水处理厂如何保护鱼类免受合成激素的破坏性影响

布莱恩-墨菲

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用二维超高效液相色谱-质谱/质谱检测地表水和粗放式进水中低于ppt水平的天然和合成雌激素

与Euan Ross,1Angela Boag,2Hamish Todd,2和Neil Gatward2合作
1法国水务公司；2苏格兰水务公司，有机物实验室，爱丁堡，苏格兰

苏格兰水务公司每天提供13.4亿升的饮用水，并每天带走8.47亿升的废水。苏格兰水务公司对苏格兰议会和苏格兰人民负责，认识到创新是他们提供可持续、高质量水处理服务的关键因素。

他们监测的许多化合物中，有一种是药物类的雌激素。雌激素通常被用作避孕药物或激素替代疗法，并可通过最终污水的排放进入水生环境。一旦废水被排放到环境中，这些合成的荷尔蒙会对野生动物产生负面影响。据信，雌激素通过扰乱鱼类的荷尔蒙系统对水生环境产生负面影响；例如，它们可能导致鱼类的双性变化。

 

 

在欧盟指令2013/39/EU中，欧洲水框架指令（WFD，2000/60/EC）中增加了15种优先物质。在这次更新中，17α-雌二醇（EE2）和17β-雌二醇没有被列入优先名单，而是被列入观察名单，以便进一步收集有关这些化合物在水生环境中的存在及其带来的风险的数据。

"即使是低浓度的EE2也会对鱼类产生影响--包括它们的行为和它们的遗传学。我们已经看到鱼的遗传平衡发生了变化，而且它们更难捕捉到食物。以前的研究表明，鱼在繁殖方面也出现了问题。瑞典隆德大学的Lina Nikoleris在2016年的一篇论文中说："这可能导致整个鱼群完全消失，并对整个生态系统产生影响。

沃特世公司与苏格兰沃特世公司合作，开发并验证了一种分析方法，利用离线固相萃取，然后在采用二维液相色谱技术的ACQUITY UPLC系统上进行分析，并与Xevo TQ-S质谱仪联用，分析地表水、粗进水和废水处理厂的17β-雌二醇、雌酮和17α-乙炔雌醇。

分析目标：确认并量化地表水和最终排放水中存在的天然和合成雌激素，其含量低于万亿分之一（ppt）。

将离线SPE与ACQUITY UPLC系统的2D LC技术和Xevo TQ-S的MS/MS定量分析相结合，可以超灵敏地检测地表水和处理水中的天然和合成雌激素。

浓缩与样品预处理

地表水样品最初利用优化的方法在Oasis HLB固相萃取（SPE）滤芯上进行萃取。粗略的进水和最终的出水样品首先被过滤，然后进行同样的Oasis HLB离线提取步骤。随后利用Sep-Pak Silica 滤芯进行第二次固相萃取。

这些离线SPE步骤通过提供初始浓缩步骤和更干净的提取物，对实现较低的检测限至关重要；从而减少串联四极杆质谱仪上的离子抑制。

用在线二维液相色谱仪进行额外的浓缩

提取的样品被注入具有二维色谱技术的ACQUITY UPLC系统，并与Xevo TQ-S串联（三重）四极杆质谱仪联用。在二维色谱分离中使用UPLC，可以通过使用直接连接的Oasis HLB柱对样品进行在线进一步浓缩。一旦在在线柱上浓缩，化合物就会被洗脱到ACQUITY UPLC BEH C18柱上，进行反相分离。图1提供了一个实现二维色谱的例子。

图1.ACQUITY UPLC BEH C18柱在Elga水中的色谱实例。

样品在负离子模式下使用电喷雾进行测定，允许每个化合物在定量MS/MS方法中出现两个MRM转换。Xevo TQ-S质谱仪独特的RADAR功能，允许同时获得MRM和全扫描MS数据，也被用来帮助方法的开发。

审定

该方法经过了全面的验证，并被认为符合所需的性能标准，为这种具有挑战性的分析提供了良好的线性（如图2所示）和精度。图3显示了在低水平最终出水加标样品（0.6 ng/L）中检测到17β-雌二醇的色谱图。

性能测试数据包括一套NS30式的测试（NS30，1989），对空白、低标准和高标准以及低标准和高标准的污水加标样品进行了11批次的重复分析。还为河流和进水基质提供了加标回收数据。

 

Figure 2. Example of calibration curve for 17α ethinylestradiol over the range 0.120 to 1.20 ng/L, where excellent linearity (R2> 0.999) and %RSD (< ±3 %) are achieved.
图3.检测低浓度粗饲料样品中17β-雌二醇的例子，其浓度为0.5 ng/L。

 

额外的资源。