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研究生： 林宛靜
Wan-Ching Lin
論文名稱： 快速分析水環境中醫療藥品殘留物之研究與探討
Fast Analysis of Pharmaceutical Residues in Waters by GC-MS
指導教授： 丁望賢
Wang-Hsien Ding
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學學系
Department of Chemistry
畢業學年度： 91
語文別： 中文
論文頁數： 67
中文關鍵詞： 大體積進樣 、氣相層析質譜儀 、固相萃取法 、二克氯吩鈉 、異布洛芬 、安妥明 、醫療藥品殘留物 、卡巴氮平 、那普洛辛 、凱妥普洛芬 、離子對線上衍生化 、持久性有機污染物 、離子阱
外文關鍵詞： HLB, ion trap, TBA, derivatization, GC-MS, large-volume, solid-phase extraction, ion-pair, on-line, diclofenac, ketoprofen, pharmaceutical residues, clofibric acid, ibuprofen, carbamazepine, naproxen
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    • 相較於農業與工業方面的化學藥物，大部分的醫療藥品殘留物經由民生與工業廢污水系統持續排放，再加上雨水沖刷，對環境造成影響。這些具有生物活性的化學殘留物與代謝物普遍存在於環境中，長期以來在地表面水中被檢測到，被認定為持久性有機污染物（POPs）。因此，必須發展一種方便的分析方法，研究這些殘留物對環境的衝擊。本研究所選擇的藥品殘留物為安妥明（clofibric acid）、異布洛芬（ibuprofen）、卡巴氮平（carbamazepine）、那普洛辛（naproxen）、凱妥普洛芬（ketoprofen）與二克氯吩鈉（diclofenac）。在方法開發上，選用多種固相萃取管柱以萃取樣品，其中以新開發的填充聚合物形式的Oasis HLB固相萃取管柱具有最佳的萃取回收效率。萃取物再以氣相層析質譜儀（GC-MS）進行定性與定量的工作，並在大體積進樣裝置中，以四丁基銨鹽（TBA）進行線上離子對衍生化。在EI的質譜圖中，選用以丁酯化衍生物的分子離子與其他的特徵斷裂離子為定量離子，可增加偵測靈敏度與特異性。在200 mL水樣中，定量極限範圍在1-8 ng/L，而各種不同的真實水樣中，回收率平均為46.2-115﹪，RSD為1-15﹪。在真實水樣中，偵測不到本研究選擇的藥品殘留物的存在。

    In contrast to agrochemicals and industrial chemicals, most of pharmaceutical residues are discharged into the environment on a continual basis via domestic/industrial sewage system and wet-weather runoff. These bioactive chemical residues and their metabolites are ubiquitous and persistently occur in surface water as commonly as the widely recognized persistent organic pollutants (POPs). Therefore, it is necessary to develop convenient analytical methods to study how these residues impact the environment. This work presents a modified method to analyze selected pharmaceutical residues (clofibric acid, ibuprofen, carbamazepine, naproxen, ketoprofen and diclofenac) in water samples. Various solid-phase extraction cartridges were investigated. The newly developed polystyrene- divinylbenzene-N-vinyl pyrrolidone terpolymer (Oasis HLB) solid-phase extraction (SPE) cartridge provides the optimal sample extraction results. The analytes were then identified and quantitatively determined by gas chromatography- mass spectrometry (GC-MS) via on-line derivatization in the injection-port using a large-volume (10 mL) sample injection with tetrabutylammonium (TBA) salts. Mass spectra of butylated derivatives and tentative fragmentation profiles are proposed. Molecular ions and some characteristic ions were used as the quantitation ions to obtain maximum detection sensitivity and specificity. The quantitation limits of these compounds were ranged from 1 to 8 ng/L in 200 mL water samples. Recovery of these residues in spiked various water samples ranged from 46.2% to 115% while RSD ranged from 1 to 15%. No selected pharmaceutical residues were detected in the real water samples.

    中文摘要 -------------------------------------------------------------------- Ⅰ 英文摘要 -------------------------------------------------------------------- Ⅱ 目錄 -------------------------------------------------------------------------- Ⅲ 表目錄 ----------------------------------------------------------------------- Ⅵ 圖目錄 ----------------------------------------------------------------------- Ⅷ 第一章 前言 -------------------------------------------------------------- 1 1-1 研究的緣起 --------------------------------------------------------- 1 1-2 研究目標 ------------------------------------------------------------ 3 第二章 文獻回顧 ------------------------------------------------------- 4 2-1 藥物殘留物 --------------------------------------------------------- 4 2-1-1 藥物殘留物的來源 ---------------------------------------- 4 2-1-2 藥物殘留物的種類 ---------------------------------------- 4 2-1-3 藥物殘留物在環境中的作用機制與影響 ------------- 6 2-2 分析物與相關文獻 ------------------------------------------------ 8 2-2-1 分析物 ------------------------------------------------------- 8 2-2-2相關文獻 ----------------------------------------------------- 9 2-3 衍生化 --------------------------------------------------------------- 16 2-4 固相萃取法 -------------------------------------------------------- 18 2-5氣相層析質譜儀 --------------------------------------------------- 23 2-5-1 大體積直接進樣 ------------------------------------------ 23 2-5-2 質譜儀 ------------------------------------------------------ 26 第三章 實驗步驟與樣品分析 -------------------------------------- 28 3-1 實驗藥品與儀器設備 --------------------------------------------- 28 3-1-1 實驗藥品 ---------------------------------------------------- 28 3-1-2 儀器設備 ---------------------------------------------------- 29 3-2 實驗步驟 ------------------------------------------------------------ 30 3-2-1 標準品的製備 ---------------------------------------------- 30 3-2-2 標準品的測定 ---------------------------------------------- 31 3-2-3 萃取步驟 ---------------------------------------------------- 34 3-2-4 真實水樣萃取及淨化 ------------------------------------- 36 3-3 樣品採集 ------------------------------------------------------------ 36 第四章 結果與討論 ---------------------------------------------------- 37 4-1標準品的測定 ------------------------------------------------------- 37 4-2 注射埠線上衍生化最佳溫度探討 ------------------------------ 45 4-3 檢量線 --------------------------------------------------------------- 46 4-4固相萃取 ------------------------------------------------------------- 48 4-4-1 找尋最適合的固相萃取管柱 ---------------------------- 48 4-4-2 不同體積對固相萃取法的影響 ------------------------- 53 4-5真實水樣 ------------------------------------------------------------- 55 第五章 結論與建議 ---------------------------------------------------- 60 5-1 結論 ------------------------------------------------------------------ 60 5-2 建議 ------------------------------------------------------------------ 61 第六章 參考文獻 ------------------------------------------------------- 62 附錄一 ----------------------------------------------------------------------- 67 表目錄 表1-1. 偵測在廢水、地表面水、地下水與飲用水中各種藥物殘留物的濃度（μg/L）--------------------------------------------------- 2 表2-1. 在德國廢水處理廠出口（STP effluents）的樣品中，各種藥物的濃度與降解的情況 ---------------------------------------- 11 表2-2. 各種藥物在德國河水/溪水的研究 --------------------------- 12 表2-3. 偵測德國（1996/11/16-11/18）Paraíba do Sul河下游的藥物殘留物的濃度（μg/L）--------------------------------------------- 13 表2-4. 在瑞士的湖水、河水與廢污水處理廠出口水採集樣品與偵測濃度（ng/L）------------------------------------------------------ 14 表2-5. 在瑞士的三個廢污水處理場，偵測每一種藥物的最高濃度與湖中降解的主要路徑 ------------------------------------------- 15 表3-1. DSI注射埠溫度變化及分流-不分流之配合 --------------- 32 表4-1. 化合物的分子量、衍生物分子量、特徵斷裂與定量離子 ----------------------------------------------------------------------- 44 表4-2. 以C18為萃取管柱的回收率（%）與再現性（RSD%） ----------------------------------------------------------------------- 49 表4-3. 以Lichrolut EN為固相萃取管柱的萃取回收率（%）與再現性（RSD%）------------------------------------------------------ 50 表4-4. 以HLB為固相萃取管柱的萃取回收率（%）與再現性（RSD%） ----------------------------------------------------------------------- 51 表4-5. 方法偵測極限 ---------------------------------------------------- 53 表4-6. 不同體積對萃取回收率的影響 ------------------------------- 54 表4-7. 飲用水的偵測結果 ---------------------------------------------- 57 表4-8. 地下水的偵測結果 ---------------------------------------------- 58 表4-9. 河水的偵測結果（老街溪）------------------------------------ 58 表4-10. 廢污水的偵測結果（女十四舍）------------------------------ 59 圖目錄 圖2-1. 人類與陸生動物使用藥物後，在環境中的路徑圖 ------- 7 圖2-2. 漁業與養殖業使用藥物後，在環境中的路徑圖 ---------- 8 圖2-3. 分析物的化學結構式 ------------------------------------------- 10 圖2-4. TBA-HS的化學結構式 ---------------------------------------- 17 圖2-5. 衍生化反應 ------------------------------------------------------- 18 圖2-6. 固相萃取法的步驟 ---------------------------------------------- 20 圖2-7. C18固相萃取管柱結構 ---------------------------------------- 21 圖2-8. Lichrolut EN固相萃取管柱結構 ----------------------------- 22 圖2-9. HLB固相萃取管柱結構 --------------------------------------- 22 圖2-10. 大體積進樣裝置 ------------------------------------------------- 25 圖2-11. 離子阱質譜儀裝置簡圖 ---------------------------------------- 26 圖 4-1. 標準品衍生物以電子撞擊法所偵測到的的選擇離子層析圖 ----------------------------------------------------------------------- 39 圖4-2. 丁酯化2,4-dichlorobenzoic acid的EI質譜圖 ------------- 40 圖4-3. 丁酯化Clofibric acid的EI質譜圖 -------------------------- 40 圖4-4. 丁酯化Ibuprofen的EI質譜圖 ------------------------------- 41 圖4-5. Carbamazepine的EI質譜圖 ---------------------------------- 41 圖4-6. 丁酯化Naproxen的EI質譜圖 ------------------------------- 42 圖4-7. 丁酯化Ketoprofen的EI質譜圖 ----------------------------- 42 圖4-8. 丁酯化Diclofenac的EI質譜圖 ------------------------------ 43 圖4-9. 內標準品Chrysene-d12的EI質譜圖 ----------------------- 43 圖4-10. 分析物進行離子對線上衍生化最佳溫度探討 ------------- 46 圖4-11. 標準品之檢量線 ------------------------------------------------- 47 圖4-12. 比較C18與HLB管柱，乾燥時間對於回收率的影響 ------- ----------------------------------------------------------------------- 52 圖4-13. 飲用水對Naproxen的基質干擾質譜圖 --------------------- 57

    丁望賢、陳仲村：氣相層析儀注射埠中離子對直接衍生法之原理與應用，科儀新知，第21卷1期，第76-82頁，民國88年。
    何國榮、張耀仁：離子阱質譜儀，科儀新知，第14卷5期，第48-55頁，民國82年。
    陳仲村：以離子對直接高溫衍生法快速分析水樣中具極性官能基及離子性化合物的研究，碩士論文，國立中央大學化學研究所，民國88年。
    曾新華、丁望賢：離子阱質譜儀，儀器總覽-化學分析儀器，民國87年。
    黃忠智：氣相層析/離子阱串聯質譜儀，科儀新知，第17卷2期，第42-49頁，民國88年。
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