识码 A Simultaneous determination of 23 drug residues in groundwater using UPLC MS MS WEN Yi YAO Ruihua SUN Hongliang WANG Qiang ZHANG Wenjing Chinese Academy for Environmental Planning Beijing 100012 Received 11 August 2014 received in revised form 24 September 2014 accepted 24 September 2014 Abstract A high ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry UPLC MS MS with HLB solid phase extraction and multi period multiple reaction monitoring scan method mpmrm has been developed for the simultaneous detection of ten kinds of sulfonamides seven kinds of quinolones and six kinds of beta agonists in a single run of ten minutes The extracts were cleaned up and preconcentrated by an HLB cartridge Separation was performed on a reverse phase Cl8 column with gradient elution of methanol incl 0 1 formic acid The developed method showed good precision and accuracy with recoveries of 80 110 for all the drugs The linear range was 100 0 ng ml 1 and the correlation coefficient was above 0 99 The testing results showed the detection limit of ng ml 1 and the quantification limit of ng ml 1 The result demonstrated that the method is convenient rapid and exclusive and can be applied in screening drug residues from groundwater Keywords drug residue UPLC MS MS groundwater 1 引言 Introduction 集约化畜牧业的发展导致兽药大量使用 磺胺 显 因而在我国畜牧业中虽已被禁止使用但仍屡禁 不止 沈建忠等 2011 磺胺类和喹诺酮类兽药抗生 素和 β 受体激动剂类药物难以被动物肠胃吸收 约 类和喹诺酮类药物是应用比较普遍的两类兽药抗 30 90 会以原型通过畜禽粪便直接释放到环境 物由于在促进饲料转化 提高瘦肉率等方面效果明 禽养殖业大多分散于我国农村和城镇周围 畜禽粪 生素 刘锋等 2013 研究发现 β 受体激动剂类药 中 国彬等 2011 申屠芬琴等 2007 同时 由于畜 基金项目 环保公益性行业科研专项 No 201309004 Supported by the Special Fund for Public Service Sector of Environmental Protection No 201309004 作者简介 文一 1980 女 副研究员 博士 E mail wenyi caep org cn 通讯作者 责任作者 E mail Zhangwj caep org cn Biography WEN Yi 1980 female associate professor Ph D E mail wenyi caep org cn Corresponding author E mail Zhangwj caep org cn

2 2128 环境科学学报 35 卷 便未能进行有效处置, 导致大量残留兽药进入环境中, 可能带来生物毒性及导致致病菌产生抗药性基因等环境风险和生态风险 ( Kim et al., 2011), 并可对人群健康产生危害 ( 王培龙,2014). 残留兽药可通过养殖废水及粪便的使用进入土壤和地下水环境中, 成为备受关注的新型环境有机污染物 ( 祁彦洁等,2014). Barnes 等 (2008) 对美国 18 个州 47 处地下水进行了取样检测, 在 81% 的水样中检测到有机污染物质, 其中, 由于人畜用药产生的污染物质占总检出量的 23%. 我国作为兽药生产和使用大国, 地下水中兽药残留相关调查还很不全面, 相关文献报道较少, 而建立地下水中多种兽药残留的分析测定方法是开展兽药残留在地下水中迁移累积, 以及评估环境风险的基础. 对地下水中的兽药残留进行监测的一个重要手段就是建立能够快速 准确地进行残留分析的方法. 目前, 国内外报道的药物残留检测方法主要有液相色谱法 ( HPLC) ( 国彬等,2011) 毛细管电泳 质谱联用法 ( CE MS) ( Suárez et al., 2007) 液相色谱 串联质谱联用法 ( LC MS / MS ) ( López Serna et al., 2011) 酶联免疫法(Shelver et al., 2008) 等, 而 LC MS / MS 在多种药物残留检测的应用是目前的研究热点, 但目前在地下水中对上述三大类药物同时检测的方法还没有. 本文基于 UPLC MS / MS 建立一种可同时检测地下水中 23 种常用兽药药物残留的高通量检测技术, 以期为地下水中药物残留的监测提供参考. 2 材料与方法 (Materials and methods) 2.1 仪器与试剂岛津超高效液相色谱 ( LC 30A) 与三重四极杆质谱联用系统 (LCMS 8030), 配有 LC 30AD 2 输液泵 DGU 20A5 在线脱气机 SIL 30AC 自动进样器 CTO 30AC 柱温箱 CBM 20A 系统控制器 LCMS 8030 三重四极杆质谱仪 Labsolution ver 色谱工作站 ;Kinetex TM UPLC C18 色谱柱 (100 mm 2. 1 mm,1. 7 μm); HLB 固相萃取小柱 ( Waters,6cc); TranssonicTP 690 超声波清洗器 ( Elma 公司 );3K15 离心机 (Sigma 公司 );Millipore Elix Milli Q 纯水仪. 甲醇 乙腈均为色谱纯 (Fisher Scientific 公司 ), 超纯水, 其他试剂均为分析纯. 所用 23 种药物均是商购获得, 各药物的纯度均高于 98.0%, 分别为 β 受体激动剂类药物 喹诺酮类药物 磺胺类药物. β 受体激动剂类药物 : 西马特罗 (Cimaterol) 沙丁胺醇 (Salbutamol) 莱克多巴胺( Ractopamine) 氯丙那林 ( Clorprenaline) 克伦特罗( Clenbuterol) 妥布特罗 ( Tulobuterol ) 内标克伦特罗 D9 ( Clenbuterol D9). 喹诺酮类药物 : 培氟沙星 ( Pefloxacin) 环丙沙星 ( Ciprofloxacin) 氧氟沙星 ( Ofloxacin) 吡哌酸 (Pipemidic Acid) 萘啶酸( Nalidixic Acid) 洛美沙星 (Lomefloxacin) 二氟沙星(Difloxacin). 磺胺类药物 : 磺胺邻二甲氧嘧啶 ( Sulfadoxine) 磺胺噻唑 ( Sulfathiazole) 磺胺吡啶( Sulfapyridine) 磺胺甲基嘧啶 ( Sulfamerazine) 磺胺二甲基唑 (Sulfamoxol) 磺胺二甲嘧啶( Sulfamethazine) 磺胺甲噻二唑 ( Sulfamethizole ) 磺胺甲唑 ( Sulfamethoxazole ) 磺胺二甲异唑 (Sulfisoxazole) 磺胺二甲氧嘧啶(Sulfadimethoxine). 2.2 混合标准工作液的配制分别精密称取上述 3 类混合药物对照品, 置于 500 ml 量瓶中, 用甲醇分别配制成 μg ml -1 的标准储备液. 准确吸取上述储备液各 1.0 ml 共 3 ml 至同一 10 ml 容量瓶中, 用甲醇稀释至刻度, 得 10.0 μg ml -1 的混合标准储备液. 从中准确吸取 1.0 ml 的混合标准储备液置于 10.0 ml 容量瓶中, 用甲醇稀释至刻度, 即得 1. 0 μg ml -1 的混合标准工作液. 模拟地下水样的配制, 分别取适量的混合标准工作液, 用纯水定容, 配制成 1.0 μg L -1 的混合模拟水样. 2.3 样品前处理依次用 5.0 ml 甲醇 5.0 ml 超纯水活化 HLB 固相萃取柱, 加液后保持 5 min, 开真空泵抽取液体, 然后调节至合适的真空度, 取模拟地下水样, 使用 0.45 μm 纤维滤膜去除水中悬浮颗粒物, 使水样以 4.0 ml min -1 的恒定流速过柱 ( 固相萃取柱填料上界面始终不能接触空气 ), 待水样完全通过后, 各固相萃取柱依次用 5.0 ml 的淋洗液以冲洗杂质, 再用适量体积的洗脱液对各固相萃取柱进行洗脱, 之后将洗脱液收集于 15 ml 离心管中, 在室温下用微弱的氮气吹干, 再用初始流动相定容至 1.0 ml, 涡旋混匀, 过微孔滤膜, 待留 UPLC MS / MS 分析. 2.4 色谱条件与质谱条件色谱柱为 Kinetex TM UPLC C 18 柱 (100 mm 2.1 mm,1.7 μm); 流动相 :A 相为甲醇,B 相为 0.1% 甲

3 7 期文一等 : 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种药物残留 2129 酸水溶液 ; 梯度洗脱 :0 ~ 8.0 min 为 3.0%A ~ 90.0% A;10.0 ~ 10.1 min 为 90.0% A ~ 3.0% A;10.1 ~ 13.0 min 为 3.0%A; 流速为 0.25 ml min -1 ; 柱温为 30 ; 进样量为 10 μl. 电喷雾离子源 ( ESI+), 毛细管电压为 3.5 kv, 锥孔电压为 3. 0 V,RF 透镜电压为 0. 5 V, 源温为 110, 脱溶剂温度为 350, 脱溶剂气流速为 650 L h -1, 锥孔反吹气流速为 50 L h 结果与讨论 (Results and discussion) 3.1 样品前处理方法优化本文以超高效液相色谱串联质谱技术为检测手段, 通过对固相萃取条件的优化, 建立了适用于地下水中 23 种目标药物残留的前处理富集方法. 根据药物的理化性质, 选择在不加任何酸碱的条件下进行固相萃取, 可同时获取磺胺类药物 激动剂类药物及喹诺酮类药物 3 类药物较好的回收率. 此外, 本文对比了不同淋洗液组成, 结果表明, 在以超纯水为淋洗液时即可去除萃取柱上的基质干扰物, 又可以达到维持目标分析物的目的. 同时, 还比较了不同洗脱液的洗脱能力, 实验表明, 甲醇对各药物的洗脱效果最好. 3.2 质谱条件优化将所述的 23 种药物分别进行 MS 扫描, 确定各个药物的定性离子和定量离子, 并优化各个药物离子对的碰撞电压. 为了提高分析的灵敏度和专一性, 选用多反应监测模式 ( Multi Reaction Monitoring, MRM) 进行检测, 并同时进行定性和定量的双离子通道分析, 进而进一步提高该方法的准确性和专属性. 为了增强方法的灵敏度, 本研究进行多时间段的多反应检测扫描 (multi period MRM,mpMRM), 即按照待测药物的保留时间, 分为多个时间段分别进行 MRM 扫描, 以增加每个药物的扫描时间, 进而提高灵敏度. 具体参数见表 1. mpmrm 数据采集模式在一个循环中可检测多个药物, 能节约分析时间, 此外,mpMRM 数据采集模式在特定时间段内仅对 1 种或 2 种特定离子进行扫描, 使该离子的扫描时间增加, 灵敏度能够显著提高. 3.3 方法验证 专属性将用于检测的样品进行测定得到色谱图见图 1( 图中数据 等表示 峰面积大小 ). 从图 1 可以看出,23 种药物能和其他 色谱峰完全分离, 空白样品没有干扰, 达到了多药 物同时检测的目的. β 受体激动剂类药物 氟喹诺酮类药物 磺胺类药物 Table 1 药物 表 1 23 种药物的 mpmrm 参数 mpmrm parameter of twenty three kinds of drugs 西马特罗 氯丙那林 克伦特罗 莱克多巴胺 妥布特罗 沙丁胺醇 培氟沙星 环丙沙星 氧氟沙星 吡哌酸 萘啶酸 洛美沙星 二氟沙星 磺胺邻二甲氧嘧啶 磺胺噻唑 磺胺吡啶 磺胺甲基嘧啶 时间 / min 2.0~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~6.5 磺胺二甲基唑 磺胺二甲嘧啶 磺胺甲噻二唑 注 : 为定量离子. 磺胺甲唑 磺胺二甲异唑 5.1~6.5 磺胺二甲氧嘧啶 5.9~10.0 mpmrm 监测离子 碰撞电压 / V 220.0> > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > > >

4 2130 环境科学学报 35 卷

5 7 期文一等 : 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种药物残留 2131

6 2132 环境科学学报 35 卷

7 7期 图1 Fig 1 3 3 2 2133 文一等 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种药物残留 23 个药物的定量离子通道与定性离子通道色谱图 Chromatograms of twenty three kinds of drugs with quantitative and qualitative ion channels 准确量取适量的 23 个 定 量 离 子 的 色 谱 峰 面 积 为 纵 坐 标 样 品 浓 度 制得含量分别为 2 0 5 0 10 0 20 0 50 0 S N 3 和定量限 S N 10 结果见表 2 对于 β 线性关系和检测限 药物的标准溶液 分别添加到 500 ml 空白水样中 100 0 200 0 ng ml 1 的系列空白添加试样 按前处 理方法 项 下 所 述 方 法 进 行 处 理 然 后 进 行 UPLC MS MS 测定 对于磺胺和喹诺酮类药物 以各药物 表2 药物 β 受体激动剂类药物 Table 2 西马特罗 沙丁胺醇 莱克多巴胺 氯丙那林 克伦特罗 妥布特罗 喹诺酮类药物 培氟沙星 环丙沙星 氧氟沙星 ng ml 1 为横坐标 绘制标准曲线 并测定检出限 受体激动剂类药物 按内标法以峰面积比计算 检测 限 定量限及标准曲线的具体结果见表 2 23 种药物的标准曲线 定量限和检测限 Standard equation LODs and LOQs of twenty three kinds of drugs 标准曲线 r Y 0 494X 0 24 0 993 Y 1 104X 0 155 0 999 Y 1 524X 0 076 Y 1 765X 0 430 Y 0 61X 0 058 Y 2 29X 0 633 Y 486X 74 8 Y 293X 7 55 Y 416X 8 11 0 999 0 999 LOD ng ml 1 LOQ ng ml 1

8 2134 环境科学学报 35 卷 续表 2 药物 标准曲线 r LOD / (ng ml -1 ) LOQ / (ng ml -1 ) 吡哌酸 Y = 282X 萘啶酸 Y = 891X 洛美沙星 Y = 418X 二氟沙星 Y = 381X 磺胺类药物 磺胺邻二甲氧嘧啶 Y = 426X 磺胺噻唑 Y = 378X 磺胺吡啶 Y = 321X 磺胺甲基嘧啶 Y = 237X 磺胺二甲基 唑 Y = 386X 磺胺二甲嘧啶 Y = 365X 磺胺甲噻二唑 Y = 391X 磺胺甲 唑 Y = 211X 磺胺二甲异 唑 Y = 291X 磺胺二甲氧嘧啶 Y = 359X 注 :LOD 表示检测限,LOQ 表示定量限,Y 为色谱峰面积,X 为样品浓度 (ng ml -1 ). 通过表 2 数据可以看出, 喹诺酮及磺胺类药物在 1.0 ~ ng ml -1 的浓度范围内峰面积与药物浓度呈良好的线性关系, 相关系数均大于 对于 β 受体激动剂类药物, 按内标法以峰面积比计算, 结果表明,6 种 β 受体激动剂类药物在 1. 0 ~ ng ml -1 的浓度范围内峰面积与药物浓度呈良好的线性关系, 相关系数 (r) 均大于 上述数据说明本检测方法灵敏度高, 检测限和定量限较低 精密度和回收率准确量取适量的 23 个药物的标准液, 配制高 中 低浓度的混合标准溶液, 分别添加到 500 ml 空白水样中, 按照样品前处理方法处理样品, 并测定药物浓度, 每个浓度测定 6 个样本, 每个浓度的测得量与加入量相比, 最终得到回收率. 日内精密度按高 中 低 3 个浓度分别在 1 d 的不同时间测 6 次进行计算, 日间精密度按高 中 低浓度连续测定 3 d 进行计算. 本方法的准确度在 80% ~ 110% 之间, 日内精密度在 10% 以下, 日间精密度在 12% 以下, 且大部分的日间精密度在 10% 以下. 说明该方法准确度高, 且重现性良好. 3.4 应用在北京地区规模化养殖厂厂区和周边地下水井内抽取了实际样品 10 份, 并应用该方法进行测定, 上述药物均未检出, 但以样品为本底, 添加浓度为 1.0 ng ml -1 时, 回收率为 85%. 检测结果为阴性可能与北京地区规模化养殖中兽药使用规范有关. 需要扩大采样范围, 增加采样量, 进一步对本方法进行验证. 4 结论 (Conclusions) 结合 HLB 固相萃取富集净化技术和多时间段多反应监测的质谱扫描方法 ( mpmrm), 本研究建立了一种快速简便 专属性强 灵敏度高的超高效液相色谱 串联质谱 (UPLC MS / MS) 检测方法, 可在 10 min 内同时检测地下水中三大类兽用药物残留 (10 种磺胺类药物 7 种喹诺酮类药物及 6 种 β 受体激动剂药物 ). 该方法在 1.0 ~ ng ml -1 的浓度范围内峰面积与药物浓度呈良好的线性关系, 相关系数均大于 0.99, 回收率和灵敏度高, 是一个可用于地下水中药物残留的快速检测的好方法. 责任作者简介 : 张文静 ( 1980 ), 女, 博士, 副研究员, 主要研究方向为水环境污染防治和污染物总量控制. 参考文献 (References): Barnes K K, Kolpin D W, Furlong E T, et al A national reconnaissance of pharmaceuticals and other organic wastewater contaminants in the United Sta tes groundwater [ J]. Science of the Total Environment,402(2 / 3): 国彬, 姚丽贤, 何兆桓, 等 高效液相色谱法测定畜禽废物中磺胺类 喹诺酮类抗生素 [J]. 环境化学,30(12): Kim K R,Owens G,Kwon S I,et al.2011.occurrence and environmental fate of veterinary antibiotics in the terrestrial environment[ J].Water, Air and Soil Pollution,214(1 / 2 / 3 / 4): 刘锋, 廖德润, 李可, 等 畜禽养殖基地磺胺类喹诺酮类和大环内酯类抗生素污染特征 [J]. 农业环境科学学报,32(4): López Serna R, Petrovi c M, Barceló D Development of a fast instrumental method for the analysis of pharmaceuticals in

9 7 期文一等 : 超高效液相色谱 质谱联用法同时测定地下水中 23 种药物残留 2135 environmental and wastewaters based on ultra high performance liquid chromatography ( UHPLC) tandem mass spectrometry ( MS / MS)[ J].Chemosphere,85(8): 祁彦洁, 刘菲 地下水中抗生素污染检测分析研究进展 [J]. 岩矿测试,33(1): 1 11 Shelver W L, Shappell N W, Franek M, et al ELISA for sulfonamides and its application for screening in water contamination [ J ]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56 ( 15 ): 沈建忠, 江海洋 畜产品中 β 受体激动剂残留及其危害 [ J]. 中国动物检疫,28(6): 申屠芬琴, 强致懿, 张素霞, 等 猪肾脏等组织中盐酸莱克多巴胺的 HPLC 检测方法及其残留消除 [ J]. 畜牧兽医学报,38(6): Suárez B, Santos B, Simonet B M, et al Solid phase extraction capillary electrophoresis mass spectrometry for the determination of tetracyclines residues in surface water by using carbon nanotubes as sorbent material [ J ]. Journal of Chromatography A, 1175 ( 1 ): 王培龙.2014.β 受体激动剂及其检测技术研究 [ J]. 农产品质量与安全,(1): 44 52

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