一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法

本发明属于分析化学，更具体地说，涉及一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法。

背景技术：

1、抗生素广泛应用于人和动物疾病治疗、畜牧和水产养殖、农业生产等领域，以杀灭细菌、促进动物生长。然而，由于抗生素的大量使用，水体、土壤和植物等环境介质中检测出了高浓度的抗生素残留，导致环境问题日益严峻。抗生素残留的长期积累会促使细菌产生耐药性，进而加速抗生素抗性基因和抗生素耐药菌的发生。这些耐药菌不断通过环境和食物链传播至人体，最终导致了“无药可治”的抗生素耐药性危机。

2、磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole，smx)，又称新诺明，是一种常用的磺胺类广谱抗生素。主要通过抑制细菌膜蛋白的合成，抑制细菌的生长和繁殖，广泛用于治疗呼吸道、泌尿道、消化道等部位的细菌感染。然而，随着smx的广泛使用，其在环境中的残留问题成为了人们关注的热点，smx进入动物和人体内后无法被完全吸收，30％-90％的smx以原药或代谢产物的形式经由粪尿排出，污水处理厂废水和动物粪便堆肥是smx进入环境的主要途径。在环境中，smx容易发生水降解、光降解、微生物降解、吸附解析、地表径流运移、淋溶、植物吸收等迁移转化行为。因此，深入了解smx的复杂环境来源和归趋行为，对于研究smx的污染特征、暴露风险及消减方法具有重要的指导意义。

3、传统的化学方法通过对有机污染物和代谢物进行定性与定量研究，阐明其迁移转化过程，然而根据代谢产物推导降解路径具有不确定性。在复杂的实地环境中，稀释、挥发或吸附等作用导致有机污染物浓度降低，容易造成其已被降解的“假象”。单体稳定同位素分析技术(compound-specific isotope analysis，csia)是一种分析手段，通过研究化合物迁移转化过程中同位素分馏引起的自然稳定同位素(如碳、氧、氮、硫等)比值变化，揭示有机物的来源、转化规律和降解机理。该方法有效弥补了传统方法的局限性，已被应用于环境中有机污染物的研究。例如，申请号201610542036.1，申请日2016年7月11日的中国发明专利申请公开了鱼体中多溴联苯醚的单体稳定碳同位素分析方法；申请号202010098354.x，申请日2020年2月18日的中国发明专利申请公开了一种土壤中十六种多环芳烃的分离纯化方法及单体稳定碳同位素检测方法；申请号202110137824.3，申请日2021年2月1日的中国发明专利申请公开了一种测定溴代苯酚的单体碳稳定同位素的方法及其应用；申请号202210820078.2，申请日2022年7月13日的中国发明专利申请公开了水体中低痕量浓度苯系物单体碳稳定同位素组成检测方法。

4、气相色谱接口燃烧炉串联同位素比质谱仪是实验室中检测有机物稳定同位素比值常用的仪器。首先使用气相色谱(gas chromatography，gc)将样品中的有机化合物分离出来，然后通过燃烧炉(combustion，c)将有机化合物中的元素进一步转化为符合分析要求的气体，分析物气体被电离后通过同位素比质谱(isotope ratio mass spectrometry，irms)检测并输出最终的稳定同位素比。基于gc-c-irms分析的csia技术主要适用于分子结构简单、沸点低、易挥发、高温不易分解的化合物，例如挥发性有机化合物、氯代烃、农药、石油类污染物等。但是，抗生素的化学结构复杂多样，通常不能用气相色谱进行分离，至今，对于抗生素的稳定同位素比值检测报道甚少。以smx为例，它是一种氮杂环化合物，具有高极性和氢键作用，导致它在气相条件下不稳定，容易发生裂解和重排。此外，smx分子的相对分子质量较大，在气相色谱中需要较高的温度来蒸发和分离，这会导致其分子进一步分解和降解，从而难以分离和检测。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有气相色谱法难以分离检测环境中的抗生素，无法研究抗生素迁移转化过程的问题，本发明提供一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法。本发明通过对磺胺甲恶唑进行衍生化以实现气相色谱分离检测，并通过gc-c-irms建立磺胺甲恶唑的单体碳和氮双元素稳定同位素的分析方法，填补了抗生素稳定同位素值分析领域的空白，为深入研究环境中抗生素的迁移转化过程奠定了基础。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、本发明的一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法，包括以下步骤：

6、s10、将磺胺甲恶唑溶于第一溶剂中，配制磺胺甲恶唑在第一溶剂中的溶液，采用三甲基硅烷基重氮甲烷(tmsd)为衍生化试剂，对磺胺甲恶唑在第一溶剂中的溶液进行衍生化反应，得到衍生化磺胺甲恶唑在第一溶剂中的溶液；

7、s20、去除第一溶剂，采用第二溶剂对衍生化磺胺甲恶唑进行复溶，得到衍生化磺胺甲恶唑在第二溶剂中的溶液；

8、s30、将衍生化磺胺甲恶唑在第二溶剂中的溶液进入气相色谱中分离，而后进入燃烧炉中燃烧转化成co2和n2，通过irms测定碳稳定同位素比值和氮稳定同位素比值。

9、优选地，所述第一溶剂为甲醇；所述第二溶剂为丙酮、正己烷、甲醇中的一种或多种。

10、优选地，步骤s10中，所述三甲基硅烷基重氮甲烷与磺胺甲恶唑的摩尔比为(9～95):1。

11、更优选地，所述三甲基硅烷基重氮甲烷与磺胺甲恶唑的摩尔比为(57～95):1。

12、优选地，步骤s10中，所述衍生化反应的反应时间为15～120min。

13、更优选地，所述衍生化反应的反应时间为15min。

14、优选地，步骤s10中，所述衍生化反应的反应温度为20℃～80℃。

15、更优选地，所述衍生化反应的反应温度为40℃。

16、优选地，步骤s10中，所述磺胺甲恶唑在第一溶剂中的溶液的浓度为200～2000mg/l。

17、优选地，步骤s30的具体过程为：将衍生化磺胺甲恶唑在第二溶剂中的溶液两次进样进入气相色谱中分离，而后进入燃烧炉中转化成co2和n2，分别通过irms测定碳稳定同位素比值和氮稳定同位素比值，其中在通过irms测定氮稳定同位素比值之前，采用液氮冷肼装置去除燃烧炉中燃烧转化的co2。

18、优选地，步骤s30中，气相色谱的进样口温度为250℃，载气为氦气，流量为1ml/min，进样量为4μl，不分流进样，并且气相色谱的升温程序为初始温度80℃，保留2min；30℃/min升至180℃，保留2min；10℃/min升至280℃，保留5min；准备运行时间为10min。

19、优选地，步骤s30中，燃烧炉中的温度为1000℃～1100℃。

20、优选地，步骤s30中，irms测定碳稳定同位素比值的方法检出限为150mg/l；irms测定氮稳定同位素比值的方法检出限为400mg/l。

21、3.有益效果

22、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

23、(1)本发明的一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法，首次建立了抗生素单体碳和氮双元素稳定同位素的分析测定，填补了gc-c-irms无法检测高沸点有机物稳定同位素比值特征的空白，同时有效规避了单元素同位素检测的局限性，确保更全面地揭示有机物的来源、转化规律和降解机理；

24、(2)本发明的一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法，通过选择合适的衍生化处理条件，一步反应完成对抗生素smx的衍生化，实现gc-ms对衍生化smx的定性和定量分析；

25、(3)本发明的一种磺胺甲恶唑单体碳和氮稳定同位素的检测方法，操作过程简单，效率高，重现性好，可实现快速、可靠的测定环境样品中smx的碳和氮稳定同位素特征，为研究磺胺类抗生素的迁移转化过程奠定基础。