摘要 建立了一種通過少量人血清(1.0 mL)或尿液(1.5 mL)樣本,同步分析血清和尿液中19種有機(jī)磷酸酯(OPEs)及其二酯代謝物(di-OPEs)的方法。采用乙腈進(jìn)行液-液提取, ENVI-18 固相萃取柱凈化,通過超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(UPLC-MS/MS)對目標(biāo)化合物進(jìn)行測定。采用Shim-pack GIST C18 色譜柱(100 mm×2.1 mm, 2 μm)和Shim-pack GIST-HP(G)C18 保護(hù)柱分離目標(biāo)物,質(zhì)譜采用電噴霧離子源(ESI),以多反應(yīng)監(jiān)測模式(MRM)的正/負(fù)離子模式進(jìn)行檢測。本方法可在15 min 內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)化合物的基線分離,目標(biāo)化合物在2~100 ng/mL 濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性關(guān)系,血清基質(zhì)和尿液基質(zhì)的方法檢出限分別為0.001~0.178 ng/mL 和0.001~0.119 ng/mL,加標(biāo)回收率為30.5%~126.8%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDs)為1%~23%。應(yīng)用本方法對11 個(gè)受試者配對的血清和尿液樣本進(jìn)行檢測。在所有測試樣品中, OPEs 的內(nèi)標(biāo)回收率為61%~114%, di-OPEs 的內(nèi)標(biāo)回收率為43%~103%。OPEs 及di-OPEs 在血清和尿液樣本中表現(xiàn)出較高的檢出率,血清樣本中的OPEs 和di-OPEs 總濃度為1.580~3.843 ng/mL,尿液樣本中的總濃度為5.149~17.537 ng/mL。研究結(jié)果表明,本方法能夠有效檢測生物樣本中的OPEs 及di-OPEs,同時(shí)也揭示了OPEs 類化合物在人體內(nèi)普遍存在的情況及其潛在的暴露風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜;有機(jī)磷酸酯;代謝產(chǎn)物;血清;尿液
近年來,隨著多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)等溴系阻燃劑被逐步淘汰或限制使用,有機(jī)磷酸酯(OPEs)作為其替代品廣泛應(yīng)用于家具、建筑隔熱材料、紡織品、電子設(shè)備和液壓油等家庭和工業(yè)產(chǎn)品中[1-3]。OPEs 通常以物理方式添加到材料中,不僅能有效降低聚合物的可燃性,還作為增塑劑在部分產(chǎn)品中使用[4]。作為添加劑型阻燃劑, OPEs 容易在長期使用和處理過程中釋放到環(huán)境中[5-6],并且已經(jīng)在水[6-7]、空氣[8-9]、室內(nèi)灰塵[10-11]和沉積物[7]等多種環(huán)境介質(zhì)中廣泛檢出,特別是在住宅、辦公室、車輛和日托中心等室內(nèi)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了較高濃度的OPEs[10,12],室內(nèi)灰塵中ΣOPEs 濃度甚至可高達(dá)1610 μg/g[13]。毒理學(xué)研究已證實(shí),某些OPEs 具有神經(jīng)毒性、發(fā)育毒性、生殖毒性、致癌性和內(nèi)分泌干擾作用[4,14-15]。環(huán)境中的OPEs可能通過灰塵攝入、吸入和皮膚接觸等途徑危害人體健康,人們對其暴露水平和潛在健康影響的關(guān)注日益增加。
近年來,一些國家和地區(qū)已積極開展了人體OPEs 暴露水平的研究,其中常見的人體基質(zhì)樣品包括血清和尿液等[16-20]。血液作為體內(nèi)許多內(nèi)源性和外源性化學(xué)物質(zhì)的儲存庫,是開展生物監(jiān)測的理想樣本[21-22]。研究表明, OPEs 在人血清中具有較高的積累潛力[16,18,20]。Gao 等[16]分析了華北渤海灣地區(qū)人群血清樣本,Σ8OPE 的中位濃度為243 ng/g 脂質(zhì)重(lw),其中,磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)中位濃度高達(dá)214 ng/g lw。OPEs 在體內(nèi)易代謝為對應(yīng)的二磷酸酯(即di-OPEs),并通過尿液排出。磷酸二苯酯(DPHP)是美國紐約人群尿液中最主要的OPEs 代謝物,在所有尿液樣本中均被檢出,其幾何平均濃度為1.060 ng/mL[23]。澳大利亞0~5 歲兒童尿液中DPHP 的平均濃度高達(dá)25 ng/mL[19]。盡管以往的研究已經(jīng)識別出血清和尿液中OPEs 的存在并評估了其替在的健康風(fēng)險(xiǎn),但對于如何有效、全面地評估人體內(nèi)OPEs 及其代謝物的暴露水平,特別是在樣本量極其有限的情況下,仍然缺乏有效的研究方法[24-26],因此,迫切需要開發(fā)一種適用于少量血清和尿液樣本,簡單、全面、快速地檢測血清和尿液樣本中OPEs 及di-OPEs 的方法,以期更全面地評估人體OPEs 暴露水平,篩選人類暴露于OPEs 的生物標(biāo)志物。
本研究針對人血清和尿液兩種主要的人體生物基質(zhì)樣品,采用液-液提取和固相萃取方法,同步提取和凈化血清和尿液中的19 種OPEs 及其代謝物di-OPEs,采用超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(UPLC-MS/MS)進(jìn)行檢測,并通過對22 例人血清及尿液樣本中OPEs 及di-OPEs 的檢測進(jìn)行了方法驗(yàn)證。本研究為準(zhǔn)確測定人體生物基質(zhì)中的OPEs 及di-OPEs 提供了新的分析方法,為全面評估人體OPEs暴露水平和健康風(fēng)險(xiǎn)提供了技術(shù)支持。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器、試劑與材料
LCMS-8050 型超高效液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(日本島津公司),配有SPD-M30A 光電二極管陣列檢測器和RF-20AXS 熒光分光檢測器;Multifuge X1R 型高速冷凍離心機(jī)(美國Thermo FisherScientific 公司);N-EVAP 型氮吹儀(美國Organomation 公司);12 位真空固相萃取裝置(美國Supelco 公司);Milli-Q 超純水系統(tǒng)(美國Millipore 公司)。
乙腈(色譜純,美國Macklin 公司);二氯甲烷(色譜純,美國J.T.Baker 公司);甲醇(色譜純,美國Thermo Fisher Scientific 公司);醋酸銨(純度gt;97%,美國Thermo Fisher Scientific 公司)。ENVI-18 固相萃取小柱(500 mg, 6 mL)和固相萃取小柱連接管(聚四氟乙烯)購于美國Supelco 公司。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(18.2 MΩ?cm)。
目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)的信息見電子版文后支持信息表S1。19 種分析物標(biāo)準(zhǔn)品及8 種氘代同位素標(biāo)準(zhǔn)品均為液體標(biāo)準(zhǔn)品。11 種OPEs 標(biāo)準(zhǔn)品TEP、TEHP、TCEP、TBEP、TCIPP、TPHP、TMTP、EHDPP、TDCIPP、TPrP 和TBP(純度gt;98%)購于加拿大Wellington Labortories 公司;di-OPEs 標(biāo)準(zhǔn)品BCIPP、DEHP、DPHP、BCEP、DnBP、BBOEP 和DoCP(純度gt;99.5%)購于挪威Chiron 公司;DEP(純度100%)購于美國Accustandard 公司;內(nèi)標(biāo)d15-TEP 和d15-TDCIPP(純度gt;98%)購于加拿大Wellington Labortories公司;d10-DPHP(純度gt;99.5%)購于挪威Chiron 公司;進(jìn)樣標(biāo)準(zhǔn)品d12-TCEP、d27-TBP 和d21-TPrP(純度gt;98%)購于加拿大Wellington Labortories 公司;d12-BCIPP(純度90%)和d18-DnBP(純度gt;98%)購于加拿大Toronto Research Chemicals 公司。
1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制
用甲醇稀釋各目標(biāo)分析物的標(biāo)準(zhǔn)品,配制濃度為4 μg/mL 的11 種OPEs 和8 種di-OPEs 的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液。經(jīng)過梯度稀釋,分別制成濃度梯度為0.1、0.5、1、2、5、10、20、50 和100 ng/mL 的OPEs 和di-OPEs 系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。各加入10 ng 內(nèi)標(biāo)混合溶液,最終得到內(nèi)標(biāo)濃度均為20 ng/mL 的不同梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。
1.3 樣本采集
研究用血清和尿液樣本均來自北京醫(yī)院內(nèi)分泌科, 11 名受試者提供了配對的血清和尿液樣本,受試者年齡在28~62 歲之間,所有參與者均簽署了知情同意書。本研究得到了中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心倫理委員會的批準(zhǔn)(AEWC-RCEES-2022051)。所有樣本均儲存于?80 ℃,直至進(jìn)行OPEs和di-OPEs分析。
1.4 樣品提取和凈化方法
血清樣本處理 將樣品在室溫下解凍1 h,準(zhǔn)確量取1.0 mL 血清樣品至15 mL 離心管中,加入10 μL濃度為1 ng/μL 的OPEs 及di-OPEs 的內(nèi)標(biāo)混合溶液(d15-TEP、d15-TDCIPP 和d10-DPHP),渦旋混勻后室溫陳化2 h。采用10 mL 乙腈充分振蕩提取,在20 ℃以4000 r/min 離心10 min,取上清液,置于另一干凈離心管中;采用相同的步驟,分別用2 mL 乙腈重復(fù)提取兩次,合并上清液。將提取液氮吹濃縮至約1 mL,用超純水稀釋至約35 mL。ENVI-18 固相萃取小柱依次使用5 mL 乙腈和5 mL 超純水進(jìn)行活化。將樣品以1 滴/秒的速度加載到預(yù)活化的ENVI-18 柱上凈化。上樣后,用10 mL 超純水清洗小柱,待清洗液流干后,用真空泵對固相萃取柱抽負(fù)壓約15 min,采用6 mL二氯甲烷-乙腈(1∶3, V/V)的混合有機(jī)溶劑洗脫并收集。將洗脫液氮吹濃縮近干,隨后用甲醇復(fù)溶,轉(zhuǎn)移至1.5 mL 微量離心管中,氮吹至約0.5 mL,冷凍12 h。在20 ℃以14000 r/min離心10 min,收集上清液,氮吹濃縮至200 μL,然后加入10 ng混合進(jìn)樣內(nèi)標(biāo)溶液(d12-TCEP、d27-TBP、d21-TPrP、d12-BCIPP和d18-DnBP),進(jìn)行UPLC-MS/MS分析。
尿液樣本處理 準(zhǔn)確量取1.5 mL解凍后的尿液,分別加入10 μL OPEs 和di-OPEs 的內(nèi)標(biāo)混合溶液,渦旋混勻后,室溫陳化2 h。以超純水將樣品稀釋至約45 mL,采用ENVI-18 固相萃取柱凈化,固相萃取及后續(xù)濃縮過程與血清樣本相同。
1.5 UPLC-MS/MS分析
1.5.1 色譜條件
采用Shim-pack GIST C18 色譜柱(100 mm×2.1 mm, 2 μm)和保護(hù)柱Shim-pack GIST-HP(G)C18(10 mm×1.5 mm, 2 μm)分離目標(biāo)物;柱溫為40 ℃;流動相A 為10 mmol/L 醋酸銨溶液,流動相B 為乙腈;總流速為0.30 mL/min;進(jìn)樣體積為5 μL;壓力限值為80.0 MPa;載氣為氮?dú)狻?/p>
OPEs 梯度洗脫程序:0~1 min, 20% B;1~2 min, 20%~50% B;2~9 min, 50%~90% B;9~11 min,90%~100% B;11~13 min, 00% B;13~13.01 min, 100%~20% B;13.01~15 min, 20% B。di-OPEs梯度洗脫程序:0~1 min, 20% B;1~2 min, 20%~40% B;2~8.5 min, 40%~90% B;8.5~11 min, 90% B;11~14 min,90%~20% B。
1.5.2 質(zhì)譜條件
采用電噴霧離子源(ESI),離子源加熱塊溫度為400 ℃,多反應(yīng)監(jiān)測模式(MRM)正/負(fù)離子檢測。OPEs 在正離子模式(ESI+)下進(jìn)行質(zhì)譜檢測, di-OPEs 在負(fù)離子模式(ESI?)下進(jìn)行質(zhì)譜檢測。選擇適當(dāng)?shù)亩ㄐ院投侩x子對OPEs 和di-OPEs 進(jìn)行定量分析。所有目標(biāo)分析物和同位素標(biāo)準(zhǔn)品的主要質(zhì)譜參數(shù)見表1。其它質(zhì)譜參數(shù)優(yōu)化結(jié)果如下:霧化氣流量:3 L/min;加熱氣流量:10 L/min;色譜-質(zhì)譜接口溫度:300 ℃;脫溶劑溫度:526 ℃;脫溶劑(DL)管溫度:250 ℃;干燥氣流量:10 L/min;碰撞氣壓:270 kPa。
1.6 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證
為避免干擾,所有玻璃容器均在105 ℃烘箱中烘干,在450 ℃馬弗爐中高溫烘烤,并于每次使用前依次使用有機(jī)溶劑甲醇、丙酮和二氯甲烷進(jìn)行預(yù)清洗。每批樣本(n=11)設(shè)置一個(gè)程序空白,以檢查背景污染。儀器檢出限(LOD)根據(jù)3 倍信噪比(S/N)所對應(yīng)的濃度確定,根據(jù)LOD 及前處理濃縮倍數(shù)計(jì)算方法檢出限(MDL)??瞻仔U绞饺缦拢喝艨瞻姿叫∮跇悠匪降?0%,則不進(jìn)行校正;若空白水平為樣品水平的10%~35%,則從樣品水平中減去空白水平;若空白水平高于樣品水平的35%,則報(bào)告為未檢出(ND)。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析條件考察
2.1.1 分析儀器選擇
氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用和液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)聯(lián)用是兩種常用的關(guān)鍵技術(shù)。在早期的研究中,常以GC-MS 為分析儀器,該方法需要相對較多的血液樣本(3~6 mL),并具有較高的檢出限(LOD)、定量限(LOQ)和MDL;而LC-MS 則在小樣本量、低濃度分析中更具優(yōu)勢[25]。UPLC-MS/MS 能夠快速高效地檢測復(fù)雜基質(zhì)樣品中的OPEs 類化合物,并且靈敏度高[27]。為了進(jìn)行人體基質(zhì)中OPEs 及di-OPEs 的痕量分析,本研究采用UPLC-MS/MS 方法。
2.1.2 色譜-質(zhì)譜條件優(yōu)化
本研究采用的HPLC column Shim-pack GIST C18 色譜柱具有較高的靈敏度與分離度。考察了甲醇/水和乙腈/水兩種流動相體系的分離效率,結(jié)果表明,與甲醇相比,乙腈能夠在分析過程中維持更低的柱壓,同時(shí)改善分析物的峰形。與純水相比,當(dāng)流動相A 為10 mmol/L 醋酸銨溶液時(shí),能夠增強(qiáng)化合物的峰值信號,減少拖尾峰和不對稱峰的出現(xiàn)。本研究選擇10 mmol/L 醋酸銨水溶液-乙腈體系進(jìn)行分離。
采用ESI-MS/MS 技術(shù)優(yōu)化了OPEs 和di-OPEs 的質(zhì)譜檢測參數(shù)。OPEs 在ESI 源的正離子模式下具有更高的信號強(qiáng)度,而大部分di-OPEs 適宜在負(fù)離子模式下進(jìn)行分析[28]。在本研究中,除了BCIPP 及d12-BCIPP 之外,所有的di-OPEs 均在ESI? 模式下進(jìn)行檢測。首先,將200 ng/mL 的各目標(biāo)化合物直接注入ESI 源,根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)確定每個(gè)目標(biāo)化合物的母離子、子離子、定性離子對、定量離子對及其碰撞能量等質(zhì)譜參數(shù)。然后在MRM 模式下,根據(jù)化合物的響應(yīng)情況對離子源參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。由于OPEs 和di-OPEs 在質(zhì)譜檢測中有較多的重復(fù)離子,為減少干擾,采用兩次進(jìn)樣、分別檢測的方法提高分析的精密度,降低檢出限。在最佳LC 和MS 檢測條件下, 100 ng/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中OPEs 及di-OPEs 的總離子流色譜圖如圖1 所示,各目標(biāo)化合物之間子離子不存在明顯干擾。
2.2 方法學(xué)考察
2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性范圍與檢出限
采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析,按照優(yōu)化后的色譜-質(zhì)譜條件檢測濃度梯度為0.1、0.5、1、2、5、10、20、50 和100 ng/mL 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,內(nèi)標(biāo)濃度為20 ng/mL。采用Lab Solutions 工作站(日本島津公司)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以分析物與內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量濃度比為橫坐標(biāo)(x)、峰面積比為縱坐標(biāo)(y)進(jìn)行線性回歸。如表2 所示, 19 種目標(biāo)分析物在2~100 ng/mL 的濃度范圍內(nèi)線性響應(yīng)良好,線性相關(guān)系數(shù)(R2)大于0.994,根據(jù)3 倍信噪比(S/N)所對應(yīng)的濃度確定儀器檢出限(LOD),并根據(jù)各基質(zhì)前處理濃縮倍數(shù)計(jì)算方法檢出限(MDL), 19 種目標(biāo)分析物的LODs 為0.002~0.889 ng/mL;血清基質(zhì)MDL為0.001~0.178 ng/mL;尿液基質(zhì)MDL為0.001~0.119 ng/mL。與文獻(xiàn)[20,29-34]報(bào)道的方法相比,本方法前處理過程簡單、靈敏度較高、檢出限較低,并且儀器分析時(shí)間短,可用于分析實(shí)際血清和尿液樣品中的19 種OPEs 和di-OPEs(電子版文后支持信息表S2 和S3)。
2.2.2 方法的回收率和精密度
分別選擇混合血清和尿液樣品作為基質(zhì),進(jìn)行基質(zhì)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),以評估方法的回收率和精密度。取1.0 和1.5 mL 的血清基質(zhì)和尿液基質(zhì)樣品,分別配制成0.2 和1.0 ng/mL 的基質(zhì)加標(biāo)樣品,每個(gè)濃度水平制備3 個(gè)平行樣品,并保留一個(gè)未加標(biāo)基質(zhì)樣品,用于扣除加標(biāo)試樣的背景本底值。經(jīng)前述前處理步驟后,采用優(yōu)化后的UPLC-MS/MS條件進(jìn)行測定,計(jì)算各目標(biāo)分析物的平均回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)?;|(zhì)加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3, OPEs 及di-OPEs 的加標(biāo)回收率在30.5%~126.8%范圍內(nèi), RSD為1%~23%。本研究通過內(nèi)標(biāo)法對目標(biāo)化合物在樣品前處理過程中的損失進(jìn)行修正,其中, d15-TEP 作為TEP、TPRP、TBP、TEHP 和TBEP 的內(nèi)標(biāo), d15-TDCIPP 作為TCIPP、TCEP、TDCIPP、TPHP、TMTP 和EHDPP 的內(nèi)標(biāo), d10-DPHP 作為di-OPEs 的內(nèi)標(biāo)。
2.3 實(shí)際樣品分析
采用本方法檢測11 份血清和11 份尿液樣本中OPEs 及di-OPEs 的水平??瞻讟悠分袡z出的目標(biāo)分析物濃度均低于實(shí)際樣品濃度的10%,故不進(jìn)行校正。OPEs 和di-OPEs 的內(nèi)標(biāo)在血清樣品中的回收率為61%~114%和68%~103%,尿液樣品中的回收率分別為61%~105%和43%~99%(各內(nèi)標(biāo)回收率詳見電子版文后支持信息表S4)。采用方法檢出限的一半(MDL/2)替代ND 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。血清和尿液中OPEs 和di-OPEs 的總濃度范圍分別為1.580~3.843 ng/mL 和5.149~17.537 ng/mL。在所有血清樣本中均檢測到TEP、TBP、TEHP、TBEP、TCIPP、TPHP、TMTP 和EHDPP,其中, TCIPP 為主要OPE,中位濃度為0.548 ng/mL。參與者較高的TCIPP 暴露可能是由于其所處的環(huán)境中存在高水平的TCIPP,研究表明, TCIPP 是北京室內(nèi)空氣、住宅和宿舍灰塵中的主要化合物[35-36]。血清中2 種di-OPEs 的檢出率較高,分別為DEHP(91%)和DPHP(82%)。在尿液樣本中, 7 種OPEs(TEP、TPRP、TBP、TEHP、TBEP、TCIPP 和TPHP)和5 種di-OPEs(DEHP、DoCP、BBOEP、DPHP 和DEP)在所有樣品中被檢出。TBP 為參與者尿液中最主要的OPEs,中位濃度為0.506 ng/mL,可能是食品中TBP 的含量較高所致[37]。接觸TBP 可能會對DNA 和脂質(zhì)造成氧化損傷,進(jìn)而誘發(fā)多種疾病[38],因此應(yīng)關(guān)注TBP 暴露的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。di-OPEs 檢測中, BCEP 和BBOEP 在尿液中含量較高,中位濃度分別為6.404 和2.136 ng/mL。樣本中OPEs 和di-OPEs 的檢出頻率、平均值和中位值詳見表4。
3 結(jié)論
建立了一種UPLC-MS/MS 結(jié)合液-液提取、固相萃取的方法用于同步分析血清和尿液樣本中19 種OPEs 及di-OPEs。本方法具有操作簡便、目標(biāo)化合物可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)提取和預(yù)處理、所需樣本量少、靈敏度高和檢出限低等等優(yōu)勢。對22 份人血清和尿液樣進(jìn)行分析,準(zhǔn)確測定了樣品中OPEs 及di-OPEs 的含量。結(jié)果表明,將本方法用于生物樣品中OPEs 和di-OPEs 的痕量分析具有可行性,為全面評估人體OPEs 的內(nèi)暴露水平提供了重要工具,對探索OPEs 暴露潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。
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浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No. 2021C03176)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No. 2022YFC3902302)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 22076207)資助。
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