Determination of 17 bisphenol compounds in human urine by solid supported liquid-liquid extraction-ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry

doi:10.3724/SP.J.1123.2024.11032

Abstract

Abstract:

Bisphenol A （BPA） and its analogs are collectively termed bisphenol compounds （BPs）， which are predominantly utilized in the manufacturing of polycarbonate plastics and epoxy resins. BPs are ubiquitous in diverse environmental matrices， human tissues， and metabolic products. Extensive research has demonstrated that BPs exert adverse effects on the nervous， reproductive， immune， and metabolic systems. After exposure in humans， BPs are primarily excreted in urine. Consequently， the development of efficient and robust analytical methods for BPs quantification in urine is essential for assessing population exposure levels. In this study， solid supported liquid-liquid extraction （SLE） was combined with ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （UHPLC-MS/MS） technology to establish a high-throughput determination method for 17 BPs in human urine. After enzymatic hydrolysis treatment of the samples， the steps of fully automatic SLE purification， nitrogen blowing concentration and redissolution were carried out successively. Separation was performed using a CAPCELL PAK ADME chromatography column （100 mm×2.1 mm， 2 μm）， and gradient elution was carried out with 0.05 mmol/L ammonium fluoride aqueous solution and 0.05 mmol/L ammonium fluoride methanol solution as the mobile phases. MS detection was carried out using the electrospray ionization （ESI） negative ion scanning mode under the multi-reaction monitoring （MRM） mode. Qualitative analysis was conducted based on retention time and ion abundance ratio， and quantitative analysis was performed using the internal standard method. Under the optimized conditions， 17 BPs can be effectively separated. The linear relationships of the 17 BPs within the corresponding mass concentration ranges were good， and the correlation coefficients （r） were ≥0.998 6， the limits of detection （LODs） and quantification （LOQ） were 0.002-0.489 μg/L and 0.005-0.986 μg/L， respectively. Children’s mixed urine samples with low background content were selected as the matrix， and then spiked recovery tests were conducted at three spiked levels （low， medium and high）. The results showed that the recoveries of 17 BPs were 61.1%-121.7%， the intra-day RSDs were 1.3%-11.2%， and the inter-day RSDs were 3.7%-19.0%. This method was used to determine 50 random urine samples， and the results showed that a total of 11 BPs were detected. Among them， bisphenol S （BPS） and BPA had the highest detection rates， which were 98.0% and 86.0% respectively， and the median detection levels were 0.075 μg/L and 0.829 μg/L respectively. This method is simple to operate， sensitive and reliable. It is suitable for the rapid quantitative analysis of 17 BPs in human urine and can provide effective technical support for the risk assessment of BPs exposure in the population.

Key words: solid supported liquid-liquid extraction （SLE）, ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （UHPLC-MS/MS）, bisphenol compounds （BPs）, human urine

CLC Number:

O658

JIN Yu’e, ZHANG Lange, ZHOU Jingxian, MA Jinjing, YUAN Lili, XIAO Ping, WANG Guoquan. Determination of 17 bisphenol compounds in human urine by solid supported liquid-liquid extraction-ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2025, 43(9): 1014-1024.

Figures/Tables 7

References

[1]	Zhu S C， Zhang X L， Shen B Y， et al. Environmental Chemistry， 2025， 44（3）： 790
[1]	朱思橙，张晓兰，申秉煜，等. 环境化学， 2025， 44（3）： 790
[2]	Eladak S， Grisin T， Moison D， et al. Fertil Steril， 2015， 103（1）： 11
[3]	Huang Y Q， Wong C K， Zheng J S， et al. Environ Int， 2012， 42： 91
[4]	Testai E. Regul Toxicol Pharmacol， 2016， 79： 106
[5]	Sogorb M A， Estévez J， Vilanova E. Arch Toxicol， 2019， 93（7）： 1835
[6]	Huelsmann R D， Will C， Carasek E. J Sep Sci， 2020， 44（6）： 1148
[7]	Tarafdar A， Sirohi R， Balakumaran P A， et al. J Hazard Mater， 2022， 423（PA）： 127097
[8]	Ma Y， Liu H H， Wu J X， et al. Environ Res， 2019， 176： 108575
[9]	GB 9685-2016
[10]	Chen D， Kannan K， Tan H L， et al. Environ Sci Technol， 2016， 50（11）： 5438
[11]	Xing J N， Zhang S Y， Zhang M L， et al. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol， 2022， 254： 109275
[12]	Frankowski R， Zgoła-Grześkowiak A， Grześkowiak T， et al. Environ Pollut， 2020， 265（PA）： 114879
[13]	Thayer K A， Doerge D R， Hunt D， et al. Environ Int， 2015， 83： 107
[14]	Jin H B， Zhu J， Chen Z J， et al. Environ Sci Technol， 2018， 52（2）： 812
[15]	Jin H B， Xie J H， Mao L L， et al. Environ Pollut， 2020， 259： 113779
[16]	Genuis S J， Beesoon S， Birkholz D， et al. J Environ Public Health， 2012， 2012： 185731
[17]	Zhang B， He Y， Zhu H K， et al. Environ Int， 2020， 136： 105407
[18]	Zhu H Y， Cheng Q H， Liu J F， et al. Sci Total Environ， 2023， 900： 165586
[19]	Grignon C， Venisse N， Rouillon S， et al. Anal Bioanal Chem， 2016， 408（9）： 2255
[20]	Philips E M， Jaddoe V W V， Asimakopoulos A G， et al. Environ Res， 2018， 161： 562
[21]	Niu Y M， Wang B， Zhao Y F， et al. J Agric Food Chem， 2017， 65（48）： 10452
[22]	Xue Y F， Shang T， Cui J T， et al. Chinese Journal of Chromatography， 2024， 42（9）： 827
[22]	薛钰凡，商婷，崔君涛，等. 色谱， 2024， 42（9）： 827
[23]	Jiang J， Ip H S S， Zhou J， et al. Environ Pollut， 2019， 248： 304
[24]	Wang Y H， Chen J C， et al. BMC Biotechnol， 2022， 22（1）： 16
[25]	Wang B J， Shi X M， Zhang W W， et al. Journal of Food Safety and Quality， 2021， 12（18）： 7272
[25]	王柄钧，史晓梅，张巍巍，等. 食品安全质量检测学报， 2021， 12（18）： 7272
[26]	Gys C， Bastiaensen M， Bruckers L， et al. Environ Res， 2021， 193： 110567
[27]	Li J， Zhang Z， Zhang C， et al. JMIR Public Health Surveill， 2023， 9： e49652
[28]	United States Environmental Protection Agency. Definition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit， Revision 2. （ 2016-12-01）［ 2025-02-18］.
[29]	Colorado-Yohar S M， Castillo-González A C， Sánchez-Meca J， et al. Sci Total Environ， 2021， 775： 145755
[30]	Pan Y， Zhu J， Zhu Z， et al. Environ Int， 2023， 174： 107926

Analyte	Retention time/min	Precursor ion （m/z）	Product ions （m/z）	CEs/eV	DPs/V
Bisphenol S （BPS）	3.45	249	108^*， 92	-35， -38	-92
Bisphenol F （BPF）	4.53	199	93^*， 105	-26， -27	-86
Bisphenol E （BPE）	5.24	213	198^*， 197	-23， -34	-56
Bisphenol A （BPA）	5.84	227	212^*， 133	-24， -33	-68
Bisphenol B （BPB）	6.51	241	212^*， 211	-24， -32	-90
Bisphenol AF （BPAF）	6.81	335	265^*， 197	-30， -51	-70
Bisphenol C2 （BPC2）	7.00	279， 281	35^*， 37	-55， -55	-96
Bisphenol C （BPC）	7.25	255	147^*， 239	-34， -33	-90
Bisphenol Z （BPZ）	7.50	267	173^*， 223	-35， -42	-132
Bisphenol AP （BPAP）	7.61	289	274^*， 211	-27，-34	-86
Bisphenol M （BPM）	9.37	345	133^*， 329	-41， -45	-137
Bisphenol G （BPG）	9.38	311	295^*， 175	-40， -43	-130
Bisphenol BP （BPBP）	9.48	351	273^*， 274	-34， -31	-92
Bisphenol P （BPP）	9.61	345	330^*， 133	-37， -43	-123
Tetrachlorobisphenol A （TCBPA）	9.65	365	314^*， 286	-34， -36	-164
Tetrabromobisphenol A （TBBPA）	10.09	543	446^*， 291	-44， -50	-112
Bisphenol PH （BPPH）	10.41	379	209^*， 363	-47， -50	-148
BPA-D₄	3.42	231	216^*， 135	-24， -33	-74
BPS-D₈	3.45	257	112^*， 96	-35， -42	-90
BPF-¹³C₆	4.53	205	99^*， 93	-29， -29	-80
BPE-¹³C₆	5.24	219	204^*， 203	-23， -32	-54
BPB-D₈	6.51	249	219^*， 220	-34， -24	-96
BPAF-¹³C₁₂	6.81	347	277^*， 208	-29， -51	-60
BPZ-¹³C₁₂	7.50	279	179^*， 235	-38， -41	-118
BPAP-D₅	7.61	294	279^*， 211	-29， -38	-40
BPP-¹³C₄	9.61	349	333^*， 135	-35， -45	-85
TBBPA-D₄	10.09	547	424^*， 452	-55， -45	-132

Analyte	Retention time/min	Precursor ion （m/z）	Product ions （m/z）	CEs/eV	DPs/V
Bisphenol S （BPS）	3.45	249	108^*， 92	-35， -38	-92
Bisphenol F （BPF）	4.53	199	93^*， 105	-26， -27	-86
Bisphenol E （BPE）	5.24	213	198^*， 197	-23， -34	-56
Bisphenol A （BPA）	5.84	227	212^*， 133	-24， -33	-68
Bisphenol B （BPB）	6.51	241	212^*， 211	-24， -32	-90
Bisphenol AF （BPAF）	6.81	335	265^*， 197	-30， -51	-70
Bisphenol C2 （BPC2）	7.00	279， 281	35^*， 37	-55， -55	-96
Bisphenol C （BPC）	7.25	255	147^*， 239	-34， -33	-90
Bisphenol Z （BPZ）	7.50	267	173^*， 223	-35， -42	-132
Bisphenol AP （BPAP）	7.61	289	274^*， 211	-27，-34	-86
Bisphenol M （BPM）	9.37	345	133^*， 329	-41， -45	-137
Bisphenol G （BPG）	9.38	311	295^*， 175	-40， -43	-130
Bisphenol BP （BPBP）	9.48	351	273^*， 274	-34， -31	-92
Bisphenol P （BPP）	9.61	345	330^*， 133	-37， -43	-123
Tetrachlorobisphenol A （TCBPA）	9.65	365	314^*， 286	-34， -36	-164
Tetrabromobisphenol A （TBBPA）	10.09	543	446^*， 291	-44， -50	-112
Bisphenol PH （BPPH）	10.41	379	209^*， 363	-47， -50	-148
BPA-D₄	3.42	231	216^*， 135	-24， -33	-74
BPS-D₈	3.45	257	112^*， 96	-35， -42	-90
BPF-¹³C₆	4.53	205	99^*， 93	-29， -29	-80
BPE-¹³C₆	5.24	219	204^*， 203	-23， -32	-54
BPB-D₈	6.51	249	219^*， 220	-34， -24	-96
BPAF-¹³C₁₂	6.81	347	277^*， 208	-29， -51	-60
BPZ-¹³C₁₂	7.50	279	179^*， 235	-38， -41	-118
BPAP-D₅	7.61	294	279^*， 211	-29， -38	-40
BPP-¹³C₄	9.61	349	333^*， 135	-35， -45	-85
TBBPA-D₄	10.09	547	424^*， 452	-55， -45	-132

Analyte	Background/（μg/L）	ME/%	Quantitative internal standard
BPS	0.009	43.3	BPS-D₈
BPF	0.015	31.4	BPF-¹³C₆
BPE	0.009	19.7	BPE-¹³C₆
BPA	0.276	38.2	BPA-D₄
BPB	<LOD	28.0	BPB-D₈
BPAF	0.007	7.7	BPAF-¹³C₁₂
BPC2	<LOD	32.0	BPAF-¹³C₁₂
BPC	<LOD	22.9	BPB-D₈
BPZ	<LOD	17.5	BPZ-¹³C₁₂
BPAP	<LOD	22.0	BPAP-D₅
BPM	<LOD	3.0	BPZ-¹³C₁₂
BPG	<LOD	2.5	BPF-¹³C₆
BPBP	<LOD	15.4	BPS-D₈
BPP	<LOD	10.7	BPP-¹³C₄
TCBPA	<LOD	33.4	BPZ-¹³C₁₂
TBBPA	<LOD	27.1	TBBPA-D₄
BPPH	<LOD	27.1	BPP-¹³C₄

Analyte	Background/（μg/L）	ME/%	Quantitative internal standard
BPS	0.009	43.3	BPS-D₈
BPF	0.015	31.4	BPF-¹³C₆
BPE	0.009	19.7	BPE-¹³C₆
BPA	0.276	38.2	BPA-D₄
BPB	<LOD	28.0	BPB-D₈
BPAF	0.007	7.7	BPAF-¹³C₁₂
BPC2	<LOD	32.0	BPAF-¹³C₁₂
BPC	<LOD	22.9	BPB-D₈
BPZ	<LOD	17.5	BPZ-¹³C₁₂
BPAP	<LOD	22.0	BPAP-D₅
BPM	<LOD	3.0	BPZ-¹³C₁₂
BPG	<LOD	2.5	BPF-¹³C₆
BPBP	<LOD	15.4	BPS-D₈
BPP	<LOD	10.7	BPP-¹³C₄
TCBPA	<LOD	33.4	BPZ-¹³C₁₂
TBBPA	<LOD	27.1	TBBPA-D₄
BPPH	<LOD	27.1	BPP-¹³C₄

Analyte	Linear equation	Linear range/（μg/L）	r	LOD/（μg/L）	LOQ/（μg/L）
BPS	y=0.09225x+0.02079	0.05-40	0.9995	0.023	0.056
BPF	y=0.19776x+0.01677	0.05-40	0.9999	0.054	0.145
BPE	y=0.09474x+0.00536	0.10-40	0.9999	0.035	0.096
BPA	y=0.11050x+0.00693	0.10-40	0.9999	0.489	0.986
BPB	y=0.48490x-0.01070	0.05-40	0.9998	0.002	0.005
BPAF	y=0.08970x+0.02855	0.20-40	0.9994	0.017	0.040
BPC2	y=0.00176x+0.00004	0.10-40	0.9999	0.029	0.097
BPC	y=0.10818x-0.00014	0.05-40	0.9999	0.007	0.022
BPZ	y=0.08527x+0.01414	0.05-40	0.9996	0.003	0.009
BPAP	y=0.09803x+0.02076	0.05-40	0.9997	0.003	0.010
BPM	y=0.00511x+0.00072	0.05-40	0.9994	0.006	0.019
BPG	y=0.09372x+0.03280	0.05-40	0.9986	0.025	0.084
BPBP	y=0.01528x+0.00178	0.05-40	0.9998	0.003	0.011
BPP	y=0.13654x-0.01992	0.05-40	0.9996	0.003	0.010
TCBPA	y=0.04376x+0.00368	0.05-40	0.9996	0.002	0.006
TBBPA	y=0.12805x-0.00288	0.05-40	0.9998	0.007	0.023
BPPH	y=0.04671x-0.01342	0.05-40	0.9987	0.017	0.057