真空辅助吸附剂提取联用气相色谱 - 质谱法测定鱼类中的个人护理产品

《Chemosphere》：Determination of personal care products in fish using vacuum-assisted sorbent extraction coupled to gas chromatography-mass spectrometry

　　

摘要 开发了一种将真空辅助吸附剂萃取（VASE）与气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）相结合的方法，作为固相微萃取（SPME）的替代方案，用于同时测定鱼类样品中属于五个不同类别的十一种个人护理产品（PCPs）。为了实现最佳分析性能，优化了关键的 VASE 参数，包括萃取时间和温度、顶空体积、盐含量、有机溶剂含量以及解吸时间和温度。该方法使用罗非鱼和鲑鱼样品进行了验证，并展示了令人满意的分析性能，具有可接受的线性度（R2 > 0.96），除尼泊金甲酯外，所有分析物的检测限（LOD）范围为 0.001 至 0.552 μg g?1（湿重），回收率范围为 73% 至 93.8%，除奥克立林外，所有分析物的精密度相对标准偏差低于 15%。与之前报道的基于 SPME 纤维的方法（提供 0.01 至 1.01 μg g?1（湿重）的 LOD）相比，VASE 方法实现了提高的灵敏度。虽然使用 SPME 在 95% 置信水平下观察到大多数分析物在两种基质中均存在显著的基质效应，但 VASE 方法显示出最小的基质效应，因为仅鲑鱼中的三种分析物在基质匹配标准品和水标准品之间表现出统计学上的显著差异。此外，使用分析绿色度指标方法（AGREE）、分析生态尺度和蓝色适用性等级指数（BAGI）指标评估了方法的绿色性和实用性。开发的 VASE-GC-MS 方法代表了一种绿色且实用的分析方法，用于筛查和测定不同脂质含量的鱼类基质中的 PCP 残留。

引言 新兴污染物（ECs）被定义为在环境系统中标识出的合成或天然存在的化学物质或生物制剂，涉嫌或新近被认识到对人类健康和生态系统构成潜在风险。这些化合物可能源于天然和人为来源，并且越来越多地在水、土壤和空气等各种环境基质中被检测到。ECs 的例子包括药品和个人护理产品、全氟和多氟烷基物质、天然毒素以及环境中检测到的其他污染物，其对人类健康和生态系统的潜在影响仍了解不足（Puri et al., 2023; Wang et al., 2024）。这些物质在环境中未被常规监测，也尚未受到政府机构的管制（Puri et al., 2023; Sauvé and Desrosiers, 2014）。

个人护理产品（PCPs）是一组重要的人类广泛用于个人健康或美容目的的新兴污染物。它们是卫生和化妆品配方的成分，如洗发水、肥皂、乳液、牙膏、香水和防晒霜。PCPs 包括多种多样的化学化合物，如合成麝香、紫外线（UV）过滤器、防腐剂、驱虫剂和抗菌剂（Chakraborty et al., 2023; Liu and Wong, 2013）。每种这些化合物都被掺入配方中以实现特定功能。多种合成麝香被用作香料添加剂和固定剂，其中多环麝香，如佳乐麝香和通卡麝香，代表了最常见的类别之一（Wang et al., 2023）。紫外线过滤器是一组常见的化妆品成分，通常掺入日常护肤品中，如防晒霜、乳液和喷雾剂，以保护皮肤免受太阳紫外线辐射（Sun et al., 2024）。根据研究，最常用的紫外线过滤器包括阿伏苯宗、奥克立林、辛氧桂皮酸盐和 4-甲基亚苄基樟脑（Hopkins and Blaney, 2016; Jesus et al., 2022）。防腐剂广泛用于食品、化妆品和洗漱用品中，以抑制微生物生长并延长其保质期。对羟基苯甲酸酯类是对羟基苯甲酸的衍生物，占据了防腐剂市场的大部分份额，其中尼泊金甲酯和尼泊金丙酯是使用最广泛的代表性化合物（Chatterjee et al., 2024; Hopkins and Blaney, 2016）。N,N-二乙基间甲苯酰胺是最常用的用于防蚊和吸血蝇的驱虫剂（Hopkins and Blaney, 2016）。最后，抗菌化合物被添加到许多消费品中，以抑制不良微生物的生长并延长产品的保质期。最常用的包括三氯生和三氯卡班，它们常见于肥皂、牙膏和除臭剂中（Zhang and Lu, 2023）。

几项关于 PCPs 的研究表明，它们在全球水环境中普遍存在，很大程度上是由于通过废水排放的持续释放，并且近年来由于其对水环境和人类健康的潜在威胁，作为 ECs 受到了越来越多的关注（Nishmitha et al., 2025; Oca?a-Rios et al., 2019; Wilkinson et al., 2024）。由于其巨大的产量和广泛的使用，几项研究表明许多 PCPs 具有环境持久性、生物活性以及生物富集的潜力（Yu et al., 2024）。许多 PCPs，如对羟基苯甲酸酯类、紫外线过滤器、多环麝香和抗菌剂已被指定为内分泌干扰化合物（Chatterjee et al., 2024; da Silveira et al., 2024; Lee et al., 2024; Sun et al., 2024）。鱼类可能通过周围水和受污染的饲料暴露于这些污染物，而在鱼类产品的加工、处理、包装和分销过程中也可能发生额外的输入（Dahle et al., 2010）。这些多种污染途径，加上鱼类消费的增加，凸显了对鱼类中 PCPs 测定的可靠多残留分析方法的必要性。

鱼类中 PCPs 的同时测定在分析上具有挑战性，因为这些化合物作为具有多样物理化学性质的复杂混合物存在，并且通常以痕量浓度水平存在。因此，许多研究集中在单个或仅少数类别 PCPs 的测定上（Oca?a-Rios et al., 2018, 2019）。尽管一些研究尝试了多类分析，但它们通常需要不同的萃取或净化步骤，以充分去除基质成分，如脂质、蛋白质和其他干扰物质（álvarez-Ruiz et al., 2021）。由于存在大量共萃取成分，特别是脂质，鱼类组织尤其复杂，这会 adversely 影响萃取效率、色谱性能和检测器响应。此外，不同物种的鱼类脂质含量差异很大，罗非鱼约为 4%，鲑鱼约为 40%（Oca?a-Rios et al., 2023），并且还可能受到饮食、季节、生殖阶段和环境条件等因素的影响，通常需要对 lean 和 fatty 样品采用不同的分析策略（Mottaleb et al., 2009）。因此，开发能够有效减少基质干扰同时提供高效分析物富集的样品制备方法，对于对脂质含量不同的鱼类进行可靠的 PCPs 多残留分析至关重要，理想情况下消除对多个净化步骤的需求。此外，越来越多的注意力转向开发减少有机溶剂使用的萃取方法，以实现更绿色和环境可持续的分析方法。

在我们之前的工作中，一种微型化基质固相分散（MSPD）方法结合固相微萃取（SPME）被成功应用于鱼类中 PCPs 的多残留测定，提供了一种尽量减少有机溶剂使用的简单分析策略（Oca?a-Rios et al., 2023）。MSPD 是一种用于固体基质的样品制备方法，其中样品与适当的分散吸附剂均质化，允许有效地破坏基质并促进目标分析物的释放。随后将所得混合物转移到柱中，通过分析物用合适的溶剂洗脱来回收。这种方法已被证明特别适用于生物样品的处理，因为它能够使用少量样品同时进行基质破坏和分析物萃取，同时需要相对较少的溶剂体积，并且通常消除对额外净化步骤的需求（Negreira et al., 2013; Oca?a-Rios et al., 2018, 2023）。尽管 MSPD–SPME 方法被证明是可靠、灵敏且易于使用的，但基于平衡的微萃取技术如 SPME 提供的吸附相容量有限，导致非完全萃取（Trujillo-Rodríguez et al., 2020）和基质竞争（Oca?a-Rios et al., 2023），特别是在富含脂质的样品中，这可能会损害定量测定。此外，SPME 纤维相对脆弱，在常规使用中容易断裂（Oca?a-Rios et al., 2019）。通过在顶空模式下进行 SPME 可以减少基质效应；然而，这种方法对于具有低亨利定律常数值（低亨利常数）的化合物往往效果较差，这些化合物对顶空的亲和力低，因此可能受益于真空辅助萃取（Psillakis, 2017）。

真空辅助吸附剂萃取（VASE）是一种替代的顶空萃取技术，在减压条件下操作，并使用称为吸附剂笔（SPs）的吸附剂捕集器，包含大量吸附相（Crucello et al., 2022; Dan et al., 2023; Justen et al., 2024a; Nascimento et al., 2024）。作为一种基于吸附剂的顶空萃取技术，VASE 与吹扫捕集相似，后者也使用吸附剂捕集器在 GC 分析前富集分析物。然而，吹扫捕集是一种动态顶空技术，依赖于连续用惰性气体吹扫，并且已被广泛用于挥发性有机化合物的萃取和预浓缩（Ross, 2012）。相比之下，VASE 采用真空辅助条件来增强分析物萃取，特别适合分析跨越广泛挥发范围的分析物（Justen et al., 2024b; Nascimento et al., 2024）。真空条件和高吸附剂容量（大约是使用 SPME 时通常体积的 500 倍）的结合，导致增强的萃取动力学，促进更完全的分析物萃取，并扩大可检测化合物的范围（Trujillo-Rodríguez et al., 2020）。此外，吸附剂笔之间优异的再现性允许同时进行多次萃取，不像 SPME 通常在整个分析过程中使用单根纤维（Trujillo-Rodríguez et al., 2020）。萃取后，分析物通过专用的气相色谱（GC）进样口从 SPs 中热解吸，并通过质谱分析。VASE 已成功用于水样中紫外线过滤器的分析（Trujillo-Rodríguez et al., 2020），从绿色分析化学的角度来看也很有吸引力（Nascimento et al., 2024）。然而，其用于鱼类中 PCPs 多残留测定的应用尚未见报道。本研究的目的是将 VASE 与之前开发的微型化 MSPD 程序相结合，通过 GC-MS 同时测定五类 PCPs。迄今为止，这代表了 VASE 首次应用于鱼类中 PCPs 的多残留分析。使用罗非鱼和鲑鱼分别作为代表低和高脂质基质的样品进行方法优化和验证，以评估基质效应和定量性能。使用已建立 的绿色评估指标评估了所提出方法的环境可持续性。最后，通过购买商业鱼类样品的分析展示了方法的适用性和通用性。

章节片段

材料、试剂和样品 本研究共调查了十一种 PCPs，代表以下五个主要组别：两种抗菌剂、两种合成麝香、四种紫外线屏蔽剂、两种防腐剂和一种驱虫剂，如图 S1 所示。在这些化合物中，七种分析物包括尼泊金甲酯（MP, 100.0%, 分析标准品）、尼泊金丙酯（PP, 100.0%, 药物二级标准品）、N,N-二乙基间甲苯酰胺（DEET, 98.5%）、通卡麝香（TON, >97.0%）、氯苯酚（CP, >95%）、氧苯酮（OXY,

VASE 程序优化 为了优化 VASE 方法，使用逐个因子法研究了以下参数：样品 - 顶空体积比、萃取温度、离子强度、搅拌速率、有机溶剂含量、萃取时间、预热温度、解吸温度和解吸时间。

结论 本研究开发的方法表明，VASE 与 GC-MS 联用是测定鱼类样品中属于五个不同类别（从挥发性到半挥发性化合物）的十一种 PCPs 的传统基于 SPME 方法的有效替代方案。该方法的主要优点包括增强的灵敏度（实现比标准 SPME 纤维更低的 LOD 和 LOQ）、良好的准确性和可靠性。在不同脂质水平下基质效应最小，显示无
**CRediT 作者贡献声明**
Bhawana Thapa: 写作 – 初稿，验证，方法论，调查，形式分析，构思。Iran Oca?a-Rios: 写作 – 初稿，方法论，调查，构思。Luis Eduardo Silva Nascimento: 写作 – 审查与编辑，方法论，调查。Weier Hao: 写作 – 审查与编辑，验证。Jared L. Anderson: 写作 – 初稿，资源，项目管理，调查，资金获取，形式分析，构思。

**竞争利益声明**
作者声明在本工作中没有竞争利益。

**致谢**
J.L.A. 感谢国家自然科学基金（CHE-2203891）化学测量与成像项目的资助。

Bhawana Thapa|Iran Oca?a-Rios|Luis Eduardo Silva Nascimento|Weier Hao|Jared L. Anderson
爱荷华州立大学化学系，美国爱荷华州艾姆斯，50011