QuEChERS方法结合高效液相色谱-串联质谱法同时测定土壤中20种抗生素

时间:2011-02-16 00:26 作者:亿佰体育
本文摘要:来源:《农业环境科学学报》,08,2017作者:孟明辉,何泽英,徐亚平,王璐,彭懿,刘晓伟* SECTION: SECTION 38=WX _ FMT=巴布亚新几内亚)Padding :=边框宽度:=为了创建一个基于QuEChERS的系统(慢快速,非常简单容易,廉价廉价廉价,高效有效,轻便坚固,安全)是一种同时测量土壤中20种抗生素残留的分析方法。土壤样品用提取液(乙二胺四乙酸,乙腈:磷酸盐)提取,用浓缩固相萃取材料(PSA,C18)纯化,然后用液相色谱-串联质谱法测定。

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来源:《农业环境科学学报》,08,2017作者:孟明辉,何泽英,徐亚平,王璐,彭懿,刘晓伟* SECTION: SECTION 38=WX _ FMT=巴布亚新几内亚)Padding :=边框宽度:=为了创建一个基于QuEChERS的系统(慢快速,非常简单容易,廉价廉价廉价,高效有效,轻便坚固,安全)是一种同时测量土壤中20种抗生素残留的分析方法。土壤样品用提取液(乙二胺四乙酸,乙腈:磷酸盐)提取,用浓缩固相萃取材料(PSA,C18)纯化,然后用液相色谱-串联质谱法测定。通过实验优化了不同的提取方法和纯化吸附剂的配比。

结果表明,该方法在7个加标水平(2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0gkg-1)下具有良好的回收率,回收率为61.4% ~ 118.9%,标准偏差大于20% (n=5)。大多数抗生素的定量限为2.0 ~ 5.0gkg-1,R2小于0.990。该方法可用于农业土壤样品的检测。

前言抗生素广泛应用于大规模养殖业,可以保护动物免受疾病侵害,但也可以通过动物消化以有机肥的形式转移到环境土壤和周围水体中。在过去的四五十年里,这些药物的使用已经大大减少,导致了引起人们极大关注的根本性环境问题。近年来,抗生素一直被认为是一种新的潜在污染物。虽然在土壤环境基质中发现了许多抗生素,但土壤中抗生素残留仍没有标准的分析方法。

由于土壤基质的复杂性,很难从土壤中提取抗生素。为了评价抗生素对环境的影响,有必要建立一种可靠、准确的方法来检测土壤环境中的抗生素。环境样品中抗生素的传统提取方法是基于乙腈-磷酸盐成像提取和固相萃取纯化。Blackwell等人采用超声波辅助萃取和固相萃取对土壤和猪粪中的兽用抗生素进行纯化,马莉莉等人建立了超高效液相色谱/串联质谱法同时测定土壤中的18种抗生素。

这两种方法回收率好,定量还原低,但超声提取和重复提取费时。在几种净化方法中,固相萃取因其净化效果好、回收率高而被广泛应用于土壤、粪便、牛奶和动物组织中。

固相萃取虽然有很多优点,但其步骤复杂、耗时且材料便宜。2003年,阿纳斯塔西亚迪斯等人创造了一种缓慢、简单、廉价、高效和安全的方法——QuEChERS法,该方法最初用于提取和纯化水果和蔬菜中的农药残留。近年来,它也被用于抗生素的多残留分析。该方法采用乙腈提取,经浓缩固相萃取材料(d-SPE)纯化,如PSA(伯胺仲胺)、C18(十八烷基硅烷)、GCB(接枝炭黑),然后上电脑。

该方法的优点是预处理步骤非常简单,回收率低,测量结果准确,大大降低了材料和试剂的成本,以及实验室人员识别有害溶剂的可能性。Bourdat-Deschamps等人建立了环境水样中抗生素的QuEChERS法,回收率一般在75.0%以上。

多里瓦尔-加西亚等人建立了QuEChERS法检测肥料中17种抗生素,回收率在95.3%-106.2%之间,标准偏差大于7.0%。然而,土壤基质中抗生素残留的QuEChERS分析方法尚未见报道。本研究旨在建立一种检测土壤基质中20种抗生素的QuEChERS方法。研究内容还包括:色谱条件、提取步骤和纯化步骤的优化,通过回收率、线性、定量还原、基质效应和实际样品的检测,验证了所建立方法的可行性。

1材料与方法1.1标准溶液提取标准:磺胺醋酰(SAA)、磺胺异恶唑(SIM)、磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺噻唑(STZ)、磺胺吡啶(SPD)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺甲氧嘧啶(SME)、磺胺二甲嘧啶(SDD)、磺胺甲噁唑(SMT)、磺胺甲噁唑(SDX)、磺胺甲噁唑(SMZ)、磺胺甲噁唑(SMX)、磺胺间甲氧嘧啶(SMM)、磺胺甲噁唑(SIX)、磺胺苯甲酰胺(SBA)、磺胺喹喔啉(SQX)、磺胺二甲氧嘧啶(SDD)用甲醇提取上述20种抗生素的混合标准溶液,浓度为1mgkg-1,在-20下保存。1.2材料和试剂甲醇和乙腈(色谱仪,Fisher公司)、甲酸(98.0%,Acros Organics公司)、Na2EDTA 2H2O(分析仪,国药股份有限公司);磷酸和氯化钠(天津化学试剂公司)。实验用水采用密立根净水系统净化。浓缩固相萃取材料(PSA、C18、GCB)购自安捷伦,HLB固相萃取柱(500毫克,6毫升)购自沃特世。

磷酸盐缓冲液(用超纯水将27.2克KH2PO4和1.3毫升H3PO4调节至1L)。1.3仪表涡流振荡器(美国Thermo company);高速冷冻离心机(香港合力公司);氮蒸发排放氮气鼓风机(美国有机化公司);Acquity高效液相色谱仪,C18柱(1.8 m;2.1 mm 100 mm,Waters公司,美国);Qtrap 4500三重四极杆质谱仪(美国SCIEX公司)。

1.4色谱条件液相条件:柱温40,流动相乙腈(a),0.1%甲酸(b),流速0.3mlmin-1;流量梯度为0~1.5 min10%A,1.5~8 min 10%~70%A,8~8.1 min 70%~10%A,8.1 ~ 10 min 10% a .质谱条件:离子喷雾电压4.5kV;离子源温度500;离子源气体1(gs1)50 psi(1 psi=6.89 kpa);离子源气体2(gs2)50 psi;使用正离子检测模式。质谱条件见表1,如保留时间、离子对、去聚集电压和目标抗生素的撞击能量。

1.5土壤样品取自天津市西青区农田0 ~ 20厘米表土(检测无目标抗生素)。样品的直径约为10.0千克,范围约为2.0米,在自然状态下干燥,用2.0毫米孔径过滤。

土壤pH 7.2,有机质含量1.5%。1.6提取纯化步骤QuEChERS法步骤:称取5.0克土样于50毫升离心管中,再次加入一定量的标准物质,静置一段时间,然后再次加入0.4克Na2EDTA、10.0毫升缓冲溶液和10.0毫升乙腈,轻微摇动3分钟,然后再次加入2.0克氯化钠,用手摇动1分钟,离心5分钟;8000转/分钟-1;将2.0毫升上清液放入装有浓缩固相萃取材料(25.0毫克变压吸附、10.0毫克氯化镁、100.0毫克硫酸镁)的5.0毫升离心管中,然后涡旋1分钟,在5000转/分钟-1下离心3分钟,然后将1.0毫升上清液放入玻璃离心管中,在35水浴中将氮气吹至接近蜡,并加入1.0毫升甲醇水(1.0毫升)在优化方法时, 每组加入两个只有程序空白的平行样品(使用机器前再加入一定量的标准物质溶液),以纠正每种待测化合物在土壤基质中不存在且不能忽略的基质效应。固相萃取法步骤:称取5.0克土壤样品于50毫升离心管中,再次加入0.4克Na2EDTA、10.0毫升缓冲溶液和10.0毫升乙腈,振荡3分钟,以8000转/分钟-1离心5分钟,将所有上清液放入球形瓶中,然后再蒸至10.0毫升以下,然后用超纯水溶解至100毫升。用甲酸调节酸碱度至2.5,开始通过HLB柱,并在通过柱前用6.0毫升甲醇和6.0毫升超纯水活化固相萃取柱。

通过该柱后,用6.0毫升甲醇洗涤HLB柱,将洗脱的液氮刮至接近蜡状,随后用QuEChERS法。2结果与争论2.1提取条件的优化成像辅助提取可以提高目标物质的回收率,本实验检验了该方法的效果。根据第1.6条中的QuEChERS方法,结果(图1)表明成像对目标抗生素的提取没有影响。

因此,本实验不使用成像辅助提取,从而节省了预处理时间。2.2纯化条件优化提取完成后,为了增加基质效应,将所含目标抗生素的有机相重新加入d-SPE纯化材料(PSA、C18、GCB)进行下一次纯化。PSA作为弱阴离子交换剂,可以形成强氢键,去除脂肪酸等极性有机酸;非极性吸附剂C18是导电脂肪和一些矿物质。GCB容纳一种平面物质,用于去除色素。

氯硫酸镁被用作传统干燥剂来去除有机溶剂中的残留水。如图2右图所示,当添加到100.0gkg-1的浓度时,使用5.0 mg GCB和100.0 mg硫酸镁作为纯化材料以获得较低的回收率。

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其中GCB对磺胺二甲氧嘧啶、磺胺恶唑、磺胺二甲氧嘧啶有少量的传导性,回收率在60.0%左右,尤其对红霉素,回收率为0.6%。因此,本实验没有自由选择GCB,而是使用PSA和C18作为纯化材料。在本实验中,为这两种纯化材料设计了三个水平:C18(10.0、25.0、50.0毫克)和PSA(10.0、25.0、50.0毫克)。

为了优化最佳材料,必须同时考虑回收率和基体效应。基质效应(ME)计算公式如下:ME(%)=(Sm/Ss-1)100 (1),其中Sm和Ss分别对应基质曲线和溶剂曲线的斜率。当ME为-20.0%~20.0%、-50.0%~-20.0%和20.0%~50.0%、-50.0%和50.0%时,分别对重度、中度和强基质效应有反应。如图3至图6右侧所示,当自由选择50.0 mg PSA作为纯化材料时,磺胺乙酰胺、磺胺二甲嘧啶、磺胺噻二唑和磺胺恶唑的回收率高于55.0%。

对于C18,三组基质效应均高于60.0%,大部分高于40.0%,但10.0 mg C18的回收率均低于65.0%。因此,在本实验结束时,选择25.0毫克PSA和10.0毫克C18作为纯化材料。图7显示了最终优化后的矩阵效应。

2.3与固相萃取法的比较在本研究中,将QuEChERS法和传统固相萃取法在回收率上进行了比较,实验结果如图8右图所示。对于大多数抗生素,QuEChERS法的回收率低于固相萃取法,尤其是磺胺二甲基恶唑和红霉素。实际测试过程对比表明,QuEChERS法非常简单的预处理步骤只需1 h,比固相萃取法5 h长得多;与SPE法相比,QuEChERS法节省70元左右(主要节省沃特世绿洲HLB柱);QuEChERS法整个过程中的试剂基本处于封闭状态,大大降低了实验者了解有害溶剂的可能性。实验表明,对于本实验中指定的目标抗生素,QuEChERS法优于固相萃取法。

2.4方法测试该测试通过线性、回收率和定量还原来测试QuEChERS方法。从空白基质中提取的8个浓度水平(1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0gkg-1)的标准工作曲线显示良好的线性,R2范围为0.990至0.998(表2)。

在7个加标浓度水平(2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0gkg-1)下,回收率为61.4%~118.9%,标准偏差大于20.0%。该方法的定量减少量为较低浓度,回收率不可接受(60.0%~120.0%),相对标准偏差大于20.0%。本实验选择的目标抗生素的定量减量大多高于5.0gkg-1,低于Peysson等报道的,10.0、50.0、200.0gkg-1时的回收率、比较标准差、定量限见表3。

2.5实际样品检测在天津市东丽区菜地共采集了10份土壤样品:Q-1茄子田、Q-2甘蓝田、Q-3菠菜田、Q-4红薯田、Q-5花卉菜田、Q-6大白菜田、Q-7污灌区和Z-1、C-1、F-1玉米田。每个样品约500克,自然干燥,用2.0毫米孔径过滤,然后用本研究建立的QuEChERS方法检测。其中,检测到8个土样,大部分高于定量还原。

罗红霉素在Q-2中的浓度低于定量还原,克拉霉素在Q-1和Q-5中的浓度低于定量还原,分别为2.9和2.4 ,罗红霉素和克拉霉素这两种大环内酯类抗生素在土壤中水解迅速,吸附力强,可在土壤基质中长期稳定存在。上述结果表明,该方法可用于土壤中抗生素含量的测定。结论(1)通过优化提取方法、纯化材料及材料用量,并对方法进行验证,建立了基于QuEChERS法的高效液相色谱-串联质谱法同时检测土壤中20种抗生素。(2)对于指定的目标抗生素,QuEChERS法高于固相萃取法,体现了慢、非常简单、便宜的特点。

(3)QuEChERS法已成功应用于土壤中多种抗生素的检测,可为环境风险评估获得一定的数据。


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