一种快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法
技术领域
本发明公开涉及抗生素检测的技术领域,尤其涉及一种快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法。
背景技术
集约化畜牧业的发展导致兽药大量使用,四环素类、大环内酯类、磺胺类、喹诺酮类等抗生素药物因其具有防病、治病、促进动物生长、提高饲料转化率等功效而在乳畜禽饲养业中广泛应用。上述药物通常难以被动物肠胃吸收,约30%~90%会以原型通过畜禽粪便直接释放到环境中。由于畜禽养殖业大多分散于我国农村和城镇周围,畜禽粪便未能进行有效处置,导致大量残留兽药进入环境中,可能带来生物毒性或导致致病菌产生抗药性基因等环境、生态风险,并可对人群健康产生危害。
残留兽药可通过养殖废水及粪便的使用进入土壤和地下水环境中,成为备受关注的新型环境有机污染物。Barnes等(2008)对美国18个州47处地下水进行了取样检测,在81%的水样中检测到有机污染物质,其中,由于畜禽用药产生的污染物质占总检出量的23%。我国作为兽药生产和使用大国,畜禽粪便中兽药残留相关调查还很不全面,相关文献报道较少,而建立畜禽粪便中多种兽药残留的分析测定方法是开展兽药残留在环境中迁移累积,以及评估环境风险的基础。
对畜禽粪便中的兽药残留进行监测的一个重要手段就是建立能够快速、准确地进行残留物检测的方法。目前,国内外报道的药物残留检测方法主要有液相色谱法(HPLC)、毛细管电泳-质谱联用法(CE-MS)、液相色谱-串联质谱联用法(LC-MS/MS)、酶联免疫法等。我国兽药残留检测技术发展迅速,检测技术研究较多,例如:SN/T3256-2012出口牛奶中β-内酰胺类和四环素类药物残留快速检测的ROSA法、SN/T1777.2-2007动物源性食品中大环内酯类抗生素残留测定方法第2部分-高效液相色谱串联质谱法、GB29692-2013食品安全国家标准-牛奶中喹诺酮类药物多残留的测定-高效液相色谱法、GB/T 21316-2007动物源性食品中磺胺类药物残留的测定。现有的HPLC-MS/MS方法中,有些方法是前处理过程较为复杂,有些方法是适用范围小,有些方法的检出限高,无法满足最新的限量要求。虽然LC-MS/MS在多种药物残留检测的应用是目前的研究热点,但现有技术中只能实现单一类别抗生素的检测,无法实现多种类别抗生素的同时检测,存在检测周期长,检测效率低等问题。
发明内容
鉴于此,本发明公开提供了一种快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法,以至少解决目前检测技术中存在的检测种类单一、检测周期长、检测效率低等问题。
本发明提供的技术方案,具体为,一种快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)将内标物以及各种抗生素样品配置成标准储备液;
2)应用标准储备液配置混合标准工作液;
3)进行液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪的参数设置;
4)在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成内标物和各抗生素标准曲线模型;
5)将待检测畜禽粪便进行样品前处理,备用;
6)按照步骤3)设定的液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪参数,通过步骤4)中在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成的内标物和各抗生素标准曲线模型,将步骤5)中进行样品前处理后的待检测畜禽粪便在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中进行分析得到检测结果。
优选,所述抗生素为四环素类抗生素、喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素以及大环内酯类抗生素;
所述内标物为D5-恩诺沙星。
进一步优选,所述四环素类抗生素为土霉素、四环素以及金霉素中的一种或多种;
所述喹诺酮类抗生素为恩诺沙星、氧氟沙星、环丙沙星、诺氟沙星、噁喹酸以及氟甲喹中的一种或多种;
所述磺胺类抗生素为磺胺多辛、磺胺嘧啶、新诺明、磺胺噻唑、磺胺异噁唑、磺胺二甲嘧啶、磺胺苯比唑、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲氧哒嗪、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺苯酰以及磺胺喹噁啉中的一种或多种;
所述大环内酯类抗生素为林可霉素、螺旋霉素、吉他霉素、泰乐菌素、克林霉素以及交沙霉素中的一种或多种。
进一步优选,所述步骤5)中待检测畜禽粪便的样品前处理具体为:
5.1、称取待检测畜禽粪便于离心管内,加入Na2EDTA和1%的甲酸乙腈水溶液,振荡;
5.2、在振荡后的离心管中加入无水硫酸钠和氯化钠,涡旋混匀,超声后离心,取上清液;
5.3、在所述上清液中加入无水硫酸钠和C18吸附剂,水平振荡后离心,静置沉淀蛋白后,取上清液于试管中;
5.4、将所述上清液试管于氮气下浓缩至干后,加入0.1%的甲酸乙腈定容液后,涡旋混匀,过0.22μm滤膜,备用。
进一步优选,所述步骤3)中液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪具体按照如下参数进行设置,
液相色谱条件为:
色谱柱:ACQUITY UPLCTM BEH C18(100mm×2.1mm i.d.,1.7μm);
柱温:40℃;
样品室温度:室温;
进样体积:10μL;
流速:0.2mL/min;
流动相:甲醇(A)和0.1%甲酸水溶液(B),梯度洗脱程序:0min,5%A、2min,5%A、8min,25%A、14min,42%A、30min,95%A、32min,95%A、35min,5%A;
质谱条件为:
离子源:ESI+;
离子源温度:550℃;
离子喷雾电压:5500V;
入口电压:10V;
雾化气50Psi;
辅助加热气:50Psi;
气帘气:30Psi;
监测模式:采用MRM模式。
进一步优选,所述步骤6)中通过步骤4)中在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成的内标物和各抗生素标准曲线模型,将步骤5)中进行样品前处理后的待检测畜禽粪便在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中进行分析得到检测结果具体为,
6.1、定性分析:
各抗生素选择1个母离子,2个子离子进行定性分析,其中,定性分析时,将待检测畜禽粪便样品中待测物和内标物的保留时间之比,与各混合标准工作液中抗生素与内标物的保留时间之比进行分别比较,偏差在±2.5%之内,且待检测畜禽粪便样品中各组分定性离子的相对丰度与各混合标准工作液中抗生素的定性离子的相对丰度进行分别比较,若偏差不超过规定的范围,则判定为待检测畜禽粪便样品中存在对应的待测物;
6.2、定量测定:
各抗生素选择1个母离子,1个子离子通过内标法进行定量测定。
进一步优选,所述步骤6.2中的定量测定的具体计算公式为:
式中:
X为待检测畜禽粪便样品中被测物残留量,单位为微克每千克(μg/kg);
Cs为对应混合标准工作溶液中抗生素的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
A为待检测畜禽粪便样品溶液中被测物的色谱峰面积;
As为对应混合标准工作溶液中抗生素的色谱峰面积;
Ci为待检测畜禽粪便样品溶液中内标物的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
Csi为对应混合标准工作溶液中内标物的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
Asi为对应混合标准工作溶液中内标物的色谱峰面积;
Ai为待检测畜禽粪便样品溶液中内标物的色谱峰面积;
V为待检测畜禽粪便样品溶液最终定容体积,单位为毫升(mL);
m为待检测畜禽粪便样品的质量,单位为克(g)。
本发明提供的快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法,以改进的QuEchERs技术为样品前处理手段,以高灵敏度的Waters Acquity UPLC-AB5500液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪为检测手段,建立同时检测畜禽粪便中多种常用抗生素药物残留的快速筛查和确证技术。
本发明提供的快速检测畜禽粪便中多种抗生素残留的方法,具体有以下特点:
1、可检测的抗生素品种基本覆盖了目前国内外有残留限量要求的抗生素和我国畜禽粪便中的常见抗生素残留种类,该方法检出限低,完全满足国内外对环境中对抗生素残留限量的要求。
2、以串联质谱系统Waters Acquity UPLC-AB5500液相色谱-三重四级杆-线性加速离子阱串联质谱仪为检测手段,可实现对多种抗生素同时快速检测,节省时间(目前的标准检测方法多为单一类别抗生素的检测,效率低,时间长);另外,由于该仪器灵敏度高,定性定量准确,大幅度降低方法的检出限,完全能够达到国际对农田环境中抗生素残留的规定限量。因此,完全克服了现有检测方法存在的弊端,是一种高效率、高可靠性的分析技术。
3、样品前处理中采用改进的QuEChERS快速前处理技术,提取充分,净化效果好,在提高前处理方法的自动化程度和重现性的基础上,大大简化了畜禽粪便中抗生素残留分析的前处理过程,实现了畜禽粪便中多种抗生素残留的同时检测。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开实施例中在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成29种抗生素混合标准溶液的总离子流图模型,其中,1-磺胺嘧啶、2-磺胺噻唑、3-磺胺甲基嘧啶、4-土霉素、5-四环素、6-氧诺氟沙星、7-诺氟沙星、8-磺胺二甲嘧啶、9-磺胺甲氧哒嗪、10-磺胺氯哒嗪、11-林可霉素、12-金霉素、13-新诺明、14-磺胺间甲氧嘧啶、15-环丙沙星、16-恩诺沙星、17-磺胺多辛、18-磺胺异噁唑、19-磺胺苯酰、20-磺胺苯吡唑、21-磺胺二甲氧嘧啶、22-噁喹酸、23-磺胺喹噁啉、24-螺旋霉素、25-氟甲喹、26-克林霉素、27-泰乐菌素、28-吉他霉素、29-交沙霉素;
图2~图28为本发明公开实施例中在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成的29种兽药及内标物的多反应监测色谱图模型。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
根据国内外对畜禽粪便中各类抗生素残留限量要求,并结合目前抗生素类兽药使用现状,本实施例提供的技术方案是适用于实验室检测条件下,畜禽粪便中同时定性和定量检测多种抗生素残留的方法,其检测过程,具体如下:
1、仪器:
液相色谱串联质谱仪(Waters Acquity/AB5500),美国Waters公司/美国AB公司;低温离心机(美国贝克曼库尔特公司);Vortex-Genie 2涡旋振荡器(美国ScientificIndustries公司);电子分析天平MP200,上海精密科学仪器公司天平厂;电子分析天平AE163,瑞士Mettler公司;氮吹浓缩仪(Organomation Associates,EVAP 112);Milli-Q超纯水机(Millipore)。
2、试剂与材料:
甲醇、乙腈均为色谱纯;
甲酸、乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)、无水硫酸钠、无水硫酸镁、氯化钠、醋酸钠均为分析纯;
C18、PAX、PSA、NH2天津Bonna-Agela公司。
3、标准品:
四环素类(3种):土霉素、四环素、金霉素;喹诺酮类(6种):恩诺沙星、氧氟沙星、环丙沙星、诺氟沙星、噁喹酸、氟甲喹;磺胺类(14种):磺胺多辛、磺胺嘧啶、新诺明、磺胺噻唑、磺胺异噁唑、磺胺二甲嘧啶、磺胺苯比唑、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲氧哒嗪、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺苯酰、磺胺喹噁啉;大环内酯类(6种):林可霉素、螺旋霉素、吉他霉素、泰乐菌素、克林霉素、交沙霉素,纯度均≥95.0%,德国Dr.Ehrenstorfer。
内标物:D5-恩诺沙星,纯度≥95.0%,德国Dr.Ehrenstorfer。
4、标准储备溶液:
称取适量的各抗生素标准物质,根据各抗生素标准物质的溶解性选甲醇稀释制成标准储备液,0~4℃冷藏保存。
5、混合标准工作溶液:
根据各抗生素在仪器上的响应情况,吸取不同量的储备液,用甲醇稀释制成混合标准工作液,于0~4℃冷藏保存。
6、样品前处理:
称取2.0g待检测畜禽粪便于50mL塑料离心管内,加入0.1g Na2EDTA和10mL的1.0%(v/v)甲酸乙腈水溶液,振荡1min,其中,该步骤对提取液进行了优化,传统QuEChERS方法常用的提取液为乙腈,但考虑到畜禽粪便中含有大量的有机质、脂肪,同时查阅文献分析,设计Na2EDTA的酸性乙腈(含1%甲酸)的提取液进行实验,并与单纯乙腈提取液进行对比,结果表明仅使用乙腈为提取溶剂时,四环素类抗生素的回收率较低,这可能与该类物质易与畜禽粪便中氮、磷、钾离子螯合形成难溶的盐类有关,使用加入Na2EDTA的酸性乙腈(含1%甲酸)作为提取液时,抑制此类化合物与阳离子的螯合,回收率较高,因此,选用Na2EDTA的酸性乙腈(含1%甲酸)作为提取液;
在振荡后的离心管中加入4.0g无水硫酸钠和1.0g氯化钠,涡旋混匀15s,超声15min后9000r/min离心5min,取6mL上清液,其中,由于畜禽粪便中含有大量的水分,因此去除其中的水分对于样品的处理非常重要。常用的吸水剂有无水硫酸镁和无水硫酸钠,实验对此进行了比较。结果表明,无水硫酸镁的加入会不同程度的降低喹诺酮类、磺胺类、四环素类和大环内酯类兽药的回收率,其中,四环素类药物的降低最为显著。这是由于MgSO4中的Mg2+和四环素类兽药结合形成螯合物,从而影响了四环素类兽药的提取。因此,最后确定吸水剂为无水硫酸钠;
在所述上清液中加入900mg无水硫酸钠和150mg C18吸附剂,水平振荡5min后,使吸附剂和提取液充分接触,以9000r/min离心5min,静置10min沉淀蛋白后,取3mL上清液于10mL试管中,其中,发明人实验选择了C18,NH2,PSA和PAX 4种吸附剂,比较其净化效果及其对化合物回收率的影响。结果发现,4种吸附剂对于大多数抗生素回收率的影响没有明显区别,PSA吸附剂对大多数目标化合物的净化效果较好,但对极性较大的四环素类化合物回收率较低,推测这与PSA对四环素类抗生素的吸附有关,这种吸附可能是氢键作用的结果,且受基质含水量、pH值等因素影响。与PSA相比,C18吸附剂对包括四环素类化合物在内的所有目标化合物均有较好的回收率,且基质抑制改善明显,故选用C18吸附剂进行净化;
将所述上清液试管于40℃下氮气浓缩至干后,加入1mL0.1%的甲酸乙腈(9∶1)定容液后,涡旋混匀,过0.22μm滤膜,备用,其中,在多种兽药抗生素残留的同时定性定量分析中,定容液与目标兽药的响应和峰形密切相关,因此需要优选出对于所有药物普遍适用的定容液。分别选择不同体积比的0.1%甲酸:乙腈(10:0,9:1,8:2,7:3,6:4,5:5,4:6,3:7,2:8,1:9,0:10)为定容液进行比较实验。计算某一比例定容液中29种抗生素响应平均值。通过分析各比例定容液药物响应的平均值发现,当0.1%甲酸:乙腈为10:0和9:1时,平均响应最高。通过观察化合物峰形,除9:1比例定容液外,其他比例定容液均对部分兽药的峰形产生了影响。综合两个方面,最终确定定容液为0.1%甲酸:乙腈(9:1,V/V)。
7、仪器检测:
1)液相色谱条件:
色谱柱:ACQUITY UPLCTM BEH C18(100mm×2.1mm i.d.,1.7μm);柱温:40℃;样品室温度:室温;进样体积:10μL;流速:0.2mL/min;流动相:甲醇(A)和0.1%甲酸水溶液(B),梯度洗脱,条件见表1。
表1.梯度洗脱条件
2)质谱条件:
离子源:ESI+;离子源温度:550℃;离子喷雾电压:5500V;入口电压:10V;雾化气50Psi;辅助加热气:50Psi;气帘气:30Psi;监测模式:采用MRM模式。所测定的29种兽药抗生素的检测离子、去簇电压以及碰撞能量等参数详见表2。
表2 29种兽药抗生素及内标物的质谱条件优化结果
注:*为定量离子
其中,图1为在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成29种抗生素混合标准溶液的总离子流图模型;图2~图28为在液相色谱-三重四级杆-线性离子阱串联质谱仪中生成的29种兽药及内标物的多反应监测色谱图模型。
8、定性、定量分析
参考欧盟指令2002/657/EC,每个抗生素选择1个母离子,2个子离子进行定性,其中1个母离子,1个子离子定量。定性时,待检测畜禽粪便样品中待测物和内标物的保留时间之比,与各混合标准工作液中抗生素与内标物的保留时间之比,偏差在±2.5%之内,且待检测畜禽粪便样品中各组分定性离子的相对丰度与各混合标准工作液中抗生素的定性离子的相对丰度进行分别比较,若偏差不超过规定的范围,则可判定为待检测畜禽粪便样品中存在对应的待测物。定性确证时相对离子丰度的最大允许偏差见表3。
表3定性确证时相对离子丰度的最大允许偏差
采用内标法定量测定。内标物为D5-恩诺沙星。根据待检测畜禽粪便样品溶液中待测抗生素预估含量,选定浓度相近的混合标准工作溶液,要求混合标准工作溶液和待检测畜禽粪便样品溶液中抗生素的响应值均应在仪器检测的线性范围内,对混合标准工作溶液与待检测畜禽粪便样品溶液等体积参插进样测定,内标法定量。计算公式如下:
式中:
X为待检测畜禽粪便样品中被测物残留量,单位为微克每千克(μg/kg);
Cs为对应混合标准工作溶液中抗生素的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
A为待检测畜禽粪便样品溶液中被测物的色谱峰面积;
As为对应混合标准工作溶液中抗生素的色谱峰面积;
Ci为待检测畜禽粪便样品溶液中内标物的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
Csi为对应混合标准工作溶液中内标物的浓度,单位为纳克每毫升(ng/mL);
Asi为对应混合标准工作溶液中内标物的色谱峰面积;
Ai为待检测畜禽粪便样品溶液中内标物的色谱峰面积;
V为待检测畜禽粪便样品溶液最终定容体积,单位为毫升(mL);
m为待检测畜禽粪便样品的质量,单位为克(g)。
9、实际样品检测
发明人应用上述的检测方法,从沈阳及周边地区随机抽取牛粪、猪粪、马粪、鸡粪进行检测,检测批次数十余批,结果在分类畜禽粪便中检出环丙沙星,氧氟沙星,诺氟沙星,金霉素和林可霉素,检出情况见下表。
表.29种抗生素在各畜禽粪便中的检出情况(mg/kg)
上表中实际样品检测结果,可能是部分抗生素在动物饲养过程中使用导致其在粪便残留,进而影响到产品的质量。该方法的建立和应用可快速筛查畜禽粪便中存在的多种抗生素,从而对畜禽养殖过程中抗生素的残留情况及农田环境污染物的残留进行有效监测。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。