一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法及其应用
阅读说明：本技术 一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法及其应用 (Method for simultaneously detecting benzo [ a ] pyrene and metabolite thereof and application thereof ) 是由 罗茜 李芳� 向彬彬 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法,包括以下步骤：取待测样品,对所述待测样品进行预处理,所述待测样品含有苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物；用活化后的C18固相萃取柱对所述预处理后的待测样品进行富集处理,然后对C18固相萃取柱进行洗脱,收集洗脱液；并经浓缩至近干、定容和经过膜处理后,得到处理后的待测样品；采用超高效液相色谱-串联质谱联用检测方式,所述处理后的待测样品经液相色谱分离和多反应监测模式检测后,利用保留时间锁定和特征离子对信息锁定,检测出待测样品中含有的所述苯并[a]芘及其代谢产物。该方法能高选择性检测苯并[a]芘及其代谢产物。本发明还提供了该方法的应用。(The invention provides a method for simultaneously detecting benzo [ a ] pyrene and metabolite thereof, which comprises the following steps: taking a sample to be detected, and pretreating the sample to be detected, wherein the sample to be detected contains benzo [ a ] pyrene and a metabolite of the benzo [ a ] pyrene; enriching the pretreated sample to be detected by using an activated C18 solid-phase extraction column, then eluting the C18 solid-phase extraction column, and collecting an eluent; concentrating to near dryness, fixing the volume and performing membrane treatment to obtain a treated sample to be detected; and detecting the benzo [ a ] pyrene and metabolites thereof contained in the sample to be detected by using retention time locking and characteristic ion pair information locking after the processed sample to be detected is subjected to liquid chromatography separation and multi-reaction monitoring mode detection in an ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry combined detection mode. The method can detect benzo [ a ] pyrene and its metabolite with high selectivity. The invention also provides the application of the method.)
技术领域
本发明涉及分析检测技术领域，具体涉及一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法及其应用。
背景技术
苯并[a]芘(Benzo[a]pyrene,B[a]P)，分子式C20H12，是一种食品和环境中广泛存在的强致癌物质，来源于烹饪加工、吸烟及煤、石油和天然气的不完全燃烧等过程，可通过饮食(如油炸烟熏烧烤类、谷类、蔬菜、脂肪和油类等)、呼吸(如空气、烟草烟雾和汽车尾气等)和皮肤接触等途径进入体内。进入体内的B[a]P除少部分以原形随粪便排出外，大部分被体内的细胞色素P450氧化成一系列环氧化合物包括酚类(例如3-羟基苯并[a]芘(3-OH-B[a]P))，酮类(例如苯并[a]芘-1,6-二酮(1,6-B[a]P-dione)、苯并[a]芘-3,6-二酮(3,6-B[a]P-dione))和二氢化二醇类(例如苯并[a]芘-7,8-二氢二醇(B[a]P-7,8-dihydrodiol))，以及进一步氧化生成的苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物(B[a]P-7,8-diol-9,10-epoxide，BPDE)，上述代谢物能与DNA、蛋白以及脂质等生物分子相互作用而表现出毒性。因此，对B[a]P进行定性及定量检测具有重要意义。
目前B[a]P的人体暴露水平评估方法主要是以尿液的中的3-羟基苯并[a]芘作为标志物。由于尿液中的代谢产物只能反应短期内暴露的情况，而B[a]P暴露是一个长期的过程，因此，现有检测手段仍无法全面有效地监测B[a]P在人体暴露水平，以及B[a]P在体内的代谢情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法及其应用，该方法能高灵敏的、高选择性的同时检测待测样品中的苯并[a]芘及其代谢产物，能准确、全面地表征苯并[a]芘的暴露水平。
第一方面，本发明提供了一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法，包括以下步骤：
(1)取待测样品，对所述待测样品进行预处理，所述待测样品含有苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物，所述代谢产物包括3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物中的一种或多种；
(2)用活化后的C18固相萃取柱对所述预处理后的待测样品进行富集处理，然后对所述C18固相萃取柱进行洗脱，收集洗脱液；然后对所述洗脱液浓缩至近干后，定容和经过膜处理后，得到处理后的待测样品；
(3)采用超高效液相色谱-串联质谱联用检测方式，所述处理后的待测样品经液相色谱分离和多反应监测模式检测后，利用保留时间锁定和特征离子对信息锁定，检测出所述处理后的待测样品中含有的所述苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物，所述特征离子对信息包括母离子和子离子。
本发明实施方式中，所述步骤(3)，利用保留时间锁定和特征离子对信息锁定是指：处理后的待侧样品在多反应监测模式下测得的保留时间和特征离子对信息，分别与苯并[a]芘及其代谢产物的标准保留时间和特征离子对信息比对，然后根据比对结果，可以确定所述待侧样品中实际含有的苯并[a]芘及其代谢产物的种类。
可选地，所述苯并[a]芘及其代谢产物的标准保留时间和特征离子对信息是基于在相同检测条件下，由含有苯并[a]芘及其代谢产物的标准溶液的测定数据组成。
本发明实施方式中，所述处理后的待测样品可以通过高校液相色谱-串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)进行检测。
可选地，所述待测样品包括哺乳动物体液样品，所述体液样品包括血液样品、尿液样品、脑脊液、组织提取液中的至少一种。其中，所述哺乳动物包括人类。
可选地，当所述待测样品为血液样品时，可以将所述待测样品经高速离心后，取上清，低温储存备用。其中，所述血液样品时的预处理过程包括：将所述血液样品进行离心处理，收集上清液，然后用有机溶剂多次萃取后得到萃取液，将所述萃取液浓缩至近干，然后复溶至体积小于等于1mL超纯水中。
进一步地，可选地，所述有机溶剂包括甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙腈HE甲醇中的一种或多种。一实施方式中，所述有机溶剂可以为甲基叔丁基醚。
可选地，所述步骤(3)中，所述超高效液相色谱条件为：BEH C18色谱柱，规格为2.1mm×100mm×1.7μm，流动相为水和甲醇的混合溶液，按梯度洗脱程序洗脱；进样体积为5.0～20.0μL；洗针液为体积比1:1的乙腈和水的混合溶液。
可选地，所述梯度洗脱程序为：起始梯度按水：甲醇＝50：50比例洗脱，维持0.5min，然后在0.5～1.0min内，变化为水：甲醇＝20：80比例洗脱，维持至7.0min；然后在7.0～7.5min内，变化为水：甲醇＝0：100比例洗脱，维持至12.0min；然后在12.2min时恢复至所述起始梯度平衡系统至18.0min；流速为200μL/min。
可选地，所述步骤(3)中，所述串联质谱条件为：电离模式为电喷雾电离，正离子和负离子模式混合；检测方式为选择反应监测；离子源温度为120～150℃，毛细管电压为3.0～4.0kV，锥孔电压为20～40V，脱溶剂温度为300～500℃，脱溶剂气流速为500～700L/h，锥孔气流速为30～80L/h。
可选地，所述步骤(2)中，所述C18固相萃取柱的活化过程包括为：依次用5.0～10.0mL的二氯甲烷、甲醇和超纯水进行活化，所述活化过程中，所述C18固相萃取柱保持不干状态。
可选地，所述步骤(2)中，然后对所述C18固相萃取柱进行洗脱的具体过程包括：用5.0～20.0mL超纯水冲洗盛放所述预处理后的待测样品的容器及所述富集处理后的C18固相萃取柱，然后抽干所述富集处理后的C18固相萃取柱中残留水分；依次用5.0～10.0mL甲醇和二氯甲烷进行洗脱。其中，所述洗脱液可以用高纯氮气浓缩至近干，复溶后直接进行仪器分析。
可选地，所述步骤(2)之后，所述步骤(3)之前还包括配制多个浓度梯度的标准溶液，然后对所述标准溶液进行定量测定并制作标准曲线；所述标准溶液包括苯并[a]芘、3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物。
可选地，将步骤(3)中对所述处理后的待测样本测定获得的数据，代入所述标准曲线，定量分析所述待测样本中的所述苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物。
本发明第一方面提供的同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法，采用超高效液相色谱-串联质谱联用方法，能高灵敏、高选择性、快速的检测待测样品中的苯并[a]芘及其代谢产物。相比于传统仅单独对苯并[a]芘，或单独针对其代谢产物的检测方法，本发明所述方法能更为全面地检测出待测样品内的苯并[a]芘及其代谢产物，更为准确地反映出待测样品的苯并[a]芘的暴露水平。同时，本发明所述方法操作简单，易发展成为一种苯并[a]芘及其代谢产物的标准化检测手段。
第二方面，本发明还提供了一种包含本发明第一方面所述同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法在生化分析检测或生命科学领域的应用。
例如，本发明所述同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法可以用于检测人体的尿液样品或血液样品，用于评价上述样品中的苯并[a]芘的暴露水平，获得的检测数据可以服务于生化分析检测或生命科学领域，或者其他领域。
由于苯并[a]芘是一种食品和环境中广泛存在的强致癌物质，严重危害人类的健康。因此，全面、准确地反映出待测样品内的苯并[a]芘的暴露水平对于研究人体内苯并[a]芘的暴露水平，评估人体健康具有重要意义，同时也可为毒理学相关研究提供重要的技术支撑。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明一实施例提供的同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法的工艺流程图；
图2为本发明一实施例提供的苯并[a]芘及其代谢产物的离子流色谱图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。其中，本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
若无特别说明，本发明实施例所采用的原料及其它化学试剂皆为市售商品。
参见图1，本发明一实施例还提供了一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法，包括以下步骤：
S10、取待测样品，对所述待测样品进行预处理，所述待测样品含有苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物，所述代谢产物包括3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物中的一种或多种；
S20、用活化后的C18固相萃取柱对所述预处理后的待测样品进行富集处理，然后对所述C18固相萃取柱进行洗脱，收集洗脱液；然后对所述洗脱液浓缩至近干后，定容和经过膜处理后，得到处理后的待测样品；
S30、采用超高效液相色谱-串联质谱联用检测方式，所述处理后的待测样品经液相色谱分离和多反应监测模式检测后，利用保留时间锁定和特征离子对信息锁定，检测出所述处理后的待测样品中含有的所述苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物，所述特征离子对信息包括母离子和子离子。
其中，所述步骤S10中，所述待测样品包括哺乳动物体液样品，其中，所述哺乳动物包括人类；所述体液样品包括血液样品、尿液样品、脑脊液样品和组织提取液样品中的至少一种。
可选地，所述待测样品为血液样品时，所述预处理过程包括：将所述血液样品进行离心处理，收集上清液，然后用有机溶剂多次萃取后得到萃取液，将所述萃取液浓缩近干，然后复溶至体积小于等于1mL超纯水中。其中，所述近干是指所述萃取液经所述浓缩过程后的体积忽略不计。例如，所述萃取液经浓缩处理后的体积小于0.1mL。
一实施方式中，使用甲基叔丁基醚对所述血液样品的上清液进行萃取。本发明所述实施方式中，采用甲基叔丁基醚可以更加充分地将待测样品中的含有的苯并[a]芘及其代谢产物萃取出来。
可选地，采用氮吹浓缩的方式将所述萃取液浓缩至近干。例如，使用氮吹仪对所述萃取液进行浓缩。
可选地，所述步骤S20中，所述C18固相萃取柱的活化过程包括为：依次用5.0～10.0mL的二氯甲烷、甲醇和超纯水进行活化，所述活化过程中，所述C18固相萃取柱保持不干状态。
可选地，所述步骤S20中，然后对所述C18固相萃取柱进行洗脱的具体过程包括：用5.0～20.0mL超纯水冲洗盛放所述预处理后的待测样品的容器及所述富集处理后的C18固相萃取柱，然后抽干所述富集处理后的C18固相萃取柱中残留水分；用5.0～10.0mL甲醇和二氯甲烷进行洗脱。
可选地，采用真空抽干方式抽干所述富集处理后的C18固相萃取柱中残留水分，抽干时间为10-20min。
可选地，所述S20中，采用氮吹浓缩的方式将所述洗脱液浓缩至近干。例如，使用40℃水浴氮吹仪进行氮吹，氮气的气流流速始终保持在使所述洗脱液液面呈下凹状态。其中，所述近干是指所述洗脱液经所述浓缩过程后的体积忽略不计。例如，所述洗脱液经浓缩处理后的体积小于0.1mL。
可选地，所述S20中，使用甲醇进行定容。所述定容过程后，通过孔径为0.2μm的滤膜进行过膜处理。可选地，所述定容体积可以但不限于至500～1000μL。
可选地，所述S30中，所述超高效液相色谱条件为：BEH C18色谱柱，规格为2.1mm×100mm×1.7μm，流动相为水和甲醇的混合溶液，按梯度洗脱程序洗脱；进样体积为5.0～20.0μL；洗针液为体积比1:1的乙腈和水的混合溶液。
可选地，所述梯度洗脱程序为：起始梯度按水：甲醇＝50：50比例洗脱，维持0.5min，然后在0.5～1.0min内，变化为水：甲醇＝20：80比例洗脱，维持至7.0min；然后在7.0～7.5min内，变化为水：甲醇＝0：100比例洗脱，维持至12.0min；然后在12.2min时恢复至所述起始梯度平衡系统至18.0min；流速为200μL/min。
可选地，所述S20中，所述串联质谱条件为：电离模式为电喷雾电离，正离子和负离子模式混合；检测方式为选择反应监测；离子源温度为80～150℃，毛细管电压为3.0～4.0kV，锥孔电压为20～40V，脱溶剂温度为300～500℃，脱溶剂气流速为500～700L/h，锥孔气流速为30～80L/h。
可选地，所述S20之后，所述S30之前还包括配制多个浓度梯度的标准溶液，然后对所述标准溶液进行定量测定并制作标准曲线；所述标准溶液包括苯并[a]芘、3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物。
可选地，将所述S30中对所述处理后的待测样本测定获得的数据，代入所述标准曲线，定量分析所述待测样本中的所述苯并[a]芘和所述苯并[a]芘的代谢产物。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种同时检测苯并[a]芘及其代谢产物的方法，包括以下步骤：
取血液样品(血站提供)置于4℃，10000×g离心10min，取上层血清100μL，加入10μL苯并[a]芘、3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物的混标(10ppm，溶剂为超纯水)作为内标，涡旋后加入500μL的甲基叔丁基醚溶液进行液液萃取10min，收集上层液，在下层液中加入500μL的甲基叔丁基醚溶液继续进行液液萃取10min，如此重复三次，将三次所得的上层萃取液混合用氮吹仪浓缩至近干，复溶于1.0mL纯水中，得到预处理后的待测样品；
对固相萃取小柱(Supelclean LC-C18,500mg,6mL)，依次用5.0mL二氯甲烷、5.0mL甲醇、5.0mL超纯水对C18固相萃取柱进行活化，活化过程中固相萃取小柱保持湿润不干状态。当固相萃取小柱中超纯水液面距上层筛板1mm左右时，关闭固相萃取装置，并将固相萃取小柱装满超纯水，待用。将预处理后的待测样品加入已活化的固相萃取小柱中，进行加标血样的富集，富集结束后用10.0mL超纯水冲洗样品瓶及固相萃取小柱，真空泵抽干10min。然后将富集好的固相萃取小柱进行洗脱，洗脱条件为先加入5.0mL甲醇，5.0mL二氯甲烷，分别收集洗脱液，40℃水浴氮吹，氮气流速以洗脱液液面轻微下凹为宜浓缩至近干时，加入500μL甲醇定容，混匀后采用GHP注射器过滤器(GHP Syringe Filter)(0.2μm，13mm)进行过滤，得到处理后的待测样品，待仪器分析；
处理后的待测样品通过超高效液相色谱-串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS，沃特世(Waters)Xevo TQD)进行分析，获取多反应监测(MRM)数据，并利用保留时间锁定和特征离子对锁定的方式定性筛查样品中可能苯并[a]芘及其代谢产物；采用超高效液相色谱柱(ACQUITY UPLC)BEH C18(规格为2.1×100mm，1.7μm)，流动相：A为水，B为甲醇。梯度洗脱程序：起始比例A为50％，B为50％；梯度洗脱程序：起始比例A为50％，B为50％，维持0.5min；0.5～1.0min，A降至20％，B升至80％，维持至7.0min；7.0～7.5min，A降至0％，B升至100％，维持至12.0min；12.2min时恢复至起始梯度平衡系统至18.0min。流速为200μL/min；柱温为室温；进样体积为10.0μL；洗针液为乙腈和水混合溶液(1:1,v/v)。串联质谱条件：电离模式为电喷雾电离(ESI)，正离子和负离子模式混合；检测方式为选择反应监测(MRM)；离子源温度为120℃，毛细管电压为3.5kV，锥孔电压为30V，脱溶剂温度为380℃，脱溶剂气流速为600L/h，锥孔气流速为50L/h。然后，记录苯并[a]芘及其代谢产物的监测离子对、碰撞能等参数数据。
效果实施例
(1)苯并[a]芘及其代谢产物的监测离子对、碰撞能参数
按实施例1所述方法，获得苯并[a]芘及其代谢产物的监测离子对、碰撞能参数数据见下表1。苯并[a]芘及其代谢产物对应的提取离子流色谱图，进一步参见图2所示。
表1.苯并[a]芘及其代谢产物监测特征离子对及碰撞能参数
配制不同溶度的苯并[a]芘、3-羟基苯并[a]芘，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮和苯并[a]芘-7,8-二氢二醇-9,10-环氧化物(BPDE)的标准溶液，根据定量离子对的色谱峰面积绘制标准曲线；在此基础上，对洗脱液中目标物的含量进行定量。最终获得不同目标物的回收率，苯并[a]芘-1,6-二酮、苯并[a]芘-3,6-二酮回收率略低，约40％，其余目标物回收率均高于75％。
结果显示，本发明实施例所述方法，可以有效固相萃取苯并[a]芘及其代谢产物，获得干净的洗脱液并去除杂质的干扰；然后同时提取并检测出血清样品中含有的多种苯并[a]芘本体及其代谢产物。同时，本发明实施例所述采用保留时间锁定与特征离子对锁定的方法，可以高效、快速对样品中可能存在的苯并[a]芘本体及其代谢产物进行定性筛查和定量分析。
相比于传统的检测方法，本发明实施例所述方法在对待测样品中苯并[a]芘本体及其代谢产物的初步筛查和定量分析方面具有潜在的应用价值；特别是针对哺乳动物(包括人)体液样品，由于苯并[a]芘在进入体内会存在部分代谢的情况，单独检测苯并[a]芘，或单独针对其代谢产物的进行检测，均不能全面、准确地反映出体液样品内的苯并[a]芘的暴露水平，而本发明实施例所述方法就能很好地改善上述问题，且该方法更加高效，更加灵敏。进一步地，本发明实施例所述方法可为苯并[a]芘及其代谢产物对人体健康的影响及相关毒理学研究提供重要的参考信息。
例如，相对于气质联用方法，本发明实施例所述液质联用方法测定苯并[a]芘的代谢物不需要衍生化。另外，针对液体样品，在一定条件下(例如灵敏度足够高)，本发明所述方法甚至可以直接进样，无需做任何前处理，而气质联用的方法则必须进行相应溶剂转换方可进样。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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