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磺胺类抗生素(sulfonamides, SAs)是一种具有磺胺类基本结构的化学合成的广谱抗生素。磺胺类抗生素的应用前景十分广阔,主要用于动物体和人体中细菌感染疾病的防治[1]。随着我国对于磺胺类抗生素的需求和消费量的日渐增长,导致大量的磺胺类抗生素会排入环境并在环境中聚集和富集,造成了巨大的风险[2]。目前,有关磺胺类抗生素的残留检测研究主要集中在动物源食品[3-4]中,而环境水体中的残留检测却常常被忽略。何秀婷等[5]调查阳江和大亚湾海水养殖区发现,虽然鱼肉组织中仅磺胺二甲基嘧啶含量超标,但肝脏样品中的磺胺类抗生素计算超标率却高达89%。虽然对比世界规定的日允许摄入量(ADI≤50 μg·kg−1)来说,远未达到规定值,但如若长期暴露于低浓度情况下,水生生物极有可能受到危害[6]。由于磺胺类抗生素的耐久性,“二次暴露”的可能性也十分大。水体中残留的磺胺类抗生素通过饮用水[7]或水生动物富集[8]进入人体。细菌与磺胺类抗生素接触后,对磺胺类抗生素的敏感性降低甚至消失,形成耐药菌株。如果人类长期食用带有耐药菌株的肉制品,耐药菌株会继续在人体内积蓄,使得人体健康受到影响[9]。 因此,建立一种快速检测多种磺胺类抗生素的方法刻不容缓。
目前,磺胺类抗生素残留检测技术主要包括免疫分析法、液相色谱法、液质联用法等。免疫分析法一般用于大量样品的常规分析或者样品的定性筛查。相比于其他检测方法,其灵敏度不高,还易出现假阳性。液相色谱法的灵敏度较低,一般仅作为筛选方法。液质联用法灵敏度高、选择性特异性好,对含量较低的目标物也可以进行较好地定性确认,是目前较为先进的药物残留检测方法[10]。刘培勇等[11]建立了一种高效液相色谱-串联质谱用于检测猪肉中常见的11种磺胺类抗生素残留的方法,样品使用Oasis MCX SPE柱进行固相萃取,使用正离子模式测定,11种磺胺类抗生素的检出限为0.1~1.0 μg·L−1,在20~400 μg·L−1内线性良好,回收率为79.3%~105.5%,相对标准偏差为1.3%~11.6%(n=6)。环境水样中磺胺类抗生素的富集提取方法主要包括液液萃取、固相萃取和加速溶剂萃取等。作为最早被应用和普及的样品预处理技术,液液萃取具有操作简单、设备易获取、成本低廉等优点。但传统液液萃取方法存在耗时长、对溶剂要求高、可能造成环境二次污染的缺点。与传统的液液萃取方法相比,固相萃取具有更高的回收率、更少的有机溶剂、更简易的操作、更低廉的价格和更低的环境负荷等优点。其作用机理是利用固体吸附剂使样品中的目标化合物先被富集吸附,再利用特定有机溶剂洗脱或者热解吸附,使目标化合物从吸附剂中脱离出来。液质联用法中的基质效应是制约高通量检测的主要技术瓶颈,固相萃取则成为去除基质效应的研究重点[12-14],并被广泛应用于环境水体中抗生素的富集。WANG等[15]采用三聚氰胺/邻苯二醛共价有机框架作为固相萃取剂,对水样中磺胺类抗生素进行富集,检测到6种抗生素,检出限为0.05~0.36 ng·L−1,回收率为82.5%~104.8%。
为提高检测方法的高效性及检测结果的准确性,本研究在参考美国及欧盟分析测试PPCPs方法和已有检测仪器原理的基础上,采用超高效液相色谱-串联质谱联用检测技术,比对不同固相萃取柱及水样pH值,探讨最佳固相萃取条件,建立8种磺胺类抗生素标准物质的线性方程,讨论检测技术的定量限、检出限、稳定性、精密度及空白基质加标回收率,分析检测技术的时效性、稳定性、灵敏性和数据的准确性,旨在为水环境中磺胺类抗生素残留问题提供简单、快速、高效、灵敏的检测方案,亦为我国检测方法标准体系的建设提供参考。
水环境中磺胺类抗生素固相萃取-液质联用检测方法的建立及效果评估
Establishment of solid phase extraction-liquid mass spectrometry method for detection of sulfa antibiotics in water environment and its effect evaluation
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摘要: 为快速、同步检测分析磺胺类抗生素,有效削减并控制水体中磺胺类上抗生素含量,基于已有检测仪器和分析测试方法,建立了一种用于同时测定水体中8种磺胺类抗生素(磺胺氯哒嗪、磺胺间二甲氧嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺喹恶啉、磺胺甲氧哒嗪、磺胺甲噻二唑、磺胺吡啶)残留的固相萃取-液相色谱-三重四极杆串联质谱检测方法;在检测过程中,调节水样的pH为3,用HLB固相萃取柱进行净化、富集,在40 ℃条件下用氮吹浓缩吹干,用超纯水复溶至1 mL;以0.1%甲酸水溶液和0.1%甲酸乙腈溶液作为流动相,使用Phenomenex Kinetex F5 色谱柱(50 mm×3.0 mm, 2.6 μm)进行分离,在多反应监测模式(MRM)下对样品进行定量、定性分析。结果表明:8种磺胺类抗生素线性关系良好,且拟合度均大于0.999 0;检出限为0.1~0.5 μg·L−1,定量限为0.5~2.0 μg·L−1;质量浓度为1、5、50 μg·L−1的混标溶液的加标回收率分别为78.85%~127.96%、76.69%~114.38%和73.55%~125.92%, 相对标准偏差均在15%以内。该方法快捷、高效、灵敏,能够满足水中磺胺类抗生素的定性、定量检测,可为我国检测方法标准体系的建设提供参考。Abstract: In order to quickly and synchronously detect and analyze sulphonamides, effectively reduce and control sulphonamides content in water, based on the existing detection instruments and analysis and testing methods, a liquid chromatography-triple quadrupole tandem mass spectrometry method was developed to simultaneously detect the residues of 8 antibiotics in water: sulfadiazine, sulfadimethyrimidine, sulfadimethyrimidine, sulfamethoxazole, sulfamequinoline, sulfamethoxyazine, sulfamethothiazole, sulfamepyridine. During the detecting process, the sulfonamides in water samples were enriched with HLB solid phase extraction column at pH=3, then dried by nitrogen blowing at 40 ℃ and re-dissolved to 1mL by ultrapure water, lastly separated by Phenomenex Kinetex F5 column (50 mm×3.0 mm, 2.6 μm) using 0.1% formic acid aqueous solution and 0.1% formic acid acetonitrile as mobile phase. The results showed that there was a good linear relationship between the 8 sulfonamides antibiotics and the fitting degree was higher than 0.999. The limits of detection were 0.1~0.5 μg·L−1, and the limits of quantification were 0.5~2.0 μg·L−1. The recoveries of mixed standard solutions with mass concentrations of 1, 5 and 50 μg·L−1 were 78.85%~127.96%, 76.69%~114.38% and 73.55%~125.92%, respectively, and the relative standard deviations (RSD) were not higher than 15%. The method is quick, efficient and sensitive, and can satisfy the qualitative and quantitative detection of sulfa antibiotics in water. It can provide a reference for the construction of standard system of detection methods in China.
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表 1 8种磺胺抗生素的CAS号、分子式、相对分子质量和结构式
Table 1. CAS number, molecular formula, relative molecular weight and structural formula of 8 sulfa antibiotics
化合物 CAS号 分子式 相对分
子质量磺胺间二甲氧嘧啶
(sulfamethazine,SDM)155-91-9 C12H14N4O4S 310.33 磺胺二甲基嘧啶
(sulfamethazine,SDD)57-68-1 C12H14N4O2S 278.33 磺胺甲恶唑
(sulfamethoxazole,SMZ)723-46-6 C10H11N3O3S 253.28 磺胺氯哒嗪
(sulfachloropyridazine,SPDZ)80-32-0 C10H9ClN4O2S 284.72 磺胺甲氧哒嗪
(sulfamethoxypyridazine,SMP)80-35-3 C11H12N4O3S 280.30 磺胺吡啶
(sulfapyridine,SASP)144-83-2 C11H11N3O2S 249.29 磺胺喹恶啉
(sulfaquinoxaline,SQ)59-40-5 C14H12N4O2S 300.34 磺胺甲噻二唑
(sulfamethizole,SMTZ)144-82-1 C9H10N4O2S2 270.33 表 2 梯度洗脱程序
Table 2. Gradient elution procedures
时间/
min流速/
(mL·min−1)流动相A
体积分数/%流动相B
体积分数/%0 0.4 97 3 1 0.4 97 3 1.1 0.4 85 15 9.5 0.4 25 75 9.6 0.4 5 95 11.5 0.4 5 95 11.6 0.4 97 3 13.6 0.4 97 3 表 3 8种磺胺类抗生素的质谱监测离子与主要参数
Table 3. Monitoring ions and main parameters of 8 sulfonamides antibiotics by mass spectrometry
化合物 母离子m/z 定量子离子m/z 碰撞能/eV 定性子离子m/z 碰撞能/eV 去簇电压/V SDM 311.1 156.1 28 218 28 200 SDD 279.1 186.1 23 156 27 175 SMZ 254.1 156 22 108 37 138 SPDZ 285.1 156 23 108.1 33 140 SMP 281 126.1 21 156 20 150 SASP 250.1 156.1 20 108 39 150 SQ 301.1 156 20 108 36 167 SMTZ 271 156.1 19 108 32 110 表 4 8种磺胺类抗生素的回归方程及拟合度
Table 4. Regression equation and correlation coefficient of 8 sulfonamides antibiotics
名称 线性方程 拟合度 磺胺间二甲氧嘧啶(SMD) y = 18 883x + 7 996.2 0.999 9 磺胺二甲基嘧啶(SM2) y = 18 719x – 5 789.2 0.999 1 磺胺甲恶唑(SMZ) y = 6 311.6x + 4 186.6 0.999 9 磺胺氯哒嗪(SPD) y = 9 147.4x + 3 617.4 0.999 7 磺胺甲氧哒嗪(SMP) y = 28 527x + 13 484 0.999 6 磺胺吡啶(SP) y = 11 841x + 3 076.3 0.999 3 磺胺喹噁啉(SQ) y = 12 326x + 2 834.8 0.999 7 磺胺甲噻二唑(SMTZ) y = 13 402x + 4 856.1 0.999 9 表 5 8种磺胺类抗生素的定量限、检出限
Table 5. Limits of quantitation and detection of 8 sulfonamides antibiotics
名称 定量限/(μg·L−1) 检出限/(μg·L−1) 磺胺间二甲氧嘧啶(SDM) 0.5 0.1 磺胺二甲基嘧啶(SDD) 0.5 0.1 磺胺甲恶唑(SMZ) 2.0 0.5 磺胺氯哒嗪(SPDZ) 1.0 0.1 磺胺甲氧哒嗪(SMP) 2.0 0.5 磺胺吡啶(SASP) 0.5 0.1 磺胺喹恶啉(SQ) 1.0 0.1 磺胺甲噻二唑(SMTZ) 1.0 0.1 表 6 8种磺胺类抗生素的精密度
Table 6. Precision of 8 sulfonamides antibiotics
名称 峰面积 相对标准偏差/% 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 磺胺间二甲氧嘧啶(SDM) 299 200 284 600 286 400 289 300 292 700 265 300 4.01 磺胺二甲基嘧啶(SDD) 255 700 275 900 262 300 249 700 255 600 236 700 5.09 磺胺甲恶唑(SMZ) 106 800 108 400 10 6800 10 4000 96 530 108 500 4.31 磺胺氯哒嗪(SPDZ) 78 570 75 830 8 1520 79 370 74 020 79 720 3.52 磺胺甲氧哒嗪(SMP) 191 800 185 300 193 000 188 800 191 500 191 900 1.5 磺胺吡啶(SASP) 156 700 167 500 160 700 155 200 162 300 159 600 2.73 磺胺喹恶啉(SQ) 104 800 109 200 111 300 101 100 107 200 111 800 3.81 磺胺甲噻二唑(SMTZ) 194 000 183 400 185 000 198 800 185 300 181 200 3.66 表 7 8种磺胺类抗生素的稳定性测定
Table 7. Stability determination of 8 sulfonamides antibiotics
名称 峰面积 相对标准偏差/% 初始时刻 放置4 h 放置8 h 放置24 h 放置48 h 磺胺间二甲氧嘧啶(SDM) 450 400 445 600 463 600 451 400 432 600 2.49 磺胺二甲基嘧啶(SDD) 379 000 352 900 389 700 401 900 346 600 6.34 磺胺甲恶唑(SMZ) 173 900 185 000 170 300 179 600 161 400 5.18 磺胺氯哒嗪(SPDZ) 150 300 145 500 140 000 139 300 134 800 4.23 磺胺甲氧哒嗪(SMP) 110 800 112 200 121 500 111 800 102 100 6.16 磺胺吡啶(SASP) 248 600 233 800 242 500 237 200 219 600 4.61 磺胺喹恶啉(SQ) 91 680 92 780 97 230 101 200 95 920 3.95 磺胺甲噻二唑(SMTZ) 345 100 347 200 359 600 340 900 334 700 2.67 表 8 8种磺胺类抗生素的回收率测定
Table 8. Recovery rate of 8 sulfonamides antibiotics
抗生素名称 质量浓度为1 μg·L−1 质量浓度为5 μg·L−1 质量浓度为50 μg·L−1 回收率/% RSD/% 回收率/% RSD/% 回收率/% RSD/% 磺胺间二甲氧嘧啶(SDM) 103.1 14.3 107.01 4.07 93.26 9.43 磺胺二甲基嘧啶(SDD 94.56 7.21 97.49 7.14 102.44 11.8 磺胺甲恶唑(SMZ) 94.98 7.81 89.41 5.19 87.38 10.98 磺胺氯哒嗪(SPDZ 78.85 8.42 85.37 3.89 86.17 7.17 磺胺甲氧哒嗪(SMP) 104.47 2.93 100.56 3.78 107.66 3.95 磺胺吡啶(SASP) 95.77 10.63 94.7 7.01 92.94 5.54 磺胺喹噁啉(SQ) 90.02 7.25 76.69 4.31 84.24 8.47 磺胺甲噻二唑(SMTZ) 83.96 10.17 81.03 10.22 73.55 5.53 -
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