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超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法快速分析環(huán)境水樣中的碘海醇和碘帕醇?xì)埩袅?/h1>
2022-06-05 09:18宋寧慧范義鋒
分析科學(xué)學(xué)報(bào) 2022年2期
關(guān)鍵詞:造影劑質(zhì)譜基質(zhì)

張 爽, 宋寧慧, 范義鋒, 李 旦

(1.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫 214122;2.生態(tài)環(huán)境部南京市環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇南京 210042;3.廣州智達(dá)實(shí)驗(yàn)室科技有限公司,廣東廣州 510535;4.無錫分子橋科技有限公司,江蘇無錫 214021)

碘海醇(Iohexol)和碘帕醇(Iopamidol)屬于第二代碘造影劑,是目前最為暢銷的造影劑[1],其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。通常在進(jìn)行CT造影診斷前注入靜脈,用于血管、泌尿系統(tǒng)、脊髓及股關(guān)節(jié)、淋巴系統(tǒng)造影,具有造影密度低,毒性低,耐受性好等優(yōu)點(diǎn),在發(fā)達(dá)國家已全面取代了離子型造影劑[1,2]。根據(jù)Newport數(shù)據(jù),2018年全球碘海醇制劑規(guī)模超過12億美元。中國醫(yī)藥工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示,2019年國內(nèi)X射線造影劑市場規(guī)模約為139.45億元,其中碘帕醇的市場規(guī)模約為15.13億元。然而,已有國外研究報(bào)道非離子型X射線造影劑,通過醫(yī)療廢水、工業(yè)廢水、患者尿液等途徑進(jìn)入地表水體,并在自然水環(huán)境中表現(xiàn)出持久性[3 - 5]。Pérez等[4]報(bào)道碘帕醇在原水、二級出水、地下水和地表水等水體中被檢出,質(zhì)量濃度分別為2.7 μg/L、15 μg/L、2.4 μg/L和0.49 μg/L。亦有研究[6 - 9]表明,碘帕醇易在飲用水處理過程中生成具有毒性轉(zhuǎn)化產(chǎn)物,但其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律尚未明確。因此,需要對環(huán)境中,尤其是水體中典型碘化造影劑進(jìn)行監(jiān)測。

圖1 碘海醇和碘帕醇的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formulas of iohexol and iopamidol

已有的檢測方法主要集中在碘海醇的檢測中,包括高效液相色譜法(HPLC)[10 - 14]、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)[15 - 22],檢測對象為注射液和血液樣品。在血漿和血清的碘海醇檢測中,利用HPLC法分析的時(shí)間為13~60 min,檢出限在700~1 000 μg/L之內(nèi)[10 - 13];利用LC-MS/MS法的分析時(shí)間為7.3~31 min,檢出限在10.5~300 μg/L之內(nèi)[17 - 22]。在注射液樣品的碘海醇檢測中,利用HPLC法的分析時(shí)間為13~30 min,檢出限在500 μg/L之內(nèi)[14,15];利用LC-MS/MS的分析時(shí)間為30 min,檢出限在25 μg/L之內(nèi)[16]。張美微等[22]利用LC-MS/MS法對血漿中的碘帕醇進(jìn)行了檢測,方法使用含0.1%甲酸-5 mmol九氟戊酸-10%乙腈水溶液為流動(dòng)相進(jìn)行等度洗脫,定量限為1 000 μg/L。在水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測中,潛在危害物的量級往往在μg/L或者ng/L水平,因此針對地表水水樣,建立了碘海醇和碘帕醇的液-液萃取前處理,結(jié)合LC-MS/MS檢測方法,適合水樣中有害物的快速、準(zhǔn)確、高通量定性定量分析,尤其適合轉(zhuǎn)化為全自動(dòng)在線處理與檢測系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

QTRAP 5500三重四極桿復(fù)合線性離子阱液-質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)(美國,AB Sciex公司);Vortex Genie2渦旋混合器(美國,Scientific Industries公司);Eppendorf移液器(德國,Eppendorf公司)。

碘海醇(純度98.0%)、碘帕醇(純度98.0%)標(biāo)準(zhǔn)品購自默克美國Sigma試劑公司。分別準(zhǔn)確稱量100.0 mg碘帕醇、碘海醇標(biāo)準(zhǔn)品于100 mL容量瓶中,用50%乙腈水溶液溶解后,配制成1.0 g/L混合標(biāo)準(zhǔn)品儲備溶液,于-20 ℃儲存?;旌蠘?biāo)準(zhǔn)品工作溶液:用50%乙腈水溶液將混合標(biāo)準(zhǔn)品儲備溶液稀釋為0.01、0.05、0.2、0.5、2、10、50、100 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液,待用。乙腈(質(zhì)譜純,美國Fisher公司),甲酸(質(zhì)譜純,默克美國Sigma試劑公司)。實(shí)驗(yàn)室用水為Millipore純水系統(tǒng)制備(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

地表水和地下水水樣均取自造影劑生產(chǎn)企業(yè)所在工業(yè)園區(qū)周邊的河流、地下水中。其中,基質(zhì)空白樣品,取自該工業(yè)園區(qū)50公里外的上游河流、地下水采樣點(diǎn)。

1.2 樣品前處理

準(zhǔn)確移取5 mL水樣于15 mL離心管中,加入5 mL乙腈,渦旋提取2 min,4 ℃下12 000 r/min離心10 min,取上清液過0.22 μm聚四氟乙烯濾膜,待上機(jī)檢測。

1.3 色譜分析條件

色譜柱為PHNOMON Kinetex F5(100 mm×3 mm,2.6 μm);柱溫40 ℃;流動(dòng)相A為0.1%甲酸水溶液,B為乙腈。梯度洗脫程序?yàn)椋?.0~0.5 min,95%A;0.5~3.5 min,95%A~35%A;3.5~4 min,35%~5%A,4~5 min,5%A;5~6.5 min 95%A。流速為0.4 mL/min。

1.4 質(zhì)譜分析條件

電噴霧離子源(ESI):正離子掃描;氣簾氣:241 kPa,霧化氣:414 kPa,加熱氣:414 kPa,源溫:550 ℃,電噴霧電壓:5 500 V。多反應(yīng)檢測(MRM)條件如表1所示。

表1 碘海醇和碘帕醇的MRM質(zhì)譜參數(shù)

優(yōu)化條件下,碘海醇和碘帕醇的定性、定量離子色譜圖如圖2所示。由圖2可見,峰形尖銳,每個(gè)離子對檢測下色譜峰中采集點(diǎn)數(shù)均大于25個(gè),滿足準(zhǔn)確定量要求。

圖2 碘海醇和碘帕醇的提取離子色譜圖Fig.4 Extraction ion chromatogram of iohexol and iopamidol

2 結(jié)果與討論

2.1 碘海醇與碘帕醇的質(zhì)譜分析條件的優(yōu)化

分別將濃度為0.1 mg/L的碘海醇和碘帕醇標(biāo)準(zhǔn)溶液,利用針泵注射進(jìn)樣。在正離子模式下,分別得到碘帕醇準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z777.8,碘海醇準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z821.8。在碰撞能量為30 eV下進(jìn)行二級質(zhì)譜分析,碘海醇和碘帕醇的前體離子經(jīng)過碰撞誘導(dǎo)解離(CID)后,分別產(chǎn)生了9個(gè)和5個(gè)碎片離子。碘海醇形成了顯著的脫水峰[M+H-H2O]+m/z803.8。準(zhǔn)分子離子峰脫去乙?;纬蒣M+H-C2H3O]+m/z779.8,再脫去鄰位碘形成[M+H-C2H3O-I]+m/z652.9。準(zhǔn)分子離子峰脫去1個(gè)2,3-二羥基丙基形成[M+H-C3H7O2]+m/z730.8,脫去1個(gè)2,3-二羥基丙基和1個(gè)氫碘酸形成[M+H-C3H7O2-C6H10O3N]+m/z602.9。碎片離子m/z602.9和m/z652.9均為重排的成環(huán)離子,相對穩(wěn)定,是除脫水峰外相應(yīng)最強(qiáng)的兩個(gè)碎片離子。因此,選擇m/z821.8/m/z602.9為定量離子對,m/z821.8/m/z652.9為定性離子對,建立碘海醇的MRM質(zhì)譜檢測方法。碘帕醇同樣形成了脫水峰[M+H-H2O]+m/z759.8。碘帕醇準(zhǔn)分子離子峰脫去1,3-二羥基丙胺形成[M+H-C3H8O2N]+m/z686.8,再脫去一個(gè)氫碘酸,形成[M+H-C5H8O3N-HI]+m/z558.5。選擇m/z777.8/m/z558.8為定量離子對,m/z777.8/m/z686.8為定性離子對。

2.2 色譜分離條件的選擇

首先,在流動(dòng)相中添加了0.1%的甲酸,以增強(qiáng)ESI正離子模式下碘海醇和碘帕醇的準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+離子化程度,并使色譜峰峰形更加尖銳和對稱。碘海醇和碘帕醇均含碘,為強(qiáng)鹵代極性化合物。PHNOMON Kinetex F5色譜柱(PFP柱)的填料顆粒是在硅烷基上鍵合一個(gè)五氟苯基,對于碘海醇和碘帕醇的保留機(jī)制與WATERS AQUITY BEHC18柱(C18)柱相似,但選擇性不同。PFP色譜柱對極性目標(biāo)的保留能力強(qiáng),特別是對鹵族化合物。因此,分別采用C18色譜柱和PFP色譜柱進(jìn)行色譜分離,利用碘海醇和碘帕醇的定性離子對和定量離子對進(jìn)行掃描監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示,C18色譜柱分離碘海醇和碘帕醇的保留時(shí)間分別為0.75 min和0.72 min,而PFP色譜柱分別為1.31 min和1.16 min,說明兩種色譜柱對目標(biāo)物的保留能力不同,PFP色譜柱對碘海醇和碘帕醇的保留能力更強(qiáng)。同時(shí),在兩種色譜柱分離下,碘海醇與碘帕醇的色譜峰半峰寬具有顯著差異。在PFP色譜柱分離下,碘海醇和碘帕醇的定量離子對色譜峰的半峰寬分別為0.042、0.035 min,相較于C18色譜柱分離下分別減少了63.2%和44.4%。因此,說明PFP色譜柱更適合用于含碘、具有多重共軛結(jié)構(gòu)、強(qiáng)極性的碘海醇和碘帕醇的分析。最終,將色譜方法優(yōu)化為總時(shí)長6.5 min,有效洗脫分離時(shí)間為3.5 min,有利于大規(guī)模環(huán)境樣品的高通量、快速、準(zhǔn)確的定性定量分析。

圖3 碘海醇和碘帕醇的色譜分離條件的優(yōu)化Fig.3 Effect of C18 column and pentaflurophenyl (PFP) column on separation of iohexol and iopamidol

2.3 基質(zhì)效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)曲線、定量限

分別以地下水、地表水基質(zhì)制備標(biāo)準(zhǔn)曲線,用基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率與溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率之比評估基質(zhì)效應(yīng)(ME)[23]。當(dāng)0.8≤ME≤1.2時(shí)為無明顯基質(zhì)效應(yīng),ME<0.8時(shí)為基質(zhì)抑制效應(yīng),ME>1.2時(shí)為基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)。結(jié)果表明,碘海醇(0.01~20 μg/L)和碘帕醇(0.2~50 μg/L)在3種基質(zhì)內(nèi)線性良好,相關(guān)性系數(shù)(r)≥0.9956。地下水基質(zhì)中,碘海醇和碘帕醇的ME分別為1.02和0.95,在地表水基質(zhì)中分別為0.88和1.00,表明地表水和地下水基質(zhì)對碘海醇和碘帕醇的定量結(jié)果不存在顯著影響,可以直接采用溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。通過對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行逐級稀釋進(jìn)樣,本方法對碘海醇的檢出限(S/N=3)為0.004 μg/L,定量限(S/N=10)為0.01 μg/L;對碘帕醇的檢出限為0.05 μg/L,定量限為0.50 μg/L。結(jié)果見表2。

表2 線性方程和重現(xiàn)性

2.4 準(zhǔn)確度和精密度

分別向地下水、地表水空白樣品中添加0.5、5、10 μg/L碘海醇和碘帕醇標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行3個(gè)添加水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)水平重復(fù)5次,計(jì)算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果見表3,兩種目標(biāo)物在不同地表水樣品中的回收率在84.1%~109.1%之間,RSD為4.1%~9.3%。

表3 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=5)

2.5 實(shí)際樣品的檢測

利用建立的UPLC-MS/MS分析方法,對某工業(yè)園區(qū)及周邊河流、地下水等40個(gè)采樣位點(diǎn)的水樣進(jìn)行了檢測,在工業(yè)園區(qū)地下水水樣中檢出碘海醇1.2 μg/L,碘帕醇5.1 μg/L。

3 結(jié)論

本研究解析了碘海醇、碘帕醇的質(zhì)譜行為,選擇了最具結(jié)構(gòu)代表性的特征離子對作為定性、定量離子對。優(yōu)化了碘海醇和碘帕醇的色譜分離條件,建立了超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測定水體中碘化造影劑的方法。該方法前處理簡便,檢測限低,靈敏度高,重現(xiàn)性好。為水體中碘化造影劑的監(jiān)測提供了方法學(xué)依據(jù),為相關(guān)全自動(dòng)在線處理與檢測系統(tǒng)提供了支持方案。

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