與人們服用的通例藥物類似, NPS被濫用后, 經人體新陳代謝所生成的代謝產物跟未被代謝的原藥隨尿液進入生活污水, 從而匯入污水處理廠.經污水廠處理后, 未被去除的NPS被排入天然水體.因此, 污水處理廠排放被認為是環境中NPS的重要來源之一. NPS存在較強的生物活性, 其大量被排入到環境中, 不僅對環境造成了沾染, 而且帶來了潛在的健康危險.因此, NPS也被環境學家列為一類新型沾染物.
基于NPS帶來的社會問題跟環境問題, 對其進行定性定量剖析并估算其濫用量對毒品管控跟健康危險評估存在重要意思.然而, 傳統方法如社會考察不能正確、客觀地估算NPS的濫用量, 且操作本錢較高、一直定性較大.近年來, 一種叫污水盛行病學的方法被提出并用于估算毒品的濫用量.其原理是通過測定污水處理廠進水中毒品及其代謝物濃度, 通過污水廠日處理量、服務區人口及毒品排泄率等參數反算毒品濫用量.該方法所得數據更為客觀, 存在時效性高、便于不同區域橫向比較等優點, 且已在估算傳統毒品濫用量等方面施展了宏大作用.近年來, 已有研究團隊利用該方法剖析測定了污水中卡西酮類跟哌嗪類NPS, 認為該方法存在預警NPS濫用的潛能, 并可用于評估禁毒辦法的績效性.但污水中其它常見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.
為進一步完美污水中常見NPS的剖析方法并進步剖析測定效力, 經考察, 本研究選取國內濫用較多的11種NPS作為目標化合物, 樹破污水中目標物前處理及剖析測定方法, 并通過對北京市主城區11家污水處理廠進、出水樣品的剖析進行方法驗證, 以期為今后發展NPS的污水盛行病學研究及健康危險評估奠定基本.
1 資料與方法1.1 資料
11種NPS標準品以及各自相應的氘代內標貯備液購于美國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-串聯質譜聯用儀等.
1.2 質譜跟液相色譜前提的優化
依據目標物的性質抉擇離子源跟離子化模式.依據目標物及其氘代化合物的分子量設置掃描的荷質比m/z范疇, 尋找目標物母離子.利用儀器主動優化去簇電壓得到最大母離子響應.手動調節跟優化碰撞能量, 得到最佳響應的子離子對.將每種目標物豐度最大的離子對作為定量離子, 另一離子對作為定性離子.
采取液相色譜柱Phenomenex Gemini C18柱, 優化流動相pH值跟所含鹽類、洗脫梯度等前提, 以獲得目標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污水樣品進行稀釋跟沾染, 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
②Oasis 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 品質把持1.4.1 回收率
分辨取20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混標注入50 mL pH=2的超純水中配成樣品溶液, 并設置一組流程空白, 同時進行前處理跟測定.依據流程空白跟加標樣品的測定數據及實際加標濃度盤算得到11種NPS在不同濃度梯度下各自的回收率.
1.4.2 基質效應
選取BJ-6污水廠進水水樣作為基質效應的供試水樣.對該水樣進行前處理, 在上機前分辨向已處理的樣品中加入20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混標跟100 μL的200 ng·mL-1內標, 得到濃度為10、50跟100 ng·mL-1的樣品跟空白樣品.通過比較各目標物在不同濃度梯度下加標水樣與空白水樣的檢測濃度之差跟其在相應濃度標準樣品中的檢測濃度, 評估基質對各目標物響應值的克制跟增進作用.
1.4.3 檢出限跟定量限
將低濃度目標物混淆標準溶液上機測定, 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以下公式盤算得到
式中, 400 μL為上機稀釋液的體積, 50 mL為前處理所取污水樣的體積.
1.4.4 標準曲線的線性及范疇
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準工作溶液, 盡可能保障濃度范疇籠罩實際污水樣品中的水平.
1.4.5 精巧度
分辨對同一標準樣品連續屢次測定跟多天重復測定來衡量儀器的日內精巧度與日間精巧度, 對同一水樣連續前處理跟多天重復前處理來衡量前處理方法跟實驗操作的日內精巧度與日間精巧度, 結果均用絕對標準偏差表示.
2 結果與探討2.1 優化后的液相色譜前提
本研究采取Phenomenex Gemini C18液相色譜柱對目標化合物進行分別.優化后的流動相為：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℃, 進樣量為5 μL.優化后的液相色譜前提不僅進步了儀器對目標化合物的靈敏度, 而且明顯縮短了剖析周期, 進步了剖析效力.
2.2 優化后的質譜前提
本研究采取多反應監控模式對所有目標化合物進行檢測.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.每種目標化合物及其相應內標的母離子跟定量、定性離子的核質比、去簇電壓、碰撞電壓及保存時光等質譜參數列于表 2中.
表 2 目標物C18-UPLC-MS/MS的質譜參數
為優化后11種NPS的色譜圖.由表 2跟可知, 不同目標化合物的保存時光均有較大差別, 說明優化后的C18-UPLC-MS/MS前提可能對所選目標物進行有效分別.
11種NPS的C18-UPLC-MS/MS色譜圖
2.3 優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前提下加載樣品對目標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節中所述方法進行前處理.
由表 3可知, HLB柱在酸性、中性跟弱堿性前提下均無奈對CA進行富集. M
C、PMM
A、2C-I跟MEPH的回收率在樣品pH值為2、7、11時存在明顯差別, 且回收率存在低于80%跟高于120%的情況.可見, 利用Oasis HLB柱對樣品進行富集時, 樣品pH值對目標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柱不合實用于測定污水中常見NPS的前處理進程.而利用Oasis MCX柱時, 在樣品pH值為2跟7的前提下, 每種NPS均被有效富集, 且目標物的回收率基本在80%~120%之間, 因此Oasis MCX柱更合實用于水樣的前處理.綜合比較利用Oasis MCX柱時的兩種樣品pH值前提, pH=2時各種物質的回收率更瀕臨于100%, 因此本研究認為在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定.在后續實驗及今后實際污水樣品前處理時, 同一選用Oasis MCX柱并將樣品pH值調至2.具體接洽污水寶或參見http://www.dowater.com更多相干技巧文檔。污水處理設備為使污水達到排入某一水體或再次使用的水質要求對其進行凈化的過程。污水處理被廣泛應用于建筑、農業、交通、能源、石化、環保、城市景觀、醫療、餐飲等各個領域，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。
表 3 不同SPE柱跟水樣pH值前提下目標物的回收率比較/%
本研究對SPE柱抉擇的實驗結果與文獻[23~25]的研究論斷存在一致性, 即對C
A、M
C、MEPH等NPS在內的毒品, 用Oasis HLB柱前處理的回收率跟基質效應均差于Oasis MCX柱或不能達到實驗請求.這可能是因為Oasis MCX柱的基質為聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物, 與Oasis HLB吸附劑比較, 對堿性化合物存在更高的抉擇性跟靈敏度.而本研究所監測的NPS均存在含氮的堿性基團, 因此Oasis MCX柱可能更有效滿意富集請求.
2.3.2 淋洗步驟
當目標物及其內標受基質煩擾重大或者基質對兩者的影響水平不一致時, 為保障目標物準判斷量, 有必要在污水樣品加載之后增加對SPE柱的淋洗步驟.本研究在Oasis MCX固相萃取方法的基本上, 在樣品加載結束之后, 將淋洗步驟分辨改為無淋洗、2 mL pH=2的超純水淋洗跟2 mL甲醇淋洗這3組對如實驗, 研究淋洗步驟對目標物回收率的影響.
表 4中的數據顯示, 無淋洗跟僅用2 mL pH=2的超純水淋洗時, 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甲醇淋洗的兩個步驟均不可或缺.
表 4 不同淋洗跟復溶前提下目標物的回收率比較/%
2.3.3 復溶溶劑的量與復溶步驟
為研究復溶前提的轉變對目標物回收率的影響, 本研究設置兩組對如實驗, 分辨為：
①200 μL 20%甲醇水溶液復溶氮吹殘留物1 min,
②先用80 μL甲醇復溶30 s, 再加入320 μL超純水復溶30 s.
由表 4中不同復溶前提下的回收率數據可知, 轉變復溶溶劑的量跟步驟后, PMMA的回收率均超過120%, 遠超可接收范疇.因此本研究認為, 在現有的固相萃取跟C18-UPLC-MS/MS前提下, 采取400 μL 20%甲醇水溶液復溶氮吹殘留物1 min最為適合.
2.4 對已優化方法的評估2.4.1 回收率跟基質效應
如表 5所示, 在基本籠罩了實際污水中NPS檢出濃度的各種前提下, 每種目標物的回收率基本上均在80%~120%之間, 基質效應基本上均在-20%~20%之間.結果總體表明, 本研究采取上述方法進行前處理跟樣品測定是可行的.
表 5 SPE-C18-UPLC-MS/MS優化方法的回收率跟基質效應/%
2.4.2 檢出限、定量限、標準曲線線性及范疇
表 6中的結果顯示, 各種目標物的LOD跟LOQ均很低, 基本滿意實際污水樣品測定的請求.所有目標物的標準曲線相干系數均在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%, 因此標準曲線可能用于實際污水中NPS濃度的測定.
表 6 SPE-C18-UPLC-MS/MS優化方法的檢出限、定量限、標準曲線線性及范疇
2.4.3 精巧度
由表 7可知, 儀器精巧度的日內跟日間RSD均小于2.5%, 方法精巧度的日內跟日間RSD均小于8%, 表明儀器的牢固性跟實驗方法的可重復性均合乎請求.綜上, 利用本研究中優化的SPE前處理方法跟C18-UPLC-MS/MS測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優化方法的精巧度/%
3 在實際污水樣品中的利用
本研究于2016年12月對北京市11家污水處理廠的進水跟出水進行了樣品采集, 每家污水廠至少采集2 d以上的樣品, 采取全主動水質采樣器采集24 h混淆水樣.全部11家污水廠日均污水流量約為26萬m3, 服務區總人口達1 096萬人, 約占北京市常住人口的50.4%.采取上述優化的方法對樣品進行前處理跟剖析測定, 依據進水跟出水中NPS濃度的差別盤算各種目標物的去除率.
測定結果顯示, MDM
C、MEP
H、C
A、BZP跟mCPP在11家污水廠的進水跟出水樣品中均未被檢出, 表明這多少種NPS在北京市可能尚無明顯濫用趨勢.其余6種NPS在各污水廠進水樣品中的均勻濃度如所示.其中, EPH在進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誠然僅在BJ-4檢出, 但其在進水中的濃度高達92 ng·L-1, 說明在該廠服務區內可能存在2C-I的濫用或者傾倒景象.進水中KE
T、MC跟TFMPP的濃度均低于8 ng·L-1.實際污水樣品測定結果表明, 本研究中的優化方法可能基本滿意污水中的NPS檢測請求.
北京市11家污水處理廠進水中的NPS濃度
這11家污水處理廠對每種目標物的去除率匯總于表 8中.數據顯示, BJ-5、BJ-9跟BJ-11中目標物去除率較高, 而其余污水廠對多數量標物的去除率并不幻想, 甚至呈現了負去除率的情況.造成負去除率的起因可能是污水在污水處理廠中存在長達數小時的停留時光, 因此進、出水中測得的目標物濃度水平無奈正確對應.但總體看來, 這一結果仍表明常見的污水處理工藝對NPS的去除才干有限, 有相稱數量的NPS將終極進入河流湖海中, 對水環境生態形成潛在的威脅.
表 8 北京市11家污水處理廠對NPS的去除率/%
4 論斷
對污水樣品前處理方法進行了優化, 表明應選用Oasis MCX柱, 預先調節樣品至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%甲醇水溶液復溶殘留物1 min.
11種NPS的保存時光、回收率、基質效應、檢出限、定量限、精巧度等方法評估指標數據表明, 本研究所判斷的SPE前處理方法跟C18-UPLC-MS/MS測定方法分別后果好、回收率高、基質效應弱、檢出限跟定量限低、儀器跟方法精巧度高, 可用于實際污水樣品中NPS濃度的檢測.
