基质固相分散-在线SPE-LC-MS/MS联用技术测定污泥与农业土壤中四环素类抗生素及其主要转化产物

本研究针对污泥与农业土壤中四环素类抗生素（TCs）及其转化产物（TPs）残留分析难题，开发了一种基于基质固相分散（MSPD）前处理结合在线SPE-LC-MS/MS的分析方法。该方法成功实现了6种TCs及6种TPs的高灵敏度同步测定，验证结果显示优异线性（R2 ≥ 0.98）、精度（RSD ≤ 12.3%）和准确度（64–117%），为环境风险评估提供了关键技术支持。

　　

抗生素滥用引发的环境残留问题日益严峻，其中四环素类抗生素（Tetracyclines, TCs）因其广谱抗菌特性、人兽共用特点及环境持久性，成为生态健康领域的焦点污染物。这类药物通过排泄物进入污水处理系统，最终富集于污泥和施用污泥肥料的农业土壤中，不仅可能诱导抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的传播，还会通过作物吸收进入食物链，威胁人类健康。更令人担忧的是，TCs在环境中会转化为毒性更强、稳定性更高的转化产物（Transformation Products, TPs），例如4-差向异构体（4-epimers）和脱水产物，但现有分析方法大多局限于母体化合物检测，缺乏对TPs的同步监测手段。

为解决这一技术瓶颈，西班牙塞维利亚大学研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表了一项创新性研究，开发了基于基质固相分散（Matrix Solid-Phase Dispersion, MSPD）前处理结合在线固相萃取-液相色谱-串联质谱（Online SPE-LC-MS/MS）的分析方法，首次实现了6种TCs及6种主要TPs在消化污泥、堆肥污泥和农业土壤中的同步定量分析。

研究团队通过优化MSPD萃取条件（包括分散剂类型、螯合剂浓度和净化吸附剂组合），结合在线SPE富集与LC-MS/MS检测，显著提升了复杂基质中痕量TCs及TPs的提取效率和检测灵敏度。样本来源于西班牙南部污水处理厂的消化污泥、堆肥污泥及农业土壤，经冷冻干燥和 homogenized 处理后进行分析。

3.1. LC–MS/MS optimisation

通过对比C18色谱柱和流动相组合，最终选用Zorbax RRHD Eclipse Plus C18柱，以10 mM甲酸铵缓冲液（含0.1%甲酸和0.5 mM氟化铵）-甲醇为流动相，在正离子模式下实现12种目标化合物的基线分离。碰撞能量和监测离子对经优化后，定量限（MQL）多数低于10 ng g^-1干重。

3.2. Online SPE optimisation

比较PLRP-S、Oasis HLB和ISOLUTE ENV+三种在线SPE吸附剂，PLRP-S表现出最佳保留能力和异构体分离效果。加载溶剂pH 7.0、样品加载体积100 μL及流速1.5 mL min^-1为最优条件，有效减少EDTA残留干扰。

3.3. MSPD optimisation

硅胶作为分散剂（样本:分散剂=1:4）与丙酮-Na₂EDTA-McIlvaine缓冲液（30:70, v/v, pH 4）组合提取效率最高。Florisil和PSA（各0.8 g）作为净化层显著降低基质干扰。三次提取循环和0.02 M Na₂EDTA浓度实现最佳回收率。

3.4. Method validation

方法在三种基质中均呈现良好线性（R² ≥ 0.99）、准确度（70–105%）和精密度（RSD < 5%）。方法定量限（MQL）多数低于15 ng g^-1，显著优于既往报道的QuEChERS或加压液体萃取方法。基质效应（-44%至-82%）通过基质匹配校准曲线有效校正。

3.5. Method application

实际样本检测显示，消化污泥中TC（353 ng g^-1）、ETC（327 ng g^-1）和DOX（1069 ng g^-1）浓度最高，TPs如ATC（117 ng g^-1）和EATC（103 ng g^-1）同样显著残留。值得注意的是，堆肥和土壤中检出EPTC（9.74 ng g^-1）和ICTC（1.06 ng g^-1）等TPs，而其母体化合物未检出，印证了TPs的环境转化潜力和持续风险。

本研究成功建立了MSPD与在线SPE-LC-MS/MS联用的分析方法，突破了TCs及TPs在复杂环境基质中同步检测的技术瓶颈。该方法具备高灵敏度、高特异性和操作便捷性，为环境监测提供了可靠工具。实际应用证实TPs在污泥和土壤中的普遍存在，强调其生态风险不容忽视。未来研究需关注TPs的毒性机制及抗性基因传播潜力，推动环境风险评估体系的完善。该工作为拓展MSPD技术在环境基质中的应用提供了范式，对抗生素污染管控具有重要科学意义。