李佩佩,張小軍,張 帥,嚴(yán)忠雍,陳 思,方 益,龍 舉
(浙江海洋大學(xué)海洋與漁業(yè)研究所,浙江省海洋水產(chǎn)研究所,浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點實驗室,浙江舟山 316021)
通過式固相萃取結(jié)合超高效液相色譜-四級桿飛行時間質(zhì)譜篩查魚肉中多類獸藥殘留
李佩佩,張小軍,張 帥,嚴(yán)忠雍,陳 思,方 益,龍 舉
(浙江海洋大學(xué)海洋與漁業(yè)研究所,浙江省海洋水產(chǎn)研究所,浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點實驗室,浙江舟山 316021)
采用通過式固相萃取技術(shù)作為樣品凈化方法,液相色譜-四級桿/飛行時間質(zhì)譜(HPLC-Q-TOF/MS)作為檢測手段,建立了水產(chǎn)品中磺胺類、β-內(nèi)酰胺類、頭孢類、苯并咪唑類衍生物、氟喹諾酮類等37種獸藥的高通量快速篩查技術(shù)。樣品經(jīng)80%乙腈水溶液提取,Oasis PRiME HLB固相萃取小柱通過式凈化,分析物經(jīng)Waters ACQUITY UPLC BEH C18反相柱分離,以0.1%甲酸水溶液-乙腈作為流動相梯度洗脫,電噴霧正離子模式檢測,以保留時間、化合物精確分子離子質(zhì)量和特征碎片離子質(zhì)量對藥物進(jìn)行定性定量分析。37種獸藥在各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)大于0.98,定量限為5.0~50 μg/kg,3個加標(biāo)水平下的平均回收率為66.2%-86.5%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=5)均小于15.0%。本方法前處理簡單,檢測快速高效準(zhǔn)確,適用于實際水產(chǎn)品中多種獸藥的篩查和確證。將建立的方法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品風(fēng)險監(jiān)測、浙江省風(fēng)險監(jiān)測和舟山市投入品篩查等的獸藥殘留的篩查工作中,篩查出一例利福平殘留和一例紅霉素殘留。
獸藥殘留;通過式固相萃取;超高效液相色譜-四級桿飛行時間質(zhì)譜;魚肉
目前,添加不同類別和功效的“復(fù)合抗生素”、使用新型獸藥代替重點監(jiān)管種類、將人用抗生素添加到水產(chǎn)品中等行為導(dǎo)致了水產(chǎn)品中獸藥殘留問題愈加復(fù)雜。獸藥殘留不僅會污染環(huán)境,更會通過食物鏈的富集作用最終危害人體健康[1-2]。目前的水產(chǎn)品抽查僅針對幾種常用獸藥進(jìn)行定量檢測,對于不常用的種類很少關(guān)注,雖然有些風(fēng)險監(jiān)測項目新增了可能使用的獸藥品種,但檢測方法仍以分類定量檢測為主[3-10],費時費力,效率不高,不能實現(xiàn)水產(chǎn)品中多種獸藥的全面快速篩查。三重四級桿質(zhì)譜具備檢出限低和靈敏度高等優(yōu)勢,可同時定量測定幾類藥物,但不能對化合物進(jìn)行精確相對分子質(zhì)量和斷裂途徑的測定。四級桿-飛行時間質(zhì)譜屬于高分辨質(zhì)譜,能測定得到精確質(zhì)量數(shù)(精確到小數(shù)點后4位),還可通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一級和二級質(zhì)量數(shù)匹配以確證化合物的存在[11-14]。在實際應(yīng)用中,可以先利用UPLC-QTOF-MS對多種藥物開展高通量篩查,在大量樣品中排查出獸藥,然后再利用UPLC-MS/MS對結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確定量確證。這樣的技術(shù)路線可以大大縮短樣品分析時間、減少人力物力消耗、提高檢測效率。
水產(chǎn)品中富含脂肪、磷脂、蛋白等基質(zhì)干擾物質(zhì),樣品前處理直接影響檢測結(jié)果。目前水產(chǎn)品中抗生素殘留檢測的凈化方法主要采用HLB固相萃取法[3,7,9]、QuEChERS方法等。有別于現(xiàn)有方法,本文采用的通過式固相萃取技術(shù),以O(shè)asis PRiME HLB柱凈化樣品,上樣前無需活化和平衡,直接將樣品溶液加載到SPE柱上,比傳統(tǒng)的SPE柱操作簡便。其填料是一種反相固體萃取吸附劑,是在水可浸潤性O(shè)asis吸附劑為基礎(chǔ)而特殊設(shè)計的一種SPE。目前通過式固相萃取方法在篩查和快速檢測水產(chǎn)品中全氟化合物、青霉素等藥物中有良好的吸附脂肪和磷脂類化合物等雜質(zhì)和富集效果[15-16]。在保證凈化效果的同時簡化了前處理步驟。本文通過建立的篩查數(shù)據(jù)庫,可以對目標(biāo)未知化合物進(jìn)行快速篩查與鑒定。將方法應(yīng)用于篩查實際樣品,篩查出的獸藥再通過液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)進(jìn)一步定量分析,可保證結(jié)果的可靠性。
41種標(biāo)準(zhǔn)品包括磺胺喹惡啉、磺胺嘧啶、磺胺噻唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲基異惡唑、磺胺二甲異惡唑、磺胺鄰二甲氧嘧啶、磺胺對甲氧基嘧啶、磺胺吡啶、雙氯西林、萘夫西林、青霉素V鉀、氨芐西林、頭孢匹羅、頭孢氨芐、頭孢哌酮、頭孢喹肟、頭孢噻呋、諾氟沙星、依諾沙星、達(dá)氟沙星、沙拉沙星、麻保沙星、司帕沙星、恩諾沙星、氧氟沙星、雙氟沙星、環(huán)丙沙星、培氟沙星、惡喹酸、氟甲喹、萘啶酸、紅霉素、利福平、甲苯達(dá)唑、阿苯達(dá)唑均購自德國Dr.Ehrenstorfer公司(純度為98.5%-99.0%);乙腈、甲醇、甲酸為色譜純;試驗用水為Milli-Q超純水。
準(zhǔn)確稱量各標(biāo)準(zhǔn)樣品10.0 mg,置于10 mL容量瓶中,根據(jù)各類獸藥的化學(xué)性質(zhì),用乙腈或者甲醇溶解并定容,配制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的儲備液,置于-18℃保存,部分不易溶解的氟喹諾酮類物質(zhì)先用少量甲酸溶解,再加乙腈稀釋定容。各標(biāo)準(zhǔn)儲備液臨用時取出,待其恢復(fù)至室溫時依據(jù)需要用水稀釋成適宜濃度的工作液。
Waters Acquity超高效液相色譜儀-高分辨-四級桿-飛行時間質(zhì)譜儀(Waters Xevo G2-S QTof-MS)(美國Waters公司);AcquityTM型超高效液相色譜儀(UPLC,美國Waters公司);Quattro Premier XE串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀(美國Waters公司);T18勻漿機(德國IKA公司);IKA MS2漩渦混合器(德國IKA公司);Centrifuge 5810高速離心機(德國Eppendorf公司);VisiprepTMDL固相萃取裝置(美國Supelco公司);NEVAP112氮吹儀(美國Organomation公司);0.22 μm過濾膜(美國Waters公司);Waters Oasis PRiME HLB固相萃取柱(6 mL,500 mg)。
1.3.1 樣品前處理
魚肉樣品(草魚、鯉魚、大菱鲆、大黃魚、烏鱧、羅非魚等)來自于河南、上海、溫州、舟山等地的水產(chǎn)品批發(fā)市場和農(nóng)貿(mào)市場,按照SC/T 3016的規(guī)定處理后于-18℃密封保存。使用前先解凍。
取均質(zhì)好的樣品2.0 g于15 mL聚丙烯(PP)離心管中,加入80%乙腈水溶液6 mL,旋渦振蕩2 min,超聲提取5 min,8 000 r/min高速離心5 min,移取上清液至10 mL比色管中,用80%乙腈水溶液定容至8 mL。取4 mL上清液直接加載到PRiME HLB固相萃取柱上,控制流速為1滴/s。準(zhǔn)確移取3 mL流出液在45℃水浴下氮氣吹至小于0.6 mL,殘留液體用10%乙腈水溶液定容至1.00 mL,過0.22 μm微孔濾膜,上機測試。
1.3.2 色譜條件
Waters ACQUITY UPLC BEH C18柱(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)。流動相 A 為 0.1%甲酸水溶液,流動相B為乙腈。流量0.45 mL/min。柱溫40℃;進(jìn)樣量3 μL。梯度洗脫程序見表1。
表1 流動相梯度洗脫程序Tab.1 Gradient elution program of mobile phase
1.3.3 質(zhì)譜條件
離子源:電噴霧正離子源;掃描模式為Full Scan/MSE;檢測方式:多反應(yīng)監(jiān)測(MRM);毛細(xì)管電壓為3.0 kV;錐孔電壓為35 V;離子源溫度為120℃;脫溶劑氣溫度為380℃;錐孔反吹氣為高純氮氣,流速為50 L/h;脫溶劑氣為高純氮氣,流速為600 L/h;運行時間為15 min。Source Acquisition Mode、Da Range及Collision Energy根據(jù)37種獸藥的特性選擇調(diào)試合適的條件,低碰撞為0 V,高碰撞能為20-30 V;質(zhì)量掃描范圍為100-1 000 Da;采用2.0 μg/L亮氨酸腦啡肽(分子量為556.277 1/554.261 5(+/-))進(jìn)行實時校準(zhǔn)以保證目標(biāo)物的質(zhì)量數(shù)精度。
配制各獸藥標(biāo)準(zhǔn)溶液,在優(yōu)化好的色譜-質(zhì)譜條件下進(jìn)樣,采用全掃描模式對每一種目標(biāo)化合物的標(biāo)準(zhǔn)品在不同的碰撞電壓下進(jìn)行進(jìn)行MS/MS掃描,收集母離子和子離子的碎片信息。采用MassLynxChromlynx軟件建立抗生素的篩查數(shù)據(jù)庫。表2列出了篩查數(shù)據(jù)庫中化合物的名稱、分子式、母離子、保留時間和質(zhì)譜碎片離子信息。各個物質(zhì)的的準(zhǔn)分子離子峰的提取范圍為±0.005 Da,保留時間偏差范圍設(shè)為小于0.3 min。通過比對實測和數(shù)據(jù)庫中目標(biāo)物的保留時間、精確相對分子質(zhì)量、同位素峰形即可進(jìn)行快速準(zhǔn)確篩查。根據(jù)歐盟2002/657/EC決議[17]規(guī)定高分辨質(zhì)譜需滿足4.5分的評分標(biāo)準(zhǔn),檢測到1個具有精確質(zhì)量數(shù)的母離子獲得2個確證分?jǐn)?shù),二級質(zhì)譜中的每個子離子獲得2.5個確證分?jǐn)?shù)。因此本實驗選取1個母離子和1個特征碎片離子則可以滿足確證要求。為驗證篩查方法的可靠性,向空白魚肉樣品中加入37種目標(biāo)化合物的標(biāo)準(zhǔn)溶液后按照1.3.1前處理后上機測試。加標(biāo)水平為50 μg/kg。結(jié)合本文建立的數(shù)據(jù)庫,37種獸藥均能被確證。圖1是魚肉中添加37種目標(biāo)物的提取離子流圖。
圖1 37種獸藥標(biāo)準(zhǔn)溶液的提取離子流圖Fig.1 High resolution extracted ion chromatograms of 37 veterinary drugs
表2 37種獸藥的分子式、保留時間、精確分子量以及質(zhì)譜碎片離子信息Tab.2 Formulas,retention times,exact molecular weight and MS fragmentation data of 37 veterinary drugs
分析物中大部分為極性化合物,實驗選取適用范圍廣的ACQUITY UPLC BEH C18柱進(jìn)行分離。由于篩查涉及的抗生素種類多,采用適用范圍廣的流動相組成。采用ESI+源,選擇0.1%甲酸水溶液和乙腈作為流動相。水相中加入甲酸可明顯改善酸堿化合物的峰形,提高響應(yīng)強度;分析物在乙腈中的離子化效率和靈敏度高于甲醇。良好的色譜分離條件能夠盡可能分離多種物質(zhì),使質(zhì)譜在合適的掃描頻率范圍內(nèi)得到最佳靈敏度,本實驗優(yōu)化的梯度洗脫條件見表1。37種分析物在12 min內(nèi)出峰,峰形較為尖銳。
鑒于篩查涉及到多種結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同的抗生素,因此需要一種相對通用的提取溶劑。乙腈、甲醇、乙酸乙酯是比較常見的提取試劑。乙酸乙酯提取物油脂含量較高,甲醇的提取液渾濁,乙腈具有一定的蛋白沉淀作用,鹽析效果相對較好,相比其他兩種溶劑提取物更干凈,有利于Q-TOF-MS分析。這個和很多研究選擇乙腈一致[3,12]。有些種類的抗生素具有親水性,因此向乙腈中加入適當(dāng)比例的水適合多種抗生素的提取。實驗比較后發(fā)現(xiàn)80%乙腈水溶液作為提取液時既能使多目標(biāo)物質(zhì)的回收率在60%以上,又滿足Oasis PRiME HLB柱通過式凈化方式對高比例有機相的要求。Oasis PRiME HLB柱凈化能力優(yōu)于HLB柱,采用通過式凈化模式,無需淋洗和洗脫步驟,直接過柱。不僅有效凈化了樣品提取液,而且提高了前處理效率。實驗通過綜合比較上樣量對樣品回收率的影響和Q-TOF-MS的儀器檢測靈敏度,確定了最佳上樣量。分別取2 mL、3 mL、4 mL、5 mL提取液直接過柱,接住流出液氮吹上機檢測計算回收率。結(jié)果表明,上樣液分別為2 mL、3 mL和4 mL時目標(biāo)物的回收率可達(dá)到90%以上,而上樣液為5 mL時目標(biāo)物回收率低于85%,且部分樣品過柱速度緩慢。此時提取液中所含雜質(zhì)過多引起堵塞。為了盡量保證較低的稀釋倍數(shù),提高方法的靈敏度,選擇4 mL提取液過柱凈化。
對于水產(chǎn)品等基質(zhì)復(fù)雜的樣品,普遍存在的基質(zhì)效應(yīng)影響測定結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度。本研究通過配制基質(zhì)匹配工作溶液來消除基質(zhì)效應(yīng)的影響。分別采用空白草魚、大黃魚、羅非魚樣品制作基質(zhì)提取液和加標(biāo)回收實驗,根據(jù)目標(biāo)藥物在質(zhì)譜中響應(yīng)的強弱加入不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)系列,得到每種物質(zhì)的線性范圍及相關(guān)系數(shù)。每個加標(biāo)濃度平行測定5次,按本方法進(jìn)行檢測,得到回收率為66.2%~86.5%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.52%~10.1%;按信噪比(S/N)大于等于 10 計算定量下限(LOQ)為 5.0~50 μg/kg。草魚中 37種獸藥的方法學(xué)實驗結(jié)果見表3。
將本文建立的方法應(yīng)用于風(fēng)險評估項目的抗生素篩查中。采集大黃魚、鋸緣青蟹、鱸魚、美國紅魚、青蟹、梭子蟹等水產(chǎn)品種共50批次樣品。利用篩查軟件以±0.05 Da的質(zhì)量范圍提取化合物的準(zhǔn)分子離子峰,保留時間偏差范圍設(shè)為小于0.3 min。結(jié)果在大部分樣品中未檢出37種目標(biāo)化合物。在一個樣品中篩查出利福平殘留,在一個樣品中篩查出一例紅霉素殘留。篩出紅霉素藥物樣品的總離子流圖如圖2。將陽性樣品的二級質(zhì)譜圖和紅霉素標(biāo)準(zhǔn)溶液的二級質(zhì)譜圖(圖3)相比較,兩者除母離子m/z 734外,均有4個碎片離子m/z 576、558、522和158,碎片離子分子量的偏差均小于30 mDa。根據(jù)歐盟2002/657/EC的規(guī)定可以對紅霉素進(jìn)行定性。為獲得精確的含量,再對樣品進(jìn)行液質(zhì)法測定精確含量。按照GB 29684-2013方法,經(jīng)測定紅霉素含量為400 μg/kg。
圖2 篩查出紅霉素藥物的樣品的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatograms of erythromycin from sample
圖3 紅霉素在溶劑(a)和在樣品(b)中的MS/MS質(zhì)譜圖Fig.3 MS/MS spectra of erythromycin in solvent(a)and sample(b)
表3 37種獸藥的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、定量限Tab.3 Linear ranges,correlation coefficients(r),recoveries,relative standard deviations and limits of quantitation(LOQ)of 37 target compounds
本實驗建立了乙腈/水提取,PRiME HLB柱凈化,飛行時間質(zhì)譜法高通量篩查水產(chǎn)品中多種抗生素和獸藥殘留的技術(shù)方法。與其它高通量篩查方法相比,由于采用了通過式固相萃取凈化,整體實驗操作更簡便,耗時更短,而方法回收率和精密度等參數(shù)和其他方法一致。依據(jù)優(yōu)化好的條件建立了藥物精確質(zhì)量數(shù)據(jù)庫。通過基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn),外標(biāo)法定量完成了實際樣品中藥物的篩查、確證與定量。本方法前處理簡便,確證準(zhǔn)確,適用于大批量樣品中多種獸藥的快速篩查??蔀楸U纤a(chǎn)品質(zhì)量安全提供技術(shù)支持。
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Screening and Confirmation of Multi-classes of Veterinary Drug Residues in Fish Muscle by Pass-Through SPE Purification and Ultra Performance Liquid Chromatography Coupled with Quadrupole/Time of Flight Mass Spectrometry
LI Pei-pei,ZHANG Xiao-jun,ZHANG Shuai,et al
(Marine and Fishery Research Institute of Zhejiang Ocean University,Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province,Key Lab of Sustainable Utilization of Technology Research for Fishery Resource of Zhejiang Province,Zhoushan 316021,China)
A method was developed for the rapid high-throughput screening of 37 veterinary drugs(including sulfonamides,β-lactam-antibiotics,cephalosporins,dibenzimidazole derivatives,quinolones)in aquaticproducts by solid phase extraction and liquid chromatography coupled with quadrupole/time of flight mass spectrometry(HPLC-Q-TOF/MS).The sample was extracted with acetonitrile-water(8:2,V/V),cleaned up by solid-phase extraction using Oasis PRiME HLB column.Then 37 target compounds were separated on a Waters ACQUITY UPLCTM BEH C18 column (100 mm×2.1 mm,1.7 μm).In the process of quantification and qualification,37 drugs were detected under positive electrospray ionization(ESI+)based on retention time,accurate mass and fragmentions information.The separation were achieved by using gradient system consisting of 0.1%formic acid (V/V)-acetonitrile as the mobile phase.The linear ranges of the drugs were in good linearity with the correlation coefficients greater than 0.98.The limits of detection (LOD)were from 5 to 50 μg/kg.At the different spiked levels,the average recoveries were from 66.2%to 86.5%with the relative standard deviations (RSD)less than 15%.With high speed and sensitivity,this novel approach was suitable for the highthroughput and rapid screening analysis of veterinary drugs in aquatic products.The method has been applied to several projects for quality safety risk monitoring of aquatic products,and 2 kinds of veterinary drugs were detected.
veterinary residues;pass-through solid phase extraction;UPLC-Quadrupole/time of flight mass spectrometry;fish muscle
O657.63
A
1008-830X(2017)03-0228-07
2017-03-04
浙江省科技計劃公共服務(wù)項目(2016F30022);浙江省自然科學(xué)基金(LY17C200009)
李佩佩(1986-),女,安徽宿州人,工程師,研究方向:漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測和水產(chǎn)品質(zhì)量安全.E-mail:liwanzhao999@163.com
張小軍,男,高級工程師,博士,研究方向:水產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全.E-mail:xiaojun3627@163.com