LC-MS-MS測定典型地表水體中的PPCP類物質

李俊

摘要：藥物和個人護理品（PPCPs）在生活中被廣泛使用，并通過各種途徑進入到環境當中。雖然其在環境中的濃度較低，但是由于PPCPs較難去除，因此會不斷富集，從而對環境和人體健康造成威脅。液相色譜-串聯質譜（LC-MS-MS）（具有低檢出限、高靈敏度等優勢，可以及時檢出環境中存在的PPCPs類污染物，從而采取措施進行去除，達到保護環境的目的。本研究選用了地表水中四種常見的PPCPs 類污染物：Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作為研究對象，采用液相色譜-串聯質譜進行檢測分析。了解該PPCP類物質在環境中的存在水平，為其去除提供數據支持。

關鍵詞：藥物和個人護理品;液相色譜-串聯質譜;環境濃度

引言：

藥物及個人護理品（pharmaceuticals and personalcare products，PPCPs）是一組重要的新興污染物，最早在1999 年由Christian G.Daughton 提出，在過去的幾十年中引起了全世界的關注[1-3]。PPCPs作為一種新興污染物包括各類抗生素、止痛藥、降壓藥、精神類藥物、人工合成麝香、避孕藥、催眠藥、染發劑和殺菌劑等，廣泛應用于人們的生活中，使用后通過多種途徑進入到環境介質。目前PPCPs及其代謝產物主要通過城鎮生活污水、污水處理廠、畜禽和水產養殖廢水、醫療廢水及垃圾填埋滲濾液持續不斷進入環境中，從而產生一種“偽持久性”，對生態環境及生物體產生一些影響。雖然這些化學物質在水生環境中屬于痕量水平，但是由于現有污水處理技術無法實現PPCPs完全去除，而未去除的PPCPs污染物又會進入到地表水，甚至下滲污染地下水。據報道，它們可能對生態系統和人類健康有不良影響。一方面PPCPs會直接污染人類飲用水源，影響人類健康，增加人體病原菌的耐藥性，甚至造成“三致”作用。二是PPCPs與其他污染物發生吸附作用進行富集，產生聯合毒性作用。因此，我們需要借助一種有效的環境監測技術來對環境介質中的PPCPs污染物進行準確的定性定量分析，近而才能采取一定的措施來處理這類污染物。

目前，環境中PPCPs 的含量較低，在環境水體中檢出值通常為 ng / L ～ μg / L 級水平，部分物質甚至達到 pg / L級，一般需要通過固相萃取（SPE）將水體中的PPCPs 富集，然后通過高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜-質譜（GC-MS）、高效液相色譜-質譜（HPLC-MS）、氣相色譜-串聯質譜（GC-MS/MS）及液相色譜-串聯質譜（LC-MS/MS）等大型儀器進行定量分析。其中，液相色譜-質譜聯用的方法具有高靈敏度、低檢測限、較好的分離性能、無需衍生化和能夠同時分析不同結構PPCPs 等優點，是目前環境中PPCPs 分析中最常用的分析測試手段之一。有關應用HPLC /MS /MS 測定水中PPCPs 類物質已有較多報道。本研究選用地表水中四種常見的藥物Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作為研究對象，采用液相色譜-串聯質譜，對實際地表水樣中這四種PPCPs進行檢測分析，了解該PPCP類物質的存在水平，為其去除提供數據支持。

1.材料方法

1.1實驗儀器及試劑

三重四級桿液相色譜質譜聯用儀（LCMS-8050，購自島津（SHIMADZU））、色譜柱（C18柱，1.7 μm，2.1×100 mm，Acquity UPLC CSH）、手動固相萃取裝置、SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）、甲醇、甲酸、美國Milli-Q超純水、Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）的標準樣品。

1.2 實驗儀器原理

多組分的混合樣品隨液體流動相進入色譜柱后，由于柱內填料對每個組分吸附力不同，經一定時間后，各組分在色譜柱中的運行速度也不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進入檢測器，而吸附力最強的組分最不容易被解吸下來，最后離開色譜柱。如此，各組分得以在色譜柱中分離，依次進入檢測器中被檢測、記錄下來。質譜分析是一種測量離子質荷比（電荷-質量比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發生電離，生成不同荷質比的帶正電荷的離子，經加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器。在質量分析器中，再利用電場和磁場使其發生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質譜圖。該儀器的特點：靈敏度高，多組分同時定性定量、可高速正負極切換。

1.3實驗儀器參數

1.3.1色譜條件

柱箱溫度40℃，進樣量1 μL。流動相：（A） 0.1%甲酸溶液，（B） 甲醇。流速：0.4 mL/min。具體的洗脫程序見表1。

1.3.2質譜條件

干燥氣體溫度400℃;干燥氣體流量10 L/min，毛細管電壓4kV。在多反應監測（MRM）模式下進行質譜儀分析。

1.4樣品采集點分布

如圖，我們可以觀察到采樣點分別位于青浦區朱楓公路、松江區張莊公路、松江區楊典公路、浦東新區前灘大道、徐匯區天鑰橋南路、徐匯區瑞寧路、虹口區太平路、楊浦區翔殷路、寶山區江波路。這些采樣點分布于市區與郊區，因此在地表水的PPCP類污染物的存在水平也會有一些地區差異。其中采樣點M4、5、6、7、8位于市區地帶，而M1、2、3、9位于郊區地帶。

1.5樣品處理

取500mL 水樣，經SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）富集濃縮。先后用6 mL 甲醇，6 mL純水活化，6mL甲醇洗脫，氮氣吹干，10%甲醇定容，離心，取上清液分析檢測。

2.結果討論

2.1 實際水樣濃度測定

本次研究選取9個地點進行地表水取樣分析，對四種常見藥物Carbamazepine（卡馬西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）進行檢測，結果如表2所示。其中拉莫三嗪在五個地點地表水樣品中均未檢出，且樣品的平均檢出濃度低于5 ng/L，說明該采樣地點的地表水中拉莫三嗪的使用頻率較低或該物質已被降解;而安定、卡馬西平這兩類PPCPs的檢出濃度較大，平均檢出濃度分別是33.30，11.28 ng/L，其中安定的檢出濃度是其余三種PPCPs的3-22倍;文拉法辛的平均檢出水平最低為1.46 ng/L。由表中數據可知，同種物質在不同采樣點的分布存在差異;同時，不同物質在同一采樣點也有所不同。因此，在地表水采樣中，污染物的濃度分布存在明顯的差異。一方面可能與該類藥物的使用狀況有關，另一方面可能是該藥物在地表水中得到了一定的降解處理等。

2.2 PPCPs濃度分布的地區差異

本研究中所要測定的PPCP類物質多為藥物，與人們生活息息相關。圖2 所示為四種PPCP類藥物在不同采樣點的分布情況。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）主要用于治療簡單部分性發作、復雜部分性發作、繼發性全身強直-陣攣性發作、原發性全身強直-陣攣性發作。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）在采樣點M4、5、6有檢出，其他幾個采樣點基本未檢出，這可能與藥物的使用量以及在環境中的降解有關。而Venlafaxine（文拉法辛）主要用于各種類型抑郁癥，包括伴有焦慮的抑郁癥，及廣泛性焦慮癥，因此這類PPCP的使用可能更加集中于日常壓力較大人群。相對于郊區而言，市區采樣點的Venlafaxine（文拉法辛）的檢出水平更高，這可能與人們的生活壓力有關。Carbamazepine（卡馬西平）是該類污染物的一種典型代表，也是一種重要且廣泛使用的抗癲癇藥物，主要用于治療癲癇病、治療中樞神經性尿毒癥、抗躁狂抑郁癥，也常用于抗心律失常等。由于卡馬西平比較安全且療效較好，因此成為了大多數人們的首選抗癲癇藥物。其在采樣點的檢出水平較高，且分布呈現出市區采樣點高于郊區的水平，一方面可能與其受眾人群有關;另一方面，卡馬西平還伴隨著衍生物的產生，這些衍生物的濃度可能比母體濃度高，同時這些污染物具有較高的持久性，因此卡馬西平及其衍生物會被不斷地輸入到水體環境中并形成普遍性累積，能夠長期作用于水環境。其中四種PPCPs物質中檢出濃度最高的Diazepam（安定）主要用于焦慮、鎮靜、催眠、、用于抗癲癇、抗驚厥、緩解炎癥引起的反射性肌肉痙攣、用于治療驚恐癥、肌緊張性頭痛、治療家族性、老年性和特發性震顫、用于麻醉前給藥。這類物質的廣泛用途，使得地表水中檢出濃度很高。Diazepam（安定）在各個采樣點的檢出濃度普遍很高，其中采樣點M4、5、6、8的檢出濃度與M1、2、3、7、9相比更高。一方面，市區的人們生活壓力較郊區的大，因此這類藥物的使用頻率更高。另一方面來說，這種物質用于麻醉前給藥，在醫院的使用頻率更高，在市區而言醫院的人流量要高于郊區，這也可能導致市區采樣點的Diazepam（安定）檢出水平高于郊區。因此，本研究中所研究的四種PPCPs基本上是呈現地區差異性分布的，這可能與其在人群中的使用頻率有關。

3.總結

本次研究中數據顯示拉莫三嗪、文拉法辛、安定、卡馬西平這四種PPCP類物質在地表水的檢出水平存在差異。其中安定類PPCPs的檢出濃度較大，平均檢出濃度分別是33.30 ng/L;文拉法辛的平均檢出水平最低為1.46 ng/L;而拉莫三嗪在多個采樣點均未檢出，這些可能與該類物質在人群中的使用頻率有關。其次，不同采樣點PPCPs類物質的檢出濃度存在一定的趨勢，普遍是市區采樣點濃度高于郊區，這可能與這類PPCP的受眾人群有關。這四種PPCPs均為精神性藥物，其中安定主要用于抗焦慮、抗失眠，可能對于市區的人群來說，使用頻率高一點，就導致了PPCPs的地區差異。總體而言，在地表水采樣中，這四種PPCPs均有檢出，長期積累會對水環境有一定的影響，因此應當加強對PPCPs類物質的監測。

參考文獻：

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