使用 Agilent 6545 Q-TOF LC/MS 系统对水中的药物和个人护理用品 (PPCP) 进行高灵敏度筛查

摘要

作为“使用 Agilent 6495 三重四极杆质谱仪检测水中的药物和个人护理用品 (PPCP)”应用简报的后续研究，本应用简报介绍了使用 Agilent 6545 Q-TOF LC/MS 系统对水中 ppt 级 PPCP 进行筛查和定量分析的两种方法。同样，由 于这两种方法使用了相同流动相，故将其分为正离子模式和负离子模式。使用针对易碎裂有机小分子优化的 Swarm 调谐参数，通过 6545 Q-TOF LC/MS 系统分别在正离子和负离子模式下对 118 和 22 种化合物实现了精准的筛查 和定量。选择高灵敏度限幅器模式以最大程度提高仪器灵敏度。无需进行固 相萃取 (SPE) 等繁琐的富集流程，即可检测出大多数 PPCP 组分。样品前处 理过程包括过滤约 3 mL 样品、向 1.0 mL 过滤后的样品中加入内标，以及将 40 μL 样品进样至 Q-TOF LC/MS 进行分析，大多数分析物的报告限为 10 ppt。 多数分析物的检测限 (LOD) 和定量下限 (LLOQ) 远低于 10 ppt。

前言

药物和个人护理用品含有数千种化学物质，其中包括处方及非处方治疗药物、兽药、香料和化妆品等。多项研究表明，我们的环境水体中含有一些药物及其代谢物。如果未经充分的处理，地表水中的 PPCP 最终可能进入饮用水系统中。EPA 和欧盟水框架等政府机构均制定了关于监测供水系统的法规。高效液相色谱 (HPLC) 与高分辨率 Q-TOF 质谱相结合，为人们研究水系统中 PPCP 的存在形式和归宿提供了指导。通过 Q-TOF LC/MS 分析 PPCP 具有如下优势：

• 在单次运行中可筛查大量分析物

• 对新分析物进行回顾性数据挖掘

• 无需单独标准品获取碎片离子信息

• 利用 MS/MS 碎片离子进行结构确认

与靶向分析（如三重四极杆）相比，Q-TOF LC/MS 还具有对未知物进行非靶向或半靶向筛查的优势。饮用水中 PPCP 的检测限通常低至 ppt水平。这给分析方法和仪器带来了严峻的挑战。通常需要通过固相萃取(SPE) 对样品进行富集，以达到饮用水样品中的特定浓度5。SPE 需要大量样品，消耗大量溶剂，且操作繁琐。

PPCP 分析中还存在被严重污染的复杂性，例如在城市地表水源中一些 PPCP的浓度可能高于 ppb 级。除了较高的分析物浓度以外，这些样品中的总有机碳含量也会增大。这将对分析物产

生很大干扰。PPCP 分析所需的仪器不仅要有宽动态范围，还必须具有优异的质量精度和分辨率以实现精准的筛查和定量分析。

Agilent 6545 Q-TOF LC/MS 与安捷伦喷射流离子源相结合，满足了直接进样对水中 PPCP 存在形式和归宿进行动态分析的要求。与之前的型号相比，6545 Q-TOF LC/MS 的几项改进使其获得了更高的分析性能。其中的一些改进包括：

• 新型限幅器设计，可选择在高灵敏度或高分辨率模式下运行

• 新型高性能高压电源和新型脉冲器，可提高质量精度和分辨率

• 全新增强型增益位移检测器，具有更好的仪器稳定性

• 可提高母离子传输效率的新型前端离子光学元件

最引人注目的变化是新型粒子群优化技术。粒子群优化技术首次用于优化 6545 Q-TOF LC/MS 质谱仪（即 Swarm自动调谐）。Swarm 自动调谐为最大限度提高仪器灵敏度或质量分辨率提供了多种选择。首先，它可以根据应用需求在特定的质量范围（例如50-250 m/z、50-750 m/z 或 50-1700 m/z）内优化离子传输。其次，小分子离子传输的改善还提高了 100 m/z 以下的质量精度。此外，仪器参数可根据分析物的易碎裂性进行调谐，这需要更温和的离子传输参数来维持其分子量不变。结合上述改进和选择高灵敏度限幅器模式的能力，6545 Q-TOF LC/MS 质谱仪与上一代仪器相比，信号响应得到了显着提升。

结论

我们已经开发出快速简单的 Q-TOF LC/MS 方法，用于对水中的 PPCP 进行筛查。该方法充分利用了 Agilent 6545 Q-TOF LC/MS 系统硬件改进和易碎裂小分子离子传输 Swarm 自动调谐实现的高灵敏度。选择高灵敏度限幅器模式可进一步提升灵敏度。结果表明，通过直接进样方法定量分析水中的痕量污染物时，能够获得低至 ppt 级的定量下限。这些设计改进有助于省掉繁琐的样品富集和净化步骤，从而使样品通量得到显著提升。