引用本文
周佳佳, 付杰. 在线固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法测定饮用水中4种兴奋剂[J]. 环境监控与预警, 2019, 11(3): 27-29, 35.  
ZHOU Jia-jia, FU Jie. Determination of 4 Stimulants in Drinking Water―On-line Solid Phase Extraction Followed by High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry[J]. Environmental Monitoring and Forewarning, 2019, 11(3): 27-29, 35.  
在线固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法测定饮用水中4种兴奋剂
周佳佳, 付杰     
江苏康达检测技术股份有限公司，江苏 苏州 215000
收稿日期: 2019-03-25; 修订日期: 2019-04-08
作者简介: 周佳佳(1991—)，女，工程师，硕士，从事环境检测工作.
摘要: 可替宁、可待因、1，7-二甲基黄嘌呤和咖啡因作为药物及其代谢产物广泛应用于日常生活中，其在环境中的残留物可能对人类健康和生态环境安全造成威胁。采用在线固相萃取法进行前处理，酸性条件(0.1%甲酸水溶液)上样，水样加硫代硫酸钠(1 L水样加0.1 g硫代硫酸钠)除去余氯后用高效液相色谱-串联质谱法测定饮用水中可替宁、可待因、1, 7-二甲基黄嘌呤和咖啡因这4种兴奋剂。当进样体积为1.0 mL时，方法检出限为0.633~1.75 ng/L，测定下限为2.53~6.98 ng/L，饮用水样品加标回收率为80.0%~129%，多次测定均值的相对标准偏差(RSD)＜5%。方法检出限低，精密度和准确度好，能满足饮用水样品中4种兴奋剂的日常检测。
关键词: 在线固相萃取    高效液相色谱-串联质谱    兴奋剂    饮用水    
Determination of 4 Stimulants in Drinking Water―On-line Solid Phase Extraction Followed by High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry
ZHOU Jia-jia, FU Jie     
Jiangsu Kangda Testing Technology Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215000, China
Abstract: Cotinine, Codeine, 1, 7-Dimethylxanthine and Caffeine are widely used in daily life as drugs and their metabolites. The stimulant residues in the environment may pose a threat to human health and ecological environment safety. Water samples were sampled under acidic conditions (0.1% formic acid aqueous solution) and the residual chlorine was removed by adding sodium thiosulfate (1 L water sample with 0.1 g sodium thiosulfate) to the water samples. On-line solid phase extraction followed by LC-MS-MS was used to determine 4 stimulants in drinking water, including Cotinine, Codeine, 1, 7-Dimethylxanthine and Caffeine. When the injection volume was 1.0 mL, the detection limit of this method was 0.633~1.75 ng/L, the low limit of determination was 2.53~6.98 ng/L and the recoveries of standard-added drinking water samples ranged from 80.0% to 129%.The method has low detection limit and high recovery, and can meet the requirements of the daily detection of four stimulants in drinking water samples.
Key words: On-line solid phase extraction    LC-MS-MS    Stimulants    Drinking water    

药品和个人护理品(PPCPs)作为一种新兴污染物越来越受到世界各国的关注[1]。目前广泛应用于人类和动物疾病治疗及预防的药物达4 000多种，且随着社会经济的发展呈逐年增高的趋势[2]。然而药物在人体和动物体内只有一小部分能被吸收，大部分会随着尿液和粪便排出体外，进入环境[3-4]。可替宁是烟草中尼古丁在人体中代谢后的主要产物，可待因常用于麻醉镇痛、治疗咳嗽等，咖啡因和1, 7-二甲基黄嘌呤是咖啡中的成分及代谢物。这4种兴奋剂类化合物在日常生活中应用广泛，其在环境中的残留会通过食物链和饮用水进入人体，危害人类健康。现选用可替宁、可待因、1, 7-二甲基黄嘌呤和咖啡因作为研究对象，采用在线固相萃取前处理方法，高效液相色谱-串联质谱法测定饮用水中上述4种兴奋剂类化合物。通过优化仪器分析参数和样品前处理过程，建立准确高效的检测体系，以满足实际饮用水样品的检测。

1 实验部分 1.1 仪器与试剂

仪器：岛津LC-MS-MS 8060型液相色谱三重四极杆质谱仪，配有电喷雾离子源(ESI)(日本岛津公司)；InertSustain AQ-C18色谱柱(日本GL Sciences公司)；AOE在线固相萃取系统(日本岛津公司)；HLB Direct Connect HP固相萃取柱2支(20 μm×2.1 mm×30 mm，美国Waters公司)；0.22 μm玻璃纤维滤膜[月旭科技(上海)股份有限公司]；和泰Dura纯水仪(12V，上海和泰仪器有限公司)。

试剂：4种兴奋剂混标(100 mg/L，溶于甲醇，上海安谱实验科技股份有限公司)；4种兴奋剂标准使用液(用甲醇稀释至50和5 μg/L，-10 ℃以下避光可保存1个月)；内标贮备液(可替宁-d3，纯度98%，上海安谱实验科技股份有限公司)；内标使用液(用甲醇稀释至50 μg/L，-10 ℃以下避光保存)。乙腈、甲醇、异丙醇(均为色谱纯)，甲酸(质谱级)，硫代硫酸钠(美国化学协会标准级)，氨水(分析纯)，以上试剂均购于月旭科技(上海)股份有限公司；实验用水为超纯水(电阻率18.2 MΩ·cm)。

1.2 仪器工作条件 1.2.1 液相色谱条件

流动相为0.1%的甲酸水溶液(A相)和乙腈(B相)，柱温40 ℃。液相色谱流动相梯度洗脱程序见表 1，15.00 min结束洗脱程序。

表 1 液相色谱流动相梯度洗脱程序
时间/
min		 流量/
(mL·min-1)		 流动相占比/%
A相 B相
0 0.4 95 5
2.30 0.4 95 5
8.50 0.4 25 75
9.00 0.4 0 100
11.60 0.4 0 100
11.70 0.4 95 5
表选项

1.2.2 在线固相萃取系统条件

在线固相萃取系统通过阀切换可实现双柱交叉进样，提高工作效率。C泵A路为0.1%甲酸水溶液，C泵B路为乙腈，进样体积1.0 mL。在线固相萃取系统条件见表 2。

表 2 在线固相萃取系统条件
时间/
min		 流量/
(mL·min-1)		 C泵
0 2 A路(100%)，初始阀位于“1”(“0”)号位
1.50 2 A路(100%)，阀切换至“0”(“1”)号位，进行另一柱的清洗，待上样
1.60 4 切换至B路(100%)
3.60 4 切换至A路(100%)
7.60 4 A路(100%)
7.70 0.1 A路(100%)
表选项

1.2.3 质谱参考条件

质谱条件如下：电喷雾(ESI)离子源，正离子模式；接口温度300 ℃；进样口温度250 ℃；加热块温度400 ℃；雾化器流量3 L/min；加热器流量10 L/min；干燥器流量10 L/min；多反应监测(MRM)方式，具体条件见表 3。

表 3 目标化合物的MRM条件参数
序号 化合物 母离子(m/z) 子离子(m/z) Q1偏差/V 碰撞电压/V Q3偏差/V
1 可替宁-d3 180.30 80.00 -20 -26 -30
180.30 101.05 -10 -16 -17
2 可替宁 177.00 79.90 -21 -26 -11
177.00 98.10 -10 -22 -15
3 1, 7-二甲基黄嘌呤 181.15 124.05 -21 -21 -19
181.15 55.05 -11 -31 -20
4 可待因 299.90 165.00 -15 -41 -14
299.90 215.05 -15 -26 -20
5 咖啡因 195.10 138.15 -10 -20 -24
195.10 110.10 -10 -25 -17
表选项

1.3 实验方法

根据文献[5]推荐方法，采用含HLB填料的萃取柱作为在线固相萃取柱。饮用水样品用500 mL玻璃瓶采集至满瓶，密封。水样经0.22 μm玻璃纤维滤膜过滤后直接上机分析。

2 结果与讨论 2.1 上样条件的选择

在线固相萃取系统C泵A路上样，当A路溶液分别选为水相(中性)、0.1%甲酸水溶液(酸性)和0.1%氨水水溶液(碱性)时，4种兴奋剂在酸性条件下出峰响应较中性、碱性条件下好，故选定C泵A路溶液为0.1%甲酸水溶液。C泵B路为有机相乙腈，作用是清洗待上样富集柱。样品经过滤后直接上机，样品中目标物被HLB柱富集，通过阀切换HLB柱接入串联质谱系统，经A相和B相梯度洗脱(表 1)，目标物被AQ-C18柱分离，然后进入串联质谱系统进行分析。

2.2 水样除余氯影响分析

取某地自来水作为实际样品，通过加硫代硫酸钠和不加硫代硫酸钠对水样进行分析。结果表明，在相同的加标浓度下，水样不加硫代硫酸钠除余氯时，可待因和1, 7-二甲基黄嘌呤2种物质峰响应差，基本不出峰(图 1)，化合物序号同表 3；而在加了硫代硫酸钠的水样中，可待因和1, 7-二甲基黄嘌呤均有较好的出峰和响应强度(图 2)。原因可能是在未加硫代硫酸钠除余氯的水样中，可待因和1, 7-二甲基黄嘌呤与余氯反应[6-8]，导致其浓度降低。因此，在水样检测前，需加入硫代硫酸钠除去余氯，减少对样品检测结果的干扰。此外，实验中需对所用的试剂耗材做干扰测试，确保对实验结果无影响。

图 1 未加硫代硫酸钠的水样色谱图
图选项

图 2 加入硫代硫酸钠的水样色谱图
图选项

2.3 工作曲线与测定下限

分别吸取不同体积的标准使用液，用纯水稀释至10 mL，配制7个质量浓度的标准系列。4种兴奋剂的质量浓度分别为1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0和100.0 ng/L，分别于标准系列溶液中加入10 μL内标物使用液，使内标物的质量浓度为50 ng/L，按照1.2所述仪器工作条件进行分析。以标准系列溶液质量浓度与内标物质量浓度比值为横坐标，以目标组分峰面积与内标物峰面积比值为纵坐标，绘制校准曲线(表 4)。依据文献[9]，用空白样品加标配制2.0 ng/L的水样，重复测定7次，以3倍标准偏差作为检出限，4倍检出限作为测定下限。

表 4 校准曲线及相关系数(n=7)
序号 化合物 校准曲线 相关系数(r2) 检出限/
(ng·L-1)		 测定下限/(ng·L-1)
1 可替宁 y=1.41 x+0.046 0.995 1.75 7.00
2 1, 7-二甲基黄嘌呤 y=0.834 x+0.016 0.996 0.633 2.53
3 可待因 y=1.04 x-0.001 0.998 1.11 4.44
4 咖啡因 y=0.906 x+0.084 0.994 0.860 3.44
表选项

2.4 精密度和准确度实验

依据文献[5]和[9]关于方法验证和回收率的要求，采用在线固相萃取系统进样，以某饮用水为统一样品，测定2种不同浓度加标样品的精密度和准确度，结果见表 5。

表 5 方法的精密度和准确度结果
序号 化合物名称 ρ(实际样品)/(ng·L-1) 加标量/
(ng·L-1)		 测定均值/(ng·L-1) RSD/
%		 加标回收率/%
1 可替宁 6.38 10 16.2 0.582 91.1~103
80 98.9 3.40 109~120
2 1, 7-二甲基黄嘌呤 — 10 8.68 0.211 82.9~89.9
80 76.1 4.15 86.4~101
3 可待因 — 10 12.4 0.371 119~128
80 98.4 3.42 117~129
4 咖啡因 — 10 8.48 0.287 80.0~88.5
80 74.9 2.57 88.3~98.1
表选项

由表 5可见，某饮用水样品测定值的相对标准偏差(RSD)＜5%，加标回收率为80.0%~129%，方法的精密度和准确度良好，可以满足饮用水样品的检测分析。

3 结语

采用在线固相萃取样品前处理方法，用具有MRM模式的高效液相色谱-串联质谱法检测饮用水中的4种兴奋剂，方法检出限为0.633~1.75 ng/L，加标回收率为80.0%~129%，多次测定均值的RSD＜5%，检出限低，精密度和准确度好，可满足饮用水样品的检测分析。同时该方法具有前处理自动化程度高、操作简便等特点，在实际样品检测中可以节省水样处理时间，提高工作效率。

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