抗生素环境中药物与个人护理品监测技术.ppt

环境中药物与个人护理品监测技术,邵兵北京市疾病预防控制中心,PPCPs定义,PPCPs:PharmaceuticalsandPersonalCareProducts药品与个人护理用品Environ.Health.Perspect,2019,107,处方药,非处方药,环境中PPCP排放,york.ac.uk/depts/eeem/gsp/esm/issues/pharma.htm,制药厂,污水处理,环境水体,土壤,粪污贮存,农田施放,畜产养殖,水产养殖,宠物饲养,人体医疗,药物及容器不恰当处置,研究背景PPCPs,无处不在Ubiquitous,持久性Persistence,毒性（耐药性等）Toxicity,PossiblerisksofPPCPs,抗生素耐药性,细菌耐药性,存在形式,超高效液相色谱-串联质谱法测定屠宰废水中78种兽药,2019年我国生猪出栏约4.8亿头，2019年达到6.3亿头，到2019年将达到7.3亿头，生猪资源非常丰富。预计“十一五”期间我国肉类年均增长35。2019年，90,000吨抗生素被用于动物饲养。,中国生猪出栏量,研究背景,预防和治疗动物传染病削弱胃肠内有害微生物，抑制、杀死致病菌，增强抗病能力，以防禽畜病瘟促进生长使动物肠壁变薄，有利于养分的渗透和吸收，提高饲料利用率刺激动物脑下垂体分泌激素，促进机体生长发育（增重10-20%）,研究背景,畜禽养殖中兽药的作用,（10%）,（90%）,屠宰场流程图,研究背景,78种检测对象,抗生素类,13种-受体激动剂,其它类,10种-受体阻断剂,6种利尿剂,7种镇静剂,19种喹诺酮类,11种磺胺类,6种四环素类,5种大环内酯类,氯霉素,色谱柱：WatersAcquityBEHC18柱，100mm2.1mm(id)，粒径1.7um。进样室温度：5；进样体积：10uL。流动相：ESI+模式，A为0.1%甲酸水，B为甲醇ESI-模式，A为纯水，B为乙腈流速：0.3ml/min。,色谱条件,质谱条件,磺胺,索他洛尔,沙丁胺醇,特布它林,磺胺二甲基异嘧啶,磺胺二甲基嘧啶,阿替洛尔,氧氟沙星,培氟沙星,依诺沙星,磺胺甲氧嗪,氟罗沙星,磺胺5-甲氧嘧啶,磺胺甲基硫二嗪,磺胺二甲唑,标准LC-MS/MS色谱图,西马特罗,阿米洛地,非诺特罗,磺胺甲基嘧啶,麻保沙星,clencyclohexerol,吡啶酸,诺氟沙星,克伦丙罗,二甲胺四环素,四环素,环丙沙星,标准LC-MS/MS色谱图,标准LC-MS/MS色谱图,塞利洛尔,妥布特罗,美托洛尔,司帕沙星,西诺沙星,马布特罗,金霉素,二氟沙星,洛美沙星,氨苯喋啶,去甲基金霉素,沙拉沙星,克伦特罗,奥比沙星,磺胺二甲氧嗪,卡拉洛尔,克伦潘特,磺胺喹啉,氧烯洛尔,奥索利酸,甲稀土霉素,马鹏特罗,马喷特罗,比索洛尔,氟哌啶,普萘洛尔,标准LC-MS/MS色谱图,萘,烯丙洛尔,替米考星,氟哌啶醇,倍它洛尔,氟甲奎,乙酰丙嗪,标准LC-MS/MS色谱图,硝西泮,泰乐菌素,红霉素,吉他霉素,艾司唑仑,奥沙西泮,安定,麦迪霉素,氢氯噻嗪,氢氟噻嗪,氯霉素,甲氯噻嗪,三氯噻嗪,土霉素,恩诺沙星,单诺沙星,莱克多巴胺,磺胺氯哒酮,标准LC-MS/MS色谱图,屠宰场样品LC-MS/MS色谱图,HLB柱：回收率:磺胺（22）、沙丁胺醇（41）其余均大于50（50-98.7）；PLEXA柱、C18柱：均有20种物质的回收率在50以下；GCB柱：喹诺酮类回收率大部分为0,实验方法：自来水加标实验,固体萃取柱的选择,Na2EDTA加入量的优化,Na2EDTA的加入对四环素类的回收率影响较大，对其他类物质无影响，500ml水加入1gNa2EDTA就能达到比较好的回收率。,通过自来水加标实验（每个样品富集500ml自来水并加入1gNa2EDTA，然后分别调节pH3、5、7、9)。,pH=7时大部分物质的回收率较好。（磺胺为29，其余在51-110）,样品pH值的优化,结论：,洗脱液,7.氨基柱洗脱条件的优化,5ml甲醇:丙酮:甲酸(v:v:v,500:500:1)6ml丙酮:甲酸(v:v,1000:1),样品前处理,过滤,振摇、混匀,抽干,收集洗脱液,收集洗脱液,P40-42,环境调查采样点,Locationof4SWTPsandsamplingsiteofreceivingrivers,采样时间3月、5月、8月,环境样品检测结果,磺胺类,喹诺酮类,四环素类和大环内酯类,其它类,注：n.d表示未检出,南沙河PPCPs存在水平,环境污水和污泥中抗性激素药物检测方法研究,研究背景,近年来，关于环境内分泌干扰物（EndocrineDisruptingChemicals,EDCs）的研究已引起世界各国的广泛关注。全球抗性激素药物消耗量增长迅速：激素依赖型疾病如乳腺癌和前列腺癌等疾病发病率逐渐升高。,环境中的抗性激素药物,抗性激素药物,性激素,雌激素,孕激素,雄激素,抗雄激素,抗孕激素,抗雌激素,抗性激素药物生态毒理效应,抗性激素药物分析现状,其他抗性激素药物？,研究内容,建立环境介质（污水、污泥）中典型抗性激素药物的液相质谱（LC-MS/MS）的同时分析方法采集北京市医院废水样品、北京市主要污水处理厂进出水和污泥样品，检测目标药物在这些样品中的存在水平,目标药物理化性质,Logkow:2.4-6.8pKa:1.63-14.2,水体介质中抗性激素药物分析方法的建立,仪器参数前处理方法方法的应用,仪器参数,质谱条件,电离方式：ESI+毛细管电压：3.5kV离子源温度：100C脱溶剂温度：450C脱溶剂气流量：600L/h碰撞腔真空度：3.010-3mbar多反应监测模式MRM,液相梯度条件,MRM色谱图,前处理,固相萃取柱的选择,HLB、GCB、C18,HLB,C18:pH2、5GCB:pH没有影响,HLB90%,HLB、C18和GCB对目标化合物回收率比较,HLB,pH2,基质抑制效应以污水处理厂进水为例,0.0,20.0,40.0,60.0,80.0,100.0,120.0,雷洛昔芬,来曲唑,阿那曲唑,米非司酮,依西美坦,非那雄胺,去甲基他莫昔芬,托瑞米芬,克罗米芬,他莫昔芬,目标药物,基质抑制率（,%,）,HLB,过滤,调pH2,混匀,抽干,1000ml水样,水样前处理,6ml50%甲醇丙酮,收集洗脱液,方法的线性范围检出限和回收率,水体:污水处理厂（进/出）和医疗废水（进/出）0.05100g/L具有良好的线性LOD：0.051ng/LLOQ：0.12ng/L平均回收率67.6-118.6%相对标准偏差小于20%,米非司酮,医疗进水：80%-91.9%医疗出水：低于21%,米非司酮氯化反应,米非司酮一氯化产物,城市污水检测,21家采样医院分布图,医疗废水检测北京市21家医院出水(n=63),污泥中抗性激素药物监测方法的建立,前处理方法,超声萃取不可取！,超声提取,前处理方法,ASE提取,酸碱度对提取效率的影响,四种提取液：1.丙酮2.0.1%甲酸丙酮3.0.2%甲酸丙酮4.0.2%氨水丙酮,ASE提取液组成:0.2%甲酸丙酮,WAX(阴离子交换柱),PCX（阳离子交换柱）HLB（亲水亲脂平衡柱）,基质抑制,PCX40%,污泥检测方法流程,污泥样品0.25g,定容,ASE萃取,PCX固相萃取小柱（丙酮活化）,LC-ESI-MS/MS测定,丙酮淋洗、5%甲醇氨洗脱，吹干,温度：100压力：1500psi加热时间：5min萃取时间：8min萃取溶剂：0.2%甲酸丙酮冲洗体积：60%Vol循环：3,方法的线性范围检出限和回收率,0.2200g/kg具有良好的线性LOD：0.11g/kgLOQ：0.22g/kg平均回收率61.9-121.7%相对标准偏差小于19%,4.0g/kg、20g/kg和80g/kg,结论,1、建立了利用固相萃取柱富集与净化、UPLC-MS/MS测定污水中抗性激素药物的监测方法。该方法灵敏度高，重复性好，满足环境中痕量分析要求2、方法成功应用于高碑店污水处理厂进出水和北京市21家综合医院废水的分析检测，共检出8种抗性激素药物，浓度范围为0.10-195.0ng/L3、建立了利用ASE对污泥中的目标药物进行萃取，经固相萃取柱富集净化，UPLC-MS/MS测定的分析方法,环境水中抗癌药物的检测,研究背景,随着全球癌症发病率升高，抗癌药使用量逐年增加。多数抗癌药具有致癌、致突变和致畸作用，其对环境水体的污染受到环境学者关注，国内尚无相关研究数据。,化合物结构,甲氨蝶呤,硫唑嘌呤,甲基苄阱,化合物结构,依托泊苷,异环磷酰胺,环磷酰胺,甲基苄肼,长春新碱,化合物结构,多柔比新醇,样品处理,用浓盐酸调节PH值到2,色谱条件,色谱柱：WatersACQUITYUPLCTMBEHC18柱（100mm2.1mm，1.7m）流动相：A（0.01%甲酸水）B（乙腈），梯度淋洗柱温：40；样品温度：4；进样体积：10l。,质谱条件,电喷雾正离子模式毛细管电压：3.0kV源温度：1000C脱溶剂气温度：4500C电子倍增电压：650V碰撞室压力：2.810-3mbar,质谱条件,方法验证（污水处理厂进水）,方法验证（污水处理厂出水）,基质效应a,a基质效应=(基质加标曲线斜率/溶剂加标曲线斜率)100b在标准曲线的最大加标浓度下仍未检出,实际样品测定,医疗废水,时间：2019.12-2009.01地点：北京市二十一家医院采样方法：采集1-3天医院污水的出水样品,实际样品测定,医疗废水,共采集并检测65份医院出水样品环磷酰胺：47个样品中检出，浓度62000ng/L异环磷酰胺：38个样品检出，浓度410647ng/L甲氨蝶呤：14个样品检出，浓度44689ng/L依托泊苷：15个样品检出，浓度6380ng/L硫唑嘌呤：同一医院的3个样品检出，浓度为9，15，32ng/L.不同医院污水中药物含量不同同一医院不同天之间药物浓度不同,实际样品测定,污水处理厂废水,单位为ng/L。进水中环磷酰胺的方法检测限为0.8ng/L，异环磷酰胺为2.5ng/L，甲氨蝶呤为0.5ng/L；出水中环磷酰胺的方法检测限为0.5ng/L，异环磷酰胺为1.5ng/L，甲氨蝶呤为0.5ng/L。,河水,实际样品测定,浓度单位为ng/L。环磷酰胺的方法检测限为0.5ng/L，异环磷酰胺为1.5ng/L，甲氨蝶呤为0.5ng/L。,环境水体中-受体阻断剂手性对映体分析方法的研究及应用,研究背景,手性药物R-(+)-沙利度胺为镇静剂S-(-)-沙利度胺有致畸作用,50年代末，在欧洲出现数千例短肢畸胎新生儿，一度震惊全世界,手性药物对映体在生物降解及环境毒理效应方面的差异？,研究背景,手性农药PNAS,2019，201，701-706布洛芬的手性对映体在湖水中的降解速率显著差异Environ.Sci.Technol.2019,33,2529-2535氟西汀的左旋体对鲦鱼（Pimephalespromelas）的毒性明显大于右旋体Chemosphere,2019,69:9-16,手性药物对映体的环境行为、毒性差异研究具有重要的科学意义,研究背景,-受体阻断剂我国心血管疾病患者众多，抗高血压药物的使用呈平稳的增长趋势养殖业动物屠宰运输前的镇静用药,研究背景,将手性异构体作为单一药物？,研究背景,环境中-受体阻断剂手性异构体的存在水平、降解规律及生态效应差异研究,为药品处理和环境风险评估提供依据,环境介质中-受体阻断剂手性对映体分析方法的建立,目标化合物结构和性质,pKa=13.8417.19logKow=-0.034.20,质谱条件的优化,先电离后雾化LC最适流量0.20.3mL/min适合于离子化及极性的溶质,先雾化后电离LC流速可达2.0mL/min特殊化合物的电离,液相条件的优化,CHRALCELOD-H,正己烷/乙醇,液相条件的优化,Stand20ppb(n-hexane/alcohol=85/15,0.1%DEA),8种-受体阻断剂分离度0.95以上仪器定量限：28g/L,液相条件的优化,CHIROBIOTICTMV,液相条件的优化,Stand10ppb(MeOH,0.1%formicacidand20mMNH4OAc),14种-受体阻断剂分离度0.8以上仪器定量限：0.050.4g/L,仪器条件的优化,先电离后雾化LC最适流量0.20.3mL/min适合于离子化及极性的溶质,CHRALCELOD-HAPPI,n-hexane/alcohol85/15,0.1%DEA8种-受体阻断剂有效分离仪器定量限：28g/L,CHIROBIOTICVESI,MeOH,0.1%FAand20mMNH4OAc16种-受体阻断剂有效分离仪器定量限：0.050.4g/L,前处理方法,Plexa,固相萃取小柱,MCX,PCX,HLB,前处理方法,Plexa、HLB、MCX、PCX回收率,前处理方法,HLB、MCX、PCX基质抑制率,检测方法流程,环境废水200mL,5%甲醇水定容,玻璃纤维滤纸GF/A过滤,PCX固相萃取小柱（甲醇、水活化）,LC-ESI-MS/MS测定（万古霉素手性柱）,甲醇淋洗、甲醇氨洗脱，吹干,方法学参数,标准曲线线性范围:0.0550g/L0.5ng/L、5ng/L和50ng/L三个加标水平，平均回收率在70%120%,相对标准偏差小于20%方法定量限:各对映异构体0.11ng/L,方法应用,医疗废水检测结果,检出9种-受体阻断剂浓度范围：0.2340ng/L,医疗废水中的对映体分数,EF值集中在0.5左右,城市污水检测结果,污水处理工艺对-受体阻断剂有一定的去除作用,城市污水中的对映体分数,现有污水处理工艺对索他洛尔的去除具有手性选择性,索他洛尔,n=9,n=11,污水中手性氧氟沙星的分析方法研究Studyontheanalyticalmethodforthechiralofloxacininsewage,研究背景氧氟沙星,氧氟沙星是全球人类以及兽医使用非常广泛的一种抗生素，它被用来预防和治疗一些细菌感染疾病。据估计2019年氧氟沙星在中国的生产量约为1200吨，使用后有超过70%的氧氟沙星以原型排放，是环境中产生耐药基因的主要物质之一。针对氧氟沙星的使用量大，对环境带来的风险大，所以在研究的环境药物中，氧氟沙星自然成为了热门问题。,研究背景氧氟沙星,50年代末，在欧洲出现数千例短肢畸胎新生儿，一度震惊全世界,俗名“反应停”，早期作为怀孕妇女的止呕药使用,沙利度胺（Thalidomide）,R-(+)-沙利度胺为镇静止S-(-)-沙利度胺有致畸作用,研究背景氧氟沙星,手性氧氟沙星的环境研究,?,S-(-)-氧氟沙星抑制细菌拓扑异构酶II的活性是R-(+)-型的9.3倍，是消旋体的1.3倍。对各种细菌的抑菌活性S型强于R型8128倍。左氟沙星已经逐步取代了市场上使用的消旋氧氟沙星。,环境中手性污染物对映体选择性行为的研究历史不长，但由于手性化合物异构体在生理、毒性与生化等方面的不同，该类物质的对映体选择性行为已经愈来愈成为国际环境科学界研究的焦点,迄今为止的大部分环境行为研究都是将手性药物作为单一物质进行解析，这样做的结果可能会在某种程度上掩盖了对映体在生物可利用性、毒性等方面的区别，从而导致相应物质生态风险的误判。因此，为了更准确更细致地了解手性药物的迁移转化规律，有必要对环境中该类物质的归趋和毒性差异进行研究。,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,色谱柱的选择,250mm安捷伦TC-C-18,100mm安捷伦TC-C-18,watersXterraC-18,AnalyticaChimicaActa,2019,584,K保留因子分离因子R分离度,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,氨基酸的选择,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,异亮氨酸和CuSO4浓度的选择,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,手性流动相和甲醇的比例,有机相的含量高了会直接降低分离效果，有机相含量低了又会使保留时间太长，峰形变宽,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,定溶液的组成,手性流动相含量降低时，直接导致了峰形变宽，从而使保留因子降低，分离效果越来越差，分离度逐渐降低,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,柱温的选择,温度比较低时峰形拓宽，分离因子比较大，分离度不佳,温度高时峰形变窄，分离度增加,研究内容,氧氟沙星手性分离方法的建立,色谱柱：TC-C-18（250mm4.6mm,5m;AgilentTechnologies,CA,USA）柱温：40C；样品温度：15C；进样体积：20L。流动相条件：甲醇和含有4mmol/LCuSO4和5mmol/Ll-isoleucine水（甲醇:水=12:88，v/v）；流速为1.0ml/min。荧光检测（FluorescenceDetector，FLD）：激发波长303nm、发射波长505nm。,总结,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,性质,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,固相萃取柱的选择,富集相同体积的污水，调节pH=3，分别上样，最后以6ml甲醇洗脱，N2吹至近干，1ml含0.1%甲酸水定容,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,固相萃取柱和pH的选择,RecoveriesofofloxacininWCXandMCXcartridgesatdifferentpHsofloadingsolution(errorbarsindicatethestandarddeviations,n=3),氧氟沙星在WCX小柱上的回收率均优于在MCX小柱上的回收率。,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,WCX固相萃取柱淋洗条件的选择,WashingpercentageofofloxacininWCXcartridgeusingdifferentwashingsolutions,甲酸0.5%的甲醇:水=10:90（v/v）的混和溶液2ml,甲醇含量为50%时，氧氟沙星的淋洗率已经达到50%左右,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,WCX固相萃取柱洗脱条件的选择,RecoveriesofofloxacininWCXcartridgeusingdifferentconcentrationsofformicacidinMeOHUPW(50/50,v/v,10mL)aselutingsolution(errorbarsindicatethestandarddeviations,n=3),甲酸含量为0.2%,0.2%甲酸的甲醇:水50:50（v/v）的溶液10ml,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,MAX固相萃取柱pH的选择,RecoveriesofofloxacininMAXcartridgeforofloxacinatdifferentpHsofloadingsolution(errorbarsindicatethestandarddeviations,n=3),pH=9氧氟沙星的回收率最高,氧氟沙星的羧酸根完全处于离子化状态，能够很好的与MAX固相萃取柱进行阴离子交换,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,MAX固相萃取柱淋洗条件的选择,WashingpercentageofofloxacininMAXcartridgeusingdifferentwashingsolutions,甲醇含量为20%，甲酸浓度为0.3%时，用1ml体积淋洗，约70%的氧氟沙星被洗脱,选择甲醇与水的比例为20:80(v/v)，甲酸的浓度为0.3%，对洗脱体积优化,0.3%甲酸的甲醇水溶液（20:80，v/v）4ml,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,流程图,WCX固相萃取柱（150mg）,6cc，MEOH6cc，10mmolL-1pH3的Na2-EDTA溶液6cc，pH3的超纯水依次活化,上样250ml，调节上样液的pH=3，加入0.2gNa2-EDTA固体,pH=3的超纯水10ml含有0.5%甲酸的10:90的甲醇水溶液2ml依次淋洗,洗脱,用含有0.2%甲酸的50:50的甲醇水溶液10ml进行洗脱,洗脱液经过氮吹，吹掉甲醇，剩下的溶液用超纯水在NaOH的作用下调节pH=9到100ml，留着过MAX固相萃取柱,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,流程图,MAX固相萃取柱（60mg）,3cc，MeOH3cc，pH=9的超纯水依次活化,将上述100ml溶液上样,5%NH3H2O，2mlMeOH,1ml依次淋洗,洗脱,含有0.3%甲酸20:80的甲醇水溶液4ml洗脱,洗脱液进行氮吹至近干，定容上机分析,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,方法的UPLC-MS/MS确证,RecoveryandRSDofofloxacininsewage,两个浓度下的污水加标回收率在82.099.3%之间，6组平行加标回收的RSD分别为7.9%和3.6%,标准加入法：250ml超纯水中进行加标回收实验。回收率为98.3104.7%（n=3）,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,液相荧光法回收率实验,RecoveryandRSDofS-ofloxacinandR-ofloxacininsewage,回收率好，RSD都小于20%,研究内容,氧氟沙星固相萃取前处理方法的建立,线性关系和方法检出限,a,b,Thestandardcurv