毛细管电泳电喷雾质谱发测定地表水中酸性药物残留

由于将药物及其代谢物排放到环境水中，以及对废物处理不当，使地表水中药物残留浓度高达ppb数量级。因为部分药物及其代谢物对于生物降解作用极其稳定，所以尽管经过污水处理，但仍不能避免它们进入环境。测定地表水中药物残留的最常用方法是GC-MS，它需要一个衍生步骤。本文考察了水溶液及非水溶液CE-MS技术，结果表明CE-MS适合于分析地表水中的酸性药物残留。

The excretion of pharmaceutical drugs and their metabolites into environmental waters，together with improper waste disposal，has led to concentrations up to the ppb level of drug residues．Even passage of wastewater through sewage treatment plants does not prevent entry of all drugs into the environment because of the high stability of some drugs or their metabolites against biological degradation．The most common method for determination of drug residues in surface water is GC-MS，which often requires derivatization as a sample preparation step．This study lnvestigates the use of CE-MS in aqueous and nonaqueous solvents as an alternative approach，and it was concluded that CE-MS is a suitable method for the analysis of acidic pharmaceutical residues in surface water.

      毛细管电泳(CE)是一种公认的分析分离技术。由于它分离效率高，分析时间短，使其成为除了液相色谱(LC)和气相色谱(GC)以外的又一个可供选择的重要方法。但是无论如何，直接或间接使用紫外(UV)检测方法(CE中最常用的检测方法)，在许多情况下导致检测灵敏度不够。这或多或少是由于毛细管直径的限制而使检测光程过短。为此CE和电喷雾质谱(ES-MS)联用似乎是克服CE灵敏度不够这个缺点的一个好方法，因为质谱一向以高灵敏、高选择性著称。CE-MS的另一个优点是无需样品衍生，不像GC对一些不挥发性样品(如强极性或离子型化合物)常需衍生。总之，CE-MS尚处于起步阶段，积累的经验是很少的。

　　本文在非水和含水溶剂的CE条件下，用CE-MS法测定地表水中药物残留并用实际水样分析做了说明。近期工作表明，非水和含水CE体系的选择性是不同的，后者在很多情况下使溶质的分离度增加[1?4]。

　　近年来，由于对药物及其代谢物排放处理不当，使其在地表水中含量高至ppb级。尽管公共废水是经过污水处理排放，但作物环境仍不可避免地受到一些在生物降解中稳定的药物或其代谢物的侵害。

　　近期研究表名[5，6]，在一定条件下，这些化合物(指药物及其代谢物)还能通过地下水进入饮用水系统，因此对这些痕量污染物的控制显得格外重要。对地表水中污染物的测定主要用GC法，它通常和MS联用检测，而样品则常需事先衍生[7-10]。至今在分析如苯扎贝特、盘尼西林V、布洛芬、环氟拉嗪、萘普生、扑湿痛以及对氯苯氧异丁酸等样品时，在LC-MS和CE-MS联用方面的工作也做得很少[10，11]。上述所选药物都有酸性位点(如羧基或酚)或者是既有酸性位点又有碱性位点(氢化物)，从而可进行质子化或去质子化，因此用MS测定成为可能。分析药物的选择，取决于销售量及其代谢和降解的稳定性。

　　水样都要经过预处理以消除底物的影响，并对样品进行预浓缩，常用的方法是采用固相萃取法(SPE)，要选用合适的固定相(反相材料)和条件。就饮用水或地表水而言，通常都含有大量的以腐植质和类似物形式存在的有机碳，这将对样品的高倍浓缩带来困难。

1 实验方法

1．1仪器和CE-MS条件

　　Crystal 310 (Thermo CE，Franklin，MA)用于CE-MS测定。50μm径石英毛细管为Polymicro Technologies(Phoenix， AZ)。新的70cm长的毛细管依次用0．1mol／L NaOH和水进行冲洗老化(各10min)。为使电渗流(EOF)反相，毛细管壁用0．001％(mass／v01)六溴代节菊酯(hexadimethrin bromide)的甲醇溶液处理，接着依次用甲醇、水冲洗(各10min)。最后用CE电解质载液冲洗，结束柱子老化。实验中，每次操作前都要用电解质载液冲洗柱子3min。

　　对于含水CE体系，电解质载液为20mmol／L醋酸铵，用1mol／L醋酸调节其pH值；而对非水CE体系，电解质载液则是甲醇和乙腈中的醋酸铵和不同浓度的醋酸。

　　MS检测用一台HP 5g 89B 四极杆系统(Agilent， Palo Alto， CA)，它仅装有一台射频六极杆(Analytica of Branford， Branford，CT)，采用一台气动电喷雾电离(ESl)界面装置(HP 59987A， Agilent)和一个CE探头。护套液(Sheath liquid)由2-丙醇／水为80：20(vol／vol)组成，含0．1％(vol／vol)醋酸时为正检测模式；含0．1％(vol／vol)三乙基胺时为负检测模式。皆由注射泵(22型，Haward Apparatus，South Nahck，MA／输送，流速为4μL／min，干燥气流速为1．4L／min(氮气，纯度5．0级，温度150℃)，不用雾化气体。

1．2化学试剂

　　试剂为不同厂商提供的高纯试剂，药物标样购自Sigma。Aldrich(St．Louis，MO)。

　　高纯水用Milli-Q水纯化系统(Millipore，Milford，MA)制取。

1．3水样的预处理和浓缩

　　所有与水样或萃取物接触的玻璃器皿，使用前皆用l0％(vol／vol)二甲基二氯硅烷的甲苯溶液处理，以使其表面硅烷化，然后再依次用纯甲苯(二次)和甲醇(二次)冲洗，处理后的玻璃器皿在160℃的干燥器中放置3h。

　　水样在固相萃取(SPE)前，用液?液萃取法(LLE)进行预处理。500mL水样用浓盐酸酸化至pH 2，加入50g硫酸钠后再用25mL己烷／甲基叔丁醚为1：1(vol／vol)的混合物萃取两次。所得有机相用50mL 2mmol／L氢氧化钠溶液萃取两次；再用盐酸调节pH 2，并用水(pH 2)稀释至250mL。将上述所得样品流经一个装有500mg、40μm的Bondesil ODS(十八烷基硅烷，Varian，Palo Alto，CA)的SPE柱(6mL)，该柱事先经等柱体积的丙酮、甲醇、水(pH 2)顺序老化，流速约为10mL／min。待SPE柱干燥30血n后，用总体积为2mL的甲醇冲洗药物，并用氮气(纯度4．6级)吹干。进样(5kPa，0．3min)前萃取的药物用50 μL甲醇／电解质载液为80：20(vol／vol)混合物再溶解。

2结果和讨论

2．1 含水和非水C E系统分离酸性药物的优化

　　以分离度和检测限为指标，优化含水和非水C E系统，以20mmol／L浓度醋酸铵为电解质载液。对含水CE系统，用1mol／L醋酸调节使pH在4?6．6之间以优化药物分离。实验结果表明，分离度最佳BtpH为4，但在这个低的pH值时，即使电渗迁移率最高的对氯苯氧异丁酸到达MS的移动时间也超过40min。为使操作时间降至合理的程度，选定pH为5．1，此时分析时间获得改善，而样品间的分离度虽下降但仍可接受。质谱检测有其独特的选择性，只要分析样品有不同的m／z值，则其流出峰重叠就不再是个问题，这样也就消除了底物的干扰。由于现有分析工作所要求的条件都能完全满足，因此在含水CE系统中用CE-MS测量时，最后选定20mmol／L醋酸铵为电解质载液，pH为5．1。取3倍信噪比为检测限，测得在正的和负的检测模式时有近乎相同的值(对所进的标准溶液为20?130μg／L)。布洛芬和对氯苯氧异丁酸只能在负检测模式下检出，因其无碱性位点使正检测模式下的质子化和检测成为不可盲目。

　　为改变非水CE系统电渗流方向，需用六溴代节菊酯处理新毛细管壁。与含水CE模式相似，含20mmol／L醋酸铵的甲醇／乙腈混合液的电解质载液的酸度通过不同浓度的醋酸得到优化，用样品间的分离度和短的分析时间做优化指标，测得最佳点是：醋酸浓度为60mmol／L，甲醇／乙腈比值为40：60(vol／vol)。图1为标准的毛细管电泳图。操作条件除分离电压为?20kV而不是+20kV外余皆相同，非水CE系统的检测限与含水CE系统的计算方法相同，其值为11?160μg/L。另外，布咯芬和对氯苯氧异丁酸仅能在负检测模式下检出。

2．2含水和非水系统选择性的比较

　　含水和非水CE系统中分析样的迁移次序和选择性有显著不同(见图2)。含水系统中分析样的淌度为一7×10-5一一25×10-5cm2 V-1sec-1，而非水系统则为?8xl0-5一?19xl0-5’cm2v-1secc-1；就分析样而言，对氯苯氧异丁酸在两种不同模式下都是迁移最快的分析样，它被指定在第一个位置(见图2)。由图2可见，在所研究的含水CE系统(pH 6．6降至pH 4．0)和非水CE系统(醋酸从20到200mmol／L)整个变化范围内可以得到不同的迁移次序。对氯苯氧异丁酸在两种模式和整个变化范围内有最高的淌度，而市洛芬或萘普生在非水系统20?200mmol／L醋酸时有最低的淌度，但它们在含水系统的淌度则处于中间值。实验结果清楚地表明，当含水系统的选择性不利于解决分析问题时，则非水CE系统是另一个可选的方法。

2．3真实地表水祥预处理条件的优化

　　用CE-MS法，以检测限为指标，优化标准样测定方法后，进一步优化样品预处理方法是必要的。因为就真实样品而言，样品要预浓缩10，000倍。如此高的浓缩倍数必将使地表水中的底物也由SPE大大富集，这样就不能用CE-MS方法对峰定量。为此，研究了在SPE之前先用LLE的净化方法，当水样用盐酸酸化后(参见实验部分)，用甲基叔丁醚和己烷混合溶液为萃取液。当用2mmol／L氢氧化钠溶液再次萃取后，调节萃取液的pH为2，并用Milli-Q水稀释至250mL，pH为2。这个稀释步骤的必要性在于降低有机溶剂在水中的含量，否则将因样品在紧接着的SPE过程中不希望高的流出强度而降低萃取效率。比较LiChrolut RP 18，LiChrolut EN(Merck，Darmstadt，Gennany)，Oasis(Waters，Milford，MA)， Bond-Elut Cl8-OH (Varian，Harbor City，CA)和Bondesil ODS，就所选择的分析样品而言，Bondesil ODS有最好的收率，从而可作为进一步优化SPE时的填料。取分析样体积为500mL，SPE柱填装500mg Bondesil ODS，在pH为2，5．5和8．5时进行试验，发现对所有分析样pH为2时收率最好。操作过程中另一注意事项是，凡和样品和萃取物接触的玻璃器皿事先都需经二氯二甲基硅烷处理，这样能明显提高萃取效率。用LLE和SPE相结合的方法，在低的ng／L检测水平时，水样萃取回收率见表1；盘尼西林Ⅴ和扑湿痛可以用SPE萃取，但它们在SPE之前的LLE过程中丢失。其他分析样的回收率为54％一82％，标准偏差(SD)为16％～30％。除了适度的回收率外，CE-MS对真实水样分析的检测限是很低的。

2．4 用CE-MS分析真实地表水样

　　采用LLE和SPE结合的方法处理样品，并用CE-MS联用测定了河水中的药物残留，样品电泳图见图3。此时采用含水CE系统，外标法测定。为保证流出峰得到确认，实验中加入了标准物，并采用含氯化合物在质谱上查对了同位素峰的特征分布。在5个河水样品中苯扎贝特、环氟拉嗪、对氯苯氧异丁酸的质量浓度在5?390ng／L范围内可被检测。另外，有一个样品其素普生含量约为40ng／L。

3 结语

　　含水和非水CE系统与电喷雾MS联用测定地表水中酸性药物残留是个合适的方法。含水和非水CE系统对所选分析样品有相近的灵敏度和不同的选择性。CE-MS是GC-MS之外另一个可选的、有价值的分析方法。它避免了不挥发化合物所需的衍生方法，具有很短的分析时间。它可用于验证别的分析方法，并在需要不同于GC和HPLC选择性时选用。

　　为获得所需的检测限，提出了LLE和SPE相结合的方法以消除底物对分析样品的干扰。

参考文献: