一种沉积物中皮质激素的生态风险评价方法与流程

[0001]
本发明属于环境科学和生态风险评价领域，具体涉及一种沉积物中皮质激素的生态风险评价方法。


背景技术：

[0002]
随着经济的高速发展和城市化进程的加快，大量的环境激素类化学品通过污水处理厂出水口或人为直接排放进入到水环境中，通过食物链富集放大对生态系统及人体健康造成严重危害。2015年国家发布的《水污染防治行动计划》中明确提出严格控制环境激素类化学品污染，2017年底前完成环境激素类化学品生产使用情况调查，监控评估水源地、农产品种植区及水产品集中养殖区风险，实施环境激素类化学品淘汰、限制、替代等措施，从国家层面对水环境中环境激素类化学品的管控提出了要求。
[0003]
皮质激素作为一类典型的激素类化学品广泛用于人类和兽医治疗，是临床上使用最广泛的抗炎和免疫抑制剂。皮质激素按照来源可以分为天然皮质激素和人工合成皮质激素，按照生理功能可分为糖皮质激素和盐皮质激素两类。人工合成的糖皮质激素如地塞米松，强的松，强的松龙，甲基强的松龙广泛用于关节炎、结肠炎、哮喘、支气管炎、皮疹、过敏、鼻炎眼炎等炎症的治疗。环境中皮质激素的主要来源是人类和脊椎动物的排泄及合成皮质激素药物的使用和排放。汇集人类生活污水的城市污水处理厂、畜禽及水产养殖场是环境皮质激素的污染源。皮质激素具有较高的内分泌干扰活性，在ng/l的浓度水平下就可对生物的免疫、生殖和免疫系统造成损害，严重的可导致生殖受损和发育缺陷等问题。近年来，在城市污水、河水、沉积物等介质中频繁检出皮质激素。进入水体的皮质激素将通过沉降作用汇集于底部沉积物，沉积物被认为是皮质激素的汇聚体。因此，迫切需要开发一种灵敏、可靠、准确的定量方法同时分析沉积物中多种皮质激素。
[0004]
中国专利cn108663471b公开了一种测定河口沉积物中多种内分泌干扰物含量的方法，采用氧化铝和硅藻土对河口沉积物样品进行预处理，联用索氏提取和固相萃取法提纯得到富集样品，利用lc-ms/ms对沉积物中双氯芬酸、双酚a、 17β-雌二醇、雌酮、17α-乙炔雌二醇、4-辛基苯酚、4-壬基酚、扑米酮、睾酮、黄体酮进行检测分析。该方法需要消耗大量的溶剂和时间，未对皮质激素进行分析。由于沉积物基质复杂性将造成皮质激素定量分析方法的基质干扰大，影响分析结果的准确性，使得沉积物中多种痕量皮质激素同时准确检测的分析方法匮乏。同时沉积物中皮质激素的生态风险不得而知，给环境管理者带来严峻挑战。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种沉积物中皮质激素的生态风险评价方法。
[0006]
本发明采用如下技术方案：
[0007]
一种沉积物中皮质激素的生态风险评价方法，包括以下步骤：
[0008]
步骤一，检测沉积物中皮质激素的含量
[0009]
(1)沉积物中皮质激素的提取浓缩：取冻干的沉积物于玻璃容器中，加入有机溶剂进行超声萃取，静置澄清后取上清液，萃取1-3次，萃取液经旋蒸浓缩得到萃取浓缩液；
[0010]
(2)沉积物中皮质激素的净化：将萃取浓缩液配到水中，水中加入微量甲醇，通过固相萃取柱萃取，利用不同极性有机溶剂洗脱固相萃取柱得到洗脱液，将洗脱液旋蒸、氮吹浓缩、定容、保存得到待测样品液；
[0011]
(3)皮质激素的定量分析：通过液相流动相含1
‰
乙酸的水引入ch3coo-，在电喷雾离子化负离子模式下，形成加合离子[m+ch3coo]-，利用液相色谱质谱联用仪的多反应监测模式一次同时定量分析待测样品液中的18种皮质激素；
[0012]
步骤二，确定孔隙水中皮质激素的浓度即c
pore
[0013]
利用皮质激素在沉积物-孔隙水的分配平衡模型计算出孔隙水中皮质激素的浓度，所述分配平衡模型如公式(1)和(2)所示：
[0014][0015]
k
oc
＝0.63
×
kow
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]
步骤三，计算风险商即risk quotients，缩写rq
[0017]
利用风险商计算公式获得皮质激素的风险商值，所述风险商计算公式如(3) 所示：
[0018][0019]
步骤四，评估生态风险等级
[0020]
利用获得的风险商值评价沉积物中皮质激素的生态风险等级：rq≤0.01时表示该皮质激素对环境存在低风险；0.01<rq<1时表示该皮质激素对环境存在中等风险；rq≥1时表示该皮质激素对环境存在高风险；
[0021]
所述步骤一的(1)中，有机溶剂为甲醇和丙酮的混合溶液，甲醇和丙酮体积配比为(1-3):1，混合溶液体积为15-20ml；所述超声萃取中超声频率为40khz，超声功率为600w，温度为35℃，超声时间为15min；
[0022]
所述步骤一的(2)中，固相萃取柱为waters oasis hlb或c18固相萃取小柱，固相萃取柱在使用之前依次用乙酸乙酯、乙腈、甲醇、去离子水活化，不同极性有机溶剂为乙酸乙酯、乙酸乙酯和乙腈的混合溶液，乙酸乙酯的体积为6-10ml，乙酸乙酯和乙腈体积配比为1:(1-3)，乙酸乙酯和乙腈混合溶液体积为 15-20ml；
[0023]
所述步骤一的(3)中，18种皮质激素为泼尼松、泼尼松龙、可的松、醛固酮、氢化可的松、甲基泼尼松龙、氟米龙、地塞米松、倍他米松、曲安西龙、醋酸泼尼松龙、醋酸氢化可的松、倍氯米松、氟米松、布地奈德、曲安奈德、醋酸地塞米松、丙酸氯倍他索；
[0024]
所述步骤一的(3)中，利用液相色谱质谱联用仪的多反应监测模式一次同时定量分析待测样品液中的18种皮质激素，具体参数如下：高效液相色谱仪hplc：agilent 1260；色谱柱：waters xbridge beh c18 xp分析柱(2.1mm
×
50mm, 2.5μm)；柱温：40℃；流动相：a：含1
‰
乙酸的水，b：甲醇；流速：0.4ml/min；流动相梯度见表1；采集模式：多反应监测模式；多反应监测模式的离子对参数：泼尼松为417.2>357.1(定性)，417.2>327.1(定量)；泼
尼松龙为419.3>359.2(定性)，419.3>329.1(定量)；可的松为419.3>359.2(定性)，419.3>329.1(定量)；醛固酮为419.2>330.9(定性)，419.2>359.2(定量)；氢化可的松为 421.3>361.2(定性)，421.3>331.1(定量)；甲基泼尼松龙为433.3>373.2(定性)， 433.3>343.1(定量)；氟米龙为435.3>375.3(定性)，435.3>355.1(定量)；地塞米松为451.2>391.3(定性)，451.2>361.1(定量)；倍他米松为451.2>391.3(定性)，451.2>361.1(定量)；曲安西龙为453.1>363.2(定性)，453.1>393.1(定量)；醋酸泼尼松龙为461.2>329.2(定性)，461.2>401.1(定量)；醋酸氢化可的松为 463.3>216.8(定性)，463.3>403.1(定量)；倍氯米松为467.2>407.1(定性)， 467.2>377.1(定量)；氟米松为469.3>409.1(定性)，469.3>379.2(定量)；布地奈德为489.4>339.0(定性)，489.4>357.2(定量)；曲安奈德为493.3>337.1(定性)，493.3>375.0(定量)；丙酸氯倍他索为493.3>361.3(定性)，493.3>433.3(定量)；醋酸地塞米松为525.3>429.3(定性)，525.3>465.3(定量)；
[0025]
表1
[0026]
时间/min含1
‰
乙酸的水体积百分含量/％甲醇体积百分含量/％090100.590101.540604.030707.025758.5010010.0010010.5901013.59010
[0027]
进一步的，所述步骤一的(2)中，萃取浓缩液配到水中，加入的甲醇含量为1-3％。
[0028]
进一步的，所述步骤一的(3)中，液相色谱质谱联用仪的具体参数如下：
[0029][0030]
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0031]
第一，本申请优化了沉积物中皮质激素的提取浓缩条件，目标物萃取效率高，萃取时间短，萃取溶剂少；
[0032]
第二，本申请利用固相萃取净化降低了沉积物基质干扰效应，限定乙酸乙酯、乙酸乙酯和乙腈的混合溶液作为固相萃取柱的洗脱液，在富集皮质激素的同时，最大程度的把
沉积物提取液中的干扰物去掉，以保证分析结果的准确性；
[0033]
第三，本申请能够检测的皮质激素污染物多达18种，检出限低、检测结果准确可靠，在定量分析沉积物中皮质激素含量的基础上利用生态风险评价模型计算皮质激素的风险商值，确定风险等级，为沉积物皮质激素化学品的污染控制和治理提供科学依据。
附图说明
[0034]
图1为18种皮质激素目标物的总离子流图；
[0035]
图2为泼尼松、泼尼松龙、可的松、醛固酮、氢化可的松、甲基泼尼松龙、氟米龙、地塞米松、倍他米松、曲安西龙、醋酸泼尼松龙、醋酸氢化可的松、倍氯米松、氟米松、布地奈德、曲安奈德、醋酸地塞米松、丙酸氯倍他索及相应内标物的提取色谱图；
[0036]
图3为18种皮质激素分离优化的液相方法。
具体实施方式
[0037]
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
[0038]
一种沉积物中皮质激素的生态风险评价方法，包括以下步骤：
[0039]
步骤一，检测沉积物中皮质激素的含量
[0040]
(1)沉积物中皮质激素的提取浓缩：取冻干的沉积物于25ml具塞刻度玻璃尖底离心管，先加入120μl浓度为0.5mg/l的18种皮质激素混标和100μl 浓度为1.0mg/l的氢化可的松-d4内标，接着加入20ml体积比为2:1的甲醇和丙酮混合溶液超声萃取，超声频率为40khz，超声功率为600w，温度为35℃，超声时间为15min，静置澄清后取上清液，超声萃取3次，萃取液在30-35℃下旋蒸浓缩至2ml左右，得到萃取浓缩液；
[0041]
(2)沉积物中皮质激素的净化：将2ml萃取浓缩液配到200ml水中，加入微量甲醇，水中有机溶剂甲醇的含量控制在1-3％，利用waters oasis hlb固相萃取小柱富集溶液中的皮质激素目标物，固相萃取小柱在使用之前依次用 6ml乙酸乙酯、6ml乙腈、6ml甲醇、12ml去离子水活化，流速控制在1-2 滴/秒，萃取结束后氮吹30min除去萃取小柱部分水分，接着在5000r/min条件下离心5min除去萃取小柱剩余的水分并将其放在干燥器中，依次用6ml乙酸乙酯、15ml体积比为1:2的乙酸乙酯和乙腈混合溶液洗脱干燥后的固相萃取小柱，洗脱液旋蒸、氮吹浓缩，定容至2ml保存在棕色进样小瓶；
[0042]
(3)皮质激素的定量分析：基于液相色谱质谱联用仪建立的多反应监测模式对目标物泼尼松、泼尼松龙、可的松、醛固酮、氢化可的松、甲基泼尼松龙、氟米龙、地塞米松、倍他米松、曲安西龙、醋酸泼尼松龙、醋酸氢化可的松、倍氯米松、氟米松、布地奈德、曲安奈德、醋酸地塞米松、丙酸氯倍他索18种皮质激素进行检测分析，利用内标法对皮质激素进行定量，参数如下：
[0043]
高效液相色谱仪hplc：agilent 1260；
[0044]
质谱仪：api 4000qtrap-ab sciex；
[0045]
色谱柱：waters xbridge beh c18 xp分析柱(2.1mm
×
50mm,2.5μm)；柱温： 40℃；
[0046]
流动相：a：含1
‰
乙酸的水，b：甲醇；流速：0.4ml/min；进样体积为 10μl；
[0047]
流动相梯度表，如下：
[0048]
表1
[0049][0050][0051]
液相色谱质谱联用仪的具体参数如下：
[0052]
表2
[0053][0054]
利用多反应监测模式对皮质激素定量分析的参数，见表3表3
[0055]
[0056]
[0057][0058]
步骤二，确定孔隙水中皮质激素的浓度即c
pore
[0059]
利用皮质激素在沉积物-孔隙水的分配平衡模型计算出孔隙水中皮质激素的浓度，所述分配平衡模型如公式(1)和(2)所示：
[0060][0061]
k
oc
＝0.63
×
kow
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0062]
其中，c
pore
：孔隙水中污染物的浓度，ng/l；c
sed
：沉积物中污染物的浓度， ng/g；f
oc
：沉积物中总有机碳含量，g/kg；k
oc
：污染物在沉积物-孔隙水的分配系数，l/kg；kow：污染物的正辛醇-水分配系数；
[0063]
步骤三，计算风险商即risk quotients，缩写rq
[0064]
利用风险商计算公式获得皮质激素的风险商值，所述风险商计算公式如(3) 所示：
[0065][0066]
其中，pnec：预测无效应浓度；rq：风险商；
[0067]
步骤四，评估生态风险等级
[0068]
利用获得的风险商值评价沉积物中皮质激素的生态风险等级：rq≤0.01时表示该
皮质激素对环境存在低风险；0.01<rq<1时表示该皮质激素对环境存在中等风险；rq≥1时表示该皮质激素对环境存在高风险。
[0069]
具体的，关于预测无效应浓度penc，欧盟风险评价技术指南采用评价因子 (assessment factor,af)法来推导预测无效应浓度pnec，表4给出了推导pnec所用的评价因子的选取原则。对于第一种情况，pnec为半数致死(效应)浓度l(e)c
50
的最小值与对应评价因子af的比值。对于第二至第四种情况，pnec为最大观测无效应浓度noec的最小值与对应评价因子af的比值。对于第五种情况，以污染物慢性毒性数据对横坐标，以效应累积概率为纵坐标，得到物种敏感度分布 ssd曲线。通常采用log-normal或log-logistic模型进行ssd曲线拟合，然后以 k
–
s检验(kolmogorov-smirnov test)或采用a
–
d拟合优度检验(anderson
–
darlinggoodness of fit test)判断其合理性。最终采用ssd曲线5％概率所对应的浓度(hc5 值)除以af来推导pnec，并取与该浓度相关联的50％置信区间(c.i.)，如公式(4) 所示。其中泼尼松龙、可的松、氢化可的松、地塞米松的pnec数值如表5所示。
[0070][0071]
表4推导pnec所用的评价因子(af)的取值要求：
[0072][0073]
表5
[0074][0075]
本申请能够检测的皮质激素污染物多达18种，检出限低、检测结果准确可靠，在定量分析沉积物中皮质激素含量的基础上利用生态风险评价模型计算皮质激素的风险商值，确定风险等级，为沉积物皮质激素化学品的污染控制和治理提供科学依据，采用固相萃取净化降低了沉积物基质干扰效应，限定乙酸乙酯、乙酸乙酯和乙腈的混合溶液作为固相萃取柱的洗脱液，在富集皮质激素的同时，最大程度的把沉积物提取液中的干扰物去掉，以保
证分析结果的准确性。
[0076]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。