韓疏影, 俞慧敏, 宋易霖, 鄧海山, 柴 川, 池玉梅(南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院, 江蘇 南京 210023)
外源性雌激素(如雌三醇(E3)、雌酮(E1)、17β-雌二醇(17β-E2)、17α-雌二醇(17α-E2)、炔雌醇(EE)及孕酮(P4)等)及其衍生物是常見的內(nèi)分泌干擾物。研究發(fā)現(xiàn),癌癥(如睪丸癌、前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌等)和生殖疾病(如男性精液質(zhì)量差等)都可能與體內(nèi)雌激素表達(dá)水平增加有關(guān)[1-6]。1981年世界衛(wèi)生組織召開的“雌激素對(duì)胎兒發(fā)育和嬰兒健康”會(huì)議中就針對(duì)外源性雌激素在嬰兒體內(nèi)半衰期較長(zhǎng)、攝入過(guò)量是否會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生危害進(jìn)行了討論。目前,外源性雌激素對(duì)于人體的潛在危害已引起了廣泛關(guān)注[7,8]。
雌激素常被非法用作奶牛等動(dòng)物的生長(zhǎng)促進(jìn)劑,以加快動(dòng)物的生長(zhǎng)、增加動(dòng)物的體重,從而導(dǎo)致牛奶中雌激素含量超標(biāo)[9]。歐盟自1988年起禁止將甾體激素用于促生長(zhǎng),并對(duì)動(dòng)物源食品制定了系列監(jiān)管措施[10]。2002年我國(guó)明確立法禁止性激素和具有雌激素樣作用的物質(zhì)在食品動(dòng)物中使用,外源性激素物質(zhì)在動(dòng)物性食品中不得檢出[11]。因此,對(duì)于復(fù)雜基質(zhì)中雌激素殘留的監(jiān)測(cè),需要建立靈敏度高、準(zhǔn)確性好、簡(jiǎn)便易行的分析方法。
目前,生物樣品中類固醇類激素樣物質(zhì)的分析檢測(cè)方法主要有液相色譜-紫外檢測(cè)法(LC-UV)[12]、液相色譜-熒光檢測(cè)法(LC-FLD)[13]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS)[14,15]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)[16]、薄層色譜法(TLC)[17]和高效薄層色譜法(HPTLC)[18]等。其中,LC-MS以其良好的定性和定量性能,逐漸成為檢測(cè)類固醇類雌激素的主要方法,但其精密度和準(zhǔn)確度易受基質(zhì)效應(yīng)的影響。動(dòng)物源食品基質(zhì)復(fù)雜,激素和激素樣物質(zhì)種類多、水平低(μg/kg~ng/kg),必須配以合適的預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行富集提取,并用特異性高的方法實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)類似物的分離。
目前,已有多篇報(bào)道將固相微萃取(SPME)、液相微萃取(LPME)等為代表的微處理技術(shù)應(yīng)用于激素樣品的預(yù)處理中[19,20]。微處理技術(shù)的重復(fù)性和精密度雖遜于SPE,但其兼具分離和富集功能,且可與液相色譜體系良好兼容[21]。基質(zhì)固相分散萃取(MSPD)兼具分散、萃取及凈化功能,且精密度更高,可用于生物樣品中抗生素類、激素及激素樣物質(zhì)的提取和凈化[22,23]。目前MSPD在農(nóng)殘測(cè)定中已廣泛用于固體、半固體及高黏度的基質(zhì)樣品[24],但其用于提取奶制品中的雌激素僅見于液體基質(zhì)[25,26]。
本文采用MSPD和SPE法分別提取了固體奶粉和液體牛奶中E3、E1、17β-E2、17α-E2、EE及P4等6種雌激素,并采用高效液相色譜-三重四極桿-復(fù)合線性離子阱質(zhì)譜(HPLC-Q-TRAP-MS)技術(shù)建立了操作簡(jiǎn)便、分析快速、試樣和有機(jī)溶劑用量少、準(zhǔn)確性高和重復(fù)性好的測(cè)定方法,以期為準(zhǔn)確定量奶制品中雌激素含量奠定基礎(chǔ)。
ABSciex Q-TRAP 5500質(zhì)譜儀(ABSciex,美國(guó)); LC-20A高效液相色譜儀,配有DGU-20A3在線脫氣機(jī)、LC-20AD XR泵、SIL-20A XR自動(dòng)進(jìn)樣器及CTO-20AC柱溫箱(Shimadzu,日本); KH-700DE型超聲機(jī)(昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司); TGL-16G型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)。
甲醇(MeOH)、乙腈(ACN)(均為色譜純)購(gòu)自德國(guó)Merck公司;乙酸乙酯(EA)、二氯甲烷(DCM)(均為分析純)購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;玻璃注射針管購(gòu)自金壇市第二注射器廠;HLB SPE柱(60 mg/3 mL)、C18(40~60 μm)、硅膠(40~60 μm)和弗羅里硅土(75~100 μm)購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;標(biāo)準(zhǔn)品:E3(純度97.4%)、E1 (純度98.3%)、17β-E2 (純度96.3%)、17α-E2 (純度97.2%)、EE (純度98.0%)、P4 (純度97.5%)和左炔諾孕酮(LNG,純度99.4%,內(nèi)標(biāo))購(gòu)自中國(guó)藥品生物制品檢定所。6種雌激素的正辛醇-水分配系數(shù)(Kow)及其化學(xué)結(jié)構(gòu)分別見表1和圖1。實(shí)驗(yàn)所用超純水經(jīng)Milli-Q系統(tǒng)(美國(guó)Millipore公司)凈化。
精密稱取6種雌激素各10 mg,分別置于10 mL容量瓶中,用甲醇溶解并定容為1.0 g/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液;精密稱取內(nèi)標(biāo)10 mg,置于10 mL容量瓶中,用甲醇溶解并定容為1.0 g/L的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液;混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(200~0.1 mg/L)由混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0 g/L)經(jīng)30%(v/v)乙腈水溶液逐級(jí)稀釋得到。
表 1 6種雌激素的Kow值Table 1 Kow data of the six estrogens
Kow: the partition coefficient of solute between water and octanol. LogKowof each compound was calculated by ACD/Lab software.
圖 1 6種雌激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Chemical structures of the six estrogens
1.3.1MSPD
將硅膠吸附劑裝入50 mL玻璃注射器至最大刻度,分別用100 mL正己烷、二氯甲烷和甲醇依次洗滌,真空干燥后備用。
精密稱取1 g固態(tài)奶粉(或量取1 mL液態(tài)牛奶,加入無(wú)水硫酸鎂脫水),置于乳缽中,加入1.0 mL 10 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和10 μL 1.0 g/L內(nèi)標(biāo)液,混勻,靜置15 min。樣品經(jīng)上述操作后,分別加入預(yù)先處理的1 g硅膠吸附劑,研磨均勻,靜置30 min后,將其裝入底部帶有濾紙的10 mL玻璃注射針筒中,輕輕敲打針筒并按壓;用10 mL正己烷淋洗,棄去淋洗液,再采用15 mL ACN-EA(4∶1, v/v)洗脫,收集洗脫液,于45 ℃下氮?dú)饬鞔蹈?用1 mL 30%(v/v)乙腈水溶液復(fù)溶后,以1 500 r/min離心10 min,取5 μL上清液,待HPLC-Q-TRAP-MS分析。
1.3.2SPE
SPE柱使用前依次用6 mL甲醇和6 mL水活化。取1 g固態(tài)奶粉,用1 mL水溶解(或1 mL液態(tài)牛奶),加入10 μL 1.0 g/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和10 μL 1.0 g/L內(nèi)標(biāo)液,置于10 mL離心管中,加入1 mL甲醇,超聲提取,以1 500 r/min離心10 min,將上清液轉(zhuǎn)移至另一10 mL離心管中,加入2 mL乙腈飽和的正己烷萃取,靜置分層后棄去正己烷層,氮?dú)饬鞔蹈?加入1 mL純水溶解,上樣,用6 mL EA洗脫,收集洗脫液,氮?dú)饬鞔蹈?用1 mL 30%(v/v)乙腈水溶液復(fù)溶后,以1 500 r/min離心10 min,取上清液5 μL,待HPLC-Q-TRAP-MS分析。
色譜柱:Cosmosil膽固醇色譜柱(150 mm×4.6 mm, 5 μm,日本Nacalai Tesque公司);柱溫:40 ℃;流動(dòng)相A:水,流動(dòng)相B:乙腈;流速:0.5 mL/min。梯度洗脫程序:0~5 min, 30%B~40%B; 5~15 min, 40%B; 15~23 min, 40%B~55%B; 23~25 min, 55%B; 25~26 min, 55%B~70%B; 26~31 min, 70%B; 31~32 min, 70%B~30%B。進(jìn)樣量:5 μL;檢測(cè)波長(zhǎng):220 nm。
表 2 6種雌激素和內(nèi)標(biāo)的質(zhì)譜參數(shù)Table 2 MS parameters of the six estrogens and internal standard
DP: declustering potential; CE: collision energy; CXP: collision cell entrance potential; LNG: levonorgestrel.
離子源:電噴霧離子(ESI)源;采集方式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM);掃描方式:正負(fù)離子同時(shí)檢測(cè);離子源噴霧電壓:5 500 V(正離子模式), -4 500 V(負(fù)離子模式);離子源溫度:500 ℃;氣簾氣壓力:206.8 kPa;霧化氣壓力:344.7 kPa;輔助氣壓力:379.2 kPa。其他質(zhì)譜條件見表2。
按1.3節(jié)描述,分別采用MSPD和SPE對(duì)固態(tài)奶粉及液態(tài)牛奶進(jìn)行預(yù)處理,固態(tài)奶粉及液態(tài)牛奶中6種雌激素的回收率結(jié)果見表3。結(jié)果表明,MSPD法更適合固體奶粉的預(yù)處理;SPE法更適合處理液體牛奶。因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)中根據(jù)不同的樣品選擇不同的預(yù)處理方法。
表 3 采用基質(zhì)固相分散萃取和固相萃取處理不同基質(zhì)時(shí)6種雌激素的回收率Table 3 Recoveries of the six estrogens in different sample matrices by matrix solid-phase dispersion (MSPD) and solid-phase extraction (SPE) %
取6種雌激素含量均低于檢出限的固態(tài)奶粉和液態(tài)牛奶作為空白樣品,各雌激素對(duì)照品的添加量為10 mg/kg(固態(tài)奶粉)和10 mg/L(液態(tài)牛奶),經(jīng)HPLC-Q-TRAP-MS分析,比較不同條件下6種雌激素的回收率,從而對(duì)MSPD和SPE的條件進(jìn)行優(yōu)化。
2.2.1MSPD吸附劑的優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)對(duì)3種極性差異較大的吸附劑(C18、硅膠和弗羅里硅土)進(jìn)行考察。參照文獻(xiàn)[27]報(bào)道,在吸附劑與樣品質(zhì)量比為3∶1、洗脫劑為15 mL中等極性ACN-EA(4∶1, v/v)的條件下對(duì)空白奶粉樣品進(jìn)行處理。結(jié)果表明,采用C18、硅膠和弗羅里硅土?xí)r,6種雌激素的平均回收率分別為66%、71%和56%。C18填料為非極性材料,對(duì)非極性和弱極性物質(zhì)具有較好的溶解性;硅膠則是利用其表面的硅羥基形成分子間氫鍵而吸附物質(zhì);弗羅里硅土是硅酸鎂吸附劑,其表面吸附作用強(qiáng)于硅膠。通過(guò)圖1可知,除P4外,其他5種雌激素均帶有羥基,因此當(dāng)吸附劑的極性越大,對(duì)目標(biāo)物的吸附力也越強(qiáng),相應(yīng)洗脫劑的極性也要越大。采用中等極性的洗脫溶劑時(shí),雌激素被吸附于弗羅里硅土中而不能完全被洗脫,因此回收率偏低。6種雌激素的logKow范圍為2.94~4.52,疏水性中等,當(dāng)使用C18填料時(shí),根據(jù)相似相溶原理,不能使中等疏水性的雌激素類成分很好地保留。因此,選用硅膠作為MSPD的吸附劑。
2.2.2MSPD吸附劑與樣品比例的優(yōu)化
實(shí)驗(yàn)考察了吸附劑與樣品的質(zhì)量比(1∶1、2∶1、3∶1和4∶1)對(duì)各雌激素回收率的影響。結(jié)果表明,6種雌激素的平均回收率隨著吸附劑與樣品質(zhì)量比的增大而逐漸減小,當(dāng)吸附劑與樣品的質(zhì)量比為1∶1時(shí),6種雌激素的平均回收率為89%,滿足分析要求,故選為實(shí)驗(yàn)所用。
2.2.3MSPD和SPE洗脫劑的優(yōu)化
選取從弱極性到極性的溶液DCM、EA、ACN、MeOH和ACN-EA(1∶1、2∶2、3∶1、4∶1、5∶1, v/v),分別采用MSPD和HLB SPE對(duì)固態(tài)奶粉和液態(tài)牛奶進(jìn)行洗脫,6種雌激素的平均回收率見圖2。
圖 2 采用(a)MSPD和(b)SPE法時(shí)不同洗脫劑對(duì)6種雌激素回收率的影響Fig. 2 Effect of different eluents on the recoveries of the six estrogens pretreated by (a) MSPD and (b) SPE DCM: dichloromethane; EA: ethyl acetate; ACN: acetonitrile; MeOH: methanol.
如圖2a所示,采用MSPD以硅膠為吸附劑萃取空白奶粉時(shí),極性相對(duì)較弱的DCM和EA對(duì)6種雌激素的回收率低于67%;逐漸增大洗脫劑的極性,采用MeOH和ACN作為洗脫劑時(shí),回收率明顯增加,分別達(dá)到75%和72%;采用ACN中加入不同體積分?jǐn)?shù)EA的洗脫劑進(jìn)行洗脫,6種雌激素的回收率隨洗脫劑極性的增加先增大后減小,當(dāng)ACN與EA的體積比為4∶1時(shí),回收率最高,達(dá)到89%,而當(dāng)ACN與EA的體積比為5∶1時(shí),6種雌激素的回收率下降,表明EA在洗脫過(guò)程中對(duì)回收率的影響較大。Fan等[14]認(rèn)為這主要是由于EA的脂溶性可增加洗脫溶劑的滲透性,從而提高了提取效率。故采用MSPD前處理時(shí),選用ACN-EA(4∶1, v/v)作為洗脫劑。
考察采用SPE萃取空白液態(tài)牛奶時(shí)不同洗脫劑對(duì)6種雌激素回收率的影響,結(jié)果見圖2b。采用極性較大的ACN和MeOH時(shí)回收率只有70%;采用極性較低的DCM洗脫時(shí)回收率僅為50%;中等極性的EA可作為最佳洗脫劑,6種雌激素的平均回收率為76%;采用極性較EA稍大的ACN-EA(4∶1, v/v)洗脫時(shí),6種雌激素的平均回收率為69%。故采用SPE前處理時(shí),選用EA作為洗脫劑。
圖 3 采用(a)MSPD和(b)SPE法時(shí)不同洗脫劑體積對(duì)6種雌激素回收率的影響Fig. 3 Effect of different volumes of the eluent on the recoveries of the six estrogens pretreated by (a) MSPD and (b) SPE
2.2.4MSPD與SPE洗脫劑體積的優(yōu)化
對(duì)于MSPD過(guò)程中洗脫劑體積的優(yōu)化,在硅膠吸附劑與樣品質(zhì)量比為1∶1的條件下采用8、10、15和18 mL的ACN-EA(4∶1, v/v)混合溶液進(jìn)行洗脫,考察洗脫劑體積對(duì)6種雌激素回收率的影響(見圖3a)。當(dāng)洗脫劑的體積為8~15 mL時(shí),6種雌激素的平均回收率逐漸增大,15 mL時(shí)達(dá)到89%;當(dāng)洗脫劑體積增加至18 mL時(shí),6種雌激素的平均回收率明顯減小(77%),這可能是由于洗脫時(shí)間過(guò)長(zhǎng),對(duì)于基質(zhì)中干擾組分也有一定的洗脫作用,致使目標(biāo)化合物的回收率降低。故在MSPD處理過(guò)程中,洗脫劑ACN-EA (4∶1, v/v)的最佳用量為15 mL。
對(duì)于SPE過(guò)程中洗脫劑體積的優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)分別選擇2、4、6、8和18 mL的EA作為洗脫劑。如圖3b所示,當(dāng)洗脫劑的體積為2~6 mL時(shí),6種雌激素的回收率逐漸增加,繼續(xù)增加洗脫劑體積,回收率逐漸降低。故在SPE處理過(guò)程中,洗脫劑EA的用量取6 mL為宜。
實(shí)驗(yàn)采用膽固醇柱對(duì)6種雌激素進(jìn)行分離分析,膽固醇柱對(duì)于結(jié)構(gòu)類似的化合物,尤其是同分異構(gòu)體或立體異構(gòu)體具有良好的分離選擇性。由圖4的總離子流色譜圖可見,互為立體異構(gòu)體的17α-雌二醇和17-β雌二醇在膽固醇柱上的分離效果良好,其他雌激素類物質(zhì)均達(dá)到基線分離。由于雌激素類物質(zhì)大多含有酚羥基(除孕酮外),在ESI-模式下,產(chǎn)生的母離子為[M-H]-;孕酮和內(nèi)標(biāo)左炔諾孕酮在ESI+模式下形成[M+H]+母離子。在相應(yīng)的離子化模式下,將6種雌激素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 mg/L)分別進(jìn)行質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果見表2。
圖 4 MRM模式下6種雌激素及內(nèi)標(biāo)(1 mg/L)的總離子流色譜圖Fig. 4 Total ion chromatograms of the six estrogens and internal standard (1 mg/L) in MRM mode 1. E3; 2. 17α-E2; 3. 17β-E2; 4. E1; 5. EE; 6. P4; IS (internal standard): LNG.
2.4.1線性關(guān)系、基質(zhì)效應(yīng)和檢出限
配制0.1~200 mg/L系列對(duì)照品混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度均為10 mg/L。以各雌激素母離子與內(nèi)標(biāo)母離子色譜峰面積之比為縱坐標(biāo)(y),各雌激素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x,mg/L)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見表4)。在空白奶制品基質(zhì)中添加相應(yīng)濃度水平的雌激素,用內(nèi)標(biāo)法分別測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作溶液及空白奶制品基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線,以兩者曲線斜率之比衡量基質(zhì)效應(yīng)。結(jié)果顯示,MSPD處理下的6種雌激素的基質(zhì)效應(yīng)為89.4%~105.7%,而SPE處理下的6種雌激素的基質(zhì)效應(yīng)為86.7%~107.47%,表明兩種預(yù)處理方法受樣品基質(zhì)中的雜質(zhì)干擾均較小。以3倍和10倍信噪比(S/N)對(duì)應(yīng)的樣品中雌激素的質(zhì)量濃度為方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)。由表4可見,6種雌激素在各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(R2)均大于0.99;方法的LOD和LOQ分別為0.01~0.05 mg/L和0.05~0.10 mg/L。
表 4 6種雌激素的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限和基質(zhì)效應(yīng)Table 4 Linear equations, linear ranges, correlation coefficients (R2), limits of detection (LODs), limits of quantification (LOQs) and matrix effects of the six estrogens
y: parent ion peak area ratio of the estrogen to the internal standard;x: mass concentration, mg/L.
2.4.2回收率
在空白奶粉和液態(tài)牛奶中添加不同水平(1.0、5.0和10 mg/kg)的雌激素,分別按照MSPD和SPE的預(yù)處理方法對(duì)樣品進(jìn)行處理,每個(gè)水平重復(fù)3次,用內(nèi)標(biāo)法測(cè)定回收率,結(jié)果見表5。經(jīng)MSPD法處理的6種雌激素的平均回收率為71.8%~106.0%(RSD為1.6%~9.2%,n=3),經(jīng)SPE法處理的6種雌激素的平均回收率為70.3%~108.4%(RSD為2.0%~11.0%,n=3),說(shuō)明方法的準(zhǔn)確度高,重復(fù)性好。采用MSPD法處理時(shí),EE的回收率為71.8%~77.3%,可能是因?yàn)楣枘z作為中等極性吸附劑對(duì)疏水性較強(qiáng)的EE(Kow最大,見表1)的吸附作用較弱;用SPE萃取時(shí),P4的回收率為70.3%~77.9%,或許是因?yàn)镻4不含羥基,與SPE小柱的固定相之間無(wú)法通過(guò)有效的氫鍵作用增強(qiáng)其在柱上的保留,致使回收率偏低。
表 5 不同基質(zhì)中6種雌激素的回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)Table 5 Recoveries and relative standard deviations of the six estrogens in different matrices (n=3) %
2.4.3精密度與穩(wěn)定性
選取低、中、高3個(gè)水平(0.15、2.0和160 mg/kg)的標(biāo)準(zhǔn)溶液,連續(xù)3 d分別對(duì)每個(gè)水平進(jìn)樣5次,測(cè)定儀器的日內(nèi)精密度和日間精密度。結(jié)果表明,日內(nèi)和日間精密度均不大于14.2%(見表6)。
對(duì)添加了不同水平(0.15和160 mg/kg)雌激素的空白奶粉和液態(tài)牛奶進(jìn)行MSPD和SPE預(yù)處理,于0、2、4、8、12 h進(jìn)樣測(cè)定,考察0~12 h內(nèi)雌激素的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示,兩種預(yù)處理方法處理樣品后各雌激素含量的RSD均小于10%,表明在0~12 h內(nèi)MSPD和SPE兩種預(yù)處理方法下的樣品均具有良好的穩(wěn)定性。
應(yīng)用所建立的方法,分別對(duì)市售的5種不同品牌的進(jìn)口奶粉及3種進(jìn)口牛奶樣品中雌激素類藥物殘留量進(jìn)行檢測(cè),均未檢出上述6種雌激素。
表 6 6種雌激素在低、中、高添加水平下的日內(nèi)和日間精密度(n=5)Table 6 Intra- and inter-day RSDs of the six estrogens at low, medium and high spiking levels (n=5) %
本文分別用MSPD和SPE法純化富集了日常奶制品中的6種雌激素,并針對(duì)不同基質(zhì)選擇了合適的預(yù)處理方法,同時(shí)優(yōu)化了前處理?xiàng)l件。采用HPLC-Q-TRAP-MS系統(tǒng)進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)了快速、高效、高通量檢測(cè)奶制品中雌激素殘留。應(yīng)用于實(shí)際樣品的檢測(cè),也取得了令人滿意的效果,或可為相關(guān)法律法規(guī)的制定及實(shí)際檢測(cè)提供參考。
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