LC-MS-MS測(cè)定典型地表水體中的PPCP類物質(zhì)

李俊

摘要：藥物和個(gè)人護(hù)理品（PPCPs）在生活中被廣泛使用，并通過各種途徑進(jìn)入到環(huán)境當(dāng)中。雖然其在環(huán)境中的濃度較低，但是由于PPCPs較難去除，因此會(huì)不斷富集，從而對(duì)環(huán)境和人體健康造成威脅。液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS-MS）（具有低檢出限、高靈敏度等優(yōu)勢(shì)，可以及時(shí)檢出環(huán)境中存在的PPCPs類污染物，從而采取措施進(jìn)行去除，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。本研究選用了地表水中四種常見的PPCPs 類污染物：Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作為研究對(duì)象，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)分析。了解該P(yáng)PCP類物質(zhì)在環(huán)境中的存在水平，為其去除提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：藥物和個(gè)人護(hù)理品;液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜;環(huán)境濃度

引言：

藥物及個(gè)人護(hù)理品（pharmaceuticals and personalcare products，PPCPs）是一組重要的新興污染物，最早在1999 年由Christian G.Daughton 提出，在過去的幾十年中引起了全世界的關(guān)注[1-3]。PPCPs作為一種新興污染物包括各類抗生素、止痛藥、降壓藥、精神類藥物、人工合成麝香、避孕藥、催眠藥、染發(fā)劑和殺菌劑等，廣泛應(yīng)用于人們的生活中，使用后通過多種途徑進(jìn)入到環(huán)境介質(zhì)。目前PPCPs及其代謝產(chǎn)物主要通過城鎮(zhèn)生活污水、污水處理廠、畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水、醫(yī)療廢水及垃圾填埋滲濾液持續(xù)不斷進(jìn)入環(huán)境中，從而產(chǎn)生一種“偽持久性”，對(duì)生態(tài)環(huán)境及生物體產(chǎn)生一些影響。雖然這些化學(xué)物質(zhì)在水生環(huán)境中屬于痕量水平，但是由于現(xiàn)有污水處理技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)PPCPs完全去除，而未去除的PPCPs污染物又會(huì)進(jìn)入到地表水，甚至下滲污染地下水。據(jù)報(bào)道，它們可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有不良影響。一方面PPCPs會(huì)直接污染人類飲用水源，影響人類健康，增加人體病原菌的耐藥性，甚至造成“三致”作用。二是PPCPs與其他污染物發(fā)生吸附作用進(jìn)行富集，產(chǎn)生聯(lián)合毒性作用。因此，我們需要借助一種有效的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)來對(duì)環(huán)境介質(zhì)中的PPCPs污染物進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量分析，近而才能采取一定的措施來處理這類污染物。

目前，環(huán)境中PPCPs 的含量較低，在環(huán)境水體中檢出值通常為 ng / L ～ μg / L 級(jí)水平，部分物質(zhì)甚至達(dá)到 pg / L級(jí)，一般需要通過固相萃?。⊿PE）將水體中的PPCPs 富集，然后通過高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、高效液相色譜-質(zhì)譜（HPLC-MS）、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS/MS）及液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）等大型儀器進(jìn)行定量分析。其中，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法具有高靈敏度、低檢測(cè)限、較好的分離性能、無需衍生化和能夠同時(shí)分析不同結(jié)構(gòu)PPCPs 等優(yōu)點(diǎn)，是目前環(huán)境中PPCPs 分析中最常用的分析測(cè)試手段之一。有關(guān)應(yīng)用HPLC /MS /MS 測(cè)定水中PPCPs 類物質(zhì)已有較多報(bào)道。本研究選用地表水中四種常見的藥物Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作為研究對(duì)象，采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜，對(duì)實(shí)際地表水樣中這四種PPCPs進(jìn)行檢測(cè)分析，了解該P(yáng)PCP類物質(zhì)的存在水平，為其去除提供數(shù)據(jù)支持。

1.材料方法

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

三重四級(jí)桿液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（LCMS-8050，購自島津（SHIMADZU））、色譜柱（C18柱，1.7 μm，2.1×100 mm，Acquity UPLC CSH）、手動(dòng)固相萃取裝置、SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）、甲醇、甲酸、美國Milli-Q超純水、Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）的標(biāo)準(zhǔn)樣品。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器原理

多組分的混合樣品隨液體流動(dòng)相進(jìn)入色譜柱后，由于柱內(nèi)填料對(duì)每個(gè)組分吸附力不同，經(jīng)一定時(shí)間后，各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來，最后離開色譜柱。如此，各組分得以在色譜柱中分離，依次進(jìn)入檢測(cè)器中被檢測(cè)、記錄下來。質(zhì)譜分析是一種測(cè)量離子質(zhì)荷比（電荷-質(zhì)量比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶正電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使其發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖。該儀器的特點(diǎn)：靈敏度高，多組分同時(shí)定性定量、可高速正負(fù)極切換。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器參數(shù)

1.3.1色譜條件

柱箱溫度40℃，進(jìn)樣量1 μL。流動(dòng)相：（A） 0.1%甲酸溶液，（B） 甲醇。流速：0.4 mL/min。具體的洗脫程序見表1。

1.3.2質(zhì)譜條件

干燥氣體溫度400℃;干燥氣體流量10 L/min，毛細(xì)管電壓4kV。在多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）模式下進(jìn)行質(zhì)譜儀分析。

1.4樣品采集點(diǎn)分布

如圖，我們可以觀察到采樣點(diǎn)分別位于青浦區(qū)朱楓公路、松江區(qū)張莊公路、松江區(qū)楊典公路、浦東新區(qū)前灘大道、徐匯區(qū)天鑰橋南路、徐匯區(qū)瑞寧路、虹口區(qū)太平路、楊浦區(qū)翔殷路、寶山區(qū)江波路。這些采樣點(diǎn)分布于市區(qū)與郊區(qū)，因此在地表水的PPCP類污染物的存在水平也會(huì)有一些地區(qū)差異。其中采樣點(diǎn)M4、5、6、7、8位于市區(qū)地帶，而M1、2、3、9位于郊區(qū)地帶。

1.5樣品處理

取500mL 水樣，經(jīng)SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）富集濃縮。先后用6 mL 甲醇，6 mL純水活化，6mL甲醇洗脫，氮?dú)獯蹈桑?0%甲醇定容，離心，取上清液分析檢測(cè)。

2.結(jié)果討論

2.1 實(shí)際水樣濃度測(cè)定

本次研究選取9個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行地表水取樣分析，對(duì)四種常見藥物Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。其中拉莫三嗪在五個(gè)地點(diǎn)地表水樣品中均未檢出，且樣品的平均檢出濃度低于5 ng/L，說明該采樣地點(diǎn)的地表水中拉莫三嗪的使用頻率較低或該物質(zhì)已被降解;而安定、卡馬西平這兩類PPCPs的檢出濃度較大，平均檢出濃度分別是33.30，11.28 ng/L，其中安定的檢出濃度是其余三種PPCPs的3-22倍;文拉法辛的平均檢出水平最低為1.46 ng/L。由表中數(shù)據(jù)可知，同種物質(zhì)在不同采樣點(diǎn)的分布存在差異;同時(shí)，不同物質(zhì)在同一采樣點(diǎn)也有所不同。因此，在地表水采樣中，污染物的濃度分布存在明顯的差異。一方面可能與該類藥物的使用狀況有關(guān)，另一方面可能是該藥物在地表水中得到了一定的降解處理等。

2.2 PPCPs濃度分布的地區(qū)差異

本研究中所要測(cè)定的PPCP類物質(zhì)多為藥物，與人們生活息息相關(guān)。圖2 所示為四種PPCP類藥物在不同采樣點(diǎn)的分布情況。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）主要用于治療簡單部分性發(fā)作、復(fù)雜部分性發(fā)作、繼發(fā)性全身強(qiáng)直-陣攣性發(fā)作、原發(fā)性全身強(qiáng)直-陣攣性發(fā)作。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）在采樣點(diǎn)M4、5、6有檢出，其他幾個(gè)采樣點(diǎn)基本未檢出，這可能與藥物的使用量以及在環(huán)境中的降解有關(guān)。而Venlafaxine（文拉法辛）主要用于各種類型抑郁癥，包括伴有焦慮的抑郁癥，及廣泛性焦慮癥，因此這類PPCP的使用可能更加集中于日常壓力較大人群。相對(duì)于郊區(qū)而言，市區(qū)采樣點(diǎn)的Venlafaxine（文拉法辛）的檢出水平更高，這可能與人們的生活壓力有關(guān)。Carbamazepine（卡馬西平）是該類污染物的一種典型代表，也是一種重要且廣泛使用的抗癲癇藥物，主要用于治療癲癇病、治療中樞神經(jīng)性尿毒癥、抗躁狂抑郁癥，也常用于抗心律失常等。由于卡馬西平比較安全且療效較好，因此成為了大多數(shù)人們的首選抗癲癇藥物。其在采樣點(diǎn)的檢出水平較高，且分布呈現(xiàn)出市區(qū)采樣點(diǎn)高于郊區(qū)的水平，一方面可能與其受眾人群有關(guān);另一方面，卡馬西平還伴隨著衍生物的產(chǎn)生，這些衍生物的濃度可能比母體濃度高，同時(shí)這些污染物具有較高的持久性，因此卡馬西平及其衍生物會(huì)被不斷地輸入到水體環(huán)境中并形成普遍性累積，能夠長期作用于水環(huán)境。其中四種PPCPs物質(zhì)中檢出濃度最高的Diazepam（安定）主要用于焦慮、鎮(zhèn)靜、催眠、、用于抗癲癇、抗驚厥、緩解炎癥引起的反射性肌肉痙攣、用于治療驚恐癥、肌緊張性頭痛、治療家族性、老年性和特發(fā)性震顫、用于麻醉前給藥。這類物質(zhì)的廣泛用途，使得地表水中檢出濃度很高。Diazepam（安定）在各個(gè)采樣點(diǎn)的檢出濃度普遍很高，其中采樣點(diǎn)M4、5、6、8的檢出濃度與M1、2、3、7、9相比更高。一方面，市區(qū)的人們生活壓力較郊區(qū)的大，因此這類藥物的使用頻率更高。另一方面來說，這種物質(zhì)用于麻醉前給藥，在醫(yī)院的使用頻率更高，在市區(qū)而言醫(yī)院的人流量要高于郊區(qū)，這也可能導(dǎo)致市區(qū)采樣點(diǎn)的Diazepam（安定）檢出水平高于郊區(qū)。因此，本研究中所研究的四種PPCPs基本上是呈現(xiàn)地區(qū)差異性分布的，這可能與其在人群中的使用頻率有關(guān)。

3.總結(jié)

本次研究中數(shù)據(jù)顯示拉莫三嗪、文拉法辛、安定、卡馬西平這四種PPCP類物質(zhì)在地表水的檢出水平存在差異。其中安定類PPCPs的檢出濃度較大，平均檢出濃度分別是33.30 ng/L;文拉法辛的平均檢出水平最低為1.46 ng/L;而拉莫三嗪在多個(gè)采樣點(diǎn)均未檢出，這些可能與該類物質(zhì)在人群中的使用頻率有關(guān)。其次，不同采樣點(diǎn)PPCPs類物質(zhì)的檢出濃度存在一定的趨勢(shì)，普遍是市區(qū)采樣點(diǎn)濃度高于郊區(qū)，這可能與這類PPCP的受眾人群有關(guān)。這四種PPCPs均為精神性藥物，其中安定主要用于抗焦慮、抗失眠，可能對(duì)于市區(qū)的人群來說，使用頻率高一點(diǎn)，就導(dǎo)致了PPCPs的地區(qū)差異?？傮w而言，在地表水采樣中，這四種PPCPs均有檢出，長期積累會(huì)對(duì)水環(huán)境有一定的影響，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)PPCPs類物質(zhì)的監(jiān)測(cè)。

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