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固相萃取-超高压液相色谱-串联质谱法分析海水中9种磺胺类抗生素

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第46卷增刊1 厦门大学学报(自然科学版) Journal of Xiamen University(Natural Science) Vo1.46 Sup.1 Aug.2007 2007年8月 固相萃取一超高压液相色谱一串联质谱法分析 海水中9种磺胺类抗生素 苏仲毅,陈 猛 ,袁东星,游明华 (厦f-1大学环境科学研究中心。福建厦f-1 361005) 摘要:应用固相萃取及液相色谱一质谱联用技术,建立了海水中9种磺胺类抗生素的分析方法.海水样品经HLB固相萃 取柱富集、净化后用甲醇洗脱浓缩定容,利用超高压液相色谱一串联质谱仪多反应监测(MRM)离子模式对目标物进行定 性、定量分析.9种磺胺测定的线性范围为0.2~1 000 g/L。方法检测限在0.2~0.4 ng/L之间(S/N=10・1 000倍浓 缩).以海水为基底,磺胺甲基嘧啶为替代物。加标浓度分别为5.0 ng/L和20.0 ng/L时,9种磺胺的回收率在86.4 ~ 150.4 之间,相对标准偏差0.5%~8.4 ( =4)。方法成功应用于厦门近岸海域海水样品中抗生素残留的分析. 关键词:磺胺;海水;固相萃取;液相色谱一质谱 中图分类号:O 657.63 文献标识码:A 文章编号:0438—0479(2007)S1—0072—05 随着畜禽、水产养殖业的快速发展,抗生素的种 质谱(LC—MS/MS)技术进行定性定量检测,建立了养 殖区海水中高灵敏的同时分析方法,初步应用于福建 厦门近岸海水中磺胺类抗生素残留的分析,为进一步 研究近海海洋环境中磺胺类抗生索的环境行为和生 态效应提供了技术手段. 类和用量日益增加.抗生素残留不仅直接引发食品安 全问题,相当一部分随动物粪便、医药废物以及饲料 投放等进入水环境,可能抑制环境中有益微生物的活 性,刺激病原菌产生抗药性,对生物体产生慢性毒性 效应,从而威胁环境健康和生态安全L1 ]. 水环境中抗生素残留灵敏、准确、快速的分析方 1 实验部分 1.1药品与试剂 甲醇与乙腈均为色谱纯(Tedia Co.,USA);盐酸 为优级纯(广东汕头市西陇化工厂);甲酸(广东汕头 市达濠精细化学品公司)、乙酸铵(广东汕头市西陇化 工厂)和EDTANa。(上海申博化工有限公司)为分析 法是其环境行为和生态效应研究的必要手段。固相萃 取预富集一液相色谱一质谱联用检测技术成为当前水环 境中痕量抗生素残留检测方法的发展趋势.应用这一 技术,刘玉春等口]测定了河水中的大环内酯类抗生 素,Zhu等[4]测定了湖水中的四环素类抗生素,Batt[。] 等测定了湖水中的磺胺、四环素和环丙沙星等抗生 素,Yang等 测定了湖水中的磺胺和四环素类抗生 素. 纯;磺胺嘧啶(纯度99.5 9,6)、磺胺噻唑(纯度99.5 )、 磺胺吡啶(纯度99.0 9,5)、磺胺甲基嘧啶(纯度 99.5 )、磺胺二甲基嘧啶(纯度99.5 9,5)、磺胺对甲氧 嘧啶(纯度98.0 9,6)、磺胺间甲氧嘧啶(纯度99。0 9,6)、 磺胺甲恶唑(纯度99.0 9,6)、磺胺二甲氧嘧啶(纯度 99.0 )和磺胺喹恶啉(纯度99.5 9,6)标准品均购自德 国奥格斯堡公司(Dr.Ehrenstorfer GrnbH,Germa— ny),结构式见图l;实验用水为Milli—Q水(Millipore, Bedford,MA,USA)。 磺胺类抗生素是水产养殖中常用的一类具有芳 氨基和磺酰胺基的广谱抗菌素,近岸海域是水产的集 约化养殖区域,海水中该类抗生素的分析方法、环境 行为和生态效应报道的很少,仅检索到一篇文献应用 SPE与液相色谱一质谱联用技术调查了维多利亚 港附近海水中的3种磺胺类抗生素残留状况[7].本研 究选择用量较大、稳定性较高的9种磺胺类抗生素为 对象,利用以苯乙烯一二乙烯苯共聚物为主体的HLB 分别称取10。0 mg磺胺标准品,乙腈溶解并定容 于50 mL棕色容量瓶中,配制成200/lg/mL的单标 固相萃取小柱进行富集、净化,超高压液相色谱一串联 储备液置于一2O℃冰箱中保存.使用时,将0.1 甲 收稿日期:2007-05—05 基金项目:福建省自然科学基金(2oo6Jo14o)资助 "酸乙腈溶液与含5 mmo|乙酸铵的0.1 9,6甲酸水溶液 以l:4(by vo1.)混合为稀释液,取各单标储备液适 量,用稀释液配制所需浓度的混标. lO通讯作者:mengchen@xmtJ.edu.crl 维普资讯 http://www.cqvip.com 增刊1 苏仲毅等:固相萃取一超高压液相色谱一串联质谱法分析海水中9种磺胺类抗生素 H H 磺胺嘧啶 磺胺噻唑 磺胺吡啶 S、llfa出azine Sulfathiazole Sulfapyridine 。、、 磺胺喹恶啉 磺胺二甲基嘧啶 磺胺对甲氧嘧啶 sulfaquinoxaline Sulfamethazine Sulfameter Hz O I 磺胺间甲氧嘧啶 磺胺甲恶唑 磺胺二甲氧嘧啶 Sulfamonomethoxine Sulfamethoxazole Sulfadimethoxine 磺胺甲基嘧啶(替代物) Sulfameraz ̄ne 图1 目标磺胺和替代物的分子结构 Fig.1 Molecular structures of the target sulfonamides and surrogate 1.2仪器与设备 超高压液相色谱一质谱联用仪为Waters Acqui/ \b 孔反吹气流速分别为700 L/h和50 L/h,气体均为高 ty 纯氮气;碰撞气流速为0.18 mL/min,维持碰撞池压 (UPTM)Ultra Performance LC串联Quattro Prem- 力(Collision Cell Pressure)约为334 Pa,碰撞气为氦 ier XE MICROMASS(Waters,USA);12管固相萃取 气;去溶剂辅助加热温度(Desolvation Temp)为 装置(Supelco Co.,USA);6 mL/500 mg Oasis HLB 350℃;源温度(Source Temp)为120℃;毛细管电压 SPE柱(Waters,USA);GM-0.33型真空泵(天津津 为3 kV.锥孔电压(Cone Voltage)、碰撞能(Collision 腾实验设备有限公司);047 mm、0.45 m有机相滤 Energy)及10种抗生素的其它相关质谱条件见表1. 膜(天津津腾实验设备有限公司);SK一1型快速混匀 1.3样品预处理方法 器(金坛市富华仪器有限公司);砂芯漏斗(天津津腾 表层海水样品采自厦门近岸海域水面下深约0.5 实验设备有限公司). m处.取1.0 L水样加入磺胺甲基嘧啶作为替代物, (1)液相色谱条件 过0.45 ktm滤膜除去悬浮物,然后加入0.5 g 色谱柱:Waters Acquity(UPTM)BEH C18(50 EDTANa。,并加入约200 L盐酸调节水样pH为 arm ̄2.1 mm,1.7 m);流动相:0.1 甲酸乙腈溶液 3.0左右,然后以5~8 mL/min流速通过500 mg/6 (A)和5 mmol乙酸铵0.1 9/6甲酸水溶液(B),流速为 mL Oasis HLB SPE小柱.HLB小柱上样之前依次用 0.2 mL/min ̄优化后的梯度洗脱程序为:1O 的A保 6 mL丙酮、6 mL甲醇和6 mL pH=3.0的5 mmol/ 持2.5 min,在3 min内由lO A线性增加至25 并 L乙酸铵缓冲液淋洗.水样过柱后,先用乙酸铵缓冲 保持2.5 min,随后在1 rain内由25 A线性增至 液淋洗小柱,再将小柱于氮气保护下干燥10 min,最 9O 并保持5 min,最后在1 min内将A线性回到起 后用6 mL甲醇洗脱小柱,洗脱液在4O℃下用氮气吹 始的1O 并保持5 min.进样量5 L;柱温3O℃. 干,并用0.1 甲酸乙腈和含5 mmol乙酸铵0.1%甲 (2)质谱条件 酸水溶液(1:4,by vo1.)定容为1.0 mL,待上机分 电离源为电喷雾电离源(ESI),检测方式为多反 析. 应监测(MRM)离子模式,正离子检测;去溶剂气和锥 维普资讯 http://www.cqvip.com 厦门大学学报(自然科学版) 表1 10种磺胺的串联质谱检测条件 Tab.1 The tandem mass spectrometric parameters for the determination of 10 sulfonamides 化合物 硼 啪 锥 压 磺胺嘧啶 155.8 155.8 155.8’,184.0 磺胺噻唑 磺胺吡啶 磺胺甲基嘧啶(替代物) 磺胺二甲基嘧啶 1 磺胺对甲氧嘧啶 磺胺间甲氧嘧啶 1 6 0 O 1 5 1 9 1 1 155.8 .171.8 2S 1 155.8,185.8’ 1 1 4 1 1 O ∞ 1 O 155.8’.187.8 155.8’,215.0 磺胺甲恶唑 磺胺二甲氧嘧啶 磺胺喹恶啉 *:定量离子. 155.8’,16O.O 155.8 155.8 500 rag/6 mL柱型,流速也采用常用的5~8 mL/ 2结果与讨论 2.1 固相萃取条件的优化 2S ∞ 驼 驼 样品的pH、盐度、水样过柱体积、流速、洗脱溶剂 airn.以过滤海水为基底,各磺胺的加标浓度为i00 ng /L,分别取0.5、1.0和1.5 L过柱萃取,考察水样的 穿透体积.结果发现,水样的过柱体积为0.5 L和1.0 2S L时,9种磺胺的回收率均在86.4 9,5~150.4%之间, 体积为1.5 L时回收率普遍下降至33.1 ~63.4 . 因此,本实验选择水样过柱体积为1.0 L,流速为5~ 8 mL/min. " 和洗脱体积,都会影响SPE萃取的效率,本研究以加 标回收率为评估依据分别对这些实验条件进行了优 化. " (1)样品pH和盐度的影响 一" " 般海水样品的pH在7.8~8.3之间,盐度为 (3)洗脱溶剂和洗脱体积的影响 SPE柱上的抗生素常用甲醇或乙腈洗脱,本研究 采用甲醇为洗脱溶剂.实验发现,洗脱体积≥5.0 mL 时目标物即可被完全洗脱,因此选择洗脱体积为6.0 mL. 33.0左右.不考虑其它干扰因素,以1.0 L Milli-Q水 为基底,分别调整pH为3.0、5.0、7.0和9.0,然后加 入9种磺胺的混标,使其最终浓度为i00 ng/L,混匀 后参照1.3的方法进行过柱处理.结果发现,pH为 3.0时磺胺类抗生素的回收率普遍较高,重现性较好. 同样以1.0 L Milli-Q水为基底,配制盐度分别 为0.0、l1.2和33.4的人工海水,调节pH=3.0,然 后加人9种磺胺的混标,使其最终浓度为100 ng/L, 混匀后参照1.3的方法进行过柱处理.结果发现,水 样盐度在0~33.4范围内对目标抗生素回收率无显 (4)海水样品中重金属的影响 海水中存在的一些重金属元素可能会对萃取结 果产生影响,为此,一些文献报道海水中抗生素分析 时需要往水样中加入EDTANa ,以络合水体中的重 金属离子[4 ],避免这些重金属元素与目标抗生素发 生反应而降低回收率.本研究发现海水中加入ED— TANa 比不加入EDTANa2时磺胺类抗生素的回收 率可普遍提高2O ~3O ;并且在0.1 g~1.0 g范 围内,EDTANa 的加入量对目标抗生素的回收率无 著影响.因此本实验选择用盐酸调节水样pH为3.0, 不对盐度进行调节. (2)水样过柱体积和流速的影响 为检测水样中低浓度的抗生素,除了选用高灵敏 度的检测仪器外,还必须尽可能提高前处理中的样品 浓缩倍数.但是样品浓缩倍数受限于SPE小柱的类 型和容量.Waters公司的Oasis HLB小柱对中、强极 性有机化合物具良好的萃取能力已被许多文献报 道C4 ],为本研究直接采用,并且选用了容量最大的 显著影响.因此,本实验选择在样品过柱前加入0.5 g 的EDTANa2. 2.2海水样品的加标回收率 取厦门近岸海水为基底,按照5.0 ng/L和2O.0 ng/L的浓度加标后按1.3所述方法处理,每个浓度 平行4份.磺胺甲基嘧啶在国内使用较少,且在海水 维普资讯 http://www.cqvip.com 增刊1 苏仲毅等:固相萃取一超高压液相色谱一串联质谱法分析海水中9种磺胺类抗生素 表2海水样品加标回收率、方法检测限和线性相关系数 Tab.2 Recoveries,method detection limits and correlation coefficients 磺胺 加标浓度 (ng/L) 回收率 ( ) 相对标准偏差 RSD( , =4) 方法检测限 MDL(ng/L) 相关系数 R。 0.9997 磺胺嘧啶 磺胺噻唑 5 5 5 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2 0.9982 O O O O O O O O . O 磺胺吡啶 O.9999 磺胺二甲基嘧啶 l l l 9 9 l l l l l l l l l l 9 8 9 3 . 7 3 . l O . 8 O . 4 8 . 9 l .5 O . O . O 3 . 2 3 . 6 O . 3 O . 9 2 . O 5 . 2l .  2 0 . 26 .  6 8 . 2 O 3 2 l 4 l O 7 4 4 4 6 7 磺胺对甲氧嘧啶 O.9999 磺胺间甲氧嘧啶 5 2 6 8 5 l 6 4 5 7 6 7 6 7 5 8 5 6 7 9 6 5 7 l 7 9 5 6 6 1 5 4 6 2 5 9 0.9999 磺胺甲恶唑 0.9982 磺胺二甲氧嘧啶 0.9999 磺胺喹恶啉 O 4 O 4 O 2 O 2 O 4 O 4 O 4 O 2 O 4 O.9996 l0o 胺二甲氧嘧啶和磺胺喹恶啉有较好的替代作用,但当 用该替代物校正磺胺嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶和磺胺甲 80 恶唑时,回收率结果明显偏高,可能是因为目标物性 质、与SPE作用的差异或者干扰物质的干扰等作用 差异,导致该替代物与这3种抗生素在样品处理过程 8 60 蕾!i 卅4O 中的损失情况有一定差异,具体原因有待于进一步研 l。 20 人 5 几 究.虽然如此,总体上两组不同加标浓度的样品中目 标物的回收率和相对标准偏差仍然符合要求. 2.3工作曲线的线性范围和方法检出限 在经过优化的色谱、质谱条件下,各目标化合物 在0.2~l 000/ ̄g/L的浓度范围内(工作曲线各点的 浓度分别为0.2、1、5、20、lOO、500和1 000/ ̄g/L)具 有良好的线性;以S/N=lO对应的浓度为依据估算 方法检测限,磺胺吡啶、磺胺二甲基嘧啶和磺胺二甲 氧嘧啶的方法检测限为0.2 ng/L,其余目标抗生素的 方法检测限为0.4 ng/L,具体数据见表2,9种磺胺及 替代物的MRM谱图见图2. 2.4厦门近岸海水样品中磺胺类抗生素的分 基底中未被检出,因此被作为替代物(Surrogate),在 分析前加入海水样品中对分析过程进行质量控制,分 析结果列于表2.由结果可知,磺胺甲基嘧啶对磺胺噻 唑、磺胺吡啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶、磺 析 采集厦门同安湾海域原来水产养殖区5个站位 的表层海水样品,将所建立的分析方法应用于其中磺 胺类抗生素的分析. 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ 76・ 厦f-j ̄学学报(自然科学版) 2007正 结果显示,有4种磺胺在5个站位的样品中均被 [4]Zhu J,Snow D D,Cassada D A,et a1.Analysis of oxytet— 检出,分别是磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺间甲氧 racycline,tetracycline,and chlortetracycline in water u— 嘧啶和磺胺甲恶唑,平均浓度分别为3.1、3.3、2.3和 sing solid—phase extraction and liquid chromatography- 8.4 ng/L ̄其余5种磺胺均未被检出.xu等L7 调查了 tandem mass spectrometry[J].J Chromatography A, 2001,928:177—186. 维多利亚港附近海水样品中的3种磺胺类抗生 素(磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶和磺胺甲恶唑),结果 [5]Angela L B,Ian B B,Diana S A.Evaluating the vulnera— bility of surface waters to antibiotic contamination from 均低于方法检出限0.5 ng/L,由此可见,厦门近岸海 varying wastewater treatment plant discharges[J].Envi— 域表层海水中的磺胺类抗生素残留的分布、来源值得 ronmental Pollution,2006,1 42:295~302. 进一步研究. [6]Shinwoo Y,Kenneth C.Evolution of antibiotic occurrence in a river through pristine,urban and agricultural land— 3 小 结 scapes[J].Water Research,2003,37:4645--4656. [7]Xu w H,Zhang G,Zou S,et a1.Determination of select— 本研究将SPE与LC—MS/MS技术联用,建立了 ed antibiotics in the Victoria Harbour and the Pearl Riv- 海水样品中9种磺胺类抗生素的高灵敏分析方法,并 er,South China using high-performance liquid chroma— 成功地用于厦门近岸海域水环境中抗生素残留的测 tography ‘electrospray ionization tandem mass spectrome。- 定. try[J].Environmental Pollution,2007,145:672—679. [83 Sandra R,Francesc B,Eva P,et a1.Determination of anti— 参考文献: biotic compounds in water by solid—phase extraction-high r1] Alistairb A B,Danaw K,Bent H.et a1.Are veterinary performance liquid chromatography一(electrospray)mass medicines causing environmental risks[J].Environmental spectrometry[J].J Chromatography A,2003,1010:225 ——Science and Technology,2003,August 1:287—293. 232. [23胡莹莹,王菊英,冯德毅.近岸养殖区抗生素的海洋环境 [9]Xiu S,Farida B,Chen M,et a1.Occurrence of antimicro— 效应研究进展[J].海洋环境科学,2004,23(4):77—79. bials in the final effluents of wastewater treatment plants [3]刘玉春,徐维海,余莉莉,等.固相萃取液相色谱一质谱/质 in Canada[J].Environmental Science and Technology, 谱联用测定河水中大环内酯类抗生素[J].分析测试学 2004,38:3533—3541. 报,2006,25(2):1—5. Determination of Nine Sulfonamide Antibiotics in Seawater Using Solid Phase Extraction and Ultra Performance Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry SU Zhong—yi,CHEN Meng ,YUAN Dong—xing,Y0U Ming—hua (Environmental Science Research Center,Xiamen University,Xiamen 361005,China) Abstract:A method for simultaneous determination of 9 sulionamides(suIfadiazine,suIfathiazo1e,suIfapyridine,suIfamethazine。 sulfameter,sulfamethoxazole,sulfamonomethoxine,sulfadimethoxiFie and sulfachinoxaline)in seawater was developed.The target analytes were extracted on a porous polymer Oasis HLB column and subsequently eluted with methano1.Qualitative and quantitative analysis was carried out on a Waters ultra performance liquid chromatography(UPLC)with electrospray tandem mass spectrometry (ESI—MS-MS)using multi—reactive monitoring mode.Good linearity was obtained in the range of 0.2~1 000 t ̄g/L.The method de— tection limits varied between 0.2 ng/L and 0.4 ng/L(S/N=10,concentration factor=1 000).Recoveries were between 86.4 ~ 150.4%in seawater matrix at both 5.0 ng/L and 20.0 ng/L spiking levels using sulfamerazine as a surrogate,the relative standard deviations(RSD, 一4)were in the range of 0.5 ~8.4 .The method has been successfully applied in the survey of sulfonamide residue in the seawater samples collected from Xiamen area. Key words:sulfonamide;seawater;solid phase extraction;liquid chromatography—mass spectrometry 

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