内部萃取电喷雾电离质谱快速测定人尿中多环芳烃代谢物的研究

Rapid detection of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) metabolites in human urine is of vital significance for health risk assessment of PAHs exposure. There is currently a lack of analytical methods which allow rapid and accurate analysis for PAHs metabolites (e.g., OH-PAHs, the most widely used biomarker of internal dose of PAHs exposure) in untreated human urine. In this project we will combine magnetic solid-phase extraction (MSPE) with internal extractive electrospray ionization mass spectrometry (iEESI-MS) to achieve high throughput analysis trace OH-PAHs in undiluted human urine. Based on previous research, MSPE absorbents of polypyrrole-coated Fe3O4 magnetite nanocomposites (termed as Fe3O4@Ppy) was selected to selectively enrich trace OH-PAHs in undiluted human urine samples, and then directly eluted by the electrospraying solvent biased with high voltage to produce the deprotonated OH-PAHs molecules for mass spectrometric analysis. The method established here significantly improved the performance for detection of urinary OH-PAHs (limit of detection (LOD) was 0.0001 μg L–1 for 1-hydroxypyrene (1-OHPyr) and analytical speed was less than 4 min for per sample). Based on this proposed method, a commercial MSPE-iEESI device will be designed to improve the analytical efficiency and stability of MSPE-iEESI-MS in urinary OH-PAHs analysis. Furthermore, we plan to study practical urine samples from people with various PAHs exposure including lung cancer patients and other high-risk occupation groups using MSPE-iEESI-MS.

尿液中多环芳烃（PAHs）代谢物的快速检测对居民健康保障和环境综合治理具有重要意义。本项目将磁固相萃取（MSPE）技术与内部萃取电喷雾电离质谱（iEESI-MS）结合，筛选吡咯等修饰的Fe3O4纳米材料作为MSPE介质，考察工作条件（尿液用量、纳米材料用量及固液比等）对尿液中羟基多环芳烃（OH-PAHs）吸附作用的影响规律；并将吸附了OH-PAHs的纳米材料作为样品直接进行iEESI-MS分析，研究洗脱液的组成、用量等对洗脱效率及电离效率的作用规律，研制适用于对尿液中痕量OH-PAHs进行快速分析的MSPE-iEESI装置，建立可对人尿中痕量OH-PAHs快速检测的质谱学分析方法，对1-羟基吡等典型代谢物的检测限达0.0001 μg L–1，单个尿样分析时间不超过4 min，并采用该方法开展肺癌患者、不同职业志愿者尿样中OH-PAHs的快速测定研究，为相关领域进一步研究奠定方法基础。

尿液中多环芳烃（PAHs）代谢物的快速检测对居民健康保障和环境综合治理具有重要意义。本项目将磁固相萃取（MSPE）和内部萃取电喷雾电离质谱（iEESI-MS）技术相结合，构建了对未稀释的人体尿液样本中痕量PAHs代谢物OH-PAHs直接快速检测的方法，并将该方法应用于吸烟人群与不吸烟人群尿样OH-PAHs的检测。本实验以聚吡咯包覆的Fe3O4磁性纳米颗粒材料作为MSPE的介质，通过优化各项实验参数（如固液比、毛细管电压、洗脱液组成、洗脱体积等），将吸附了尿液中OH-PAHs的纳米材料作为整体样品直接进行iEESI-MS分析，以m/z 239的信号强度为定量指标，获得最优实验条件。结果表明，尿样基质中3-OHBaP在0.0005 ~ 2.500 μg/L浓度范围内与m/z 239的信号强度线性关系良好，检出限低至0.1 ng/L，精密度（RSDs）小于8%，整个样品分析过程不超过4 min，且吸烟志愿者尿液中3-OHBaP浓度明显高于不吸烟志愿者。该方法操作简单、快速、环境友好、可为人群健康风险评价提供参考依据。在此基础上，将MSPE-iEESI-MS装置继续改进，发展了一种直接测定复杂生物样品中超痕量分析物的微固相萃取-内部萃取电喷雾电离（μSPE-iEESI-MS）装置。μSPE的原理为：用十八烷基碳链（C18）键合的微二氧化硅颗粒填充一次性注射过滤器，制备μSPE，一旦分析物被C18颗粒有效地富集，这些微粒就作为“大样本”分析处理。采用研制好的μSPE-iEESI-MS装置，在优化的实验条件下，正/负离子扫描模式，萃取溶剂为80%的异丙醇，CID碰撞能量30%，对人体尿液中的超痕量的罂粟碱和1-羟基芘进行快速、高灵敏的定量检测。实验结果表明，在正离子模式下，μSPE-iEESI-MS可以检测获得罂粟碱电离生成的准分子离子m/z 340，在碰撞诱导解离作用下，产生特征碎片离子m/z 202。在负离子模式下，μSPE-iEESI-MS可以检测获得1-羟基芘去质子化分子离子峰m/z 217，经碰撞诱导解离得到特征碎片离子m/z 189。同时，对所建立的方法进行表征，罂粟碱在0.00005 ~ 0.05 ng/L范围内线性关系良好，检测限为0.02 pg/L (5.9 amol)，RSDs为6.3 ~ 10.7%；1-羟基芘在0.0001 ~ 0.1 ng/L范围内线