Rapid Screening of 34 Emerging Contaminants in Surface Water by UHPLC-Q-TOF-MS

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2022.320301

Abstract

Abstract:

Objective To establish a rapid screening method for 34 emerging contaminants in surface water by ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight mass spectrometry （UHPLC-Q-TOF-MS）. Methods The pretreatment conditions of solid phase extraction （SPE） were optimized by orthogonal experimental design and the surface water samples were concentrated and extracted by Oasis^® HLB and Oasis^® MCX SPE columns in series. The extracts were separated by Kinetex^® EVO C18 column， with gradient elution of 0.1% formic acid aqueous solution and 0.1% formic acid methanol solution. Q-TOF-MS ‘fullscan’ and ‘targeted MS/MS’ modes were used to detect 34 emerging contaminants and to establish a database with 34 emerging contaminants precursor ion， product ion and retention times. Results The 34 emerging contaminants exhibited good linearity in the concentration range respectively and the correlation coefficients （r） were higher than 0.97. The limit of detection was 0.2-10 ng/L and the recoveries were 81.2%-119.2%. The intra-day precision was 0.78%-18.70%. The method was applied to analyze multiple surface water samples and 6 emerging contaminants were detected， with a concentration range of 1.93-157.71 ng/L. Conclusion The method is simple and rapid for screening various emerging contaminants at the trace level in surface water.

Key words: forensic medicine, toxicology, solid phase extraction, ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight mass spectrometry, surface water, emerging contaminants

CLC Number:

Chen-shan LÜ, Yi-xuan CAO, Xiao-xi MU, Hai-yan CUI, Tao WANG, Zhi-wen WEI, Ke-ming YUN, Meng HU. Rapid Screening of 34 Emerging Contaminants in Surface Water by UHPLC-Q-TOF-MS[J]. Journal of Forensic Medicine, 2024, 40(1): 30-36.

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URL: http://www.fyxzz.cn/EN/10.12116/j.issn.1004-5619.2022.320301

http://www.fyxzz.cn/EN/Y2024/V40/I1/30

Figures/Tables 4

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样品	省份	采样城市及流域	纬度/（°）	经度/（°）	周边污染源	采样点位置
1	河南省	郑州市（黄河干流）	34.921 39	113.638 61	生活	郊区
2	山西省	太原市（汾河）	38.003 86	112.435 42	生活	郊区
3	山西省	太原市（汾河）	37.717 48	112.533 95	-	市区
4	陕西省	渭南市（渭河）	34.614 98	110.237 38	工业、生活	渭河入黄河断面
5	陕西省	渭南市（黄河干流）	34.604 10	110.330 12	-	渡口
6	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.711 93	111.261 84	工业	青龙涧河上游
7	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.764 44	111.200 00	生活	青龙涧河中游
8	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.778 82	111.160 65	生活	青龙涧河下游

样品	省份	采样城市及流域	纬度/（°）	经度/（°）	周边污染源	采样点位置
1	河南省	郑州市（黄河干流）	34.921 39	113.638 61	生活	郊区
2	山西省	太原市（汾河）	38.003 86	112.435 42	生活	郊区
3	山西省	太原市（汾河）	37.717 48	112.533 95	-	市区
4	陕西省	渭南市（渭河）	34.614 98	110.237 38	工业、生活	渭河入黄河断面
5	陕西省	渭南市（黄河干流）	34.604 10	110.330 12	-	渡口
6	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.711 93	111.261 84	工业	青龙涧河上游
7	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.764 44	111.200 00	生活	青龙涧河中游
8	河南省	三门峡市（青龙涧河）	34.778 82	111.160 65	生活	青龙涧河下游

序号	新兴污染物	分子式	保留时间/min	母离子质荷比	子离子质荷比
1	盐酸曲马多	C₁₆H₂₅NO₂	7.310	264.195 8	121.063 7，159.077 7
2	卡马西平	C₁₅H₁₂N₂O	14.675	237.102 3	194.095 9，192.080 2
3	佐匹克隆	C₁₇H₁₇ClN₆O₃	7.623	389.112 4	245.021 3，345.120 4
4	阿托品	C₁₇H₂₃NO₃	6.297	290.175 1	124.111 7，93.069 6
5	利多卡因	C₁₄H₂₂N₂O	5.400	235.180 5	86.095 7
6	哌替啶	C₁₅H₂₂ClNO₂	8.253	248.164 5	220.132 7，174.127 4
7	地西泮	C₁₆H₁₃ClN₂O	17.283	285.079 0	193.088 1，154.041 2
8	尼美西泮	C₁₆H₁₃N₃O₃	15.454	296.103 0	250.109 7，222.114 0
9	阿普唑仑	C₁₇H₁₃ClN₄	15.795	309.090 2	281.070 7，274.119 8
10	替马西泮	C₁₆H₁₃ClN₂O₂	16.371	301.073 9	255.067 7，283.062 4
11	艾司唑仑	C₁₆H₁₁ClN₄	15.335	295.074 5	267.054 0，205.075 1
12	氯氮䓬	C₁₆H₁₄ClN₃O	10.485	300.089 9	283.085 9，241.051 5
13	奥沙西泮	C₁₅H₁₁ClN₂O₂	15.957	287.058 2	241.051 3，269.046 2
14	硝西泮	C₁₅H₁₁N₃O₃	14.908	282.087 3	236.092 9，180.079 9
15	吗啡	C₁₇H₁₉NO₃	2.140	286.143 8	201.096 3，165.070 8
16	可卡因	C₁₇H₂₁NO₄	7.728	304.154 4	182.117 3，150.090 7
17	苯甲酰爱康宁	C₁₆H₁₉NO₄	8.339	290.138 7	108.101 6，150.090 6
18	三唑仑	C₁₇H₁₂C_l2N₄	15.867	343.051 2	308.081 2，315.031 5
19	甲基苯丙胺	C₁₀H₁₅N	4.818	150.127 8	91.053 9，119.085 0
20	氯胺酮	C₁₃H₁₆ClNO	6.635	238.099 3	179.061 5，125.014 8
21	盐酸麻黄碱	C₁₀H₁₆ClNO	3.313	166.122 6	91.053 7，115.053 3
22	亚甲二氧甲基苯丙胺	C₁₁H₁₅NO₂	5.359	194.117 6	163.075 0，135.043 4
23	去甲氯胺酮	C₁₂H₁₄ClNO	6.514	224.083 7	207.056 8，179.061 3
24	可待因	C₁₈H₂₁NO₃	3.908	300.159 4	199.073 9，165.068 8
25	咖啡因	C₈H₁₀N₄O₂	8.017	195.087 7	138.065 6，110.070 5
26	可替宁	C₁₀H₁₂N₂O	1.939	177.102 3	146.059 5，118.064 3
27	三苯基氧化膦	C₁₈H₁₅OP	16.963	279.093 3	201.043 8，173.050 3
28	4-二甲基吡啶	C₇H₁₀N₂	2.088	123.091 7	107.059 5，79.041 3
29	1，2，3-苯并三唑	C₆H₅N₃	8.671	120.055 6	65.038 3，92.048 6
30	5-甲基-1H-苯并三唑	C₇H₇N₃	11.455	134.071 3	77.038 0，106.064 1
31	乐果	C₅H₁₂NO₃PS₂	10.208	230.006 9	198.963 5，170.968 7
32	呋喃丹	C₁₂H₁₅NO₃	13.878	222.112 5	123.043 6，95.048 4
33	敌敌畏	C₄H₇C_l2O₄P	13.577	220.953 2	109.004 3，127.014 9
34	马拉硫磷	C₁₀H₁₉O₆PS₂	18.102	331.043 4	127.038 6，99.006 6

序号	新兴污染物	分子式	保留时间/min	母离子质荷比	子离子质荷比
1	盐酸曲马多	C₁₆H₂₅NO₂	7.310	264.195 8	121.063 7，159.077 7
2	卡马西平	C₁₅H₁₂N₂O	14.675	237.102 3	194.095 9，192.080 2
3	佐匹克隆	C₁₇H₁₇ClN₆O₃	7.623	389.112 4	245.021 3，345.120 4
4	阿托品	C₁₇H₂₃NO₃	6.297	290.175 1	124.111 7，93.069 6
5	利多卡因	C₁₄H₂₂N₂O	5.400	235.180 5	86.095 7
6	哌替啶	C₁₅H₂₂ClNO₂	8.253	248.164 5	220.132 7，174.127 4
7	地西泮	C₁₆H₁₃ClN₂O	17.283	285.079 0	193.088 1，154.041 2
8	尼美西泮	C₁₆H₁₃N₃O₃	15.454	296.103 0	250.109 7，222.114 0
9	阿普唑仑	C₁₇H₁₃ClN₄	15.795	309.090 2	281.070 7，274.119 8
10	替马西泮	C₁₆H₁₃ClN₂O₂	16.371	301.073 9	255.067 7，283.062 4
11	艾司唑仑	C₁₆H₁₁ClN₄	15.335	295.074 5	267.054 0，205.075 1
12	氯氮䓬	C₁₆H₁₄ClN₃O	10.485	300.089 9	283.085 9，241.051 5
13	奥沙西泮	C₁₅H₁₁ClN₂O₂	15.957	287.058 2	241.051 3，269.046 2
14	硝西泮	C₁₅H₁₁N₃O₃	14.908	282.087 3	236.092 9，180.079 9
15	吗啡	C₁₇H₁₉NO₃	2.140	286.143 8	201.096 3，165.070 8
16	可卡因	C₁₇H₂₁NO₄	7.728	304.154 4	182.117 3，150.090 7
17	苯甲酰爱康宁	C₁₆H₁₉NO₄	8.339	290.138 7	108.101 6，150.090 6
18	三唑仑	C₁₇H₁₂C_l2N₄	15.867	343.051 2	308.081 2，315.031 5
19	甲基苯丙胺	C₁₀H₁₅N	4.818	150.127 8	91.053 9，119.085 0
20	氯胺酮	C₁₃H₁₆ClNO	6.635	238.099 3	179.061 5，125.014 8
21	盐酸麻黄碱	C₁₀H₁₆ClNO	3.313	166.122 6	91.053 7，115.053 3
22	亚甲二氧甲基苯丙胺	C₁₁H₁₅NO₂	5.359	194.117 6	163.075 0，135.043 4
23	去甲氯胺酮	C₁₂H₁₄ClNO	6.514	224.083 7	207.056 8，179.061 3
24	可待因	C₁₈H₂₁NO₃	3.908	300.159 4	199.073 9，165.068 8
25	咖啡因	C₈H₁₀N₄O₂	8.017	195.087 7	138.065 6，110.070 5
26	可替宁	C₁₀H₁₂N₂O	1.939	177.102 3	146.059 5，118.064 3
27	三苯基氧化膦	C₁₈H₁₅OP	16.963	279.093 3	201.043 8，173.050 3
28	4-二甲基吡啶	C₇H₁₀N₂	2.088	123.091 7	107.059 5，79.041 3
29	1，2，3-苯并三唑	C₆H₅N₃	8.671	120.055 6	65.038 3，92.048 6
30	5-甲基-1H-苯并三唑	C₇H₇N₃	11.455	134.071 3	77.038 0，106.064 1
31	乐果	C₅H₁₂NO₃PS₂	10.208	230.006 9	198.963 5，170.968 7
32	呋喃丹	C₁₂H₁₅NO₃	13.878	222.112 5	123.043 6，95.048 4
33	敌敌畏	C₄H₇C_l2O₄P	13.577	220.953 2	109.004 3，127.014 9
34	马拉硫磷	C₁₀H₁₉O₆PS₂	18.102	331.043 4	127.038 6，99.006 6

新兴污染物	质量浓度范围/（ng·L^-1）	相关系数（r）	检出限/（ng·L^-1）	新兴污染物	质量浓度范围/ （ng·L^-1）	相关系数（r）	检出限/（ng·L^-1）
盐酸曲马多	2~1 000	0.984 1	0.5	三唑仑	2~1 000	0.979 0	1.0
卡马西平	2~1 000	0.999 2	1.0	甲基苯丙胺	2-1 000	0.984 8	1.0
佐匹克隆	20~1 000	0.976 2	10.0	氯胺酮	2~1 000	0.986 3	1.0
阿托品	2~1 000	0.987 6	1.0	盐酸麻黄碱	2~1 000	0.997 5	1.0
利多卡因	2~1 000	0.977 7	0.2	亚甲二氧甲基苯丙胺	2~500	0.991 5	1.0
哌替啶	2~500	0.993 5	1.0	去甲氯胺酮	2~500	0.986 7	1.0
地西泮	2~200	0.999 9	1.0	可待因	2~1 000	0.991 4	1.0
尼美西泮	2~1 000	0.994 7	1.0	咖啡因	2~500	0.999 5	1.0
阿普唑仑	2~1 000	0.987 3	1.0	可替宁	2~500	0.998 2	1.0
替马西泮	2~1 000	0.993 5	1.0	三苯基氧化膦	2~1 000	0.998 4	1.0
艾司唑仑	2~1 000	0.999 6	1.0	4-二甲基吡啶	2~1 000	0.978 0	0.2
氯氮䓬	2~1 000	0.999 3	1.0	1，2，3-苯并三唑	2~200	0.998 6	0.2
奥沙西泮	2~1 000	0.998 8	1.0	5-甲基-1H-苯并三唑	2~200	0.998 7	0.2
硝西泮	2~1 000	0.996 7	1.0	乐果	2~500	0.996 5	1.0
吗啡	2~500	0.995 7	1.0	呋喃丹	5~1 000	0.999 8	2.0
可卡因	2~500	0.989 5	1.0	敌敌畏	2~500	0.999 2	1.0
苯甲酰爱康宁	2~1 000	0.996 8	1.0	马拉硫磷	5~1 000	0.993 3	2.0