與人們服用的通例藥物類(lèi)似, NPS被濫用后, 經(jīng)人體新陳代謝所生成的代謝產(chǎn)物跟未被代謝的原藥隨尿液進(jìn)入生活污水, 從而匯入污水處理廠.經(jīng)污水廠處理后, 未被去除的NPS被排入天然水體.因此, 污水處理廠排放被認(rèn)為是環(huán)境中NPS的重要來(lái)源之一. NPS存在較強(qiáng)的生物活性, 其大量被排入到環(huán)境中, 不僅對(duì)環(huán)境造成了沾染, 而且?guī)?lái)了潛在的健康危險(xiǎn).因此, NPS也被環(huán)境學(xué)家列為一類(lèi)新型沾染物.
基于NPS帶來(lái)的社會(huì)問(wèn)題跟環(huán)境問(wèn)題, 對(duì)其進(jìn)行定性定量剖析并估算其濫用量對(duì)毒品管控跟健康危險(xiǎn)評(píng)估存在重要意思.然而, 傳統(tǒng)方法如社會(huì)考察不能正確、客觀地估算NPS的濫用量, 且操作本錢(qián)較高、一直定性較大.近年來(lái), 一種叫污水盛行病學(xué)的方法被提出并用于估算毒品的濫用量.其原理是通過(guò)測(cè)定污水處理廠進(jìn)水中毒品及其代謝物濃度, 通過(guò)污水廠日處理量、服務(wù)區(qū)人口及毒品排泄率等參數(shù)反算毒品濫用量.該方法所得數(shù)據(jù)更為客觀, 存在時(shí)效性高、便于不同區(qū)域橫向比較等優(yōu)點(diǎn), 且已在估算傳統(tǒng)毒品濫用量等方面施展了宏大作用.近年來(lái), 已有研究團(tuán)隊(duì)利用該方法剖析測(cè)定了污水中卡西酮類(lèi)跟哌嗪類(lèi)NPS, 認(rèn)為該方法存在預(yù)警NPS濫用的潛能, 并可用于評(píng)估禁毒辦法的績(jī)效性.但污水中其它常見(jiàn)NPS[如4-甲氧基甲基苯丙胺、2-甲基氨基-1--1-丙酮、2, 5-二甲氧基-4-苯乙胺等]的剖析方法仍不完美.
為進(jìn)一步完美污水中常見(jiàn)NPS的剖析方法并進(jìn)步剖析測(cè)定效力, 經(jīng)考察, 本研究選取國(guó)內(nèi)濫用較多的11種NPS作為目標(biāo)化合物, 樹(shù)破污水中目標(biāo)物前處理及剖析測(cè)定方法, 并通過(guò)對(duì)北京市主城區(qū)11家污水處理廠進(jìn)、出水樣品的剖析進(jìn)行方法驗(yàn)證, 以期為今后發(fā)展NPS的污水盛行病學(xué)研究及健康危險(xiǎn)評(píng)估奠定基本.
1 資料與方法1.1 資料
11種NPS標(biāo)準(zhǔn)品以及各自相應(yīng)的氘代內(nèi)標(biāo)貯備液購(gòu)于美國(guó)Cerilliant公司, 包含氯胺酮、甲卡西酮、麻黃堿、4-甲氧基甲基苯丙胺、2-甲基氨基-1--1-丙酮、2, 5-二甲氧基-4-苯乙胺、甲氧麻黃酮、卡西酮、1-芐基哌嗪、1-哌嗪跟1-哌嗪, 以及KET-D4、MC-D3、EPH-D3、MEPH-D3、MDMC-D3、2C-I-13C-D3、CA-D5、BZP-D7、TFMPP-D4跟mCPP-D8.
重要儀器跟耗材：12位固相萃取裝置, Oasis MCX跟Oasis HLB固相萃取柱, 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀等.
1.2 質(zhì)譜跟液相色譜前提的優(yōu)化
依據(jù)目標(biāo)物的性質(zhì)抉擇離子源跟離子化模式.依據(jù)目標(biāo)物及其氘代化合物的分子量設(shè)置掃描的荷質(zhì)比m/z范疇, 尋找目標(biāo)物母離子.利用儀器主動(dòng)優(yōu)化去簇電壓得到最大母離子響應(yīng).手動(dòng)調(diào)節(jié)跟優(yōu)化碰撞能量, 得到最佳響應(yīng)的子離子對(duì).將每種目標(biāo)物豐度最大的離子對(duì)作為定量離子, 另一離子對(duì)作為定性離子.
采取液相色譜柱Phenomenex Gemini C18柱, 優(yōu)化流動(dòng)相pH值跟所含鹽類(lèi)、洗脫梯度等前提, 以獲得目標(biāo)物的幻想峰型跟高分別度.
1.3 樣品前處理方法
采取固相萃取的方法對(duì)污水樣品進(jìn)行稀釋跟沾染, 利用Oasis MCX作為SPE柱的樣品前處理方法如.利用Oasis HLB作為SPE柱的樣品前處理方法與上述基本雷同, 不同之處在于
?、贠asis HLB柱活化：順次加入6 mL甲醇跟6 mL超純水, 流速1~2 mL·min-1;
⑦洗脫：用8 mL甲醇洗脫干燥的HLB柱, 流速1~2 mL·min-1.
利用Oasis MCX作為SPE柱的樣品前處理方法
1.4 品質(zhì)把持1.4.1 回收率
分辨取20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混標(biāo)注入50 mL pH=2的超純水中配成樣品溶液, 并設(shè)置一組流程空白, 同時(shí)進(jìn)行前處理跟測(cè)定.依據(jù)流程空白跟加標(biāo)樣品的測(cè)定數(shù)據(jù)及實(shí)際加標(biāo)濃度盤(pán)算得到11種NPS在不同濃度梯度下各自的回收率.
1.4.2 基質(zhì)效應(yīng)
選取BJ-6污水廠進(jìn)水水樣作為基質(zhì)效應(yīng)的供試水樣.對(duì)該水樣進(jìn)行前處理, 在上機(jī)前分辨向已處理的樣品中加入20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混標(biāo)跟100 μL的200 ng·mL-1內(nèi)標(biāo), 得到濃度為10、50跟100 ng·mL-1的樣品跟空白樣品.通過(guò)比較各目標(biāo)物在不同濃度梯度下加標(biāo)水樣與空白水樣的檢測(cè)濃度之差跟其在相應(yīng)濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品中的檢測(cè)濃度, 評(píng)估基質(zhì)對(duì)各目標(biāo)物響應(yīng)值的克制跟增進(jìn)作用.
1.4.3 檢出限跟定量限
將低濃度目標(biāo)物混淆標(biāo)準(zhǔn)溶液上機(jī)測(cè)定, 儀器檢出限跟儀器定量限分辨以3倍信噪比跟10倍信噪比判斷.方法檢出限跟方法定量限分辨通過(guò)以下公式盤(pán)算得到
式中, 400 μL為上機(jī)稀釋液的體積, 50 mL為前處理所取污水樣的體積.
1.4.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性及范疇
配制含甲醇體積20%、濃度范疇為0.1~200 ng·mL-1的不同濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液, 盡可能保障濃度范疇籠罩實(shí)際污水樣品中的水平.
1.4.5 精巧度
分辨對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)樣品連續(xù)屢次測(cè)定跟多天重復(fù)測(cè)定來(lái)衡量?jī)x器的日內(nèi)精巧度與日間精巧度, 對(duì)同一水樣連續(xù)前處理跟多天重復(fù)前處理來(lái)衡量前處理方法跟實(shí)驗(yàn)操作的日內(nèi)精巧度與日間精巧度, 結(jié)果均用絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示.
2 結(jié)果與探討2.1 優(yōu)化后的液相色譜前提
本研究采取Phenomenex Gemini C18液相色譜柱對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行分別.優(yōu)化后的流動(dòng)相為：0.12%甲酸30 mmol·L-1, 甲酸銨超純水溶液; 甲醇.洗脫梯度如表 1所示, 流速為0.3 mL·min-1, 柱溫為35℃, 進(jìn)樣量為5 μL.優(yōu)化后的液相色譜前提不僅進(jìn)步了儀器對(duì)目標(biāo)化合物的靈敏度, 而且明顯縮短了剖析周期, 進(jìn)步了剖析效力.
2.2 優(yōu)化后的質(zhì)譜前提
本研究采取多反應(yīng)監(jiān)控模式對(duì)所有目標(biāo)化合物進(jìn)行檢測(cè).離子源為電噴霧離子源, 離子源電壓為3 500 V, 離子源溫度為525℃, 離子化模式為ESI; 碰撞池氣壓為10 psi, 氣簾氣壓力為20 psi, 干燥氣與幫助氣壓力均為40 psi.每種目標(biāo)化合物及其相應(yīng)內(nèi)標(biāo)的母離子跟定量、定性離子的核質(zhì)比、去簇電壓、碰撞電壓及保存時(shí)光等質(zhì)譜參數(shù)列于表 2中.
表 2 目標(biāo)物C18-UPLC-MS/MS的質(zhì)譜參數(shù)
為優(yōu)化后11種NPS的色譜圖.由表 2跟可知, 不同目標(biāo)化合物的保存時(shí)光均有較大差別, 說(shuō)明優(yōu)化后的C18-UPLC-MS/MS前提可能對(duì)所選目標(biāo)物進(jìn)行有效分別.
11種NPS的C18-UPLC-MS/MS色譜圖
2.3 優(yōu)化后的樣品前處理前提2.3.1 SPE柱跟樣品pH值
Oasis HLB跟Oasis MCX是環(huán)境水樣前處理中普遍利用的兩種SPE柱.本研究分辨考察兩種SPE柱在不同pH前提下加載樣品對(duì)目標(biāo)NPS回收率的影響. Oasis HLB柱的加載前提為pH=2, 7, 11; Oasis MCX柱的加載前提為pH=2, 7.按1.3節(jié)中所述方法進(jìn)行前處理.
由表 3可知, HLB柱在酸性、中性跟弱堿性前提下均無(wú)奈對(duì)CA進(jìn)行富集. M
C、PMM
A、2C-I跟MEPH的回收率在樣品pH值為2、7、11時(shí)存在明顯差別, 且回收率存在低于80%跟高于120%的情況.可見(jiàn), 利用Oasis HLB柱對(duì)樣品進(jìn)行富集時(shí), 樣品pH值對(duì)目標(biāo)物的回收率有明顯影響, 且不同NPS的最佳pH值存在較大差別.因此Oasis HLB柱不合實(shí)用于測(cè)定污水中常見(jiàn)NPS的前處理進(jìn)程.而利用Oasis MCX柱時(shí), 在樣品pH值為2跟7的前提下, 每種NPS均被有效富集, 且目標(biāo)物的回收率基本在80%~120%之間, 因此Oasis MCX柱更合實(shí)用于水樣的前處理.綜合比較利用Oasis MCX柱時(shí)的兩種樣品pH值前提, pH=2時(shí)各種物質(zhì)的回收率更瀕臨于100%, 因此本研究認(rèn)為在pH值為2的前提下利用Oasis MCX柱更適合于含多種NPS水樣的前處理與同步測(cè)定.在后續(xù)實(shí)驗(yàn)及今后實(shí)際污水樣品前處理時(shí), 同一選用Oasis MCX柱并將樣品pH值調(diào)至2.具體接洽污水寶或參見(jiàn)http://www.dowater.com更多相干技巧文檔。污水處理設(shè)備為使污水達(dá)到排入某一水體或再次使用的水質(zhì)要求對(duì)其進(jìn)行凈化的過(guò)程。污水處理被廣泛應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域，也越來(lái)越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。
表 3 不同SPE柱跟水樣pH值前提下目標(biāo)物的回收率比較/%
本研究對(duì)SPE柱抉擇的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[23~25]的研究論斷存在一致性, 即對(duì)C
A、M
C、MEPH等NPS在內(nèi)的毒品, 用Oasis HLB柱前處理的回收率跟基質(zhì)效應(yīng)均差于Oasis MCX柱或不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求.這可能是因?yàn)镺asis MCX柱的基質(zhì)為聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物, 與Oasis HLB吸附劑比較, 對(duì)堿性化合物存在更高的抉擇性跟靈敏度.而本研究所監(jiān)測(cè)的NPS均存在含氮的堿性基團(tuán), 因此Oasis MCX柱可能更有效滿意富集請(qǐng)求.
2.3.2 淋洗步驟
當(dāng)目標(biāo)物及其內(nèi)標(biāo)受基質(zhì)煩擾重大或者基質(zhì)對(duì)兩者的影響水平不一致時(shí), 為保障目標(biāo)物準(zhǔn)判斷量, 有必要在污水樣品加載之后增加對(duì)SPE柱的淋洗步驟.本研究在Oasis MCX固相萃取方法的基本上, 在樣品加載結(jié)束之后, 將淋洗步驟分辨改為無(wú)淋洗、2 mL pH=2的超純水淋洗跟2 mL甲醇淋洗這3組對(duì)如實(shí)驗(yàn), 研究淋洗步驟對(duì)目標(biāo)物回收率的影響.
表 4中的數(shù)據(jù)顯示, 無(wú)淋洗跟僅用2 mL pH=2的超純水淋洗時(shí), KET跟MEPH的回收率降至80%以下, CA的回收率降至不足50%;而僅用2 mL甲醇淋洗時(shí)2C-I的回收率降至了80%以下, CA的回收率降至不足55%.這表明樣品加載后先用2 mL pH=2的超純水、再用2 mL甲醇淋洗的兩個(gè)步驟均不可或缺.
表 4 不同淋洗跟復(fù)溶前提下目標(biāo)物的回收率比較/%
2.3.3 復(fù)溶溶劑的量與復(fù)溶步驟
為研究復(fù)溶前提的轉(zhuǎn)變對(duì)目標(biāo)物回收率的影響, 本研究設(shè)置兩組對(duì)如實(shí)驗(yàn), 分辨為：
?、?00 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶氮吹殘留物1 min,
②先用80 μL甲醇復(fù)溶30 s, 再加入320 μL超純水復(fù)溶30 s.
由表 4中不同復(fù)溶前提下的回收率數(shù)據(jù)可知, 轉(zhuǎn)變復(fù)溶溶劑的量跟步驟后, PMMA的回收率均超過(guò)120%, 遠(yuǎn)超可接收范疇.因此本研究認(rèn)為, 在現(xiàn)有的固相萃取跟C18-UPLC-MS/MS前提下, 采取400 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶氮吹殘留物1 min最為適合.
2.4 對(duì)已優(yōu)化方法的評(píng)估2.4.1 回收率跟基質(zhì)效應(yīng)
如表 5所示, 在基本籠罩了實(shí)際污水中NPS檢出濃度的各種前提下, 每種目標(biāo)物的回收率基本上均在80%~120%之間, 基質(zhì)效應(yīng)基本上均在-20%~20%之間.結(jié)果總體表明, 本研究采取上述方法進(jìn)行前處理跟樣品測(cè)定是可行的.
表 5 SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的回收率跟基質(zhì)效應(yīng)/%
2.4.2 檢出限、定量限、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性及范疇
表 6中的結(jié)果顯示, 各種目標(biāo)物的LOD跟LOQ均很低, 基本滿意實(shí)際污水樣品測(cè)定的請(qǐng)求.所有目標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)曲線相干系數(shù)均在0.99以上, 且基本所有濃度梯度下的正確度均在85%~115%之間、RSD < 15%, 因此標(biāo)準(zhǔn)曲線可能用于實(shí)際污水中NPS濃度的測(cè)定.
表 6 SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的檢出限、定量限、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性及范疇
2.4.3 精巧度
由表 7可知, 儀器精巧度的日內(nèi)跟日間RSD均小于2.5%, 方法精巧度的日內(nèi)跟日間RSD均小于8%, 表明儀器的牢固性跟實(shí)驗(yàn)方法的可重復(fù)性均合乎請(qǐng)求.綜上, 利用本研究中優(yōu)化的SPE前處理方法跟C18-UPLC-MS/MS測(cè)定方法可能用于污水樣品中的多種NPS同步剖析.
表 7 儀器精巧度跟SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的精巧度/%
3 在實(shí)際污水樣品中的利用
本研究于2016年12月對(duì)北京市11家污水處理廠的進(jìn)水跟出水進(jìn)行了樣品采集, 每家污水廠至少采集2 d以上的樣品, 采取全主動(dòng)水質(zhì)采樣器采集24 h混淆水樣.全部11家污水廠日均污水流量約為26萬(wàn)m3, 服務(wù)區(qū)總?cè)丝谶_(dá)1 096萬(wàn)人, 約占北京市常住人口的50.4%.采取上述優(yōu)化的方法對(duì)樣品進(jìn)行前處理跟剖析測(cè)定, 依據(jù)進(jìn)水跟出水中NPS濃度的差別盤(pán)算各種目標(biāo)物的去除率.
測(cè)定結(jié)果顯示, MDM
C、MEP
H、C
A、BZP跟mCPP在11家污水廠的進(jìn)水跟出水樣品中均未被檢出, 表明這多少種NPS在北京市可能尚無(wú)明顯濫用趨勢(shì).其余6種NPS在各污水廠進(jìn)水樣品中的均勻濃度如所示.其中, EPH在進(jìn)水中的濃度水平最高, 濃度范疇在84.23~383.6 ng·L-1; 其次為PMMA, 濃度范疇在9.12~38.48 ng·L-1.值得留神的是, 2C-I誠(chéng)然僅在BJ-4檢出, 但其在進(jìn)水中的濃度高達(dá)92 ng·L-1, 說(shuō)明在該廠服務(wù)區(qū)內(nèi)可能存在2C-I的濫用或者傾倒景象.進(jìn)水中KE
T、MC跟TFMPP的濃度均低于8 ng·L-1.實(shí)際污水樣品測(cè)定結(jié)果表明, 本研究中的優(yōu)化方法可能基本滿意污水中的NPS檢測(cè)請(qǐng)求.
北京市11家污水處理廠進(jìn)水中的NPS濃度
這11家污水處理廠對(duì)每種目標(biāo)物的去除率匯總于表 8中.數(shù)據(jù)顯示, BJ-5、BJ-9跟BJ-11中目標(biāo)物去除率較高, 而其余污水廠對(duì)多數(shù)量標(biāo)物的去除率并不幻想, 甚至呈現(xiàn)了負(fù)去除率的情況.造成負(fù)去除率的起因可能是污水在污水處理廠中存在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的停留時(shí)光, 因此進(jìn)、出水中測(cè)得的目標(biāo)物濃度水平無(wú)奈正確對(duì)應(yīng).但總體看來(lái), 這一結(jié)果仍表明常見(jiàn)的污水處理工藝對(duì)NPS的去除才干有限, 有相稱數(shù)量的NPS將終極進(jìn)入河流湖海中, 對(duì)水環(huán)境生態(tài)形成潛在的威脅.
表 8 北京市11家污水處理廠對(duì)NPS的去除率/%
4 論斷
對(duì)污水樣品前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化, 表明應(yīng)選用Oasis MCX柱, 預(yù)先調(diào)節(jié)樣品至pH=2, 樣品加載完后先用2 mL pH=2的超純水淋洗、再用2 mL甲醇淋洗Oasis MCX柱, 抽干后氮吹, 最后用400 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶殘留物1 min.
11種NPS的保存時(shí)光、回收率、基質(zhì)效應(yīng)、檢出限、定量限、精巧度等方法評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)表明, 本研究所判斷的SPE前處理方法跟C18-UPLC-MS/MS測(cè)定方法分別后果好、回收率高、基質(zhì)效應(yīng)弱、檢出限跟定量限低、儀器跟方法精巧度高, 可用于實(shí)際污水樣品中NPS濃度的檢測(cè).
