本发明涉及分析化学、食品安全领域，特别涉及饮用水的检测方法。
背景技术：
药品和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products，PPCPs)在人类和动物的疾病 治疗及个人卫生方面的使用已经有很多年的历史，然而作为一种“新兴的环境污染物”，越来越引起人 们的广泛关注。(张盼伟，周怀东等.环境科学.2017.38(5):1852-1862)，其来源广泛，包括各种处方药、 非处方药、化妆品及洗化用品等，通常被称为“伪持续性”污染物,(Q Yan,X Gao,et al. Chemospere,2014,99(3):160-170)PPCPs主要通过污水处理厂排水进入环境中，一般通过饮用水进入人 体，成为人体暴露于PPCPs最直接最主要摄取途径之一，(纪桂霞，王学连等.能源研究与信 息.2015.31(3):142-147)且被证明可能对生态环境和人类健康存在一定的风险。(Q Q Zhang,G G Ying, et al.Environ Sci Technol,2015,49(11):6772-82)。
PPCPs已经在世界范围内如美国、英国、西班牙、日本、韩国、哥斯达黎加及泰国等国水环境 中均有被检出，其检出水平从ng/L～μg/L，且其在水环境中的来源和分布相当广泛。(D Azanu,B Styrishave,et al.Sci Total Environ.2018.(622):293-305；W j Deng,N Li,Ecotox Environ Safe.2016.(125):121-127)如Mychelle A等采用液相色谱-串联质谱法对巴西里约热内卢的地表和饮用 水测定β-内酰胺，大环内酯类，氟喹诺酮类，磺酰胺类和吡喃类46种分析物抗生素。该方法的定量 限地表水为3～38ng/L，饮用水为0.5至64ng/L。在25-1000ng/L线性范围内，其R2大于0.94。 检测结果显示地表水中阿莫西林，头孢氨苄和磺胺甲恶唑的含量高达105ng/L，红霉素，阿奇霉素 和克拉霉素的含量高达35ng/L。克拉霉素，头孢克洛，苯唑西林，磺胺甲恶唑和醋竹桃霉素在饮用 水中也被检出，浓度大于10ng/L。(M A.Monteiro,B F.Spisso,et al.J.Braz.Chem.Soc.2018,29(4)： 801-813.)
近年来，中国也对水环境中的PPCP类污染物越来越关注。它在废水、天然水、土壤、沉积物甚 至饮用水中，也被广泛地检测出来。(H Chen,L Jing,et al.Sci Total Environ.2018.(618)409–418；J Du， H X Zhao,S S Liu，et al.Sci Total Environ.2017.(595):521–527；S N Zhao,X H Liu,et al.Sci Total Environ.2016.(569):1350–1358.)如.Hexing Wang等通过同位素稀释-二维超高效液相色谱与高分辨率 四极杆飞行时间质谱联用技术测量了水样中21种常见抗生素(5种大环内酯类，2种β-内酰胺类，3 种四环素类，4种氟喹诺酮类，4种磺胺类和3种苯酚类)。饮用水包括城市配水系统不同地点的46 个终端自来水样本，及14个普通品牌的45个瓶装水样本和8个不同品牌的桶装水样本。在21种抗 生素中，在自来水中仅发现氟苯尼考和甲砜霉素，中位数浓度分别为6.4-8.9ng/L在同一品牌的三个 瓶装水样品中仅发现氟苯尼考，浓度范围为1-6ng/L，桶装水中未发现抗生素。(H X Wang,B Wang, et al.Environ Sci Tech Let,2016.50(5):2692–2699.)金磊等采用高效液相串联质谱方法分析了13种 磺胺类抗生素在华东地区某水源水中的分布特征.结果表明，13种磺胺类抗生素在水源水中均有不 同程度检出，总浓度为10.5ng/L-238.5ng/L。(金磊，姜蕾，等.环境科学.2016.37(7):2515-2510.)
综上研究发现，PPCPs在生活饮用水中的存在已是不争的事实，然而其种类繁杂，包括抗生素、 止痛药、消炎药、降压药、避孕药、杀菌剂等，且含量很低，然而现有样品前处理技术针对各种PPCPs 的净化能力有限，导致水样中PPCPs的筛查范围及定量准确性受到限制。因此，亟需发展有效的样 品预处理技术及高准确度检测手段对水样中的痕量PPCPs类污染物进行高通量筛查及定量分析。
技术实现要素：
本发明的目的是针对生活饮用水中PPCPs类污染物检测技术和方法存在的分析通量低、检测不 完全、效率低、准确度差、灵敏度低的难题，提供一种生活饮用水中PPCPs类污物快速检测方法， 涉及14类，涵盖112种PPCPs污染物。并基于保留时间、母离子及子离子精确分子量建立了112种 PPCPs的数据库，该高通量快速筛查定量检测技术，可为水源地水质安全检测筛查提供新方法、新技 术，为水质安全监测、预警和执法提供必要的技术支持，解决了生活饮用水国标中无PPCPs类污染 物快速筛查检测方法，提高检测效率，缩短检测周期，降低检测成本，保障国内外消费者的食品安全。
本发明为解决上述目的所采用的技术方案是：一种生活饮用水中PPCPs类污物快速检测方法。
(1)制备112种PPCPs化合物标准液
建立112种PPCPs化合物的检测数据库：其中112种PPCPs类污染物包括磺胺类抗菌药、β-内酰 胺类抗生素、喹诺酮类抗菌药、激素类抗炎药、大环内酯类、硝基咪唑类、氨基甲酸酯类、四环素类、 β-阻断剂类、糖尿病类、哮喘镇咳类、解热镇痛类、抗炎类、杀虫杀螨杀菌类，112种PPCPs有机 污染物的纯度均大于98.3％，并将以下标准样品用甲醇配置为浓度100μg/mL的母液，混合标准工作 液用乙腈稀释至1μg/mL，放置在-18℃的冰箱中保存；
标准工作曲线工作液：取混合标准工作液0.5mL用5％甲醇定容至5mL容量瓶中，即得到100 ng/mL的溶液。再根据需要用5％甲醇溶液将工作液逐级稀释。由于112种PPCPs有机污染物响应有 所不同，所以将工作液逐级稀释浓度为：0.1ng/mL，1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，10ng/mL，20ng/mL， 25ng/mL，40ng/mL，50ng/mL，80ng/mL，100ng/mL；
(2)样品提取
各取50mL生活饮用水样品，分别对样品进行酸性或碱性处理，添加浓盐酸及氨水，使其pH值 调为3和7，然后分别加入25mg EDTA，振荡溶解。
(3)样品净化
采用SPE柱(Cleanert PEP-2)对所制备的样品进行净化，预先用3mL甲醇活化SPE柱。平衡： 对于酸性条件提取样品所用SPE柱，加入3mL(pH＝3)的超纯水，重力作用下自然滴下，保留约1 mL的水在SPE柱中；对于碱性条件提取样品所用SPE柱，加入3mL(pH＝10)的超纯水溶液，重 力作用下自然滴下，保留约1mL的水在SPE柱中。上样：将25mL大体积柱管经转接头连接于SPE 柱上方，将制备的50mL水样转移至管中，在真空泵的作用下，以8mL/min至10mL/min的速度上 样，上样结束后将SPE柱中的液体抽干；然后在真空泵的作用下，3mL超纯水(pH＝7)淋洗两次，最 后将SPE柱中的液体抽干。洗脱：在重力作用下，用1mL甲醇/乙腈(v/v＝1:1)洗脱3次，合 并洗脱液，于40℃下氮气吹干，用1mL 20％的甲醇水溶液复溶，上机测定。
(4)色谱分析
色谱柱:Accucore RP-MS(Thermo Scientific,100×2.1mm,2.6μm)；柱温：40℃；流动相A：0.1％ 的甲酸-水溶液；流动相B：0.1％甲酸-甲醇溶液；流速:0.3mL/min；进样量:10μL；分离梯度：5％B (0min)-5％B(2min)-30％B(7min)-90％B(11min)-90％B(13min)-5％B(16min)。
(5)质谱分析
扫描模式：正离子模式；毛细管温度：320℃；加热温度：320℃；鞘气：N2流速40arb；辅助 气：N2流速10arb；喷雾电压为(Spray Voltage)：3200V；透镜电压：50V；扫描模式为Full MS/dd-MS2， 一级质谱(MS)参数设置：全扫描的分辨率R＝70,000，AGC target:1×106，最大驻留时间(Maximum IT)：100ms，扫描范围m/z 100～1000；二级质谱(MS/MS)参数设置：分辨率R＝17,500，AGC target： 2×105，最大驻留时间(Maximum IT)：50ms。
(6)建立筛查数据库
基于保留时间、母离子及子离子精确分子量建立112种PPCPs的数据库。对112种PPCPs化合 物采用Full MS/dd-MS2模式进行分析，获得目标物的保留时间、母离子、碎片离子精确质量数及离 子化形式等信息。然后采用Xcalibur软件对112种化合物进行模拟碎裂，将各化合物二级质谱图中实 际碎片离子质量数与理论精确质量数偏差小于5ppm，且丰度在前五强的离子作为特征碎片离子。最 后将112种PPCPs化合物保留时间、母离子理论精确质量数和特征二级碎片离子的理论精确质量数， 建立筛查数据库。
(7)数据处理
只做定性筛查分析：将酸性提取及碱性提取后的复溶样品各取0.4mL，混合后上机检测分析即 可，若需要做定量分析，参照化合物的化学特性进行相应酸性或碱性提取样品处理，然后单独进样分 析。
所述第(1)步中，建立112种PPCPs化合物的检测数据库，其中112种PPCPs污染物具体为：
所述第(2)步中：若需要做定性并同时做定量分析：可以参照化合物的化学特性进行相应酸性 或碱性提取样品处理，然后单独进样分析。水质样品前处理分为2组，一组为酸性条件下提取，另 一组为碱性条件下提取，最终分别上机检测。若只做定性筛查分析：将酸性提取及碱性提取后的复溶 样品用各取0.4mL，混合后上机检测即可。
所述第(2)步中，样品提取，分别按下表酸性提取或碱性提取的PPCPs化合物：
所述第(3)步中，若实验目的为筛查污染物，则将酸碱提取复溶液等比混合LC-MS/MS分析； 若实验目的为定量某污染物，则分别将酸碱提取复溶液进行。
所述第(6)步中112种PPCPs分析物的信息：
本申请与同类技术相比，具有显著的创新：1.建立了水中112种PPCPs(涉及14类包括磺胺类抗 菌药、β-内酰胺类抗生素、喹诺酮类抗菌药、激素类抗炎药、大环内酯类、硝基咪唑类、氨基甲酸酯 类、四环素类、β-阻断剂类、糖尿病类、哮喘镇咳类、解热镇痛类、抗炎类、杀虫杀螨杀菌类)的筛 查数据库。2.发展了高效的样品前处理技术，实现了生活饮用水中112种PPCPs污染物的快速且高回 收率处理；种类全面，目前在水质检测中无此检测项目。3.基于四级杆-静电轨道离子阱高分辨质谱仪， 实现了生活饮用水中PPCPs化合物的快速筛查及高灵敏度定量分析。
(1)建立了112种PPCPs化合物的检测数据库，并基于保留时间、母离子及子离子精确分子量实 现水中上百种PPCPs类化合物的定性筛查分析。
(2)研究建立了水质中112种PPCPs化合物的样品净化及超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱 高分辨质谱的定性筛查及同时定量分析法；该方法快速、准确、灵敏度高、筛查范围广，为水质进行 风险监测提供了一种有力的技术手段，可为食品安全监管提供有效保障。
(3)填补我国生活饮用水中PPCPs化合物的检测能力，能够对饮用水中的抗生素、激素、抗炎 类药物等痕量(ng/L～μg/L数量级)物质进行检测。
附图说明
图1是112种PPCPs化合物的提取离子色谱图，其中浓度为20ng/mL。
图2是112种PPCPs的提取色谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于具体实施例。
生活饮用水中PPCPs类污染物快速筛查检测方法，
1.1主要仪器设备
超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱高分辨质谱(Q-Exactive plus，Thermo Scientific，USA)， 配可加热的电喷雾离子源(HESI)；高压液相色谱(DionexUltiMate 3000，USA)；固相萃取装置 (Supelco-24，USA)；氮吹仪(Organomation N-EVAP 112，USA)；
1.2主要试剂及耗材
甲醇(HPLC级，德国Merk公司)；甲酸(HPLC级，上海安谱科学仪器有限公司)；乙二胺四乙酸·二 水合物(EDTA disodium salt dehydrate C10H14N2Na2O8·2H2O)(纯度99.999％，Macklin)；浓盐酸 (优级纯，36～38％，天津市化学试剂三厂)；氨水(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；过滤膜 (0.45μm，美国安捷伦公司)；大体积柱管及连接转换头(25mL，天津艾杰尔科技有限公司)；Cleanert PEP-2(60mg/3mL，艾杰尔)；高纯水经Milli-Q超纯水器纯化得到；112种PPCPs类污染物的纯度 均大于98.3％，分别购自Sigma，Dr.EhrenstorferGmbh，First standard及TRC公司。
具体检测步骤如下：
1.制备112种PPCPs化合物标准液
1.1建立112种PPCPs化合物的检测数据库：将以下标样用甲醇配置为浓度100μg/mL的母液， 放置在-18℃的冰箱中保存。具体112种PPCPs有机污染物见表1。
1.2混合标准工作液：从100μg/mL的单标甲醇溶液中各取10μL，用900μL乙腈稀释，并保存 在棕色玻璃瓶中，置于-18℃冰箱中保存。PPCPs有机污染的浓度相当于1μg/mL(1000ng/mL)。
1.3标准工作曲线工作液：取混合标准工作液0.5mL用5％甲醇定容至5mL容量瓶中，即得到 100ng/mL的溶液。再根据需要用5％甲醇溶液将工作液逐级稀释。由于112种PPCPs有机污染物响 应有所不同，所以将工作液逐级稀释浓度为：0.1ng/mL，1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，10ng/mL，20 ng/mL，25ng/mL，40ng/mL，50ng/mL，80ng/mL，100ng/mL。
2.样品提取
2.1样品预处理
将水样用10000rpm离心机，离心5min，过0.45μm膜过滤，去掉颗粒状物质，取50mL过滤后 的水样到50mL离心管中。(一般来说生活饮用水很干净，不用此步骤，若为其他地表水或看起来比 较浑浊的水质可以采取该预处理步骤。)
2.2添加回收实验
将1μg/mL(2.2.12)混合112种PPCPs标液分别添加10μL，20μL，40μL至50mL水样中，对应 的添加水平为：0.2μg/L，0.4μg/L，0.8μg/L。
2.3样品制备
(a)酸性提取：向50mL水样中加入15μL浓盐酸，使其pH值调为3，然后加入25mg EDTA， 振荡溶解。
(b)碱性提取：向50mL水样中加入150μL氨水，使其pH值调为10，然后加入25mg EDTA， 振荡溶解。
若需要做定性并同时做定量分析：可以参照化合物的化学特性进行相应酸性或碱性提取样品处 理，然后单独进样分析。水质样品前处理分为2组，一组为酸性条件下提取，另一组为碱性条件下 提取，最终分别上机检测。具体适合于酸性提取或碱性提取的化合物见表1所示。若只做定性筛查分 析：将酸性提取及碱性提取后的复溶样品用各取0.4mL，混合后上机检测即可。
表1 112种PPCPs有机污染物及提取方式
3.样品净化
采用SPE柱(Cleanert PEP-2)对所制备的样品进行净化，预先用3mL甲醇活化SPE柱。平衡： 对于酸性条件提取样品所用SPE柱，加入3mL(pH＝3)的超纯水，重力作用下自然滴下，保留约1 mL的水在SPE柱中；对于碱性条件提取样品所用SPE柱，加入3mL(pH＝10)的超纯水溶液，重 力作用下自然滴下，保留约1mL的水在SPE柱中。上样：将25mL大体积柱管经转接头连接于SPE 柱上方，将制备的50mL水样转移至管中，在真空泵的作用下，以8mL/min至10mL/min的速度上 样，上样结束后将SPE柱中的液体抽干；然后在真空泵的作用下，3mL超纯水(pH＝7)淋洗两次，最 后将SPE柱中的液体抽干。洗脱：在重力作用下，用1mL甲醇/乙腈(v/v＝1:1)洗脱3次，合 并洗脱液，于40℃下氮气吹干，用1mL 20％的甲醇水溶液复溶，上机测定。
4.色谱分析
色谱柱:Accucore RP-MS(Thermo Scientific,100×2.1mm,2.6μm)；柱温：40℃；流动相A：0.1％ 的甲酸-水溶液；流动相B：0.1％甲酸-甲醇溶液；流速:0.3mL/min；进样量:10μL；分离梯度：5％B (0min)-5％B(2min)-30％B(7min)-90％B(11min)-90％B(13min)-5％B(16min)。
5.质谱分析
扫描模式：正离子模式；毛细管温度：320℃；加热温度：320℃；鞘气：N2流速40arb；辅助 气：N2流速10arb；喷雾电压为(Spray Voltage)：3200V；透镜电压：50V；扫描模式为Full MS/dd-MS2， 一级质谱(MS)参数设置：全扫描的分辨率R＝70,000，AGC target:1×106，最大驻留时间(Maximum IT)：100ms，扫描范围m/z 100～1000；二级质谱(MS/MS)参数设置：分辨率R＝17,500，AGC target： 2×105，最大驻留时间(Maximum IT)：50ms。
6.建立筛查数据库
基于保留时间、母离子及子离子精确分子量建立112种PPCPs的数据库。对112种PPCPs化合 物采用Full MS/dd-MS2模式进行分析，获得目标物的保留时间、母离子、碎片离子精确质量数及离 子化形式等信息。然后采用Xcalibur软件对112种化合物进行模拟碎裂，将各化合物二级质谱图中实 际碎片离子质量数与理论精确质量数偏差小于5ppm，且丰度在前五强的离子作为特征碎片离子。最 后将112种PPCPs化合物保留时间、母离子理论精确质量数和特征二级碎片离子的理论精确质量数， 建立筛查数据库。
具体PPCPs化物质的理论分子量、碎片离子、保留时间、分离模式等信息如表2所示。图1为 112种PPCPs化合物的提取离子色谱图(浓度为20ng/mL)。研究结果表明112种PPCPs类化合物可 以得到良好的分离，且具有较低的检测低限，能够满足水质痕量分析的需求。根据保留时间和母离子、 子离子的精确质量数,可定性和定量地确定所检出PPCPs类化合物，可为大连水源地水质安全检测筛 查提供新方法、新技术，为水质安全监测、预警和执法提供必要的技术支持。
表2 112种PPCPs分析物的信息表
。
1.水质样品提取条件的选择
为了保证待分析物有效的从样品中提取出来，采用酸性提取和碱性提取分别进行样品前处理，筛 查分析。本实验通过考察112种PPCPs化合物添加水平为0.2μg/L的水样分别采用酸性提取法及碱 提取法，经SPE柱净化浓缩、LC-MS/MS分析，计算所得回收率来确定最佳样品前处理方法。结果 显示，其中33种PPCPs类化合物适用酸性提取的方法，41种PPCPs类化合物适合碱性提取的方法， 其他38种化合物碱提酸提均可，如头孢类适合于酸提取，沙星类、磺胺类、硝基咪唑类大多适合于 碱性提取。因此，针对水样中不同种类PPCPs分析，应参照化合物的化学特性选择适当的提取方法。
2.质谱条件的选择
本研究采用高分辨质谱的一级质谱全扫描加数据依赖的二级质谱扫描方式(Full MS/ dd-MS2)，为了得到分析物的最高仪器响应值，进行了所有质谱参数的优化。在全扫描模 式中,质谱分辨率对靶标物质的选择性和灵敏度至关重要。当分辨率增大时,质谱能够准确 提取分析物的准确分子质量,致使灵敏度提高,反之,分辨率降低时,可能提取出与靶标物质 具有相同碎片的干扰物,导致出现假阳性结果。但分辨率增高时,质谱扫描速率下降,导致色 谱峰形变差,影响定量结果准确性。因此需要基于所分析物质的色谱峰形，选择最佳分辨率。 多次实验结果表明，我们将一级质谱(MS)扫描分辨率R设为70,000二级质谱(MS/MS) 分辨率R设为17,500，112种PPCPs的提取色谱图见图2，所得112种PPCPs的分辨率和 分离度较好。
3.筛查数据库的建立及验证
本研究充分利用Q-Orbitrap高分辨质谱的优势，对112种PPCPs化合物采用Full MS/dd-MS2模 式进行分析，获得目标物的保留时间、母离子、碎片离子精确质量数及离子化形式等信息。然后采用 Xcalibur软件对112种化合物进行模拟碎裂，将各化合物二级质谱图中实际碎片离子质量数与理论精确 质量数偏差小于5ppm，且丰度在前五强的离子作为特征碎片离子。最后将112种PPCPs化合物保留 时间、母离子理论精确质量数和特征二级碎片离子的理论精确质量数，建立筛查数据库(如表2所示)， 用于水中PPCPs的筛查。
为了验证此筛查方法的可靠性，样品添加浓度水平为0.2μg/L时，107种PPCPs化合物均被 “Confirmed”识别出，1种PPCPs化合物显示“NotFound”，4种PPCPs化合物显示“Identified”可疑，其 确证率达到95.5％；样品添加浓度水平为0.4μg/L时，109种PPCPs化合物均被“Confirmed”识别出，3 种PPCPs化合物显示“Identified”可疑，其确证率达到97.3％；样品添加浓度水平为0.8μg/L时，111种 PPCPs化合物均被“Confirmed”识别出，1种PPCPs化合物显示“Identified”可疑，其确证率达到99.1％。
4.方法学验证
4.1线形范围及检出限
以目标物母离子的提取色谱峰面积为纵坐标y，以目标物的浓度为横坐标x，绘制标准曲线。所 有PPCPs化合物在合适的范围内线性关系良好，相关系数(R2)均大于0.99，在空白蒸馏水中添加低浓 度的目标化合物，信噪比S/N＝10对应的浓度为方法的定量限，见表3。
表3 112种PPCPs线性方程及检出限
4.2回收率与精密度
采用屈臣氏蒸馏水作为空白样品，向其中添加112种PPCPs标准溶液的方法进行添加实验回收 率测定。主要进行了3个水平的添加实验(0.2μg/L，0.4μg/L，0.8μg/L)，每个水平重复6次。在添 加水平为0.2μg/L时的平均回收率范围为60.7％～129.5％，变异系数范围为1.4％～17.8％；在添加 水平为0.4μg/L时的平均回收率范围为60.1％～122.6％，变异系数范围为1.3％～15.8％；在添加水 平为0.8μg/L时的平均回收率范围为63.1％～120.1％，变异系数范围为1.1％～10.7％。具体数据见 表4。结果表明，该高通量快速筛查检测技术，可用于日常分析的检测，能够为水源地水质安全检测 筛查提供新方法、新技术，为水质安全监测、预警和执法提供必要的技术支持。
表4不同添加浓度下回收率和相对标准偏差(RSD)
。
本研究发展了一种快速、简单的样品前处理方法，并基于超高效液相色谱-四级杆/静电场轨道阱 高分辨质谱，实现了水质中112种PPCPs的快速筛查和定量分析。本方法中我们基于保留时间、母 离子及子离子精确分子量建立了112种PPCPs的数据库，用于目标分析物的确证筛查，并可基于一 级母离子提取峰面积实现准确定量。针对筛查分析，当样品浓度水平大于0.2μg/L时，其PPCPs的 确证率可达到95.5％以上；针对定量分析，线性范围在0.1-100ng/mL时，112种PPCPs的定量限范 围为0.002-0.8μg/L，3个水平添加实验的平均回收率范围为60.1％～129.5％，变异系数范围为1.1％～ 17.8％。该方法快速、准确、灵敏度高、筛查范围广，为水质进行风险监测提供了一种有力的技术手 段，可为食品安全监管提供有效保障。