在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水养殖水体中15种药物

尹杨媛, 崔正国, 白莹, 李纯毅, 梁友, 薛致勇, 周明莹, 曲克明. 在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水养殖水体中15种药物[J]. 环境化学, 2023, 42(3): 1017-1028. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2022053102
引用本文: 尹杨媛, 崔正国, 白莹, 李纯毅, 梁友, 薛致勇, 周明莹, 曲克明. 在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水养殖水体中15种药物[J]. 环境化学, 2023, 42(3): 1017-1028. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2022053102
YIN Yangyuan, CUI Zhengguo, BAI Ying, LI Chunyi, LIANG You, XUE Zhiyong, ZHOU Mingying, QU Keming. Simultaneous determination of 15 drugs in mariculture water by on-line solid phase extraction liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2023, 42(3): 1017-1028. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2022053102
Citation: YIN Yangyuan, CUI Zhengguo, BAI Ying, LI Chunyi, LIANG You, XUE Zhiyong, ZHOU Mingying, QU Keming. Simultaneous determination of 15 drugs in mariculture water by on-line solid phase extraction liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Environmental Chemistry, 2023, 42(3): 1017-1028. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2022053102

在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水养殖水体中15种药物

    通讯作者: Tel:15066206209,E-mail:baiying@ysfri.ac.cn
  • 基金项目:
    国家重点研发计划项目(2020YFD0900603),国家自然科学基金青年基金(41906129)和中国水产科学研究院基本科研业务费(2020TD49)资助.

Simultaneous determination of 15 drugs in mariculture water by on-line solid phase extraction liquid chromatography-tandem mass spectrometry

    Corresponding author: BAI Ying, baiying@ysfri.ac.cn
  • Fund Project: the National Key Research and Development Program (2020YFD0900603), Youth Fund of National Natural Science Foundation of China (41906129) and Central Public-Interest Scientific Institution Basal Research Fund, CAFS (2020TD49).
  • 摘要: 采用在线固相萃取-液相色谱-串联质谱联用(On-line SPE-LC-MS/MS)技术,建立海水循环水养殖系统中磺胺类(磺胺甲基异恶唑、磺胺噻唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶)、大环内酯类(克拉霉素、脱水红霉素)、喹诺酮类(恩诺沙星、氧氟沙星、诺氟沙星)、四环素类(金霉素、四环素、土霉素)13种抗生素及孔雀石绿、隐色孔雀石绿共15种药物的同时检测方法,为循环水养殖海水中部分有机污染物的检验鉴定提供依据. 采用0.1%(V/V)甲酸水溶液和0.1%(V/V)甲酸的乙腈-甲醇(1∶1,V/V)溶液为分析流动相,水样经简单酸化处理后直接进样0.9 mL进行On-line SPE-LC-MS/MS检测,经在线固相萃取柱富集后,经过梯度洗脱分离,串联质谱多反应监测模式进行定性、定量分析测定. 结果表明,15种目标化合物在1—100 ng·L−1范围内均具有良好的线性响应,方法检出限范围为0.02—1.00 ng·L−1,定量限范围为0.06—3.00 ng·L−1. 采用该方法对山东省烟台市某水产公司2个海水循环水养殖系统的15个点位水样进行了检测. 研究表明,在线固相萃取技术实现了样品处理和分析一体化,在一般液相色谱分析基础上缩短了时间,达到常规实验条件下的高通量分析,此方法高效、灵敏、操作简便,可用于海水循环水养殖系统中15种药物的种类和质量浓度的同步测定.
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  • 图 1  在线固相萃取六通阀切换示意图

    Figure 1.  Switch schematic diagram of six-way valve for on-line SPE system

    图 2  循环水养殖系统流程图(①—⑨为采样位置)

    Figure 2.  Flow chart of recirculating aquaculture system(①—⑨ is the sampling positions)

    图 3  15种目标药物总离子流色谱图

    Figure 3.  Total ion flow chromatograms of 15 target drugs

    表 1  上样泵梯度程序

    Table 1.  Loading pump gradient program

    时间/min
    Time
    流动相A/%
    Mobile phase A
    流动相B/%
    Mobile phase B
    流速/(mL·min−1
    Current speed
    010001.5
    510001.5
    601001.5
    901001.5
    1010001.5
    1510001.5
    时间/min
    Time
    流动相A/%
    Mobile phase A
    流动相B/%
    Mobile phase B
    流速/(mL·min−1
    Current speed
    010001.5
    510001.5
    601001.5
    901001.5
    1010001.5
    1510001.5
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    表 2  分析泵梯度程序

    Table 2.  Analysis of pump gradient procedures

    时间/min
    Time
    流动相A /%
    Mobile phase A
    流动相B /%
    Mobile phase B
    流速/(mL·min−1
    Current speed
    080200.25
    580200.25
    875250.25
    1140600.25
    1310900.25
    1501000.25
    时间/min
    Time
    流动相A /%
    Mobile phase A
    流动相B /%
    Mobile phase B
    流速/(mL·min−1
    Current speed
    080200.25
    580200.25
    875250.25
    1140600.25
    1310900.25
    1501000.25
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    表 3  15种目标药物的质谱参数

    Table 3.  MS parameters of 15 target drugs

    化合物
    Compound
    保留时间
    Retention
    time
    离子源模式
    Ion source
    mode
    母离子
    Parent
    ion m/z
    碎裂电压/V
    Fragmentation
    voltage
    子离子
    Daughter
    ion m/z
    碰撞能量/eV
    Collision
    energy
    磺胺嘧啶
    (Sulfadiazine, SDZ)
    6.65+250.910092.1*33
    155.913
    磺胺噻唑
    (Sulfathiazole, STZ)
    6.81+256105156*13
    9229
    磺胺甲基嘧啶
    (Sulfamerazine, SMR)
    7.10+26511592*33
    15617
    磺胺二甲基嘧啶
    (Sulfamethazine, SMZ)
    7.60+278.9120185.9*17
    92.033
    土霉素
    (Oxytetracycline, OTC)
    7.41+461.1115426.1*21
    443.111
    氧氟沙星
    (Ofloxacin, OFL)
    7.36+362.0140318.1*21
    26129
    诺氟沙星
    (Norfloxacin, NOR)
    7.47+320.0130302.1*25
    276.117
    四环素
    (Tetracycline, TET)
    7.73+445.1120410.1*20
    15422
    恩诺沙星
    (Enrofloxacin, ENR)
    8.17+360.1130316.1*21
    342.125
    磺胺甲基异恶唑
    (Sulfamethoxazole, SMX)
    9.46+254.010492.0*29
    155.917
    金霉素
    (Chlortetracycline, CTC)
    9.85+479135444*22
    46216
    克拉霉素
    (Clarithromycin, CLR)
    12.01+748.4165158*29
    590.321
    孔雀石绿
    (Malachite Green, MG)
    12.14+329.2160314.2*38
    285.142
    隐色孔雀石绿
    (Leucomalachite Green, LMG)
    12.17+331.2160239.1*30
    223.155
    脱水红霉素
    (Anhydro Erythromycin A,ERY-H2O)
    11.67+716.4150158.1*25
    558.49
      *定量碎片离子. quantitative fragment ion.
    化合物
    Compound
    保留时间
    Retention
    time
    离子源模式
    Ion source
    mode
    母离子
    Parent
    ion m/z
    碎裂电压/V
    Fragmentation
    voltage
    子离子
    Daughter
    ion m/z
    碰撞能量/eV
    Collision
    energy
    磺胺嘧啶
    (Sulfadiazine, SDZ)
    6.65+250.910092.1*33
    155.913
    磺胺噻唑
    (Sulfathiazole, STZ)
    6.81+256105156*13
    9229
    磺胺甲基嘧啶
    (Sulfamerazine, SMR)
    7.10+26511592*33
    15617
    磺胺二甲基嘧啶
    (Sulfamethazine, SMZ)
    7.60+278.9120185.9*17
    92.033
    土霉素
    (Oxytetracycline, OTC)
    7.41+461.1115426.1*21
    443.111
    氧氟沙星
    (Ofloxacin, OFL)
    7.36+362.0140318.1*21
    26129
    诺氟沙星
    (Norfloxacin, NOR)
    7.47+320.0130302.1*25
    276.117
    四环素
    (Tetracycline, TET)
    7.73+445.1120410.1*20
    15422
    恩诺沙星
    (Enrofloxacin, ENR)
    8.17+360.1130316.1*21
    342.125
    磺胺甲基异恶唑
    (Sulfamethoxazole, SMX)
    9.46+254.010492.0*29
    155.917
    金霉素
    (Chlortetracycline, CTC)
    9.85+479135444*22
    46216
    克拉霉素
    (Clarithromycin, CLR)
    12.01+748.4165158*29
    590.321
    孔雀石绿
    (Malachite Green, MG)
    12.14+329.2160314.2*38
    285.142
    隐色孔雀石绿
    (Leucomalachite Green, LMG)
    12.17+331.2160239.1*30
    223.155
    脱水红霉素
    (Anhydro Erythromycin A,ERY-H2O)
    11.67+716.4150158.1*25
    558.49
      *定量碎片离子. quantitative fragment ion.
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    表 4  目标物的线性方程、检出限、定量限

    Table 4.  Linear equation, method detection limit and quantification limit of target compound

    化合物
    Compound
    线性方程
    Linear equation
    相关系数
    Correlation coefficient(R2
    检出限LOD /
    (ng·L−1
    定量限LOQ /
    (ng·L−1
    磺胺嘧啶(Sulfadiazine, SDZ)y=25.527x+18.2730.99961.003.00
    磺胺噻唑(Sulfathiazole, STZ)y=23.468x+17.751 0.99980.501.50
    磺胺甲基嘧啶(Sulfamerazine, SMR)y=97.287x+73.1690.99950.150.45
    磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine, SMZ)y=170.79x+40.7750.99970.030.09
    土霉素(Oxytetracycline, OTC)y=44.155x-14.4240.99980.050.15
    氧氟沙星(Ofloxacin, OFL)y=174.59x+160.710.99990.020.06
    诺氟沙星(Norfloxacin, NOR)y=14.584x+2.65250.99721.003.00
    四环素(Tetracycline, TC)y=56.62x-12.3890.99991.003.00
    恩诺沙星(Enrofloxacin, ENR)y=8.8106x-8.01980.99931.003.00
    磺胺甲基异恶唑(Sulfamethoxazole, SMX)y=4.1178x+0.57460.99972.006.00
    金霉素(Chlortetracycline, CTC)y=1.9264x-0.420.99921.003.00
    克拉霉素(Clarithromycin, CLR)y=64.992x+120.850.99830.100.30
    孔雀石绿(Malachite Green, MG)y=89.22x-25.4920.99990.050.15
    隐色孔雀石绿(Leucomalachite Green, LMG)y=13.782x+23.4080.99941.003.00
    脱水红霉素(Anhydro Erythromycin A,ERY-H2O)y=90.259x-283.680.99940.100.30
    化合物
    Compound
    线性方程
    Linear equation
    相关系数
    Correlation coefficient(R2
    检出限LOD /
    (ng·L−1
    定量限LOQ /
    (ng·L−1
    磺胺嘧啶(Sulfadiazine, SDZ)y=25.527x+18.2730.99961.003.00
    磺胺噻唑(Sulfathiazole, STZ)y=23.468x+17.751 0.99980.501.50
    磺胺甲基嘧啶(Sulfamerazine, SMR)y=97.287x+73.1690.99950.150.45
    磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine, SMZ)y=170.79x+40.7750.99970.030.09
    土霉素(Oxytetracycline, OTC)y=44.155x-14.4240.99980.050.15
    氧氟沙星(Ofloxacin, OFL)y=174.59x+160.710.99990.020.06
    诺氟沙星(Norfloxacin, NOR)y=14.584x+2.65250.99721.003.00
    四环素(Tetracycline, TC)y=56.62x-12.3890.99991.003.00
    恩诺沙星(Enrofloxacin, ENR)y=8.8106x-8.01980.99931.003.00
    磺胺甲基异恶唑(Sulfamethoxazole, SMX)y=4.1178x+0.57460.99972.006.00
    金霉素(Chlortetracycline, CTC)y=1.9264x-0.420.99921.003.00
    克拉霉素(Clarithromycin, CLR)y=64.992x+120.850.99830.100.30
    孔雀石绿(Malachite Green, MG)y=89.22x-25.4920.99990.050.15
    隐色孔雀石绿(Leucomalachite Green, LMG)y=13.782x+23.4080.99941.003.00
    脱水红霉素(Anhydro Erythromycin A,ERY-H2O)y=90.259x-283.680.99940.100.30
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    表 5  2021年6月牙鲆养殖系统检测结果(ng·L−1

    Table 5.  Detection results of Scophthalmus maximus culture system in June 2021

    化合物
    Compound
    源水
    Source
    water
    进水
    Inlet
    养殖水
    Aquaculture water
    尾水
    Tailwater
    微滤机Microfiltration
    machine
    一级净化
    Primary
    purification
    二级净化
    Secondary
    purification
    三级净化
    Tertiary
    purification
    四级净水
    Four stage
    purification
    磺胺嘧啶 SDZND.1.33ND.ND.ND.9.00ND.ND.2.68
    磺胺噻唑STZ3.412.330.86ND.ND.4.56ND.ND.0.76
    磺胺甲基嘧啶 SMRND.0.23ND.ND.ND.0.59ND.ND.1.15
    磺胺二甲基嘧啶SMZ0.151.220.040.250.062.40ND.ND.2.47
    土霉素OTC392.03152.86130.0596.74305.21148.50107.05126.98138.66
    氧氟沙星 OFL10.883.392.421.169.5713.211.912.204.77
    诺氟沙星 NOR32.5228.9116.613.9913.6454.7425.5922.6520.80
    四环素TC8.964.593.493.324.396.111.495.624.75
    恩诺沙星ENR7.566.318.014.348.7516.396.888.937.77
    磺胺甲基异恶唑SMX8.035.98ND.ND.ND.7.99ND.ND.7.94
    金霉素 CTCND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    克拉霉素 CLRND.5.521.151.141.142.03ND.ND.0.22
    孔雀石绿MGND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    隐色孔雀石绿LMGND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    脱水红霉素ERY-H2O4.207.8313.524.274.735.123.873.734.16
      ND., 未检出. ND., not detected.
    化合物
    Compound
    源水
    Source
    water
    进水
    Inlet
    养殖水
    Aquaculture water
    尾水
    Tailwater
    微滤机Microfiltration
    machine
    一级净化
    Primary
    purification
    二级净化
    Secondary
    purification
    三级净化
    Tertiary
    purification
    四级净水
    Four stage
    purification
    磺胺嘧啶 SDZND.1.33ND.ND.ND.9.00ND.ND.2.68
    磺胺噻唑STZ3.412.330.86ND.ND.4.56ND.ND.0.76
    磺胺甲基嘧啶 SMRND.0.23ND.ND.ND.0.59ND.ND.1.15
    磺胺二甲基嘧啶SMZ0.151.220.040.250.062.40ND.ND.2.47
    土霉素OTC392.03152.86130.0596.74305.21148.50107.05126.98138.66
    氧氟沙星 OFL10.883.392.421.169.5713.211.912.204.77
    诺氟沙星 NOR32.5228.9116.613.9913.6454.7425.5922.6520.80
    四环素TC8.964.593.493.324.396.111.495.624.75
    恩诺沙星ENR7.566.318.014.348.7516.396.888.937.77
    磺胺甲基异恶唑SMX8.035.98ND.ND.ND.7.99ND.ND.7.94
    金霉素 CTCND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    克拉霉素 CLRND.5.521.151.141.142.03ND.ND.0.22
    孔雀石绿MGND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    隐色孔雀石绿LMGND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.ND.
    脱水红霉素ERY-H2O4.207.8313.524.274.735.123.873.734.16
      ND., 未检出. ND., not detected.
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    表 6  2021年6月珍珠龙胆石斑鱼养殖系统检测结果(ng·L−1

    Table 6.  Detection results of pearl Gentian grouper culture system in June 2021

    化合物
    Compound
    进水
    Inlet
    养殖水
    Aquaculture
    water
    尾水
    Tailwater
    微滤机
    Microfiltration
    machine
    一级净化
    Primary
    purification
    二级净化
    Secondary
    purification
    磺胺嘧啶 SDZ12.4010.355.412.676.617.00
    磺胺噻唑STZND.ND.ND.ND.ND.ND.
    磺胺甲基嘧啶 SMRND.ND.ND.ND.ND.ND.
    磺胺二甲基嘧啶SMZ1.02ND.0.550.280.160.22
    土霉素OTC20.5672.46101.5297.2681.7262.60
    氧氟沙星 OFL4.198.1147.423.462.3410.37
    诺氟沙星 NOR9.2324.0317.3732.3712.9353.77
    四环素TC2.635.631.812.503.333.51
    恩诺沙星ENR4.0129.9990.5350.8240.1226.60
    磺胺甲基异恶唑SMX5.26ND.ND.ND.ND.ND.
    金霉素 CTCND.ND.ND.ND.ND.ND.
    克拉霉素 CLRND.ND.ND.ND.ND.ND.
    孔雀石绿MGND.ND.ND.ND.ND.ND.
    隐色孔雀石绿LMGND.ND.ND.ND.ND.ND.
    脱水红霉素ERY-H2O3.463.523.913.473.473.54
      ND., 未检出, not detected.
    化合物
    Compound
    进水
    Inlet
    养殖水
    Aquaculture
    water
    尾水
    Tailwater
    微滤机
    Microfiltration
    machine
    一级净化
    Primary
    purification
    二级净化
    Secondary
    purification
    磺胺嘧啶 SDZ12.4010.355.412.676.617.00
    磺胺噻唑STZND.ND.ND.ND.ND.ND.
    磺胺甲基嘧啶 SMRND.ND.ND.ND.ND.ND.
    磺胺二甲基嘧啶SMZ1.02ND.0.550.280.160.22
    土霉素OTC20.5672.46101.5297.2681.7262.60
    氧氟沙星 OFL4.198.1147.423.462.3410.37
    诺氟沙星 NOR9.2324.0317.3732.3712.9353.77
    四环素TC2.635.631.812.503.333.51
    恩诺沙星ENR4.0129.9990.5350.8240.1226.60
    磺胺甲基异恶唑SMX5.26ND.ND.ND.ND.ND.
    金霉素 CTCND.ND.ND.ND.ND.ND.
    克拉霉素 CLRND.ND.ND.ND.ND.ND.
    孔雀石绿MGND.ND.ND.ND.ND.ND.
    隐色孔雀石绿LMGND.ND.ND.ND.ND.ND.
    脱水红霉素ERY-H2O3.463.523.913.473.473.54
      ND., 未检出, not detected.
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    表 7  目标药物预测无效应浓度

    Table 7.  Prediction of no effect concentration for target drug

    化合物
    Compound
    分类物种
    Taxonomic species
    PNEC/( ng·L−1参考文献
    Reference
    SDZ鱼类2.60×107[29]
    SMZ2.00×105[29]
    SMX5.60×105[29]
    STZ1.90×105[29]
    SMR5.60×104[29]
    NOR3.09×107[30]
    OFL1.90×107[29]
    TC3.56×108[30]
    CTC7.89×1010[31]
    OTC8.89×109[30]
    CLR1.00×109[32]
    ERY-H2O2.24×105[30]
    ENR4.90×106[29]
    化合物
    Compound
    分类物种
    Taxonomic species
    PNEC/( ng·L−1参考文献
    Reference
    SDZ鱼类2.60×107[29]
    SMZ2.00×105[29]
    SMX5.60×105[29]
    STZ1.90×105[29]
    SMR5.60×104[29]
    NOR3.09×107[30]
    OFL1.90×107[29]
    TC3.56×108[30]
    CTC7.89×1010[31]
    OTC8.89×109[30]
    CLR1.00×109[32]
    ERY-H2O2.24×105[30]
    ENR4.90×106[29]
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    表 8  养殖系统的生态风险等级评估

    Table 8.  Ecological risk assessment of Flounder culture system

    化合物
    Compound
    RQ1RQ2风险等级
    Risk level
    SDZ3.46×10−74.77×10−7无风险
    SMZ1.24×10−55.1×10−6无风险
    SMX1.43×10−59.39×10−6无风险
    STZ2.40×10−5ND.无风险
    SMR2.01×10−5ND.无风险
    NOR1.77×10−6ND.无风险
    OFL6.95×10−72.50×10−6无风险
    ENR3.34×10−61.85×10−5无风险
    TC2.52×10−81.58×10−8无风险
    OTC4.41×10−81.14×10−8无风险
    CLR5.52×10−9ND.无风险
    ERY-H2O6.04×10−51.75×10−5无风险
      ND., 未检出. RQ1, 牙鲆养殖系统Paralichthys olivaceus culture system. RQ2, 珍珠龙胆石斑鱼养殖系统. Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatus♂ culture system.
    化合物
    Compound
    RQ1RQ2风险等级
    Risk level
    SDZ3.46×10−74.77×10−7无风险
    SMZ1.24×10−55.1×10−6无风险
    SMX1.43×10−59.39×10−6无风险
    STZ2.40×10−5ND.无风险
    SMR2.01×10−5ND.无风险
    NOR1.77×10−6ND.无风险
    OFL6.95×10−72.50×10−6无风险
    ENR3.34×10−61.85×10−5无风险
    TC2.52×10−81.58×10−8无风险
    OTC4.41×10−81.14×10−8无风险
    CLR5.52×10−9ND.无风险
    ERY-H2O6.04×10−51.75×10−5无风险
      ND., 未检出. RQ1, 牙鲆养殖系统Paralichthys olivaceus culture system. RQ2, 珍珠龙胆石斑鱼养殖系统. Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatus♂ culture system.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-31
  • 录用日期:  2022-07-23
  • 刊出日期:  2023-03-27

在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水养殖水体中15种药物

    通讯作者: Tel:15066206209,E-mail:baiying@ysfri.ac.cn
  • 1. 天津农学院水产学院,天津,300380
  • 2. 中国水产科学研究院黄海水产研究所农业农村部海洋渔业可持续发展重点实验室,青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室,青岛,266071
  • 3. 海阳市黄海水产有限公司,烟台,265100
基金项目:
国家重点研发计划项目(2020YFD0900603),国家自然科学基金青年基金(41906129)和中国水产科学研究院基本科研业务费(2020TD49)资助.

摘要: 采用在线固相萃取-液相色谱-串联质谱联用(On-line SPE-LC-MS/MS)技术,建立海水循环水养殖系统中磺胺类(磺胺甲基异恶唑、磺胺噻唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶)、大环内酯类(克拉霉素、脱水红霉素)、喹诺酮类(恩诺沙星、氧氟沙星、诺氟沙星)、四环素类(金霉素、四环素、土霉素)13种抗生素及孔雀石绿、隐色孔雀石绿共15种药物的同时检测方法,为循环水养殖海水中部分有机污染物的检验鉴定提供依据. 采用0.1%(V/V)甲酸水溶液和0.1%(V/V)甲酸的乙腈-甲醇(1∶1,V/V)溶液为分析流动相,水样经简单酸化处理后直接进样0.9 mL进行On-line SPE-LC-MS/MS检测,经在线固相萃取柱富集后,经过梯度洗脱分离,串联质谱多反应监测模式进行定性、定量分析测定. 结果表明,15种目标化合物在1—100 ng·L−1范围内均具有良好的线性响应,方法检出限范围为0.02—1.00 ng·L−1,定量限范围为0.06—3.00 ng·L−1. 采用该方法对山东省烟台市某水产公司2个海水循环水养殖系统的15个点位水样进行了检测. 研究表明,在线固相萃取技术实现了样品处理和分析一体化,在一般液相色谱分析基础上缩短了时间,达到常规实验条件下的高通量分析,此方法高效、灵敏、操作简便,可用于海水循环水养殖系统中15种药物的种类和质量浓度的同步测定.

English Abstract

  • 随着人民生活水平的提高,消费者对食品的营养卫生和使用安全保障方面提出了更高要求,水产品进入了绿色水产品阶段[1]. 我国是世界水产养殖大国,产量占世界水产养殖总量的60%以上,抗生素、中草药和生物制品等渔药作为用于水产方面来保障水环境动植物安全生长的药物,被广泛用于水产养殖业[2]. 适当的渔药使用可以有效防控鱼病发生,促进动物的生长发育[3]. 但实际中滥用现象造成药物残留,易产生耐药菌株,破坏水生物微生态平衡[4],导致水产品质量安全难以保障. 人体若长期食用含药物残留的动物性食品或接触残留环境,可能会引起变态反应、内分泌紊乱等健康问题[5]. 为达到绿色水产品要求,我国大力提倡健康养殖模式,养殖过程中不滥用防治药物,做好渔药残留监测工作,推动水产养殖业绿色可持续发展[6]. 目前循环水养殖系统因高效、节水、节能、减排的优点而成为最有前途的养殖模式之一,对渔业绿色可持续发展有着突出贡献,且现阶段循环水的健康养殖将是水产养殖产业绿色高质量发展及实现绿色水产品的重要途径. 因此,建立海水循环水养殖系统中渔药的快速、高效检测方法具有重要意义.

    由于水体中药物残留浓度一般在纳克到微克每升数量级之间[7-8],且种类繁多,残留机制复杂,目前缺乏统一的国家标准用于环境样品中多类、多种药物的同步检测技术. 根据养殖水体特点,常用的水样前处理技术有固相萃取(SPE)、液液萃取、分散液液微萃取等[9]. 但都存在一些不足,传统的固相萃取存在有机试剂使用量大、耗时长、分析工作繁琐等缺点[10]. 已有的检测技术主要包括酶联免疫分析法、微生物检测法、毛细管电泳法和色谱法和质谱联用技术[11-14],前三种方法的特异性不够高,只能达到定性筛查,以及对同种类、小数量环境样品中抗生素含量的定量分析. 由于养殖水体中是多种渔药同时存在的情况,所以将色谱与质谱技术联用可以提高渔药定性、定量分析的可靠性、准确性及灵敏度,在药物检测中应用最广[15]. 近些年,随着分析仪器的不断升级与更新,在线固相萃取与液相色谱-串联质谱联用已成为一项相对成熟的检测技术[16-17]. 该技术通过六通阀将SPE柱与液相色谱-质谱(LC-MS/MS)相联接,将目标物富集到在线固相萃取柱上,目标组分通过柱切换阀从萃取柱转移到分析柱,实现了样品处理和分析的一体化[18],智能化程度高,稳定性好,大大节省了人力、物力和财力.

    本研究将在线固相萃取和液相色谱串联质谱技术结合,建立了海水循环水养殖系统中大环内酯类(macrolides)、磺胺类(sulfonamides)、喹诺酮类(fluoroquinolones)、四环素类(tetracyclines)和孔雀石绿(malachite green)等15种常用药物的同时定量分析方法,并成功应用于实际样品测定. 该方法可为深入了解我国海水循环水养殖系统中抗生素的赋存水平及评估其环境生态风险提供参考依据,为水产品的绿色发展带来技术支持.

    • 目标物主要选择循环水养殖系统中常见的药物进行残留检测,依据《绿色食品 鱼》NY/T 842-2012中兽药残留限量及必检项目[19],选择磺胺甲基异恶唑、氧氟沙星、诺氟沙星、磺胺二甲嘧啶、金霉素、恩诺沙星、四环素、脱水红霉素、磺胺嘧啶、克拉霉素、磺胺噻唑、土霉素、孔雀石绿、磺胺甲基嘧啶、隐色孔雀石绿等15种药物为目标分析物.

    • 1290 II超高效液相色谱仪(含四元泵、二元泵、自动进样器、柱温箱(带两位六通阀))、6470A三重四极杆质谱仪(配有喷射流电喷雾离子源)(美国Agilent公司);离心机3K15(德国Sigma公司).

      标准品:磺胺甲基异恶唑(sulfamethoxazole)、氧氟沙星 (ofloxacin)、脱水红霉素(anhydro erythromycin A)、磺胺噻唑(sulfathiazole)、诺氟沙星 (norfloxacin)、磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine)、恩诺沙星(enrofloxacin)、磺胺二甲嘧啶(sulfamethazine)、磺胺嘧啶(sulfadiazine)均购自美国Sigma公司;克拉霉素(clarithromycin)、四环素(tetracycline)、土霉素(oxytetracycline)均购自上海TCI公司;金霉素(chlortetracycline)购自德国Dr.Ehrenstorfer公司;孔雀石绿(malachite green)、隐色孔雀石绿(leucomalachite green)均购自北京BePure公司. 纯度均高于95%,可达到定量分析要求.

      实验用水为屈臣氏蒸馏水,甲酸购自上海麦克林生化科技有限公司,甲醇(色谱纯)和乙腈(色谱纯)由美国Sigma公司提供.

    • 分别准确称取15种标准品,用甲醇溶解制成浓度为100.00 ng·mL−1的单标储备液,置于−20 ℃冰箱中保存. 使用时取一定量单标储备液,用甲醇稀释成不同浓度的混合标准工作液.

    • 水样经酸化后进行On-line SPE-LC-MS/MS分析. 四元泵输送0.1%甲酸水溶液(样品加载流动相A),以流速1.5 mL·min−1,将0.9 mL样品加载到Agilent PLRP-S(2.1 mm×12.5 mm,15 µm)在线富集柱,进行在线萃取. 在线固相萃取两位六通阀切换示意图如图1所示. 梯度上样程序见表1.

      运行流路:样品加载阶段,六通阀1、6位相通,样品通过自动取样器从四元泵送到固相萃取柱。进入固相萃取柱后,目标分析物在柱上富集,富集流动相对SPE柱上杂质进行清洗,完成样品加载,固相萃取流路液体流入废液,二元泵流路液体过分析柱平衡. 洗脱分析阶段,六通阀5 min时切换到1、2位相通,将富集柱从样品富集通道切换到色谱分离通道,目标物通过二元泵推送的流动相从固相萃取柱洗脱到分析柱,用于色谱分离和质谱检测。15 min时六通阀再切换到1、6 位相通. 6—9 min时通过四元泵推送有机相纯甲醇(样品加载流动相B)对固相萃取柱进行去残与活化,为下次检测做准备。

      液相色谱分离条件:Zorbax Eclipse plus C18(2.1 mm×50 mm, 1.8 µm)为色谱柱;柱温:25 ℃;流动相A(水,含0.1%甲酸);流动相B(甲醇和乙腈,1:1,含0.1%甲酸);进样量:900 µL;流速:0.25 mL·min−1;运行时间15 min,后运行:4 min. 梯度洗脱程序见表2.

    • 离子源:ESI源、电喷雾正离子模式;毛细管电压:4000 kV;鞘气(99.999%);流速:11 L·min−1;鞘气温度:340 ℃;干燥气温度:300 ℃;干燥气流速:7 L·min−1;雾化器压力:241 kPa;多反应离子监测(MRM)模式对各目标物智能化分段采集质谱检测. 15种药物质谱参数见表3.

    • 2021年6月,采集山东省烟台市某水产公司2个海水循环水养殖系统的15个点位水样,该系统由养殖池、微滤机、生物净化池和杀菌处理器等部分组成,流程图如图2所示. 15个点位分别为牙鲆养殖系统的源水、进水、养殖水、尾水、微滤机和1—4级生物净化池;珍珠龙胆石斑鱼养殖系统的进水、养殖水、尾水、微滤机和1、2级生物净化池. 15个检测点位分别采集200 mL水样,将采集样品置于棕色玻璃瓶中,低温环境运输回实验室−20 ℃保存,1周之内完成所有水样检测工作.

      处理:取5 mL水样置于10 mL离心管中,加入20 µL甲酸进行酸化,摇匀,10000 r·min−1离心8 min,取2 mL上清液置于Agilent进样瓶中,冷藏保存准备上机检测.

    • 实验考察样品酸化处理对在线富集目标物的影响,研究表明,因为红霉素结构中存在多个羟基和一个羰基,酸性条件下不稳定,易发生分子内的脱水环合[20],容易降解转化为脱水红霉素,所以添加脱水红霉素为研究对象. 诺氟沙星在酸性条件下可以达到较好的保留效果,通过样品酸化可达到最优检测效果. 比较添加相对海水体积0.1%、0.2%、0.3%、0.4%甲酸对诺氟沙星富集效果的影响发现,加入相对海水体积0.4%的甲酸,诺氟沙星富集效果最佳,同时,考虑磺胺类抗生素在酸化后易降解,所以进行分批加酸,单次加酸3—5个样品,保证磺胺类抗生素不降解,诺氟沙星能很好保留,确保所有目标物都可达到较好富集效果.

    • 固相萃取分为离线和在线两种模式[21]. 为了简化繁琐操作程序,减少分析物的损失,提高分析的精确度,实现自动化分析目的,采用在线固相萃取技术,通过控制阀位切换,自动依次完成目标物在SPE富集柱上的富集、净化和洗脱,并将全部目标物直接送入分析仪器. Agilent PLRP-S富集柱填料为刚性聚(苯乙烯/二乙烯基苯)颗粒,适用于小分子、合成生物分子和大分子的纯化[22],15种目标药物为酸碱两性化合物,使用该富集柱能够在很宽极性范围内对极性和非极性物质有较好的吸附能力,质谱响应较高,重现性好,所以本实验选用Agilent PLRP-S(2.1 mm×12.5 mm,15 µm)为在线富集柱.

      富集流动相的选择也很重要. 首先,以纯水为富集流动相,发现多种目标物质由于不溶于水在富集柱上无法留存,说明目标物质在纯水中被电离,与杂质一起流入废液. 所以考虑流动相为酸性溶液,确保目标物质在酸性条件下变为分子状态,更好富集. 比较了0.01%、0.1%、0.2%不同浓度甲酸对目标物的富集效率,结果表明,富集流动相为0.1%甲酸水溶液,萃取效率最高.

    • 研究表明,液相色谱检测分析抗生素时,抗生素在C18柱上能较好保留,且超高效液相色谱仪器选用粒径小于2 µm的分析柱[23],所以选择Zorbax Eclipse plus C18(2.1 mm×50 mm, 1.8 µm)作为分析柱. 由于孔雀石绿和隐性孔雀石绿为弱碱性三苯甲烷化合物,适当调节流动相的pH值可以抑制弱碱的解离,改善峰形,提高分离度[24],且磺胺类、四环素类、喹诺酮类抗生素以分子状态存在需满足酸性溶液条件,调节流动相pH值常用甲酸、醋酸、磷酸和草酸[25]. 与乙酸相比甲酸更利于喹诺酮类药物的电离,所以本分析流动相水相选用体积分数为0.1%甲酸水溶液,可以提高离子化效率,能够较好生成[M+H]+,在与分析柱作用下得到好的保留与分离效果;有机相可以促进目标物在ESI模式下产生足够丰度的离子,满足定性、定量分析要求,甲醇可以改善峰形,乙腈可以提高分离度[26],在乙腈、甲醇体积比为1:1的条件下目标物峰形、响应值和分离度达到最佳,所以有机相选用0.1%(V/V)甲酸的乙腈-甲醇(1:1,V/V)溶液.

      流动相流速同时影响分离度,如果流速过快,目标物无法达到完全分离,流速太慢会造成峰展宽. 研究表明,流速为0.25 mL·min−1时,目标物能较好的分离,因此,选择流速为0.25 mL·min−1. 通过调节不同梯度洗脱比例,结果发现,采用表2列出的梯度洗脱程序,所有目标物能得到较好的分离. 15种目标物的总离子流色谱图见图3.

    • 采用电喷雾电离源、多反应监测(MRM)模式优化质谱参数. 在LC-MS/MS离子生成过程中,由于目标物分子结构的特征基团容易生成带正电荷的离子,所以目标物均使用正离子(ESI+)检测模式. 将15种目标化合物分别配置成单标溶液直接注入质谱仪,进行全扫描,在ESI+条件下准确找出[M+H]+响应最高的特征离子峰作为该物质的母离子,在MRM模式下,优化影响母离子和子离子丰度的两个主要参数,破碎电压和碰撞能量,得到最优破碎电压,通过调整碰撞能量,碰撞母离子以获得二次碎裂产生的子离子,信号最强的作为定量离子,信号次强的子离子为定性离子,进一步优化各离子对碰撞能量,使得所选母离子和子离子组成的特征离子的丰度和比例最佳,得到最终质谱参数.

    • 在空白人工海水基质中加入待测物标准溶液,配制成质量浓度分别为1、2、4、10、40、100 ng·L−1的15种目标物的混合标准工作液,以样品质量浓度(x,ng·L−1)对应响应组分的定量离子对峰面积(y),绘制标准曲线. 结果表明,在1—100 ng·L−1范围内,线性关系良好. 以信噪比(S/N)≥3求得各化合物的检出限,以信噪比(S/N)≥10求得各化合物的定量限. 15种目标物的线性相关系数R2≥0.99,方法检出限范围为 0.02—2.00 ng·L−1,定量限范围为 0.06—6.00 ng·L−1. 详细结果见表4.

      在不含待测组分的海水中添加一定量的混合标准液,进行加标回收试验,考察方法的回收率和精密度. 添加低、中、高浓度的目标物混合标准工作液,浓度分别为10.0、50.0、100.0 ng·L−1,按照1.5方法对样品进行处理,在1.4条件下进行分析检测,在每个加标浓度下制备6个平行样品,目标物在每个加标浓度下的平均加标回收率范围分别为78.6%—110.5%,71.2%—95.3%,75.4%—97.8%,相对标准偏差(RSD)分别为7.8%—9.7%,6.3%—9.2%,5.4%—9.3%.

    • 为评价方法的有效性,使用该方法对山东省烟台市某水产公司中牙鲆养殖车间9个点位水样、珍珠龙胆石斑鱼养殖车间6个点位水样进行15种目标药物种类和浓度检测,结果如表5表6所示.

      牙鲆养殖水体中除了CTC、MG、LMG未检出外,其余12种药物均有不同程度的检出. 药物检出浓度范围为<LOD—392.03 ng·L−1,其中最高值出现在源水中的OTC,达到392.03 ng·L−1. 12种药物检出率为44.4%—100.0%. OTC、OFL、NOR、TC、ENR、ERY-H2O和MG在循环水中100.0%检出. 检出率高于50.0%的有10种,低于50.0%的有3种. 根据检测数据可知,1—4级生物净化系统中83.3%的目标物含量呈减少趋势,考虑到循环水养殖系统中的生物净化池的吸附、降解作用使抗生素得到部分去除,对SDZ、SMR、SMZ的去除效果达到50.0%以上,SMR达到97.4%.

      珍珠龙胆石斑鱼养殖水体中共检出9种药物,STZ、SMR、CTC、CLR、MG、LMG未检出. 药物检出浓度范围为低于检出限至101.52 ng·L−1,其中最高值出现在尾水中的OTC含量为101.52 ng·L−1. 比较6月份检出数据,石斑鱼水样中目标物含量整体低于牙鲆水样. 9种药物检出率为66.6 %—100.0 %. 该系统中对OTC、OFL、NOR、ENR的去除效果达到50.0%以上,最高为NOR的去除效果达到85.0%.

    • 我国对抗生素等药物的研究较晚,目前还没有完整的风险评估方法来评估实际水样中药物的风险,根据欧盟环境风险分析指导(TGD),目前多采用风险商(RQ)方法来评价[27],计算公式如(1)

      其中,PNEC——抗生素预测无效质量浓度,ng·L−1; MEC——水体中抗生素最大质量浓度, ng·L−1;对风险等级进行划分,将RQ值分为4个等级:RQ<0.01(无风险);0.01<RQ<0.1(低风险);0.1<RQ<1(中风险);RQ>1(高风险)[28]. 用于风险评价的抗生素PNEC数据如表7所示.

      目标药物风险评估计算结果如表8所示,牙鲆养殖系统与珍珠龙胆石斑鱼养殖系统中被检出药物的RQ值在5.12×10−9—6.04×10−4,均小于0.01,表明目标药物在该水体中所造成的生态风险处于无风险等级或可忽略的水平,对水环境的基本没有影响,该水体的抗生素污染并不严重,但由于抗生素难降解,在沉积物中可能富集,因此抗生素的应用和检测应引起重视.

    • 研究建立了循环水养殖水体中15种药物的在线固相萃取技术与液质联用相结合的同步检测方法,并成功用于某水产限公司循环水养殖水体中药物残留的调查. 实践表明,样品经简单酸化处理后可直接进行上机检测,能够自动完成样品的在线净化富集,实现样品处理和分析一体化,操作便捷,检测效率提高,能满足实验室对循环水养殖系统药物残留物检测技术的要求. 该方法还可深入扩展,用于检测更多种类药物. 为国家药物统一检测标准的确立提供可行性方法.

    参考文献 (32)

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