1984年创刊 双月刊

高效液相色谱-质谱联用法同时测定空气中9种典型活性药物成分

赵忠林, 方晓炜, 张晶, 吴江, 王翔

赵忠林, 方晓炜, 张晶, 吴江, 王翔. 高效液相色谱-质谱联用法同时测定空气中9种典型活性药物成分[J]. 职业卫生与应急救援, 2022, 40(5): 603-607. DOI: 10.16369/j.oher.issn.1007-1326.2022.05.019
引用本文: 赵忠林, 方晓炜, 张晶, 吴江, 王翔. 高效液相色谱-质谱联用法同时测定空气中9种典型活性药物成分[J]. 职业卫生与应急救援, 2022, 40(5): 603-607. DOI: 10.16369/j.oher.issn.1007-1326.2022.05.019

高效液相色谱-质谱联用法同时测定空气中9种典型活性药物成分

基金项目: 

上海市第五轮公共卫生体系建设三年行动计划(2020—2022) GWV-10.1-XK12

详细信息
    作者简介:

    赵忠林(1982-), 男, 博士, 高级工程师

  • 中图分类号: O657

Simultaneous determination of 9 typical active pharmaceutical ingredients in the air using HPLC-MS/MS method

  • 摘要:
      目的  通过高效液相色谱-质谱联用仪建立同时测定空气中解热镇痛类、消炎类、抗菌类、降血压类、中药类等9种典型活性药物成分的实验室检测方法。
      方法  将吸附有9种物质的玻璃纤维滤膜浸没于体积分数25%的乙腈(ACN)和75%的甲醇(MeOH)混合溶液中进行洗脱,并以体积分数0.1%的甲酸水溶液和乙腈作为液相色谱流动相进行分离,三重四级杆质谱仪进行测定。
      结果  检测方法可以实现9种活性药物成分的同时测定,各成分在各自的浓度范围内线性关系良好,相关系数r均大于0.999 0,方法的检出限为0.2~170.0 ng/mL,定量限为0.6~500.0 ng/mL;方法的平均加标回收率为80.2%~106.8%;方法的批内精密度为1.68%~6.43%,批间精密度为0.96%~8.03%。
      结论  该方法可同时将空气中9种典型活性药物成分进行分离并准确定量。
  • 活性药物成分(active pharmaceutical ingredient,API)又称药物有效成分,是药物产生临床活性的关键物质,对疾病的治疗起着根本作用[1]。但作为化学物质,它们本身又存在各种各样的毒性,有的甚至属于高毒类物质。在制药企业生产过程中,工作人员可能接触到成千上万种活性药物成分,已有报道表明,暴露于存在活性药物成分工作环境中的职工不仅会出现鼻炎、哮喘等过敏性反应,而且会引起心血管系统、呼吸系统、甚至神经系统的损害[2-3]。有些制药企业里虽然含有活性药物成分的药物粉尘浓度未超过国家职业接触限值,工人也有相应的个体防护设施,但相关作业岗位的工人健康还是存在健康损害情况[4-5]。为了对工人作业环境进行有效监测和评估,必须对工作场所空气中的活性药物成分进行有效检测。然而,放眼国内外,活性药物成分的检测标准非常少。目前我国现行有效国标中有关药物活性成分的检测标准只有一个[6],仅给出了考的松和炔诺孕酮两种药物活性成分的检测方法,查阅文献同样发现相关检测方法鲜有报道,因此需要建立更多准确有效的方法对活性药物成分进行检测。

    近年来,随着串联质谱技术的逐渐成熟,高效液相色谱法与质谱法联用技术被应用的越来越广泛。凭借高效、快速、高灵敏度等优点,该技术被逐渐应用于药物分析中[7-9],但用于制药行业工作场所空气中活性药物成分的研究还未有报道。因此,本研究以几种典型的活性药物成分作为研究对象,拟采用高效液相色谱-质谱技术建立一种活性药物成分的实验室检测方法,使数种活性药物成分成功分离并准确定量,为医药行业工人作业环境的监测提供技术支撑。

    三重四级杆液相色谱联用仪(SCIEX 4500MD),购于美国AB SCIEX公司;色谱柱(ACQUITY UPLC HSS T3 C18,100 mm × 2.1 mm × 1.8 μm),购于美国WATERS公司;纯水机(Milli-Q Reference A+),购于法国MILLIPORE公司;分析天平(XP205DR),购于瑞士METTLER TOLEDO公司;玻璃纤维滤膜(37 mm),购于美国SKC公司;有机相针式滤器(13 mm × 0.22 μm),购于上海安谱实验科技股份有限公司。

    乙腈(ACN,色谱纯)、甲醇(MeOH,色谱纯),购于上海安谱实验科技股份有限公司;美洛昔康钠(Meloxicam,质量分数99%)购于北京百灵威科技有限公司;大黄素(emodin,质量分数96.5%)、格列美脲(Glimepiride,质量分数99.9%)购于上海诗丹德标准技术服务有限公司;氢氯噻嗪(hydrochlorothiazide,质量分数98.4%)、乙酰氨基酚(acetaminophen,质量分数99.9%)、苯海拉明(Diphenhydramine,质量分数99.8%)、替米沙坦(Telmisartan,质量分数99.8%)、头孢克肟(Cefixime,质量分数99.8%)、丙戊酸钠(valproate sodium,质量分数99.6%)均购于坛墨质检标准物质中心;超纯水(取自纯水机)。

    流动相:体积分数0.1%的甲酸水溶液作为A相,乙腈作为B相;流速:0.5 mL/min;进样量:1 μL;柱温:40 ℃。

    质谱检测模式:正离子模式;扫描模式:多反应监测模式(multiple reaction monitoring,MRM);离子源:电喷雾(electron spray ionization,ESI);离子喷射电压:5 000 V;离子源温度:500 ℃;气帘气:35 psi(1 psi = 6 894.757 Pa);喷雾气:50 psi。

    质谱检测模式:负离子模式;扫描模式:多反应监测模式(MRM);离子源:电喷雾(ESI);离子喷射电压:-4 500 V;离子源温度:500 ℃;气帘气:35 psi;喷雾气:50 psi。

    配制1 000 μg/mL各物质的母液,以一定比例将9种活性药物成分进行混合,并按所需用体积分数25%的乙腈(ACN)和75%的甲醇(MeOH)混合溶液进行稀释。将所得溶液用移液枪均匀滴于玻璃纤维滤膜上,待其完全干燥后,进行后续的样品处理与检测。

    将吸附有活性药物成分的玻璃纤维滤膜浸没于2 mL上述ACN和MeOH洗脱液中,摇晃2 min静置20 min后,将洗脱液过针式滤器,所得溶液供后续测定,并将测定结果通过相应的标准曲线法计算得出活性药物成分的含量。

    为了更有效地分离多种活性药物成分,本研究同时在正负两种扫描模式下分析混合标准溶液,并优化了各组分的离子通道参数,以得到最佳的信号响应。此外,还选择了7种活性药物成分响应信号第二强的离子通道来辅助定性以及定量检测,使检测结果更加准确。9种典型活性药物成分的离子通道参数见表 1

    表  1  9种典型活性药物成分的离子通道参数及其药效
    模式 序号 名称 母离子/Da 子离子/Da 去簇电压(DP)/V 碰撞能量(CE)/V 药效
    正离子模式 1 美洛昔康 352.10 115.00
    141.00
    50.00
    50.00
    24.00
    26.00
    抗炎镇痛
    2 格列美脲 491.00 352.00
    126.00
    81.00
    81.00
    19.00
    49.00
    抗糖尿病
    3 乙酰氨基酚 152.30 110.10
    65.10
    70.00
    70.00
    21.00
    40.00
    解热镇痛
    4 苯海拉明 256.20 167.10
    152.00
    104.00
    104.00
    20.00
    50.00
    抗过敏
    5 替米沙坦 515.30 276.20 157.00 62.00 降血压
    负离子模式 6 大黄素 269.00 240.90
    224.90
    - 70.00
    - 70.00
    - 38.00
    - 38.00
    中药代表
    7 氢氯噻嗪 296.70 269.80
    205.70
    - 127.00
    - 127.00
    - 27.00
    - 31.00
    降血压
    8 头孢克肟 452.00 283.00
    124.00
    - 55.00
    - 55.00
    - 15.00
    - 30.00
    抗菌
    9 丙戊酸钠 143.10 143.10 - 100.00 - 5.00 抗癫痫
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    液相色谱的分离效果与流动相的选择有直接关系,根据文献查阅与前期的试验对比,发现使用体积分数0.1%的甲酸水溶液作为水相时,物质峰的响应信号更强,且峰形更加尖锐。而有机相通常会选择乙腈或是甲醇,为了得到最佳的分离效果,对这两种有机相对分离的影响进行了对比。在相同的流动相梯度条件下,对相同浓度的混合标准溶液分别进行了测试。由图 1可见,当有机相为甲醇时,9种活性药物成分无法被有效分离,有6种物质集中在13 min左右出峰;当将有机相改为乙腈时,9种物质被成功分离且最高峰的强度也比在甲醇流动相中的响应大。因此,最终选择0.1%甲酸水溶液/乙腈作为该方法的流动相。

    图  1  相同浓度混合标准溶液在不同流动相条件下的分离色谱图

    为了将9种物质在一个条件下同时分离,继续探索了流动相的洗脱梯度。在等度洗脱的条件下,无论如何改变有机相和水相的比例,都无法将物质有效分离。当提高水相浓度时,物质色谱峰峰形变宽,分离时间增长;当提高有机相浓度时,分离时间变短。因此为了提高分离效率,采用了梯度洗脱的方式对9种物质进行液相分离,最终得到了如表 2所示的流动相梯度,可以在14 min内将9种物质均匀分离。混合标准溶液的分离效果见图 2

    表  2  流动相梯度
    时间/min 流速/(mL/min) A相体积分数/% B相体积分数/%
    0.00 0.50 95.0 5.0
    14.00 0.50 25.0 75.0
    14.50 0.50 0.0 100.0
    16.50 0.50 0.0 100.0
    17.00 0.50 95.0 5.0
    18.50 0.50 95.0 5.0
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    图  2  混合标准溶液的分离效果图

    配制9种活性药物成分的混合标准母液,质量浓度为100 μg/mL,将该母液逐级稀释至0.5 ng/mL作为标准系列溶液进行测定,每个点重复测定3次,确认每种成分的线性范围并计算其回归方程(权重:1/x)。9种物质在各自的浓度范围内线性关系良好,相关系数r均大于0.999 0。在空白样品中添加低浓度的混合标准溶液,将该溶液不断稀释后进行测定,计算其信噪比,以3倍信噪比(S/N)对应的溶液浓度作为该物质的检出限,以10倍信噪比对应的溶液浓度作为该物质的定量限。9种活性药物的线性范围和检出限见表 3

    表  3  方法的线性范围和检出限
    名称 质量浓度/(ng/mL) 回归方程(权重1/x 相关系数(r 检出限/(ng/mL) 定量限/(ng/mL)
    乙酰氨基酚 1.0 ~ 250.0 y = 1 343.2x+1 614.7 0.999 1 0.3 0.8
    氢氯噻嗪 100.0 ~ 25 000.0 y = 17.8x + 33.6 0.999 0 14.0 40.0
    头孢克肟 5.0 ~ 10 000.0 y = 203.2x + 651.8 0.999 6 1.0 3.0
    苯海拉明 5.0 ~ 2 500.0 y = 391.4x + 916.9 0.999 8 0.9 2.5
    替米沙坦 10.0 ~ 2 500.0 y = 581.4x - 479.0 0.999 1 2.0 6.0
    丙戊酸钠 1 000.0 ~ 50 000.0 y = 7.3x - 825.7 0.999 4 170.0 500.0
    美洛昔康 1.0 ~ 2 500.0 y = 5 593.9x+16 306.1 0.999 5 0.2 0.6
    大黄素 5.0 ~ 500.0 y = 2 654.9x+14 625.8 0.999 4 0.4 1.0
    格列美脲 5.0 ~ 1 000.0 y = 1 362.9x - 814.2 0.999 2 0.4 1.0
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    根据文献查阅及试验摸索[10-11],采用玻璃纤维滤膜作为空气收集器采集这9种活性药物成分,采集的样品在上机检测前需经过溶剂洗脱前处理,因此对洗脱条件进行了优化。首先,将合适浓度的混合溶液均匀滴加于玻璃纤维滤膜上,待滤膜完全干燥,将其浸没于5种2 mL不同洗脱液中,分别是MeOH、体积分数25%的ACN和75%的MeOH、体积分数50%的ACN和50%的MeOH、体积分数75%的ACN和25%的MeOH、ACN,并通过标准曲线法计算9种物质在不同洗脱条件下的平均洗脱效率,重复5次取平均值以得到最佳的洗脱液组成。结果显示,以上洗脱液的平均洗脱效率分别为91.9%,98.3%,97.5%,91.2%和71.4%。由此可见,当洗脱液组成为体积分数25%的ACN和75%的MeOH时,9种物质的平均洗脱效率最高,因此选择该溶液作为洗脱液。

    随后,通过向空白玻璃纤维滤膜上滴加适当浓度的混合标准溶液,制成低、中、高3种浓度的加标样品,每组样本6个平行样,按照1.2.4中描述的处理方式进行样品处理并测定,通过标准曲线计算洗脱效率(加标回收率)。如表 4所示,加标样品的平均洗脱效率(平均加标回收率)为80.2% ~ 106.8%,相对标准偏差为1.44% ~ 8.26%。

    表  4  检测方法的准确度和洗脱效率试验
    名称 加标量/μg 平均洗脱效率/% 相对标准偏差/%
    乙酰氨基酚 0.1 100.5 3.18
    0.2 95.6 4.21
    0.5 100.2 1.80
    氢氯噻嗪 5.0 80.2 5.28
    10.0 104.6 3.59
    20.0 103.9 4.36
    头孢克肟 5.0 81.1 1.86
    10.0 103.3 1.67
    20.0 106.8 4.13
    苯海拉明 0.5 99.4 5.99
    1.0 97.4 8.26
    2.0 95.1 7.13
    替米沙坦 0.5 97.4 5.89
    1.0 100.1 5.04
    2.0 95.0 3.85
    丙戊酸钠 5.0 96.9 3.02
    10.0 100.3 4.53
    20.0 101.2 2.71
    美洛昔康 0.5 98.0 4.81
    1.0 100.3 2.96
    2.0 93.8 3.35
    大黄素 0.1 95.5 3.09
    0.2 97.8 3.06
    0.5 102.5 1.44
    格列美脲 0.5 99.9 7.54
    1.0 97.6 5.32
    2.0 99.2 5.15
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    分别制备9种活性药物成分低、中、高3种玻璃纤维滤膜加标样品,每个浓度组制备6个平行样,经过上述前处理后当天测定,通过标准曲线法计算各物质的批内精密度。此外,以相同的方式制备低、中、高3种浓度下的加标样品,连续测定6 d,计算各物质的批间精密度。如表 5所示,3个浓度组下的9种物质批内精密度为1.68% ~ 6.43%,批间精密度为0.96% ~ 8.03%,均小于10%。

    表  5  方法的批内精密度和批间精密度
    名称 加标量/μg 平均测定结果/μg 相对标准偏差/%
    批内 批间 批内 批间
    乙酰氨基酚 0.1 0.100 0.105 3.05 8.03
    0.2 0.196 0.202 5.42 5.92
    0.5 0.504 0.508 4.11 2.70
    氢氯噻嗪 5.0 5.151 4.931 6.43 2.10
    10.0 9.910 10.023 2.56 1.53
    20.0 20.162 19.879 5.48 4.41
    头孢克肟 5.0 4.979 4.946 3.05 3.04
    10.0 9.925 10.046 2.50 0.96
    20.0 20.207 19.804 2.89 3.40
    苯海拉明 0.5 0.486 0.497 4.27 3.55
    1.0 1.021 0.985 5.66 1.99
    2.0 2.043 2.017 2.33 2.56
    替米沙坦 0.5 0.519 0.490 3.68 3.37
    1.0 0.999 1.028 3.93 5.84
    2.0 2.086 2.002 4.31 5.90
    丙戊酸钠 5.0 5.019 4.923 2.66 1.62
    10.0 9.868 10.053 2.59 0.99
    20.0 19.960 20.382 3.09 3.51
    美洛昔康 0.5 0.504 0.481 2.19 6.46
    1.0 1.005 0.965 3.32 1.63
    2.0 2.011 1.977 5.34 7.45
    大黄素 0.1 0.103 0.099 3.50 3.89
    0.2 0.200 0.194 3.27 4.00
    0.5 0.500 0.495 1.80 2.57
    格列美脲 0.5 0.515 0.499 1.68 1.13
    1.0 1.014 1.020 3.24 2.05
    2.0 2.046 2.071 2.59 2.54
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    本研究通过高效液相色谱-质谱联用仪建立了空气中解热镇痛类、消炎类、抗菌类、降血压类、中药类等9种典型活性药物成分的实验室检测方法,实现了这9种物质的同时测定。该方法主要针对玻璃纤维滤膜采集得到的样本,选择体积分数25%ACN和75%的MeOH溶液作为滤膜洗脱液,洗脱后的样本以体积分数0.1%的甲酸水溶液和乙腈作为液相色谱流动相,三重四级杆质谱仪作为检测手段进行测定。检测结果表明,各药物活性成分在各自的浓度范围内线性关系良好,方法检出限为0.2 ~ 170.0 ng/mL,定量限为0.6 ~ 500.0 ng/mL,平均洗脱效率(平均加标回收率)为80.2% ~ 106.8%,批内精密度为1.68% ~ 6.43%,批间精密度为0.96% ~ 8.03%。未来我们会尝试将更多活性药物成分加入本方法的待测物队列中,以不断扩大该方法的应用范围。

    作者声明   本文无实际或潜在的利益冲突
  • 图  1   相同浓度混合标准溶液在不同流动相条件下的分离色谱图

    图  2   混合标准溶液的分离效果图

    表  1   9种典型活性药物成分的离子通道参数及其药效

    模式 序号 名称 母离子/Da 子离子/Da 去簇电压(DP)/V 碰撞能量(CE)/V 药效
    正离子模式 1 美洛昔康 352.10 115.00
    141.00
    50.00
    50.00
    24.00
    26.00
    抗炎镇痛
    2 格列美脲 491.00 352.00
    126.00
    81.00
    81.00
    19.00
    49.00
    抗糖尿病
    3 乙酰氨基酚 152.30 110.10
    65.10
    70.00
    70.00
    21.00
    40.00
    解热镇痛
    4 苯海拉明 256.20 167.10
    152.00
    104.00
    104.00
    20.00
    50.00
    抗过敏
    5 替米沙坦 515.30 276.20 157.00 62.00 降血压
    负离子模式 6 大黄素 269.00 240.90
    224.90
    - 70.00
    - 70.00
    - 38.00
    - 38.00
    中药代表
    7 氢氯噻嗪 296.70 269.80
    205.70
    - 127.00
    - 127.00
    - 27.00
    - 31.00
    降血压
    8 头孢克肟 452.00 283.00
    124.00
    - 55.00
    - 55.00
    - 15.00
    - 30.00
    抗菌
    9 丙戊酸钠 143.10 143.10 - 100.00 - 5.00 抗癫痫
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    表  2   流动相梯度

    时间/min 流速/(mL/min) A相体积分数/% B相体积分数/%
    0.00 0.50 95.0 5.0
    14.00 0.50 25.0 75.0
    14.50 0.50 0.0 100.0
    16.50 0.50 0.0 100.0
    17.00 0.50 95.0 5.0
    18.50 0.50 95.0 5.0
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    表  3   方法的线性范围和检出限

    名称 质量浓度/(ng/mL) 回归方程(权重1/x 相关系数(r 检出限/(ng/mL) 定量限/(ng/mL)
    乙酰氨基酚 1.0 ~ 250.0 y = 1 343.2x+1 614.7 0.999 1 0.3 0.8
    氢氯噻嗪 100.0 ~ 25 000.0 y = 17.8x + 33.6 0.999 0 14.0 40.0
    头孢克肟 5.0 ~ 10 000.0 y = 203.2x + 651.8 0.999 6 1.0 3.0
    苯海拉明 5.0 ~ 2 500.0 y = 391.4x + 916.9 0.999 8 0.9 2.5
    替米沙坦 10.0 ~ 2 500.0 y = 581.4x - 479.0 0.999 1 2.0 6.0
    丙戊酸钠 1 000.0 ~ 50 000.0 y = 7.3x - 825.7 0.999 4 170.0 500.0
    美洛昔康 1.0 ~ 2 500.0 y = 5 593.9x+16 306.1 0.999 5 0.2 0.6
    大黄素 5.0 ~ 500.0 y = 2 654.9x+14 625.8 0.999 4 0.4 1.0
    格列美脲 5.0 ~ 1 000.0 y = 1 362.9x - 814.2 0.999 2 0.4 1.0
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    表  4   检测方法的准确度和洗脱效率试验

    名称 加标量/μg 平均洗脱效率/% 相对标准偏差/%
    乙酰氨基酚 0.1 100.5 3.18
    0.2 95.6 4.21
    0.5 100.2 1.80
    氢氯噻嗪 5.0 80.2 5.28
    10.0 104.6 3.59
    20.0 103.9 4.36
    头孢克肟 5.0 81.1 1.86
    10.0 103.3 1.67
    20.0 106.8 4.13
    苯海拉明 0.5 99.4 5.99
    1.0 97.4 8.26
    2.0 95.1 7.13
    替米沙坦 0.5 97.4 5.89
    1.0 100.1 5.04
    2.0 95.0 3.85
    丙戊酸钠 5.0 96.9 3.02
    10.0 100.3 4.53
    20.0 101.2 2.71
    美洛昔康 0.5 98.0 4.81
    1.0 100.3 2.96
    2.0 93.8 3.35
    大黄素 0.1 95.5 3.09
    0.2 97.8 3.06
    0.5 102.5 1.44
    格列美脲 0.5 99.9 7.54
    1.0 97.6 5.32
    2.0 99.2 5.15
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    表  5   方法的批内精密度和批间精密度

    名称 加标量/μg 平均测定结果/μg 相对标准偏差/%
    批内 批间 批内 批间
    乙酰氨基酚 0.1 0.100 0.105 3.05 8.03
    0.2 0.196 0.202 5.42 5.92
    0.5 0.504 0.508 4.11 2.70
    氢氯噻嗪 5.0 5.151 4.931 6.43 2.10
    10.0 9.910 10.023 2.56 1.53
    20.0 20.162 19.879 5.48 4.41
    头孢克肟 5.0 4.979 4.946 3.05 3.04
    10.0 9.925 10.046 2.50 0.96
    20.0 20.207 19.804 2.89 3.40
    苯海拉明 0.5 0.486 0.497 4.27 3.55
    1.0 1.021 0.985 5.66 1.99
    2.0 2.043 2.017 2.33 2.56
    替米沙坦 0.5 0.519 0.490 3.68 3.37
    1.0 0.999 1.028 3.93 5.84
    2.0 2.086 2.002 4.31 5.90
    丙戊酸钠 5.0 5.019 4.923 2.66 1.62
    10.0 9.868 10.053 2.59 0.99
    20.0 19.960 20.382 3.09 3.51
    美洛昔康 0.5 0.504 0.481 2.19 6.46
    1.0 1.005 0.965 3.32 1.63
    2.0 2.011 1.977 5.34 7.45
    大黄素 0.1 0.103 0.099 3.50 3.89
    0.2 0.200 0.194 3.27 4.00
    0.5 0.500 0.495 1.80 2.57
    格列美脲 0.5 0.515 0.499 1.68 1.13
    1.0 1.014 1.020 3.24 2.05
    2.0 2.046 2.071 2.59 2.54
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-27
  • 网络出版日期:  2022-10-21
  • 刊出日期:  2022-10-25

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