使用LC-MS/MS进行废水中磺胺类抗生素的测定

2018-06-05 09:02:33

使用液相-串联质谱（LC-MS/MS）进行废水中磺胺类抗生素的测定

简介

抗生素被广泛应用于人类和家畜细菌传染病的预防和治疗。然而，有关抗生素的使用有一个重要但往往又被忽视的方面，就是抗生素残留进入环境后的处置1。通常被当作是未使用抗生素的制药废水和人体排泄物（含内未代谢的抗生素），都含有低浓度的抗生素药物，然而这些都直接排入下水道系统。由于污水处理厂也很少有能力过滤掉这些药物，于是抗生素随之进入水循环系统。环境中抗生素的另一个重要来源是畜牧业使用的兽用抗生素。另外，施肥和灌溉也会将农业废物中的这些抗生素带入到土壤和地下水。人们对环境中抗生素的影响还仍然知之甚少，主要关注的是细菌对抗生素耐药性的发展趋势，因为耐药性菌株会严重干扰天然细菌的生态系统，严重威胁人类健康。另外，人们还担心接触环境中残留的抗生素可能会导致人类致癌或过敏性反应，并对水生生物和土壤微生物产生危害2，3。磺胺类药物（图1）是一类常用的合成抗生素，被广泛应用于人类和家畜细菌传染病的预防和治疗。另外，为了促进动物生长，也作为饲料添加剂被大量使用。在美国和欧洲，这些磺胺类药物被视为引入环境的主要的潜在污染物。可能是由于人们对环境中大多数此类药物的来源、去向及对其影响的认识和了解还很有限，目前还没有针对它们在一些环境介质（如水，沉积物，土壤）中的残留水平有相关的规定和监管。因此，对这些低浓度（ng/L）化合物进行高灵敏度、可靠的分析检测是非常必要的。

目标

开发对污水废水中磺胺类抗生素进行痕量分析的新方法。

实验条件

样品制备

二级污水样品从希腊的污水处理厂采集，过滤后待用。每50mL样品添加去离子水稀释至200mL。酸化至pH值为4，为了评价以下处理方法对样品的损失，也就是考察回收率，在样品富集前加入5ng D4类磺胺甲恶唑（D4类-SMX）作为内标。样品采用固相萃取法（SPE）进行富集。稀释的废水样品以5 mL/min的流速经过固体填充装置渗出，再用5mL去离子水洗涤填充装置。收集洗脱液，4mL甲醇抽提2 次，氮气流进行溶剂蒸发。最后，将提取物溶解于0.5mL流动相A（含0.1%甲酸的水）中。

HPLC条件

HPLC：Surveyor高效液相系统(Thermo Scientific, San Jose,CA)

色谱柱：C18 150×2.1 mm, 3.5 μm

进样量：20 μL

流动相A：水（0.1% 甲酸）

流动相B：乙睛（0.1% 甲酸）

流速：0.2 mL/min

MS条件

TSQ Quantum Ultra 三重四极杆质谱仪+ 电喷雾源

ESI(Thermo Fisher Scientific, San Jose, CA)

离子源极性：正离子模式

鞘气压力(N2)： 40 units

离子传输管温度： 350℃

碰撞气压： 1.0mTorr(氩气)

Q1分辨率： 0.2 FWHM

Q3分辨率0.7 FWHM

驻留时间： 0.2 s

扫描类型： SRM

表1给出了MS的SRM结果。以色谱分离过程中保留时间为基础将目标化合物MS检测过程分为三个时间段。质子化分子 [M+H] +选定为母离子。通常情况下，检测是在SRM模式下进行的，从优化MS/MS条件的过程中，选择响应最强，最有特点的离子作为母离子、子离子。目标化合物的鉴定标准就是依据的LC保留时间（tR）和每种化合物的质荷比。

MS条件如下：

方法准确度和精密度的评价是通过回收率的考察结果进行的，用去离子水将合适浓度的磺胺类药物分别稀释成三个浓度（2 ng/L、20 ng/L和200 ng/L）。再将之稀释成0.1μg/L–100 μg/L浓度范围内的8个合适浓度作为标准溶液，以此制作标准曲线(进样量范围为2 pg–2000pg)。

结果与讨论

表2汇总了该检测方法的有效数据。从表2可以看出：标准曲线的相关系数R2均大于0.99（权重系数：1/X），0.1μg/L–100 μg/L范围内用于绘制标准曲线的各取点之间的偏差均小于20％。选用外标法定量，以分析物中响应最强的监测离子峰面积为标准，对其它化合物进行定量。对于SMX（磺胺甲恶唑），是使用最强的监测离子的峰面积与其替代品D4-SMX（D4类磺胺甲恶唑）最有代表性离子的峰面积之比来进行定量。以回收率考察方法的准确度，在去离子水中添加合适标准品得到三个浓度水平：2 ng/L、20 ng/L和200 ng/L。检测方法的精密度是由这三个浓度水平的添加样品日内（n=3）和日间(n=6)多次重复测量的重现性考察的。结果可见，该方法有较高的回收率，通常大于72%，日间的相对标准偏差在3.1%到19.0%之间。图2给出了2 ng/L标准品添加去离子水的的SRM色谱图。应用该方法进行废水样品中磺胺抗生素的检测。在所有检测样本中都有新诺明的检出，其检出的中间浓度为150 ng/L 。图3给出的是从废水中检测到的SMX（磺胺甲恶唑）色谱图。

结论

LC-ESI-MS/MS可以对市政污水中磺胺类抗生素进行痕量分析（ng/L），方法准确，灵敏，可靠。固相萃取对从废水样品中目的物的富集和分离有效，且都有较高的回收率，从而保证了定量准确。新诺明（中间浓度为150 ng/L）在废水中被检出，表明了污水处理厂没有彻底消除该类药物的污染。该检测方法可以在对污水排出口对环境污染物进行检测，以避免残留物污染水生环境。

参考文献

1．Petrovic, M.; Hernando, M. D.; Diaz-Cruz, M. S.; Barceló,

D. “Liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the

analysis of pharmaceutical residues in environmental samples:

a review”; J, Chrom. A 2005, 1067(1-2), 1-14.

2 ．G鯾el, A.; McArdell, C. S.; Suter, M. J.-F.; Giger, W. “Trace

determination of macrolide and sulfonamide antimicrobials, a

human sulfonamide metabolite, and trimethoprim in wastewater

using liquid chromatography coupled to electrospray tandem

mass spectrometry”; Anal. Chem. 2004, 76(16), 4756-4764.

3 ．Yang, S.; Cha, K.; Carlson, K.“Quantitative determination of

trace concentrations of tetracycline and sulfonamide antibiotics