李旭霞

(山东科泰环境监测有限公司,临沂 276007)

改革开放以来,我国工业化进程不断推进,许多省份、地区产业园,如纺织品产业园、医化产业园、电子产业园等发展迅速[1-3],由此带来的环境污染问题越来越受人关注。随着我国环境监管投入和处罚力度的加大,园区生产企业偷排、直排等现象越来越少,但仍存在部分不法生产企业偷排现象,给周边水环境造成恶劣影响[4-8]。我国甾体激素类以及相关药物年产量约占全球的30%以上,如雌激素、雄激素、孕激素、皮质激素等甾体激素类以及米非司酮等抗激素类药物,广泛应用于皮肤病、哮喘等疾病的治疗,以及安胎避孕、减肥等[9-15]。人若误食甾体激素类药物,会引起男性精子数量减少、雄性退化等健康问题,严重时会导致人不孕不育、胎儿畸形、免疫机能降低等。目前暂未发现相关国内外标准对地表水中甾体激素类及相关药物残留进行规定。因此,很有必要监测医化园区周边地表水中甾体激素类及相关药物的残留量,以帮助了解当地地表水环境污染现状和有效指导相关标准的修订。

地表水中甾体激素类及相关药物残留量的研究较少[16-17],相关文献一般采用固相萃取法进行前处理,液相色谱-质谱法进行测定,研究对象多为性激素,孕激素和皮质激素的研究不多,不能全面地反映地表水中甾体激素类及相关药物的残留水平。鉴于此,本工作以全自动固相萃取法富集水样中皮质激素类(地塞米松、泼尼松)、孕激素类(炔诺酮)、雌激素类(炔雌醇)、雄激素类(甲睾酮)和抗孕激素类(米非司酮)药物,以超高效液相色谱-串联质谱法测定其含量,此方法准确度、精密度好,适用于地表水中极微量甾体激素类以及相关药物残留水平的监测。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 1290型超高效液相色谱仪,配备自动进样器等;Triple QuadTM4500型三重四极杆串联质谱仪;HLB 固相萃取柱(1 000 mg/12 mL);EXTRA型全自动固相萃取仪;Neofuge 18R 型大容量台式高速冷冻离心机;MS 205DU 型电子天平;DSY-VI型水浴氮吹仪;Milli-plus 2150 型超纯水系统。

单标准储备溶液:200 mg·L-1,分别取地塞米松、泼尼松、炔诺酮、炔雌醇、甲睾酮和米非司酮标准品各20 mg,分别用甲醇溶解并定容至100 mL 容量瓶中,摇匀备用。

混合标准溶液系列:取适量各目标化合物的单标准储备溶液,用甲醇逐级稀释,配制成地塞米松、泼尼松、炔诺酮、炔雌醇、甲睾酮和米非司酮质量浓度分别为0.005,0.01,0.05,0.1,0.5,1,5 mg·L-1的混合标准溶液系列。

地塞米松标准品纯度为99.8%,批号为100129- 201907;泼尼松标准品纯度为99.6%,批号为100199- 201503;炔诺酮标准品纯度为99.4%,批号为100053- 201807;炔雌醇标准品纯度为99.4%,批号为100052- 201210;甲睾酮标准品纯度为99.5%,批号为100172- 201404;米非司酮标准品纯度为99.5%,批号为410003-201301。

甲酸、乙酸铵均为分析纯;甲醇、乙腈均为色谱纯;试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 色谱条件

Agilent Zorbax Eclipse Plus C18色谱柱(100 mm×3.0 mm,1.8μm);柱温35 ℃;进样体积10μL;流动相A 为1 mmol·L-1乙酸铵溶液,B为乙腈;流量0.4 mL·min-1。

梯度洗脱程序见表1。

表1 梯度洗脱程序Tab.1 Gradient elution procedure

1.2.2 质谱条件

电喷雾离子源,负离子扫描模式;喷雾电压4 000 V;离子传输管温度340 ℃,离子源温度580℃;气帘气压力0.14MPa;辅助气压力0.38MPa;碰撞气为氮气;多反应监测(MRM)模式。其他质谱参数见表2。

表2 质谱参数Tab.2 MS parameters

1.3 试验方法

随机采集医化园区周边地表水样5 L,去除水样中肉眼可见物(如树叶等漂浮物),置于棕色广口瓶中,于2～8 ℃避光冷藏储存。取上述水样,放置至室温后,用1 mol·L-1盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节其酸度至pH 7,置于全自动固相萃取仪的样品瓶中。将HLB固相萃取柱加载在全自动固相萃取仪萃取架上,按照设定好的程序预处理柱子并洗脱样品,即先分别用12 mL 水、12 mL 甲醇和12 mL正己烷活化固相萃取柱,再将上述水样500 mL 以流量10 mL·min-1过固相萃取柱,最后用20%(体积分数)甲醇溶液15 mL 洗脱。收集洗脱液,于50 ℃氮吹至近干,用甲醇定容至1 mL,涡旋30 s,所得溶液按照仪器工作条件测定。

2 结果与讨论

2.1 固相萃取柱的选择

目标化合物中雌激素类药物极性较强,皮质激素类和孕激素类药物极性偏弱,因此应选用强极性或非极性的固相萃取柱,而用于地表水中有机物残留检测的常用固相萃取柱主要有氨基固相萃取柱、弗罗里硅土固相萃取柱、C18固相萃取柱和HLB 固相萃取柱等。试验考察了规格相同(1 000 mg/12 mL)的这4 种固相萃取柱对加标水样(加标量0.1 mg·L-1)中6种目标化合物回收率的影响,结果见表3。

表3 不同固相萃取柱所得回收率Tab.3 Recovery with different solid phase extraction columns

由表3可知,相较其他极性和非极性固相萃取柱,HLB固相萃取柱所得6种目标化合物的回收率均大于80.0%,准确度较高,这是由于HLB 固相萃取柱所用填料通用性较强,对中等极性以及非极性分析物的萃取效果较好。因此,试验选择以HLB固相萃取柱富集样品中的目标化合物。

2.2 水样酸度的选择

6种目标化合物的极性范围较宽,在不同酸度地表水中的电离程度不同,可能影响测定结果的准确度。因此,试验考察了水样酸度分别为pH 4,5,6,7,8,9 时对加标水样(加标量0.1 mg·L-1)中6种目标化合物回收率的影响。结果显示:当酸度为pH 4,5,6时,炔雌醇、地塞米松和泼尼松的回收率为40.0%～70.0%;当酸度为pH 8,9时,炔诺酮、甲睾酮和米非司酮的回收率为60.0%～80.0%;当酸度为pH 7时,6种目标化合物的回收率均较高,为80.0%～100%。这是由于在弱酸、弱碱性条件下,上述6种目标化合物均有不同程度电离,导致其在HLB 固相萃取柱中吸附能力降低;在中性条件下,上述6种目标化合物均呈现分子态,在HLB 固相萃取柱中吸附能力较强,富集作用增强。因此,应结合水样的实际酸度,用酸或碱溶液将水样的酸度调节至pH 7后再对其进行检测。

2.3 质谱条件的选择

以0.1 mg·L-1地塞米松标准溶液为例进行质谱条件的优化。首先设定质谱采集模式为Q1SCAN(全扫描)模式,找到地塞米松分子离子峰并确定地塞米松Q1参数;再设定质谱采集模式为Production SCAN(产物离子扫描)模式,找到地塞米松分子离子对应的产物离子,选择响应较高的2个产物离子作为监测离子(定量离子和定性离子);最后利用地塞米松分子离子与其对应的2个监测离子进行去簇电压和碰撞能量的优化,建立地塞米松MRM 方法。同法建立泼尼松、炔诺酮、炔雌醇、甲睾酮和米非司酮的MRM 方法,优化后的质谱条件见表2。

2.4 基质效应

本方法虽然有较好的选择性,但是共流出的基质和目标化合物的竞争会影响接口离子化效率,进而产生基质增强或抑制效应,从而影响最终检测结果的准确度。按照试验方法分析加标水样(加标量0.1 mg·L-1),所得地塞米松、泼尼松、炔诺酮、炔雌醇、甲睾酮和米非司酮回收率分别为85.9%,90.3%,84.7%,88.6%,91.0%,87.3%,说明地表水中基质干扰较小,定量结果准确。在最优试验条件下,6种目标化合物混合标准溶液的色谱图见图1。

图1 混合标准溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of the mixed standard solution

2.5 标准曲线和检出限

按照试验方法测定混合标准溶液系列,以6种目标化合物的质量浓度为横坐标,其对应的峰面积为纵坐标进行线性拟合,所得6种目标化合物的线性范围均为0.005～5 mg·L-1,其他线性参数见表4。

以3倍信噪比(S/N)计算检出限(3S/N),结果见表4。

表4 线性参数和检出限Tab.4 Linearity parameters and detection limits

2.6 精密度和回收试验

随机采集医化园区周边地表水样,按照试验方法对其进行低、中、高等3个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平平行测定5次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),结果见表5。

表5 精密度和回收试验结果(n＝5)Tab.5 Results of tests for precision and recovery(n＝5)

由表5可知:地表水中检出了地塞米松和炔雌醇,检出量分别为0.75,1.27μg·L-1;6种目标化合物的回收率为83.9%～105%,测定值的RSD 为2.7%～4.1%,说明该方法的准确度和精密度较好。

本工作提出了全自动固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定医化园区周边地表水中6种目标化合物含量的方法,该方法自动化程度高、过程简单、分析快速、结果准确,具有一定的应用价值。