Оптимизация условий пробоподготовки с помощью математического планирования для определения 1-гидроксипирена в моче методом газовой хромато-масс-спектрометрии

Введение. Для оценки воздействия ПАУ на человека наибольшее распространение получил биологический мониторинг 1-гидроксипирена. Определение 1-гидроксипирена в моче осуществляется с помощью газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС).

Материал и методы. Пробоподготовка заключается в извлечении аналита из биологической матрицы методом 2-кратной жидкостной экстракции гексаном, упаривании экстракта до сухого остатка в токе азота, перерастворении сухого остатка в силилирующем агенте БСТФА. В работе использовали газовый хроматограф Agilent 7890A с капиллярной колонкой HP-5MS и масс-селективным детектором. Идентифицировали 1-гидроксипирен в виде производного (триметилсилана) на масс-хроматограмме по времени удерживания и соотношению интенсивностей регистрируемых ионов.

Результаты. Оптимизацию условий жидкостной экстракции 1-гидроксипирена осуществляли с помощью математического планирования, варьируя массу сульфата магния, время экстракции, кратность экстракции. Матрица планирования включала в себя восемь опытов, в качестве параметра оптимизации служила степень извлечения 1-гидроксипирена. Интерпретация модели показала, что кратность экстракции вносит больший вклад в формирование степени извлечения, чем масса сульфата магния и время экстракции.

Заключение. Выбор оптимальных условий жидкостной экстракции 1-гидроксипирена методом математического планирования позволил оптимизировать методику определения данного аналита в моче методом ГХ-МС для проведения биологического мониторинга.

1. Brandt H.C., Watson W.P. Monitoring human occupational and environmental exposures to polycyclic aromatic compounds. Ann. Occup. Hyg. 2003; 47(5): 349-78. https://doi.org/10.1093/annhyg/meg052

2. Jacob J., Seidel A. Biomonitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in human urine. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2002; 778(1-2): 31-47. https://doi.org/10.1016/s0378-4347(01)00467-4

3. Bosetti C., Boffetta, P., La Vecchia C. Occupational exposures to polycyclic aromatic hydrocarbons, and respiratory and urinary tract cancers: a quantitative review to 2005. Ann. Oncol. 2005; 18(3): 431-46. https://doi.org/10.1093/annonc/mdl172

4. Al-Saleh I., Alsabbahen A., Shinwari N., Billedo G., Mashhour A., Al-Sarraj Y., et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) as determinants of various anthropometric measures of birth outcome. Sci. Total Environ. 2013; 444: 565-78. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.12.021

5. Barbeau D., Persoons R., Marques M., Hervé C., Laffitte-Rigaud G., Maitre A. Relevance of urinary 3-hydroxybenzo(a)pyrene and 1-hydroxypyrene to assess exposure to carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon mixtures in metallurgy workers. Ann. Occup. Hyg. 2014; 58(5): 579-90. https://doi.org/10.1093/annhyg/meu004

6. Klöslová Z., Drímal M., Balog K., Koppová K., Dubajová J. The relations between polycyclic aromatic hydrocarbons exposure and 1-OHP levels as a biomarker of the exposure. Cent. Eur. J. Public Health. 2016; 24(4): 302-7. https://doi.org/10.21101/cejph.a4179

7. Зибарев Е.В., Эллингсен Д.Г., Томассен И., Чащин В.П., Чащин М.В., Кузьмин А.В. Биологический мониторинг как способ управления профессиональными рисками. Уральский медицинский журнал. 2011; (9): 16-8

8. Grover P.L. Pathways involved in the metabolism and activation of polycyclic hydrocarbons. Xenobiotica. 1986; 16(10-11): 915-31. https://doi.org/10.3109/00498258609038974

9. Unwin J., Cocker J., Scobbie E., Chambers H. An assesment of occupational exposure to polycyclic aromatic hydrocarbonsin the UK. Ann. Occup. Hyg. 2006; 50(4): 395-403. https://doi.org/10.1093/annhyg/mel010

10. Boogaard P.J. Urinary biomarkers in the risk assessment of PAHs. Occup. Environ. Med. 2008; 65(4): 221-2. https://doi.org/10.1136/oem.2007.034157

11. Hansen A., Mathiesen L., Pedersen M., Knudsen L.E. Urinary 1-hydroxypyrene (1-HP) in environmental and occupational studies - a review. Int. J. Hyg. Environ. Health. 2008; 211(5-6): 471-503. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2007.09.012

12. Rossella F., Campo L., Pavanello S., Kapka L., Siwinska E., Fustinoni S. Urinary polycyclic aromatic hydrocarbons and monohydroxy metabolites as biomarkers of exposure in coke oven workers. Occup. Environ. Med. 2009; 66(8): 509-16. https://doi.org/10.1136/oem.2008.042796

13. Leroyer A., Jeandel F., Maitre A., Howsam M., Deplanque D., Mazzuca M., et al. 1-Hydroxypyrene and 3-hydroxybenzo[a]pyrene as biomarkers of exposure to PAH in various environmental exposure situations. Sci. Total Environ. 2010; 408(5): 1166-73. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.10.073

14. Hadrup N., Mielżyńska-Švach D., Kozłowska A., Campisi M., Pavanello S., Vogel U. Association between a urinary biomarker for exposure to PAH and blood level of the acute phase protein serum amyloid A in coke oven workers. Environ. Health. 2019; 18(1): 81. https://doi.org/10.1186/s12940-019-0523-1

15. Samir A.M., Shaker D.A., Fathy M.M., Hafez S.F., Abdullatif M.M., Rashed L.A., et al. Urinary and genetic biomonitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in egyptian coke oven workers: associations between exposure, effect, and carcinogenic risk assessment. Int. J. Occup. Environ. Med. 2019; 10(3): 124-36. https://doi.org/10.15171/ijoem.2019.1541

16. Du M., Mullins B.J., Franklin P., Musk A.W., Elliot N.S.J., Sodhi-Berry N., et al. Measurement of urinary 1-aminopyrene and 1-hydroxypyrene as biomarkers of exposure to diesel particulate matter in gold miners. Sci. Total Environ. 2019; 685: 723-8. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.06.242

17. Adetona A.M., Martin W.K., Warren S.H., Hanley N.M., Adetona O., Zhang J.J., et al. Urinary mutagenicity and other biomarkers of occupational smoke exposure of wildland firefighters and oxidative stress. Inhal. Toxicol. 2019; 31(2): 73-87. https://doi.org/10.1080/08958378.2019.1600079

18. Vimercati L., Bisceglia L., Cavone D., Caputi A., De Maria L, Delfino M., et.al. Environmental monitoring of PAHs exposure, biomarkers and vital status in coke oven workers. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(7): 2199. https://doi.org/10.3390/ijerph17072199

19. Ratelle M., Khoury C., Adlard B., Laird B. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) levels in urine samples collected in a subarctic region of the Northwest Territories, Canada. Environ. Res. 2020; 182: 109112. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109112

20. Cao L., Wang D., Wen Y., He H., Chen A., Hu D., et al. Effects of environmental and lifestyle exposures on urinary levels of polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites: A cross-sectional study of urban adults in China. Chemosphere. 2020; 240: 124898. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124898

21. Oliveira M., Costa S., Vaz J., Fernandes A., Slezakova K., Delerue-Matos C., et al. Firefighters exposure to fire emissions: Impact on levels of biomarkers of exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and genotoxic/oxidative-effects. J. Hazard. Mater. 2020; 383: 121179. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121179

22. Blau K., Halket J.M. Handbook of Derivates for Chromatography. New-York: Wiley; 1993.

23. Schummer C., Delhomme O., Appenzeller B.M., Wennig R., Millet M. Comparison of MTBSTFA and BSTFA in derivatization reaction of polar compounds prior to GC/MS analysis. Talanta. 2009; 77(4): 1473-82. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2008.09.043

24. Shin H.S., Lim H.H. Simultaneous determination of 2-naphtol and 1-hydroxy pyrene in urine by gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2011; 879(7-8): 489-94. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2011.01.009

25. Chen D., Xu H. Simultaneous HPLC-MS determination of 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine, 3-hydroxyphenanthrene and 1-hydroxypyrene after online in-tube solid phase microextraction using a graphene oxide/poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polypyrrole composite. Mikrochim. Acta. 2019; 186(5): 300. https://doi.org/10.1007/s00604-019-3429-2

26. Martin-Tornero E., Luque-Uría A., Durán-Merás I., Espinosa-Mansilla A. A novel analytical methodology for the determination of hydroxy polycyclic aromatic hydrocarbons in breast and cow milk samples. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2020; 1136: 121912. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2019.121912

27. Вершинин В.И., Перцев Н.В. Планирование и математическая обработка результатов химического эксперимента. Омск; 2005.

28. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.А. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука; 1971.

29. Смагунова А.Н., Пашкова Г.В., Белых Л.И. Математическое планирование эксперимента в методических исследованиях аналитической химии. Иркутск; 2015.

30. Смагунова А.Н., Карпукова О.М. Методы математической статистики в аналитической химии. Ростов-на-Дону: Феникс; 2012.