新精神活性物質(zhì)(new psychoactive substances, NPS)是指為了逃避法律對傳統(tǒng)毒品的管制或提高毒品的藥理活性, 對已有毒品的化學(xué)結(jié)構(gòu)加以修飾, 制成的具有類似列管毒品麻醉、興奮或致幻作用的藥.與傳統(tǒng)毒品相比, NPS種類更為繁多、更新速度更快.截至2015年底, 已發(fā)現(xiàn)NPS的種類從2009年的166種增長到了2015年的644種, 遠遠超過國際管制的常規(guī)違禁藥物總數(shù)(234種).目前發(fā)現(xiàn)的NPS主要包括以下七類：合成卡西酮類、哌嗪類、苯乙胺類、合成大麻素類、植物源類物質(zhì)(如卡痛葉和鼠尾草等)、氯胺酮和其他物質(zhì)(包括氨基茚滿、色胺和苯環(huán)己哌啶型物質(zhì)等).隨著NPS濫用的增多以及其危害性逐漸被認識, 部分NPS開始被一些國家列為管制藥物.我國也已將部分卡西酮類和哌嗪類物質(zhì)列入管制藥品.

　　與人們服用的常規(guī)藥物類似, NPS被濫用后, 經(jīng)人體新陳代謝所生成的代謝產(chǎn)物和未被代謝的原藥隨尿液進入生活污水, 從而匯入污水處理廠.經(jīng)污水廠處理后, 未被去除的NPS被排入自然水體.因此, 污水處理廠排放被認為是環(huán)境中NPS的主要來源之一. NPS具有較強的生物活性, 其大量被排入到環(huán)境中, 不僅對環(huán)境造成了污染, 而且?guī)�來了潛在的健康風(fēng)險.因此, NPS也被環(huán)境學(xué)家列為一類新型污染物.

　　基于NPS帶來的社會問題和環(huán)境問題, 對其進行定性定量分析并估算其濫用量對于毒品管控和健康風(fēng)險評價具有重要意義.然而, 傳統(tǒng)方法如社會調(diào)查不能準確、客觀地估算NPS的濫用量, 且操作成本較高、不確定性較大.近年來, 一種叫污水流行病學(xué)的方法(wastewater-based epidemiology)被提出并用于估算毒品的濫用量.其原理是通過測定污水處理廠進水中毒品及其代謝物濃度, 通過污水廠日處理量、服務(wù)區(qū)人口及毒品排泄率等參數(shù)反算毒品濫用量.該方法所得數(shù)據(jù)更為客觀, 具有時效性高、便于不同區(qū)域橫向比較等優(yōu)點, 且已在估算傳統(tǒng)毒品濫用量等方面發(fā)揮了巨大作用.近年來, 已有研究團隊?wèi)?yīng)用該方法分析測定了污水中卡西酮類和哌嗪類NPS, 認為該方法具有預(yù)警NPS濫用的潛能, 并可用于評價禁毒措施的績效性.但污水中其它常見NPS[如4-甲氧基甲基苯丙胺、2-甲基氨基-1-(3, 4-亞甲二氧苯基)-1-丙酮、2, 5-二甲氧基-4-苯乙胺等]的分析方法仍不完善.

　　為進一步完善污水中常見NPS的分析方法并提高分析測定效率, 經(jīng)調(diào)查, 本研究選取國內(nèi)濫用較多的11種NPS作為目標(biāo)化合物, 建立污水中目標(biāo)物前處理及分析測定方法, 并通過對北京市主城區(qū)11家污水處理廠進、出水樣品的分析進行方法驗證, 以期為今后開展NPS的污水流行病學(xué)研究及健康風(fēng)險評價奠定基礎(chǔ).

　　1 材料與方法1.1 材料

　　11種NPS標(biāo)準品(100 μg·mL-1于甲醇, 純度>99%)以及各自相應(yīng)的氘代內(nèi)標(biāo)儲備液(10 μg·mL-1于甲醇, 純度>99%)購于美國Cerilliant公司, 包括氯胺酮(KET)、甲卡西酮(MC)、麻黃堿(EPH)、4-甲氧基甲基苯丙胺(PMMA)、2-甲基氨基-1-(3, 4-亞甲二氧苯基)-1-丙酮(MDMC)、2, 5-二甲氧基-4-苯乙胺(2C-I)、甲氧麻黃酮(MEPH)、卡西酮(CA)、1-芐基哌嗪(BZP)、1-(3-三氟甲基苯基)哌嗪(TFMPP)和1-(3-氯苯基)哌嗪(mCPP), 以及KET-D4、MC-D3、EPH-D3、MEPH-D3、MDMC-D3、2C-I-13C-D3、CA-D5、BZP-D7、TFMPP-D4和mCPP-D8.

　　主要儀器和耗材：12位固相萃取裝置(德國CNW公司), Oasis MCX和Oasis HLB固相萃取柱(均為60 mg 3 mL, 美國Waters公司), 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(色譜儀：日本島津UFLCXR-LC, 質(zhì)譜儀：美國AB Sciex API-4000)等.

　　1.2 質(zhì)譜和液相色譜條件的優(yōu)化

　　根據(jù)目標(biāo)物的性質(zhì)選擇離子源和離子化模式.根據(jù)目標(biāo)物及其氘代化合物的分子量設(shè)置掃描的荷質(zhì)比m/z范圍, 尋找目標(biāo)物母離子.利用儀器自動優(yōu)化去簇電壓(DP)得到最大母離子響應(yīng).手動調(diào)節(jié)和優(yōu)化碰撞能量(CE), 得到最佳響應(yīng)的子離子對.將每種目標(biāo)物豐度最大的離子對作為定量離子, 另一離子對作為定性離子.

　　采用液相色譜柱Phenomenex Gemini C18柱(100 mm×2 mm, 3 μm), 優(yōu)化流動相pH值和所含鹽類、洗脫梯度等條件, 以獲得目標(biāo)物的理想峰型和高分離度.

　　1.3 樣品前處理方法

　　采用固相萃取的方法對污水樣品進行濃縮和凈化, 使用Oasis MCX作為SPE柱的樣品前處理方法如圖 1.使用Oasis HLB作為SPE柱的樣品前處理方法與上述基本相同, 不同之處在于②Oasis HLB柱活化：依次加入6 mL甲醇和6 mL超純水, 流速1~2 mL·min-1; ⑦洗脫：用8 mL甲醇洗脫干燥的HLB柱, 流速1~2 mL·min-1.

　　圖 1

 圖 1 使用Oasis MCX作為SPE柱的樣品前處理方法

　　1.4 質(zhì)量控制1.4.1 回收率

　　分別取20、100和200 μL的200 ng·mL-1混標(biāo)注入50 mL pH=2的超純水中配成樣品溶液, 并設(shè)置一組流程空白, 同時進行前處理和測定.根據(jù)流程空白和加標(biāo)樣品的測定數(shù)據(jù)及實際加標(biāo)濃度計算得到11種NPS在不同濃度梯度下各自的回收率.

　　1.4.2 基質(zhì)效應(yīng)

　　選取BJ-6污水廠進水水樣作為基質(zhì)效應(yīng)的供試水樣.對該水樣進行前處理, 在上機前分別向已處理的樣品中加入20、100和200 μL的200 ng·mL-1混標(biāo)和100 μL的200 ng·mL-1內(nèi)標(biāo), 得到濃度為10、50和100 ng·mL-1的樣品和空白樣品(僅加入內(nèi)標(biāo)).通過比較各目標(biāo)物在不同濃度梯度下加標(biāo)水樣與空白水樣的檢測濃度之差和其在相應(yīng)濃度標(biāo)準樣品中的檢測濃度, 評價基質(zhì)對各目標(biāo)物響應(yīng)值的抑制和促進作用.

　　1.4.3 檢出限和定量限

　　將低濃度目標(biāo)物混合標(biāo)準溶液上機測定, 儀器檢出限(ILOD)和儀器定量限(ILOQ)分別以3倍信噪比(3S/N)和10倍信噪比(10S/N)確定.方法檢出限(MLOD)和方法定量限(MLOQ)分別通過以下公式計算得到

　　式中, 400 μL為上機濃縮液的體積, 50 mL為前處理所取污水樣的體積.

　　1.4.4 標(biāo)準曲線的線性及范圍

　　配制含甲醇體積20%、濃度范圍為0.1~200 ng·mL-1的不同濃度梯度的標(biāo)準工作溶液, 盡可能保證濃度范圍覆蓋實際污水樣品中的水平.

　　1.4.5 精密度

　　分別對同一標(biāo)準樣品連續(xù)多次測定(n=3)和多天重復(fù)測定(n=3)來衡量儀器的日內(nèi)精密度與日間精密度, 對同一水樣連續(xù)前處理(n=3)和多天重復(fù)前處理(n=3)來衡量前處理方法和實驗操作的日內(nèi)精密度與日間精密度, 結(jié)果均用相對標(biāo)準偏差(RSD)表示.

　　2 結(jié)果與討論2.1 優(yōu)化后的液相色譜條件

　　本研究采用Phenomenex Gemini C18(100 mm×2 mm, 3 μm)液相色譜柱對目標(biāo)化合物進行分離.優(yōu)化后的流動相為：0.12%甲酸30 mmol·L-1, 甲酸銨超純水溶液(A相); 甲醇(B相).洗脫梯度如表 1所示, 流速為0.3 mL·min-1, 柱溫為35℃, 進樣量為5 μL.優(yōu)化后的液相色譜條件不僅提高了儀器對目標(biāo)化合物的靈敏度, 而且明顯縮短了分析周期, 提高了分析效率.

　　2.2 優(yōu)化后的質(zhì)譜條件

　　本研究采用多反應(yīng)監(jiān)控模式(MRM)對所有目標(biāo)化合物進行檢測.離子源為電噴霧離子源(ESI), 離子源電壓(IS)為3 500 V, 離子源溫度(TEM)為525℃, 離子化模式為ESI(+); 碰撞池氣壓(CAD)為10 psi(69 kPa), 氣簾氣壓力(CUR)為20 psi(138 kPa), 干燥氣(GS1)與輔助氣(GS2)壓力均為40 psi(276 kPa).每種目標(biāo)化合物及其相應(yīng)內(nèi)標(biāo)的母離子和定量、定性離子的核質(zhì)比(m/z)、去簇電壓(DP)、碰撞電壓(CE)及保留時間(RT)等質(zhì)譜參數(shù)列于表 2中.

　　表 2 目標(biāo)物C18-UPLC-MS/MS的質(zhì)譜參數(shù)

　　圖 2為優(yōu)化后11種NPS的色譜圖.由表 2和圖 2可知, 不同目標(biāo)化合物的保留時間均有較大差異, 說明優(yōu)化后的C18-UPLC-MS/MS條件能夠?qū)λ�選目標(biāo)物進行有效分離.

　　圖 2

 圖 2 11種NPS的C18-UPLC-MS/MS色譜圖

　　2.3 優(yōu)化后的樣品前處理條件2.3.1 SPE柱和樣品pH值

　　Oasis HLB和Oasis MCX是環(huán)境水樣前處理中廣泛使用的兩種SPE柱.本研究分別考察兩種SPE柱在不同pH條件下加載樣品對目標(biāo)NPS回收率的影響. Oasis HLB柱的加載條件為pH=2, 7, 11; Oasis MCX柱的加載條件為pH=2, 7.按1.3節(jié)中所述方法進行前處理.

　　由表 3可知, HLB柱在酸性、中性和弱堿性條件下均無法對CA進行富集. MC、PMMA、2C-I和MEPH的回收率在樣品pH值為2、7、11時存在顯著差異, 且回收率存在低于80%和高于120%的情況.可見, 使用Oasis HLB柱對樣品進行富集時, 樣品pH值對目標(biāo)物的回收率有顯著影響, 且不同NPS的最佳pH值存在較大差異.因此Oasis HLB柱不適宜用于測定污水中常見NPS的前處理過程.而使用Oasis MCX柱時, 在樣品pH值為2和7的條件下, 每種NPS均被有效富集, 且目標(biāo)物的回收率基本在80%~120%之間, 因此Oasis MCX柱更適合用于水樣的前處理.綜合比較使用Oasis MCX柱時的兩種樣品pH值條件, pH=2時各種物質(zhì)的回收率更接近于100%, 因此本研究認為在pH值為2的條件下使用Oasis MCX柱更適合于含多種NPS水樣的前處理與同步測定.在后續(xù)實驗及今后實際污水樣品前處理時, 統(tǒng)一選用Oasis MCX柱并將樣品pH值調(diào)至2.具體聯(lián)系污水寶或參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

 

　　表 3 不同SPE柱和水樣pH值條件下目標(biāo)物的回收率比較/%

　　本研究對于SPE柱選擇的實驗結(jié)果與文獻[23~25]的研究結(jié)論具有一致性, 即對于CA、MC、MEPH等NPS在內(nèi)的毒品, 用Oasis HLB柱前處理的回收率和基質(zhì)效應(yīng)均差于Oasis MCX柱或不能達到實驗要求.這可能是由于Oasis MCX柱的基質(zhì)為聚苯乙烯-二乙烯基苯高聚物, 與Oasis HLB吸附劑相比, 對堿性化合物具有更高的選擇性和靈敏度.而本研究所監(jiān)測的NPS均具有含氮的堿性基團, 因此Oasis MCX柱能夠更有效滿足富集要求.

　　2.3.2 淋洗步驟

　　當(dāng)目標(biāo)物及其內(nèi)標(biāo)受基質(zhì)干擾嚴重或者基質(zhì)對兩者的影響程度不一致時, 為保證目標(biāo)物準確定量, 有必要在污水樣品加載之后增加對SPE柱的淋洗步驟.本研究在Oasis MCX固相萃取方法的基礎(chǔ)上, 在樣品加載結(jié)束之后, 將淋洗步驟分別改為無淋洗、2 mL pH=2的超純水淋洗和2 mL甲醇淋洗這3組對照實驗, 研究淋洗步驟對目標(biāo)物回收率的影響.

　　表 4中的數(shù)據(jù)顯示, 無淋洗和僅用2 mL pH=2的超純水淋洗時, KET和MEPH的回收率降至80%以下, CA的回收率降至不足50%;而僅用2 mL甲醇淋洗時2C-I的回收率降至了80%以下, CA的回收率降至不足55%.這表明樣品加載后先用2 mL pH=2的超純水、再用2 mL甲醇淋洗的兩個步驟均不可或缺.

　　表 4 不同淋洗和復(fù)溶條件下目標(biāo)物的回收率比較/%

　　2.3.3 復(fù)溶溶劑的量與復(fù)溶步驟

　　為研究復(fù)溶條件的改變對目標(biāo)物回收率的影響, 本研究設(shè)置兩組對照實驗, 分別為：①200 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶氮吹殘留物1 min, ②先用80 μL甲醇復(fù)溶30 s, 再加入320 μL超純水復(fù)溶30 s.

　　由表 4中不同復(fù)溶條件下的回收率數(shù)據(jù)可知, 改變復(fù)溶溶劑的量和步驟后, PMMA的回收率均超過120%, 遠超可接受范圍.因此本研究認為, 在現(xiàn)有的固相萃取和C18-UPLC-MS/MS條件下, 采用400 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶氮吹殘留物1 min最為合適.

　　2.4 對已優(yōu)化方法的評價2.4.1 回收率和基質(zhì)效應(yīng)

　　如表 5所示, 在基本覆蓋了實際污水中NPS檢出濃度的各種條件下, 每種目標(biāo)物的回收率基本上均在80%~120%之間, 基質(zhì)效應(yīng)基本上均在-20%~20%之間.結(jié)果總體表明, 本研究采用上述方法進行前處理和樣品測定是可行的.

　　表 5 SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的回收率和基質(zhì)效應(yīng)/%

　　2.4.2 檢出限、定量限、標(biāo)準曲線線性及范圍

　　表 6中的結(jié)果顯示, 各種目標(biāo)物的LOD和LOQ均很低, 基本滿足實際污水樣品測定的要求.所有目標(biāo)物的標(biāo)準曲線相關(guān)系數(shù)均在0.99以上, 且基本所有濃度梯度下的準確度均在85%~115%之間、RSD < 15%, 因此標(biāo)準曲線可以用于實際污水中NPS濃度的測定.

　　表 6 SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的檢出限、定量限、標(biāo)準曲線線性及范圍

　　2.4.3 精密度

　　由表 7可知, 儀器精密度的日內(nèi)和日間RSD均小于2.5%, 方法精密度的日內(nèi)和日間RSD均小于8%, 表明儀器的穩(wěn)定性和實驗方法的可重復(fù)性均符合要求.綜上, 應(yīng)用本研究中優(yōu)化的SPE前處理方法和C18-UPLC-MS/MS測定方法可以用于污水樣品中的多種NPS同步分析.

　　表 7 儀器精密度和SPE-C18-UPLC-MS/MS優(yōu)化方法的精密度/%

　　3 在實際污水樣品中的應(yīng)用

　　本研究于2016年12月對北京市11家污水處理廠的進水和出水進行了樣品采集, 每家污水廠至少采集2 d以上的樣品, 采用全自動水質(zhì)采樣器采集24 h混合水樣.全部11家污水廠日均污水流量約為26萬m3, 服務(wù)區(qū)總?cè)丝谶_1 096萬人, 約占北京市常住人口的50.4%.采用上述優(yōu)化的方法對樣品進行前處理和分析測定, 根據(jù)進水和出水中NPS濃度的差別計算各種目標(biāo)物的去除率.

　　測定結(jié)果顯示, MDMC、MEPH、CA、BZP和mCPP在11家污水廠的進水和出水樣品中均未被檢出, 表明這幾種NPS在北京市可能尚無顯著濫用趨勢.其余6種NPS在各污水廠進水樣品中的平均濃度如圖 3所示.其中, EPH在進水中的濃度水平最高, 濃度范圍在84.23~383.6 ng·L-1; 其次為PMMA, 濃度范圍在9.12~38.48 ng·L-1.值得注意的是, 2C-I雖然僅在BJ-4檢出, 但其在進水中的濃度高達92 ng·L-1, 說明在該廠服務(wù)區(qū)內(nèi)可能存在2C-I的濫用或者傾倒現(xiàn)象.進水中KET、MC和TFMPP的濃度均低于8 ng·L-1.實際污水樣品測定結(jié)果表明, 本研究中的優(yōu)化方法能夠基本滿足污水中的NPS檢測要求.

圖 3 北京市11家污水處理廠進水中的NPS濃度

　　這11家污水處理廠對每種目標(biāo)物的去除率匯總于表 8中.數(shù)據(jù)顯示, BJ-5、BJ-9和BJ-11中目標(biāo)物去除率較高, 而其余污水廠對多數(shù)目標(biāo)物的去除率并不理想, 甚至出現(xiàn)了負去除率的情況.造成負去除率的原因可能是污水在污水處理廠中存在長達數(shù)小時的停留時間, 因此進、出水中測得的目標(biāo)物濃度水平無法準確對應(yīng).但總體看來, 這一結(jié)果仍表明常見的污水處理工藝對NPS的去除能力有限, 有相當(dāng)數(shù)量的NPS將最終進入河流湖海中, 對水環(huán)境生態(tài)形成潛在的威脅.

　　表 8 北京市11家污水處理廠對NPS的去除率/%

　　4 結(jié)論

　　(1) 對污水樣品前處理方法進行了優(yōu)化, 表明應(yīng)選用Oasis MCX柱, 預(yù)先調(diào)節(jié)樣品至pH=2, 樣品加載完后先用2 mL pH=2的超純水淋洗、再用2 mL甲醇淋洗Oasis MCX柱, 抽干后氮吹, 最后用400 μL 20%甲醇水溶液復(fù)溶殘留物1 min.

　　(2) 11種NPS的保留時間、回收率、基質(zhì)效應(yīng)、檢出限、定量限、精密度等方法評價指標(biāo)數(shù)據(jù)表明, 本研究所確定的SPE前處理方法和C18-UPLC-MS/MS測定方法分離效果好、回收率高、基質(zhì)效應(yīng)弱、檢出限和定量限低、儀器和方法精密度高, 可用于實際污水樣品中NPS濃度的檢測.

　　(3) 對北京市11家污水廠進、出水樣品中NPS濃度的測定結(jié)果顯示, 優(yōu)化的前處理和測定方法能夠基本滿足分析要求. EPH、PMMA和2C-I在進水中的濃度較高.多數(shù)目標(biāo)物在污水廠中的去除率并不理想, NPS隨出水進入河流等生態(tài)環(huán)境, 產(chǎn)生潛在威脅.(來源：環(huán)境科學(xué)學(xué)報 作者：陳培培)