液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜同位素稀釋法測(cè)定污水中卡馬西平

盛靈慧陳紅瑞霍英斌杜偉釗

（1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京100013；2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；3.中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049；4.北京化工大學(xué)，北京 100029）

液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜同位素稀釋法測(cè)定污水中卡馬西平

盛靈慧1，3，陳紅瑞2，霍英斌2，杜偉釗1，4

（1.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，北京100013；2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；3.中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049；4.北京化工大學(xué)，北京 100029）

卡馬西平作為主要的水環(huán)境藥物污染物，具有極高的檢出率。為準(zhǔn)確測(cè)定污水中卡馬西平，該文建立同位素稀釋液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法。采用卡馬西平同位素內(nèi)標(biāo)，有效地消除樣品前處理過程的干擾，實(shí)現(xiàn)卡馬西平的準(zhǔn)確定量檢測(cè)。方法的檢出限為0.045ng/mL，方法線性系數(shù)r2=0.999（0.5～20ng/mL）。3個(gè)污水廠樣品測(cè)定結(jié)果顯示，在當(dāng)前的工藝條件下，卡馬西平不能被有效消除，排放水中卡馬西平的最高質(zhì)量濃度可達(dá)128.86ng/L。

藥物；污染物；卡馬西平；液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜

0 引 言

當(dāng)前大量的人用藥物不斷地在水體、土壤等環(huán)境介質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)[1-3]。盡管相對(duì)于其他農(nóng)藥、工業(yè)污染物等，人用藥物的濃度相對(duì)較低，但是因?yàn)榇祟愇镔|(zhì)在生物體內(nèi)具有確定的靶點(diǎn)，生物活性明確，并且隨著人類的不斷使用而在環(huán)境中的存在濃度相對(duì)恒定，目前已經(jīng)對(duì)環(huán)境生態(tài)安全和生物健康構(gòu)成一定危害，因此有必要對(duì)環(huán)境中的藥物進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

抗癲癇藥物作為一類特殊的精神性藥品，具有嚴(yán)格的使用和管控規(guī)定。當(dāng)前在水環(huán)境中已經(jīng)有多種精神性藥物被檢測(cè)到，其中典型的抗癲癇藥物卡馬西平具有較高的檢出率，在污水中的最高檢出質(zhì)量濃度可達(dá)3.2μg/L[4-6]。環(huán)境中的卡馬西平通過紫外線照射會(huì)提高吖啶和吖啶酮濃度，對(duì)水體中的微生物、水藻、軟體動(dòng)物表現(xiàn)出顯著的毒性，并且在臨床上已經(jīng)有卡馬西平導(dǎo)致畸形的相關(guān)報(bào)道[7-8]。2012年我國(guó)卡馬西平的年產(chǎn)量為2000t，占世界總產(chǎn)量的40%。巨大的生產(chǎn)和消耗必將給環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。目前，測(cè)定卡馬西平的方法主要有液相色譜法、氣相色譜法、液相色譜質(zhì)譜法、免疫法等[4-7]。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法具有高靈敏度和良好的特異性，因此在水體污染物的檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。本文采用同位素稀釋質(zhì)譜法對(duì)城市污水中的卡馬西平進(jìn)行了檢測(cè)分析。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1290型超高壓液相色譜（USA，Agilent）；5500Q質(zhì)譜（USA，AB Sciex）；DEX4790型固相萃取儀（USA，Horizon）；MIT-2800氮吹儀；MS3漩渦混合儀（GERMAN，IKA）；Milli-Q超純水儀（USA，millipore）；陽離子固相萃取盤、C18固相萃取盤和C8固相萃取盤（USA，3M），HLB-M固相萃取盤（USA，Horizon）；菲羅門XB色譜柱（150 mm×2.1 mm×1.7μm，購自廣州菲羅門公司）?？R西平純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室自行制備；卡馬西平同位素標(biāo)記物（C15D10H2N2O，USA，CIL）。乙腈、甲醇、甲酸、純水（Germany，Merck，HPLC級(jí)），乙酸銨（中國(guó)，百靈威公司，分析純），氨水（中國(guó)，隴西化工，分析純）。測(cè)試水樣于2013年11月取自北京和無錫污水處理廠，均為24h混合水樣。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

準(zhǔn)確稱取10mg卡馬西平樣品溶解于10mL甲醇中，標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)貯備液，并用甲醇稀釋到100ng/mL，并標(biāo)記為母液1#。準(zhǔn)確配制卡馬西平同位素標(biāo)記物溶液1 μg/mL。采用1#母液依次配制質(zhì)量濃度為0.625，1.25，2.5，5，10，20 ng/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，將配制好的卡馬西平同位素標(biāo)記物溶液依次加入到以上6個(gè)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，每點(diǎn)各加入10μL。

1.3 樣品前處理

固相萃取前，將200mL污水樣品依次通過1μm玻璃纖維濾膜和0.22 μm的醋酸纖維素濾膜，過濾去除懸浮顆粒物。用HCl將樣品pH值調(diào)節(jié)至3.0，采用C8（3M，USA）固相萃取盤進(jìn)行樣品富集和凈化。首先順序加入8mL甲醇、16mL水對(duì)固相萃取柱進(jìn)行活化處理，接著加載200mL樣品到固相萃取盤上進(jìn)行過濾富集，流量控制在30～40mL/min，隨后采用10mL超純水和含10%甲醇的8mL水溶液進(jìn)行樣品凈化，最后采用12mL氨水/甲醇（6%，ν/ν）溶液對(duì)固相萃取盤進(jìn)行洗脫。洗脫液在40℃條件下氮吹濃縮至1 mL，隨后采用50%乙腈定容至4 mL，過濾后上機(jī)測(cè)定。

1.4 儀器參數(shù)

采用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，色譜條件：柱溫為20℃，流量為0.25mL/min，進(jìn)樣量為2μL；流動(dòng)相：乙腈（A），5mmol/L乙酸胺溶液（B），pH=3.6。梯度洗脫：0min 25%；10min 60%乙腈。

質(zhì)譜條件：ESI離子源，正離子模式掃描；氣簾氣（curtain gas）45 psi，霧化氣（gas 1）60 psi，輔助加熱氣（gas 2）50psi，離子源電壓5000V，霧化溫度550℃?？R西平及其同位素標(biāo)記物的去簇電壓（DP）、碰撞能（CE）、出口電壓（CXP）等質(zhì)譜參數(shù)見表1。

表1 卡馬西平測(cè)定質(zhì)譜參數(shù)1）

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

在實(shí)驗(yàn)過程中通過考察兩款專門用于堿性藥物分析的色譜柱，分別為waters公司的CSH表面電荷雜化顆粒色譜柱和菲羅門公司的XB C18色譜柱。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)waters CSH色譜柱對(duì)目標(biāo)化合物的保留過強(qiáng)，卡馬西平及其同位素標(biāo)記物不易被洗脫，并且色譜峰脫尾。而XB C18因?yàn)椴捎枚』鶎?duì)硅烷基進(jìn)行了修飾，在對(duì)于堿性藥物的分離中顯現(xiàn)出了良好的分離效果。卡馬西平及其同位素總離子流圖如圖1所示。

2.2 SPE柱的選擇

圖1 卡馬西平及其同位素總離子流圖

目前對(duì)于環(huán)境中痕量藥物的富集與凈化通常采用N-乙烯基吡咯烷酮-二乙烯苯高聚物填充的固相色譜柱/盤進(jìn)行，代表性的產(chǎn)品有waters公司的Oasis HLB和菲羅門公司的strata-x等[8-10]。此類型的色譜柱/盤適用性廣，可以實(shí)現(xiàn)水體中大多數(shù)痕量藥物的有效保留。但試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，此種類型填料對(duì)于卡馬西平的保留并不理想。實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)HLB、MCX、C18和C8 4款不同類型萃取填料的比較發(fā)現(xiàn)，C8固相填料對(duì)卡馬西平具有良好的保留，在4種填料中具有最高回收率（85%～102%）。因此在本方法中選擇C8固相萃取盤進(jìn)行樣品的富集與凈化。

2.3 方法的線性和檢出限

圖2 卡馬西平/同位素比例標(biāo)準(zhǔn)曲線

采用1.2中的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)方法的線性進(jìn)行了檢測(cè)，檢出限和定量限分別為0.045 ng/mL（3倍信噪比）和0.15ng/mL（10倍信噪比）。在0.625～20ng/mL的濃度范圍內(nèi)，卡馬西平的線性方程為y=1.213 4x+ 0.046 1，線性回歸系數(shù)r2=0.999 3，采用同位素內(nèi)標(biāo)所獲取的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2所示。

2.4 加標(biāo)回收率及方法精密度

準(zhǔn)確稱取同一空白水樣3份各200mL，分別加入3個(gè)不同添加水平（20，50，100 ng/L）的卡馬西平母液1#標(biāo)準(zhǔn)品溶液及10 μL卡馬西平標(biāo)記物，每個(gè)添加水平3份，按1.3和1.4節(jié)的方法對(duì)樣品進(jìn)行分析測(cè)定，計(jì)算回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。在不同的加標(biāo)濃度下，卡馬西平的回收率范圍均在85%～96%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在5%以下，符合測(cè)定要求。

表2 加標(biāo)回收率及RSD

2.5 環(huán)境樣品分析

采用以上的方法對(duì)采自北京、無錫的3個(gè)污水處理廠的樣品進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中北京的污水廠考察了總進(jìn)水、厭氧/缺氧/好氧（A/A/O）段出水、生物膜（MBR）段出水、總出水樣品中的卡馬西平濃度，無錫的污水廠對(duì)進(jìn)水和出水進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3所示。通過對(duì)表3的數(shù)據(jù)分析可知目前已有的污水處理工藝不能有效去除卡馬西平，出水樣本中卡馬西平最高濃度可達(dá)128.86ng/L。在試驗(yàn)中比較了A/A/O和MBR兩種不同污水處理工藝，兩種工藝的核心都是采用由微生物構(gòu)成的活性污泥對(duì)污染物進(jìn)行降解處理，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到厭氧-缺氧-好氧（A/A/O）三級(jí)微生物反應(yīng)體系的處理效率優(yōu)于膜-生物反應(yīng)器（MBR）體系，這一結(jié)果與Yan等[11]的報(bào)道相一致，他指出生物膜法對(duì)污水中的卡馬西平去除效果甚微，并且通過膜的富集作用，部分樣本中卡馬西平出水濃度要高于進(jìn)水濃度。

3 結(jié)束語

使用卡馬西平同位素標(biāo)記物的方法，有效地消除了樣品前處理過程的干擾，實(shí)現(xiàn)了卡馬西平的準(zhǔn)確定量檢測(cè)?？R西平在所有的檢測(cè)樣本中均有檢出，最高檢測(cè)濃度接近130 ng/L，與Yu等[12-14]的報(bào)告相符合。根據(jù)本項(xiàng)目的研究結(jié)果可以推斷污水中卡馬西平類藥物的殘留是一種普遍現(xiàn)象?？R西平的藥用作用明顯，并且已經(jīng)對(duì)某些水生生物表現(xiàn)出一定的毒性，可能對(duì)環(huán)境生態(tài)造成一定的沖擊，同時(shí)對(duì)飲用水健康構(gòu)成潛在的威脅，建議對(duì)其進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

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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

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局行業(yè)公益項(xiàng)目（200910107）國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題（2012ZX07313001-006）

盛靈慧（1978-），男，北京市人，博士，研究方向?yàn)槲鬯械娜擞盟幬餀z測(cè)技術(shù)。