LC-MS-MS测定典型地表水体中的PPCP类物质

李俊

摘要：药物和个人护理品（PPCPs）在生活中被广泛使用，并通过各种途径进入到环境当中。虽然其在环境中的浓度较低，但是由于PPCPs较难去除，因此会不断富集，从而对环境和人体健康造成威胁。液相色谱-串联质谱（LC-MS-MS）（具有低检出限、高灵敏度等优势，可以及时检出环境中存在的PPCPs类污染物，从而采取措施进行去除，达到保护环境的目的。本研究选用了地表水中四种常见的PPCPs 类污染物：Carbamazepine（卡马西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作为研究对象，采用液相色谱-串联质谱进行检测分析。了解该PPCP类物质在环境中的存在水平，为其去除提供数据支持。

关键词：药物和个人护理品;液相色谱-串联质谱;环境浓度

引言：

药物及个人护理品（pharmaceuticals and personalcare products，PPCPs）是一组重要的新兴污染物，最早在1999 年由Christian G.Daughton 提出，在过去的几十年中引起了全世界的关注[1-3]。PPCPs作为一种新兴污染物包括各类抗生素、止痛药、降压药、精神类药物、人工合成麝香、避孕药、催眠药、染发剂和杀菌剂等，广泛应用于人们的生活中，使用后通过多种途径进入到环境介质。目前PPCPs及其代谢产物主要通过城镇生活污水、污水处理厂、畜禽和水产养殖废水、医疗废水及垃圾填埋渗滤液持续不断进入环境中，从而产生一种“伪持久性”，对生态环境及生物体产生一些影响。虽然这些化学物质在水生环境中属于痕量水平，但是由于现有污水处理技术无法实现PPCPs完全去除，而未去除的PPCPs污染物又会进入到地表水，甚至下渗污染地下水。据报道，它们可能对生态系统和人类健康有不良影响。一方面PPCPs会直接污染人类饮用水源，影响人类健康，增加人体病原菌的耐药性，甚至造成“三致”作用。二是PPCPs与其他污染物发生吸附作用进行富集，产生联合毒性作用。因此，我們需要借助一种有效的环境监测技术来对环境介质中的PPCPs污染物进行准确的定性定量分析，近而才能采取一定的措施来处理这类污染物。

目前，环境中PPCPs 的含量较低，在环境水体中检出值通常为 ng / L ～ μg / L 级水平，部分物质甚至达到 pg / L级，一般需要通过固相萃取（SPE）将水体中的PPCPs 富集，然后通过高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱（GC-MS）、高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）、气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）及液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）等大型仪器进行定量分析。其中，液相色谱-质谱联用的方法具有高灵敏度、低检测限、较好的分离性能、无需衍生化和能够同时分析不同结构PPCPs 等优点，是目前环境中PPCPs 分析中最常用的分析测试手段之一。有关应用HPLC /MS /MS 测定水中PPCPs 类物质已有较多报道。本研究选用地表水中四种常见的药物Carbamazepine（卡马西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）作为研究对象，采用液相色谱-串联质谱，对实际地表水样中这四种PPCPs进行检测分析，了解该PPCP类物质的存在水平，为其去除提供数据支持。

1.材料方法

1.1实验仪器及试剂

三重四级杆液相色谱质谱联用仪（LCMS-8050，购自岛津（SHIMADZU））、色谱柱（C18柱，1.7 μm，2.1×100 mm，Acquity UPLC CSH）、手动固相萃取装置、SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）、甲醇、甲酸、美国Milli-Q超纯水、Carbamazepine（卡马西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）的标准样品。

1.2 实验仪器原理

多组分的混合样品随液体流动相进入色谱柱后，由于柱内填料对每个组分吸附力不同，经一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中分离，依次进入检测器中被检测、记录下来。质谱分析是一种测量离子质荷比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使其发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图。该仪器的特点：灵敏度高，多组分同时定性定量、可高速正负极切换。

1.3实验仪器参数

1.3.1色谱条件

柱箱温度40℃，进样量1 μL。流动相：（A） 0.1%甲酸溶液，（B） 甲醇。流速：0.4 mL/min。具体的洗脱程序见表1。

1.3.2质谱条件

干燥气体温度400℃;干燥气体流量10 L/min，毛细管电压4kV。在多反应监测（MRM）模式下进行质谱仪分析。

1.4样品采集点分布

如图，我们可以观察到采样点分别位于青浦区朱枫公路、松江区张庄公路、松江区杨典公路、浦东新区前滩大道、徐汇区天钥桥南路、徐汇区瑞宁路、虹口区太平路、杨浦区翔殷路、宝山区江波路。这些采样点分布于市区与郊区，因此在地表水的PPCP类污染物的存在水平也会有一些地区差异。其中采样点M4、5、6、7、8位于市区地带，而M1、2、3、9位于郊区地带。

1.5样品处理

取500mL 水样，经SPE小柱（Waters Oasis HLB，6 mL，500 mg）富集浓缩。先后用6 mL 甲醇，6 mL纯水活化，6mL甲醇洗脱，氮气吹干，10%甲醇定容，离心，取上清液分析检测。

2.结果讨论

2.1 实际水样浓度测定

本次研究选取9个地点进行地表水取样分析，对四种常见药物Carbamazepine（卡马西平）、Lamotrigine（拉莫三嗪）、Venlafaxine（文拉法辛）、Diazepam（安定）进行检测，结果如表2所示。其中拉莫三嗪在五个地点地表水样品中均未检出，且样品的平均检出浓度低于5 ng/L，说明该采样地点的地表水中拉莫三嗪的使用频率较低或该物质已被降解;而安定、卡马西平这两类PPCPs的检出浓度较大，平均检出浓度分别是33.30，11.28 ng/L，其中安定的检出浓度是其余三种PPCPs的3-22倍;文拉法辛的平均检出水平最低为1.46 ng/L。由表中数据可知，同种物质在不同采样点的分布存在差异;同时，不同物质在同一采样点也有所不同。因此，在地表水采样中，污染物的浓度分布存在明显的差异。一方面可能与该类药物的使用状况有关，另一方面可能是该药物在地表水中得到了一定的降解处理等。

2.2 PPCPs浓度分布的地区差异

本研究中所要测定的PPCP类物质多为药物，与人们生活息息相关。图2 所示为四种PPCP类药物在不同采样点的分布情况。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）主要用于治疗简单部分性发作、复杂部分性发作、继发性全身强直-阵挛性发作、原发性全身强直-阵挛性发作。其中Lamotrigine（拉莫三嗪）在采样点M4、5、6有检出，其他几个采样点基本未检出，这可能与药物的使用量以及在环境中的降解有关。而Venlafaxine（文拉法辛）主要用于各种类型抑郁症，包括伴有焦虑的抑郁症，及广泛性焦虑症，因此这类PPCP的使用可能更加集中于日常壓力较大人群。相对于郊区而言，市区采样点的Venlafaxine（文拉法辛）的检出水平更高，这可能与人们的生活压力有关。Carbamazepine（卡马西平）是该类污染物的一种典型代表，也是一种重要且广泛使用的抗癫痫药物，主要用于治疗癫痫病、治疗中枢神经性尿毒症、抗躁狂抑郁症，也常用于抗心律失常等。由于卡马西平比较安全且疗效较好，因此成为了大多数人们的首选抗癫痫药物。其在采样点的检出水平较高，且分布呈现出市区采样点高于郊区的水平，一方面可能与其受众人群有关;另一方面，卡马西平还伴随着衍生物的产生，这些衍生物的浓度可能比母体浓度高，同时这些污染物具有较高的持久性，因此卡马西平及其衍生物会被不断地输入到水体环境中并形成普遍性累积，能够长期作用于水环境。其中四种PPCPs物质中检出浓度最高的Diazepam（安定）主要用于焦虑、镇静、催眠、、用于抗癫痫、抗惊厥、缓解炎症引起的反射性肌肉痉挛、用于治疗惊恐症、肌紧张性头痛、治疗家族性、老年性和特发性震颤、用于麻醉前给药。这类物质的广泛用途，使得地表水中检出浓度很高。Diazepam（安定）在各个采样点的检出浓度普遍很高，其中采样点M4、5、6、8的检出浓度与M1、2、3、7、9相比更高。一方面，市区的人们生活压力较郊区的大，因此这类药物的使用频率更高。另一方面来说，这种物质用于麻醉前给药，在医院的使用频率更高，在市区而言医院的人流量要高于郊区，这也可能导致市区采样点的Diazepam（安定）检出水平高于郊区。因此，本研究中所研究的四种PPCPs基本上是呈现地区差异性分布的，这可能与其在人群中的使用频率有关。

3.总结

本次研究中数据显示拉莫三嗪、文拉法辛、安定、卡马西平这四种PPCP类物质在地表水的检出水平存在差异。其中安定类PPCPs的检出浓度较大，平均检出浓度分别是33.30 ng/L;文拉法辛的平均检出水平最低为1.46 ng/L;而拉莫三嗪在多个采样点均未检出，这些可能与该类物质在人群中的使用频率有关。其次，不同采样点PPCPs类物质的检出浓度存在一定的趋势，普遍是市区采样点浓度高于郊区，这可能与这类PPCP的受众人群有关。这四种PPCPs均为精神性药物，其中安定主要用于抗焦虑、抗失眠，可能对于市区的人群来说，使用频率高一点，就导致了PPCPs的地区差异。总体而言，在地表水采样中，这四种PPCPs均有检出，长期积累会对水环境有一定的影响，因此应当加强对PPCPs类物质的监测。

参考文献：

[1]Sui Q.，Huang J.，Deng S.B.，et al.Occurrence and removal of pharmaceuticals，caffeine and DEET in wastewater treatment plants of Beijing，China[J].Water Research，2010，44：417–426.

[2]陈贤，张彩杰，杨桂朋，等.典型药物及个人护理品在黄东海海域水体中的检测、分布规律及其风险评估[J].环境科学，2020，41（01）：194-204.

[3]周程，吴南翔，范宏亮.药物及个人护理品对鱼类毒性的研究进展[J].环境与职业医学，2017，34（12）：1123-1129.