新精力活性物质是指为了回避法律对传统毒品的管制或进步毒品的药理活性, 对已有毒品的化学结构加以润饰, 制成的存在类似列管毒品麻醉、愉快或致幻作用的药.与传统毒品比较, NPS品种更为繁多、更新速度更快.截至2015年底, 已发明NPS的品种从2009年的166种增加到了2015年的644种, 远远超过国际管制的通例违禁药物总数.目前发明的NPS重要包含以下七类：合成卡西酮类、哌嗪类、苯乙胺类、合成大麻素类、动物源类物质、氯胺酮跟其余物质.随着NPS滥用的增多以及其迫害性逐步被意识, 局部NPS开端被一些国度列为管制药物.我国也已将局部卡西酮类跟哌嗪类物质列入管制药品.
与人们服用的通例药物类似, NPS被滥用后, 经人体新陈代谢所生成的代谢产物跟未被代谢的原药随尿液进入生活污水, 从而汇入污水处理厂.经污水厂处理后, 未被去除的NPS被排入天然水体.因此, 污水处理厂排放被认为是环境中NPS的重要来源之一. NPS存在较强的生物活性, 其大量被排入到环境中, 不仅对环境造成了沾染, 而且带来了潜在的健康危险.因此, NPS也被环境学家列为一类新型沾染物.
基于NPS带来的社会问题跟环境问题, 对其进行定性定量剖析并估算其滥用量对毒品管控跟健康危险评估存在重要意思.然而, 传统方法如社会考察不能正确、客观地估算NPS的滥用量, 且操作本钱较高、一直定性较大.近年来, 一种叫污水盛行病学的方法被提出并用于估算毒品的滥用量.其原理是通过测定污水处理厂进水中毒品及其代谢物浓度, 通过污水厂日处理量、服务区人口及毒品排泄率等参数反算毒品滥用量.该方法所得数据更为客观, 存在时效性高、便于不同区域横向比较等优点, 且已在估算传统毒品滥用量等方面施展了宏大作用.近年来, 已有研究团队利用该方法剖析测定了污水中卡西酮类跟哌嗪类NPS, 认为该方法存在预警NPS滥用的潜能, 并可用于评估禁毒办法的绩效性.但污水中其它常见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.
为进一步完美污水中常见NPS的剖析方法并进步剖析测定效力, 经考察, 本研究选取国内滥用较多的11种NPS作为目标化合物, 树破污水中目标物前处理及剖析测定方法, 并通过对北京市主城区11家污水处理厂进、出水样品的剖析进行方法验证, 以期为今后发展NPS的污水盛行病学研究及健康危险评估奠定基本.
1 资料与方法1.1 资料
11种NPS标准品以及各自相应的氘代内标贮备液购于美国Cerilliant公司, 包含氯胺酮、甲卡西酮、麻黄碱、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、甲氧麻黄酮、卡西酮、1-苄基哌嗪、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.
重要仪器跟耗材：12位固相萃取装置, Oasis MCX跟Oasis HLB固相萃取柱, 超高效液相色谱-串联质谱联用仪等.
1.2 质谱跟液相色谱前提的优化
依据目标物的性质抉择离子源跟离子化模式.依据目标物及其氘代化合物的分子量设置扫描的荷质比m/z范畴, 寻找目标物母离子.利用仪器主动优化去簇电压得到最大母离子响应.手动调节跟优化碰撞能量, 得到最佳响应的子离子对.将每种目标物丰度最大的离子对作为定量离子, 另一离子对作为定性离子.
采取液相色谱柱Phenomenex Gemini C18柱, 优化流动相pH值跟所含盐类、洗脱梯度等前提, 以获得目标物的幻想峰型跟高分别度.
1.3 样品前处理方法
采取固相萃取的方法对污水样品进行稀释跟沾染, 利用Oasis MCX作为SPE柱的样品前处理方法如.利用Oasis HLB作为SPE柱的样品前处理方法与上述基本雷同, 不同之处在于
②Oasis HLB柱活化：顺次加入6 mL甲醇跟6 mL超纯水, 流速1~2 mL·min-1;
⑦洗脱：用8 mL甲醇洗脱干燥的HLB柱, 流速1~2 mL·min-1.
利用Oasis MCX作为SPE柱的样品前处理方法
1.4 品质把持1.4.1 回收率
分辨取20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混标注入50 mL pH=2的超纯水中配成样品溶液, 并设置一组流程空白, 同时进行前处理跟测定.依据流程空白跟加标样品的测定数据及实际加标浓度盘算得到11种NPS在不同浓度梯度下各自的回收率.
1.4.2 基质效应
选取BJ-6污水厂进水水样作为基质效应的供试水样.对该水样进行前处理, 在上机前分辨向已处理的样品中加入20、100跟200 μL的200 ng·mL-1混标跟100 μL的200 ng·mL-1内标, 得到浓度为10、50跟100 ng·mL-1的样品跟空白样品.通过比较各目标物在不同浓度梯度下加标水样与空白水样的检测浓度之差跟其在相应浓度标准样品中的检测浓度, 评估基质对各目标物响应值的克制跟增进作用.
1.4.3 检出限跟定量限
将低浓度目标物混淆标准溶液上机测定, 仪器检出限跟仪器定量限分辨以3倍信噪比跟10倍信噪比判断.方法检出限跟方法定量限分辨通过以下公式盘算得到
式中, 400 μL为上机稀释液的体积, 50 mL为前处理所取污水样的体积.
1.4.4 标准曲线的线性及范畴
配制含甲醇体积20%、浓度范畴为0.1~200 ng·mL-1的不同浓度梯度的标准工作溶液, 尽可能保障浓度范畴笼罩实际污水样品中的水平.
1.4.5 精巧度
分辨对同一标准样品连续屡次测定跟多天重复测定来衡量仪器的日内精巧度与日间精巧度, 对同一水样连续前处理跟多天重复前处理来衡量前处理方法跟实验操作的日内精巧度与日间精巧度, 结果均用绝对标准偏差表示.
2 结果与探讨2.1 优化后的液相色谱前提
本研究采取Phenomenex Gemini C18液相色谱柱对目标化合物进行分别.优化后的流动相为：0.12%甲酸30 mmol·L-1, 甲酸铵超纯水溶液; 甲醇.洗脱梯度如表 1所示, 流速为0.3 mL·min-1, 柱温为35℃, 进样量为5 μL.优化后的液相色谱前提不仅进步了仪器对目标化合物的灵敏度, 而且明显缩短了剖析周期, 进步了剖析效力.
2.2 优化后的质谱前提
本研究采取多反应监控模式对所有目标化合物进行检测.离子源为电喷雾离子源, 离子源电压为3 500 V, 离子源温度为525℃, 离子化模式为ESI; 碰撞池气压为10 psi, 气帘气压力为20 psi, 干燥气与帮助气压力均为40 psi.每种目标化合物及其相应内标的母离子跟定量、定性离子的核质比、去簇电压、碰撞电压及保存时光等质谱参数列于表 2中.
表 2 目标物C18-UPLC-MS/MS的质谱参数
为优化后11种NPS的色谱图.由表 2跟可知, 不同目标化合物的保存时光均有较大差别, 说明优化后的C18-UPLC-MS/MS前提可能对所选目标物进行有效分别.
11种NPS的C18-UPLC-MS/MS色谱图
2.3 优化后的样品前处理前提2.3.1 SPE柱跟样品pH值
Oasis HLB跟Oasis MCX是环境水样前处理中普遍利用的两种SPE柱.本研究分辨考察两种SPE柱在不同pH前提下加载样品对目标NPS回收率的影响. Oasis HLB柱的加载前提为pH=2, 7, 11; Oasis MCX柱的加载前提为pH=2, 7.按1.3节中所述方法进行前处理.
由表 3可知, HLB柱在酸性、中性跟弱碱性前提下均无奈对CA进行富集. M
C、PMM
A、2C-I跟MEPH的回收率在样品pH值为2、7、11时存在明显差别, 且回收率存在低于80%跟高于120%的情况.可见, 利用Oasis HLB柱对样品进行富集时, 样品pH值对目标物的回收率有明显影响, 且不同NPS的最佳pH值存在较大差别.因此Oasis HLB柱不合实用于测定污水中常见NPS的前处理进程.而利用Oasis MCX柱时, 在样品pH值为2跟7的前提下, 每种NPS均被有效富集, 且目标物的回收率基本在80%~120%之间, 因此Oasis MCX柱更合实用于水样的前处理.综合比较利用Oasis MCX柱时的两种样品pH值前提, pH=2时各种物质的回收率更濒临于100%, 因此本研究认为在pH值为2的前提下利用Oasis MCX柱更适合于含多种NPS水样的前处理与同步测定.在后续实验及今后实际污水样品前处理时, 同一选用Oasis MCX柱并将样品pH值调至2.具体接洽污水宝或参见http://www.dowater.com更多相干技巧文档。
污水处理设备为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。
表 3 不同SPE柱跟水样pH值前提下目标物的回收率比较/%
本研究对SPE柱抉择的实验结果与文献[23~25]的研究论断存在一致性, 即对C
A、M
C、MEPH等NPS在内的毒品, 用Oasis HLB柱前处理的回收率跟基质效应均差于Oasis MCX柱或不能达到实验请求.这可能是因为Oasis MCX柱的基质为聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物, 与Oasis HLB吸附剂比较, 对碱性化合物存在更高的抉择性跟灵敏度.而本研究所监测的NPS均存在含氮的碱性基团, 因此Oasis MCX柱可能更有效满意富集请求.
2.3.2 淋洗步骤
当目标物及其内标受基质烦扰重大或者基质对两者的影响水平不一致时, 为保障目标物准判断量, 有必要在污水样品加载之后增加对SPE柱的淋洗步骤.本研究在Oasis MCX固相萃取方法的基本上, 在样品加载结束之后, 将淋洗步骤分辨改为无淋洗、2 mL pH=2的超纯水淋洗跟2 mL甲醇淋洗这3组对如实验, 研究淋洗步骤对目标物回收率的影响.
表 4中的数据显示, 无淋洗跟仅用2 mL pH=2的超纯水淋洗时, KET跟MEPH的回收率降至80%以下, CA的回收率降至不足50%;而仅用2 mL甲醇淋洗时2C-I的回收率降至了80%以下, CA的回收率降至不足55%.这表明样品加载后先用2 mL pH=2的超纯水、再用2 mL甲醇淋洗的两个步骤均不可或缺.
表 4 不同淋洗跟复溶前提下目标物的回收率比较/%
2.3.3 复溶溶剂的量与复溶步骤
为研究复溶前提的转变对目标物回收率的影响, 本研究设置两组对如实验, 分辨为：
①200 μL 20%甲醇水溶液复溶氮吹残留物1 min,
②先用80 μL甲醇复溶30 s, 再加入320 μL超纯水复溶30 s.
由表 4中不同复溶前提下的回收率数据可知, 转变复溶溶剂的量跟步骤后, PMMA的回收率均超过120%, 远超可接收范畴.因此本研究认为, 在现有的固相萃取跟C18-UPLC-MS/MS前提下, 采取400 μL 20%甲醇水溶液复溶氮吹残留物1 min最为适合.
2.4 对已优化方法的评估2.4.1 回收率跟基质效应
如表 5所示, 在基本笼罩了实际污水中NPS检出浓度的各种前提下, 每种目标物的回收率基本上均在80%~120%之间, 基质效应基本上均在-20%~20%之间.结果总体表明, 本研究采取上述方法进行前处理跟样品测定是可行的.
表 5 SPE-C18-UPLC-MS/MS优化方法的回收率跟基质效应/%
2.4.2 检出限、定量限、标准曲线线性及范畴
表 6中的结果显示, 各种目标物的LOD跟LOQ均很低, 基本满意实际污水样品测定的请求.所有目标物的标准曲线相干系数均在0.99以上, 且基本所有浓度梯度下的正确度均在85%~115%之间、RSD < 15%, 因此标准曲线可能用于实际污水中NPS浓度的测定.
表 6 SPE-C18-UPLC-MS/MS优化方法的检出限、定量限、标准曲线线性及范畴
2.4.3 精巧度
由表 7可知, 仪器精巧度的日内跟日间RSD均小于2.5%, 方法精巧度的日内跟日间RSD均小于8%, 表明仪器的牢固性跟实验方法的可重复性均合乎请求.综上, 利用本研究中优化的SPE前处理方法跟C18-UPLC-MS/MS测定方法可能用于污水样品中的多种NPS同步剖析.
表 7 仪器精巧度跟SPE-C18-UPLC-MS/MS优化方法的精巧度/%
3 在实际污水样品中的利用
本研究于2016年12月对北京市11家污水处理厂的进水跟出水进行了样品采集, 每家污水厂至少采集2 d以上的样品, 采取全主动水质采样器采集24 h混淆水样.全部11家污水厂日均污水流量约为26万m3, 服务区总人口达1 096万人, 约占北京市常住人口的50.4%.采取上述优化的方法对样品进行前处理跟剖析测定, 依据进水跟出水中NPS浓度的差别盘算各种目标物的去除率.
测定结果显示, MDM
C、MEP
H、C
A、BZP跟mCPP在11家污水厂的进水跟出水样品中均未被检出, 表明这多少种NPS在北京市可能尚无明显滥用趋势.其余6种NPS在各污水厂进水样品中的均匀浓度如所示.其中, EPH在进水中的浓度水平最高, 浓度范畴在84.23~383.6 ng·L-1; 其次为PMMA, 浓度范畴在9.12~38.48 ng·L-1.值得留神的是, 2C-I诚然仅在BJ-4检出, 但其在进水中的浓度高达92 ng·L-1, 说明在该厂服务区内可能存在2C-I的滥用或者倾倒景象.进水中KE
T、MC跟TFMPP的浓度均低于8 ng·L-1.实际污水样品测定结果表明, 本研究中的优化方法可能基本满意污水中的NPS检测请求.
北京市11家污水处理厂进水中的NPS浓度
这11家污水处理厂对每种目标物的去除率汇总于表 8中.数据显示, BJ-5、BJ-9跟BJ-11中目标物去除率较高, 而其余污水厂对多数量标物的去除率并不幻想, 甚至呈现了负去除率的情况.造成负去除率的起因可能是污水在污水处理厂中存在长达数小时的停留时光, 因此进、出水中测得的目标物浓度水平无奈正确对应.但总体看来, 这一结果仍表明常见的污水处理工艺对NPS的去除才干有限, 有相称数量的NPS将终极进入河流湖海中, 对水环境生态形成潜在的威胁.
表 8 北京市11家污水处理厂对NPS的去除率/%
4 论断
对污水样品前处理方法进行了优化, 表明应选用Oasis MCX柱, 预先调节样品至pH=2, 样品加载完后先用2 mL pH=2的超纯水淋洗、再用2 mL甲醇淋洗Oasis MCX柱, 抽干后氮吹, 最后用400 μL 20%甲醇水溶液复溶残留物1 min.
11种NPS的保存时光、回收率、基质效应、检出限、定量限、精巧度等方法评估指标数据表明, 本研究所判断的SPE前处理方法跟C18-UPLC-MS/MS测定方法分别后果好、回收率高、基质效应弱、检出限跟定量限低、仪器跟方法精巧度高, 可用于实际污水样品中NPS浓度的检测.
