CN104230031A

CN104230031A - 一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法

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Publication number: CN104230031A
Application number: CN201310224978.1A
Authority: CN
Inventors: 王子健; 孙静; 罗茜
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: CN104230031B

Abstract

本发明公开了一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法。包括如下步骤：向地表水的水样加入质量-体积浓度为5～50g/L的Na₂EDTA水溶液，并混合均匀得到试样，然后调节试样的pH值为6.0～8.0；将试样进行固相萃取，收集洗脱液，即实现对地表水中多组分药物和个人护理用品的提取。本发明可用于水源型地表水中药物和个人护理用品的测定，水样中加入Na₂EDTA溶液的能够掩蔽水中的Ca²⁺、Mg²⁺等碱金属离子及微量重金属离子，能抑制大环内酯类抗生素和四环素类抗生素与金属离子的络合。HLB柱为吡咯烷酮键合聚苯乙烯二乙烯基苯树脂，同时具有较好的亲水亲油平衡特性，WAX柱为混合型阴离子交换柱，能够对水中的强酸性化合物有较强的吸附能力，两者串联能在最大程度上萃取具有不同理化性质的药物和个人护理用品。

Description

一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法

技术领域

本发明涉及一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

药物及个人护理用品，作为一类已经大量使用的新型污染物，近三十年来受到环境领域界的广泛关注。目前，环境领域中所关注的药物主要包括抗生素类、止痛剂、消炎药、抗癫痫药物、调血脂类、抗抑郁药及X-射线造影剂等处方和非处方药；个人护理用品主要包括多环麝香、抑菌剂、对羟基苯甲酸酯类、杀虫剂避蚊胺及防晒霜等，激素类药物也被纳入药物和个人护理用品的范畴。作为一类潜在污染物，11种药物（包括激素类）被美国环保局（US EPA）在2011年添加进入候选污染物清单（CCL-3）中。水生环境中药物和个人护理用品的来源主要为人畜排泄物、过期药品和护理用品的丢弃、农业废水、畜禽养殖废水。由于大多数医药品具有较强的极性和难挥发性，在污水处理过程中又不能完全去除，使得一部分药物随着污水处理厂出水口进入地表水，甚至通过地表径流或渗滤进入地下水。某些脂溶性较高的药物和个人护理品还可能通过食物链，进行生物累积。水源地型地表水为日常生活饮用水的直接来源，水源地水质的好坏与饮用水安全有直接的关系。因此，检测水源型地表水中的痕量药物及个人护理用品类化合物具有重要意义。

目前，国内还没有针对环境水样中的药物和个人护理用品建立相应的标准前处理方法。前处理方法的主要目的是将地表水中的痕量药品和个人护理用品进行富集。目前报道的针对地表水中的药物和个人护理用品的前处理方法，大部分报道都选择性的选取某一类药品和个人护理品，同时萃取水源地型地表水中多组分药物和个人护理用品的固相萃取方法还很少。前处理方法集中在固相萃取法，固相微萃取法和液液微萃取法。其中，固相萃取法是最常用的前处理方法，能够将水中的痕量组分进行分离和富集，通常需要选择合适的萃取和净化条件。固相微萃取法操作方便、溶剂消耗量小，但是适用范围窄。液液微萃取法针对性更强，但灵敏度和准确度有待提高。2007年，美国EPA1694方法中针对环境水体中的74种药品和个人护理用品的前处理方法为固相萃取法，所用的固相萃取柱为HLB柱。

综上所述，目前针对某一类药物和个人护理用品的前处理方法和仪器分析方法较多，但药物和个人护理用品的种类繁多、在地表水中的浓度水平低，建立多组分同步提取方法成为一种趋势。针对水源地型地表水中药物和个人护理用品浓度低（ng L^-1 级）特点，建立一种能够同时提取该类型地表水中多组分药物和个人护理用品的前处理方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法，所述方法能够分离富集地表水环境中多组分药物和个人护理用品，克服了只针对某一类药物和个人护理用品分析的缺陷。

本发明所提供的一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法，包括如下步骤：

（1）向地表水的水样加入质量-体积浓度为5～50g/L的Na₂EDTA水溶液，并混合均匀得到试样，然后调节所述试样的pH值为6.0～8.0；

（2）将所述试样进行固相萃取，收集洗脱液，即实现对所述地表水中多组分药物和个人护理用品的提取。

上述的方法中，在配制所述试样之前，所述方法还包括对所述水样进行过滤的步骤。

上述的方法中，用玻璃纤维滤膜过滤所述水样，所述玻璃纤维滤膜的孔径可为0.2μm～0.7μm，如0.7μm。

上述的方法中，所述试样中Na₂EDTA的质量-体积浓度为200～500mg/L。

上述的方法中，所述固相萃取的萃取柱采用WAX柱和HLB柱串联，且所述WAX柱位于所述HLB柱之上，所述WAX柱和所述HLB柱的柱填料质量分别为150mg和500mg。

上述的方法中，所述固相萃取中的活化步骤中，分别采用甲醇和水对所述固相萃取的萃取柱进行活化；所述活化的时间分别可为5min～10min，如5min。

上述的方法中，所述试样流经所述固相萃取的萃取柱的流速可为5～10mL/min，如5mL/min。

上述的方法中，所述固相萃取的淋洗步骤中，采用水作为淋洗液。

上述的方法中，所述固相萃取的洗脱步骤中，所述WAX柱所用的洗脱液依次为氨水甲醇溶液（如氨水的体积百分含量为1%）、甲基叔丁基醚（MTBE）甲醇溶液（如甲基叔丁基醚甲醇与甲醇的体积比为9：1）和二氯甲烷甲醇溶液（如二氯甲烷与甲醇的体积比为8：2）；

所述HLB柱所用的洗脱液依次为甲酸甲醇溶液（如甲酸的体积百分含量为2%）、甲基叔丁基醚甲醇溶液（如甲基叔丁基醚甲醇与甲醇的体积比为9：1）和二氯甲烷甲醇溶液（如二氯甲烷与甲醇的体积比为8：2）。

上述方法中，收集到的洗脱液经浓缩后，可用UPLC-MS/MS进行检测分析。

本发明提供的方法可以用于水源型地表水中药物和个人护理用品的测定。其原理在于，水样中加入Na₂EDTA溶液的能够掩蔽水中的Ca²⁺、Mg²⁺等碱金属离子及微量重金属离子，能抑制大环内酯类抗生素和四环素类抗生素与金属离子的络合。HLB柱为吡咯烷酮键合聚苯乙烯二乙烯基苯树脂，同时具有较好的亲水亲油平衡特性，WAX柱为混合型阴离子交换柱，能够对水中的强酸性化合物有较强的吸附能力，两者串联能在最大程度上萃取具有不同理化性质的药物和个人护理用品。洗脱液酸性或碱性甲醇能够将强极性的药物如抗生素类、消炎药、抗癫痫药物、调血脂类、抗抑郁药及部分激素类药物，洗脱液MTBE/甲醇能进一步洗脱残留在萃取柱上的激素类药物，洗脱液二氯甲烷/甲醇能进一步洗脱抗菌剂和人工合成雌激素类化合物。本发明提供的方法可以同时提取地表水环境中的多类别药物和个人护理用品。

附图说明

图1为实施例1中使用不同溶剂活化，对极性较强的磺胺类化合物进行固相萃取的回收率，

图中，SA表示磺胺；SFT表示磺胺醋酰；SDZ表示磺胺嘧啶；STZ表示磺胺噻唑；SMR表示磺胺甲基嘧啶；SMO表示磺胺二甲基噁唑；SMT表示磺胺甲噻二唑；SMA表示磺胺二甲嘧啶；SMP表示磺胺甲氧哒嗪；SMX表示磺胺甲恶唑；SCP表示磺胺氯哒嗪；SQX表示磺胺喹噁啉；SDM表示磺胺二甲氧嗪。

图2为实施例1中五种强极性药物在不同水样的pH值条件下的回收率。

图3为实施例1中弱极性的两种抗菌剂和三种人工雌激素在不同的洗脱溶剂下的回收率。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、固相萃取条件的优化

（1）活化溶剂优化

活化溶剂是影响回收率的重要因素之一，本试验初步采用强极性磺胺类化合物为目标化合物。

固定其他萃取条件，分别采用两种活化溶剂对固相萃取柱进行活化试验：

第一种为二氯甲烷6mL、甲醇6mL和超纯水6mL；第二种为甲醇6mL和超纯水 6mL；其他条件如下：水样的pH值为3.0，固相萃取柱为HLB柱，水样500mL，内含磺胺类化合物10ng/L。

结果如图1所示，结果表明，第二种活化溶剂比第一种活化溶剂有更高的回收率。二氯甲烷为中等极性溶剂，甲醇为强极性溶剂。因此，选取甲醇和水作为活化溶剂较为合适。

（2）水样的pH值优化

水样的pH值对固相萃取中的离子交换作用影响很大。

本发明选取五种强极性化合物（logKow≤0.64），该五种化合物的电离常数范围为4.7～10.3。选用WAX柱和HLB柱串联，活化溶剂为甲醇和水，洗脱溶剂分别为6mL氨水甲醇（1%，v/v）溶液和6mL甲酸甲醇（2%，v/v）溶液。

五种化合物的回收率结果随水样pH值的变化的结果如图2所示，由图2可得知，随着pH值的增加，五种化合物的回收率逐渐增高。水样的pH值为中性条件下，各化合物的回收率较稳定。因此，当使用WAX柱和HLB柱串联作为固相萃取剂时，选择水样的pH值为6～8较为合适。

（3）洗脱溶剂优化

固相萃取的洗脱溶剂一般要与活化溶剂中的有机溶剂相同或类似。经验证得到如下结论：

（a）用HLB柱富集强极性的磺胺类和喹诺酮类化合物时，用酸性甲醇作为洗脱溶剂比用同体积的纯甲醇具有更高的回收率；

（b）碱性甲醇洗脱WAX柱，酸性甲醇洗脱HLB柱，此步骤能较好的洗脱大部分药物，包括磺胺类抗生素、喹诺酮类抗生素、大环内酯类抗生素、精神类药物和β-阻滞剂；

（c）表1表示的是洗脱溶剂为6mL甲醇和6mLMTBE/甲醇溶液（9/1，v/v）下的典型激素类化合物的回收率；表2表示的是洗脱溶剂为6mL甲醇和6mL乙酸乙酯时的典型激素类化合物的回收率。

通过表1和表2的对比，结果表明6mL甲醇和6mLMTBE/甲醇溶液（9/1，v/v），能保证logKow在3.2～3.8范围内的激素类化合物有较高的回收率，且激素类化合物的回收率受水样的pH值变化影响不大。

（d）对于logKow在4.8～5.6范围内的抗菌剂三氯生、三氯卡班、己烯雌酚、己二烯雌酚和己烷雌酚，需要用弱极性的洗脱溶剂洗脱，试验选择了不同体积的二氯甲烷和甲醇，进行五种化合物的回收率实验，结果如图3所示。最终选择的二氯甲烷和甲醇的体积比为8：2。

表1在水样的不同pH值，不同种类柱下的典型激素类化合物的回收率

表2在水样的不同pH值，不同种类柱下的激素类化合物的回收率

表1和表2中，PR1为17-α-羟基孕酮（17-α-hydroxyprogesterone）；PR2为甲羟孕酮（medroxyprogesterone）；PR3为炔诺酮（Levonorgestrel）；PR4为安宫黄体酮（medroxyprogesterone-17-acetate）；PR5为醋酸甲地孕酮（megestrol-17-acetate）；TR1为17-α-甲基睾酮（17-α-methyltesterone）；TR2为勃地酮（boldenone）。

实施例2、使用本发明萃取水源地型地表水中的药物和个人护理用品

为进一步验证方法的可行性，本实验采集了某水库型地表水水源地的10个样点的实际水样，按照以下步骤进行操作：

（1）将采集到的水样进行过滤：取2.0L水样，经0.7μm孔径的玻璃纤维滤膜过滤。

（2）加入100mL浓度为10g/L的Na₂EDTA水溶液，充分振荡混匀。用盐酸-水（1：1，v/v）溶液或氨水溶液，调节水样的pH为6.0，加入浓度为100μg/L的回收率内标指示物100μL。

（3）对水样进行固相萃取，具体实施步骤如下：分别以6mL甲醇、6mL水活化WAX柱和HLB柱5min，用连接器两柱串联，将（2）中的水样以5mL/min的流速流过串联柱，拆分两柱，6mL水分别淋洗两柱，将柱各抽干半小时后，WAX柱所用的洗脱液依次为6mL氨水甲醇（1%，v/v）溶液，6mL MTBE/甲醇溶液（9/1，v/v）和6mL二氯甲烷/甲醇溶液（8/2，v/v）；HLB柱所用的洗脱液依次为6mL甲酸甲醇（2%，v/v）溶液，6mLMTBE/甲醇溶液（9/1，v/v）和6mL二氯甲烷/甲醇溶液（8/2，v/v）；洗脱液合并。

（4）收集洗脱液，在K-D浓缩器中，氮吹，用10mM乙酸铵/乙酸/乙腈=90/10的溶液定容至1mL。

（5）采用Waters UPLC-MS/MS联用仪对131种药物和个人护理用品进行分析，得到采用沃特世AcquityBEH C18柱（1.7μm，2.1mm×100mm），柱温为30℃；将根据流动相的种类和电离方式不同，将目标化合物归为三类。

第一类，电离方式为ESI+模式，共108种化合物，分析时间15min，流动相A为10mM甲酸铵/甲酸的水溶液，流动相B为乙腈，样品分析时间为15min；流速为0.25mL/min；进样体积为10μl。所使用的梯度洗脱程序为：0.5→9.0min，5%～35%（乙腈），9.0→13.5min，35%-80%（乙腈），13.5→14.0min，80%～100%(乙腈)。

第二类：部分PPCPs类，8种，电离方式为ESI-，分析时间为6min，流动相A为10mM乙酸铵/乙酸缓冲溶液，流动相B为乙腈，流速为0.25mL/min，进样体积为10μl。样品分析时间为6min，梯度洗脱程序为：0.5→4.5min，40%～80%（乙腈）；4.5-5.0min，80%～100%（乙腈）。

第三类：10种，电离方式为ESI-，流动相A为超纯水，有机流动相B为乙腈，流速为0.3mL/min，进样体积为10μl，样品分析时间6min，梯度洗脱程序为0.0→4.0min，40%～50%（乙腈），4.0→4.5min，50%～100%（乙腈）。

十个样点检测出的结果如表3所示。

质谱条件采用MRM模式，质谱检测采用多反应监测（MRM）模式。萃取锥孔电压：3V；脱溶剂气流量：600l/hr；锥孔气流量：50L/hr；脱溶剂气温度：380℃；离子源温度：120℃；ESI+模式下，电离电压为3.5KV，ESI-模式下，电离电压为3.0KV。外标法定量。

表3中的数据表明，本方法可以检测出多种类药物和个人护理用品，可以用于水源型地表水中药物及个人护理用品的检测。

表3 某水库中存在的药物和个人护理用品等污染物的检测结果(ng/L)

^an.d.代表未检出。

Claims

1.一种提取地表水中多组分药物和个人护理用品的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在配制所述试样之前，所述方法还包括对所述水样进行过滤的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：用玻璃纤维滤膜过滤所述水样，所述玻璃纤维滤膜的孔径可为0.2μm～0.7μm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述试样中Na₂EDTA的质量-体积浓度为200～500mg/L。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述固相萃取的萃取柱采用WAX柱和HLB柱串联，且所述WAX柱位于所述HLB柱之上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述固相萃取中的活化步骤中，分别采用甲醇和水对所述固相萃取的萃取柱进行活化；所述活化的时间分别为5min～10min。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述试样流经所述固相萃取的萃取柱的流速为5～10mL/min。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：所述固相萃取的淋洗步骤中，采用水作为淋洗液。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述固相萃取的洗脱步骤中，所述WAX柱所用的洗脱液依次为氨水甲醇溶液、甲基叔丁基醚甲醇溶液和二氯甲烷甲醇溶液；

所述HLB柱所用的洗脱液依次为甲酸甲醇溶液、甲基叔丁基醚甲醇溶液和二氯甲烷甲醇溶液。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述多组分药物和个人护理用品含有下述化合物中至少一种：磺胺、可替宁、对乙酰氨基酚、1,7-二甲基黄嘌呤、沙丁胺醇、阿替洛尔、磺胺醋酰、磺胺嘧啶、磺胺噻唑、林可霉素、磺胺甲基嘧啶、阿米舒必利、甲氧苄啶、磺胺二甲基噁唑、诺氟沙星、氧氟沙星、恩诺沙星、洛美沙星、环丙沙星、磺胺甲氧哒嗪、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噻二唑、噻苯咪唑、沙拉沙星、磺胺氯哒嗪、磺胺甲恶唑、美托洛尔、泼尼松龙、磺胺地索辛、脱水红霉素、西酞普兰、氟甲喹、苯海拉明、卡马西平、罗红霉素、克拉霉素、睾酮、地尔硫卓和普拉西泮。