水環(huán)境中抗生素殘留檢測(cè)的研究進(jìn)展

何 洋，樊柳艷，范 輝，范 磊

（南寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣西 南寧 530012）

水環(huán)境中抗生素殘留檢測(cè)的研究進(jìn)展

何 洋，樊柳艷，范 輝，范 磊

（南寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣西 南寧 530012）

隨著抗生素濫用問題的日益嚴(yán)重，抗生素對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的潛在危害引起人們的關(guān)注。建立準(zhǔn)確、靈敏、高效的分析方法是了解水環(huán)境中抗生素污染狀況的必要手段。本文綜述了水環(huán)境樣品中抗生素殘留分析的研究進(jìn)展，闡述了環(huán)境樣品中抗生素的提取技術(shù)、檢測(cè)方法等，最后展望了該研究領(lǐng)域今后的發(fā)展趨勢(shì)。

抗生素；水環(huán)境；前處理；檢測(cè)

抗生素作為一類抗菌性藥物廣泛用于治療人類和動(dòng)物疾病，并且作為一種促進(jìn)生長(zhǎng)劑被應(yīng)用于畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中[1-2]。從1929年Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素起，到目前抗生素的種類已達(dá)到上萬種，在臨床上經(jīng)常使用的亦有幾百種?？股氐拇罅渴褂蒙踔翞E用，也帶來了一系列環(huán)境問題。據(jù)報(bào)道，抗生素類藥物進(jìn)入人畜體內(nèi)后不能被全部吸收，絕大部分會(huì)隨排泄物排出體外，經(jīng)市政管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠，有的甚至不經(jīng)處理直接排入環(huán)境，對(duì)人體健康和環(huán)境造成影響[3]?？股匾殉蔀橐活愋屡d的環(huán)境污染物[4-5]。為了解水環(huán)境中抗生素的污染狀況，建立科學(xué)的分析方法非常重要。筆者對(duì)水環(huán)境樣品中抗生素的提取、凈化、濃縮及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了綜述。

1 提取技術(shù)

傳統(tǒng)的水體中有機(jī)污染物提取方法主要是液-液萃取法和固相萃取法等。隨著技術(shù)進(jìn)步，在傳統(tǒng)提取方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)抗生素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有學(xué)者對(duì)前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化，包括離子液體萃取、溫度驅(qū)動(dòng)離子液體分散微萃取等。

1.1 液液萃取

液液萃取是利用待測(cè)組分在水相和有機(jī)相中分配系數(shù)的差異進(jìn)行提取凈化的方法。該方法多用于非極性和中等極性化合物，由于抗生素多為極性化合物，因此利用液液萃取提取水體中抗生素的報(bào)道較少。杜東麗[6]建立了鹽析輔助液液萃取農(nóng)田水中4種四環(huán)素的方法。通過嘗試多種萃取劑與鹽析試劑組成的鹽析體系，選出最優(yōu)的萃取體系為乙腈/磷酸氫二鈉體系。4種四環(huán)素的檢出限在0.64～0.88ng·mL-1之間，目標(biāo)物質(zhì)的回收率范圍為100.4%～103.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤2.9%。離子液體萃取法主要利用稀土金屬鑭作為螯合試劑，與水樣中的抗生素形成疏水性螯合物，從而達(dá)到萃取富集目標(biāo)物的目的。侯德坤等[7]利用溫度驅(qū)動(dòng)離子液體分散微萃取提取四環(huán)素，效果良好，該方法可快速、便捷地檢測(cè)環(huán)境水樣中四環(huán)素。

液液萃取無需特殊裝置和材料，但一般耗時(shí)長(zhǎng)，二次污染大，難以提取高極性物質(zhì)，這些都限制了其應(yīng)用。

1.2 固相萃取

固相萃取具有耗費(fèi)有機(jī)溶劑少、快速高效、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，而且萃取材料種類豐富，這使得固相萃取成為目前應(yīng)用最廣的環(huán)境樣品富集分離純化技術(shù)。

李勇競(jìng)等[8]建立了一種固相萃取-超高效液相色譜測(cè)定飲用水中四環(huán)素類抗生素的檢測(cè)方法。4種抗生素的線性范圍為0.05～1.00mg·L-1，方法檢出限為 0.063～0.250μg·L-1，回收率在 77.2%～136.0%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.88%～5.86%。該方法樣品前處理簡(jiǎn)便，液相色譜分析時(shí)間短，線性范圍寬，檢出限較低，適合檢測(cè)飲用水中四環(huán)素類抗生素。孫曉杰等[9]采用固相萃取結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)，建立了同時(shí)測(cè)定海水樣品中18種抗生素殘留的方法。樣品經(jīng)PLS-3固相萃取柱富集、凈化后，以液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)（SRM）離子模式定性，結(jié)果表明被測(cè)組分在對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，方法檢出限在1.00～10.0ng·L-1之間，18種抗生素的回收率為71.6%～117%，該方法靈敏度高、重現(xiàn)性好。

1.3 磁性固相萃取

近年來，隨著磁性吸附材料的研發(fā)和完善，由于其具有易于分離以及高效快速的吸附脫附性能，一些研究者開始嘗試將其應(yīng)用于固相萃取。國(guó)明等[10]建立了磁性固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜同時(shí)測(cè)定環(huán)境水樣中四環(huán)素類抗生素的方法，以6種四環(huán)素類抗生素為目標(biāo)化合物，考察并優(yōu)化了吸附和解吸條件，確定了最佳萃取條件。萃取后的目標(biāo)化合物經(jīng)ZORBAX Eclipse Plus C18柱分離，用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜在多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）模式下進(jìn)行檢測(cè)，6種四環(huán)素線性關(guān)系良好，檢出限為2.44～25.21 ng·L-1，樣品加標(biāo)回收率為80.6%～90.0%。該方法靈敏度高、背景干擾低，適用于環(huán)境水樣中6種痕量四環(huán)素類抗生素的同時(shí)檢測(cè)。

磁性固相萃取的出現(xiàn)，改變了常規(guī)固相萃取必須將萃取材料填充成柱的模式，解決了樣品體積很大時(shí)常規(guī)固相萃取耗時(shí)較長(zhǎng)的問題。磁性固相萃取必將成為樣品前處理的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2 檢測(cè)技術(shù)

由于水環(huán)境中抗生素污染物的含量相對(duì)較低，所以抗生素的檢測(cè)一般都是微量或痕量分析，常采用具有高靈敏度的儀器進(jìn)行檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外關(guān)于抗生素殘留的檢測(cè)方法也在迅速發(fā)展，主要有液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、酶免疫分析法、毛細(xì)管電泳法等。

2.1 液相色譜法

液相色譜是較早在抗生素的檢測(cè)中得到應(yīng)用的檢測(cè)手段，針對(duì)不同的檢測(cè)精度要求，使用的檢測(cè)器也不同，如紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器（FD）、二極管陣列檢測(cè)器（DAD）。譚建華等[11]結(jié)合固相萃?。⊿PE）與高效液相色譜（HPLC）分析，建立了一種適用于我國(guó)城市水環(huán)境中多種抗生素的分析方法，同時(shí)分析城市水體中8種抗生素污染物。喹諾酮類抗生素使用熒光檢測(cè)器(FLD)定量，其他抗生素則采用紫外檢測(cè)器定量。該方法對(duì)自來水加標(biāo)的回收率為80%～120%，對(duì)地表水樣品加標(biāo)的回收率為63%～106%，方法的定量檢測(cè)限為 0.030～0.080μg·L-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于18%。利用該方法對(duì)珠江廣州河段的水體進(jìn)行了分析，分析結(jié)果令人滿意。胡冠九等[12]使用C18吸附柱，采用自動(dòng)固相萃取法提取水樣，用高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)法(HPLC-DAD)同時(shí)測(cè)定5種四環(huán)素類抗生素，探索建立了一種簡(jiǎn)便快速、成本低廉、靈敏準(zhǔn)確的水體中四環(huán)素類抗生素殘留檢測(cè)方法。

2.2 毛細(xì)管電泳法

毛細(xì)管電泳（CE）技術(shù)具有樣品前處理簡(jiǎn)單、分析速度快的特點(diǎn)，在環(huán)境水體中抗生素的檢測(cè)方面的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。李愛梅等[13]比較了毛細(xì)管電泳和高效液相色譜（HPLC）技術(shù)對(duì)水體中4種四環(huán)素類抗生素的分離效果，結(jié)果表明，CE可以節(jié)省一半左右的分析時(shí)間，且有良好的線性關(guān)系，檢出限在0.28～0.62 mg·L-1之間。此外，利用場(chǎng)放大電動(dòng)進(jìn)樣（FASI）對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行柱內(nèi)預(yù)濃縮，檢測(cè)靈敏度較HDI進(jìn)樣模式提高，檢出限降至17.8～35.5μg·L-1。包麗穎等[14]研究高效毛細(xì)管電泳法 ( HPCE)對(duì)阿奇霉素、紅霉素、大觀霉素、奈替米星的定量分析，對(duì)比了HPCE法與微生物效價(jià)法的測(cè)定結(jié)果。研究表明，HPCE法快速、準(zhǔn)確、成本低，具有很好的選擇性和重現(xiàn)性，優(yōu)于效價(jià)法。

2.3 酶免疫分析法

酶免疫分析方法（ELISA）具有快速、靈敏、高效的優(yōu)點(diǎn)，可以為抗生素殘留檢測(cè)提供成套的解決方案[15]，擺脫了大型儀器對(duì)檢測(cè)地點(diǎn)、環(huán)境條件、操作人員的制約，可實(shí)現(xiàn)快速直觀的結(jié)果判讀，檢測(cè)靈敏度達(dá)到μg·L-1級(jí)別，而且可以同時(shí)測(cè)定幾個(gè)樣品。但是ELISA對(duì)試劑的選擇性高，很難同時(shí)分析多種成分，對(duì)結(jié)構(gòu)類似的化合物有一定程度的交叉，分析分子量很小的化合物和不穩(wěn)定的化合物有一定的困難。Kumar等[16]用ELISA試劑盒檢測(cè)地表水、地下水中的四環(huán)素和泰勒菌素，結(jié)果表明，該方法成本低、檢測(cè)快，可用于水中的四環(huán)素、氯四環(huán)素、泰勒菌素的初篩檢測(cè)。

2.4 液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法

色譜可以用于多組分混合物的分離和分析，可以對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行定量分析，但是定性較困難。質(zhì)譜儀能夠?qū)我唤M分提供高靈敏度和特征的質(zhì)譜圖，但對(duì)復(fù)雜化合物無分析能力，所以將色譜與串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用，對(duì)復(fù)雜化合物中微量和痕量組分的定性和定量分析具有重要的意義。周志洪等[17]應(yīng)用在線固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),定量檢測(cè)地表水和污水處理廠廢水中的四環(huán)素類、磺胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、喹諾酮類和其他常見類抗生素化合物，28種抗生素化合物含量在1～200ng·L-1范圍內(nèi)均具有良好的線性響應(yīng)，檢出限低于0.7ng·L-1。杜鵑等[18]建立了固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(SPE-HPLC-MS/MS)同時(shí)檢測(cè)水中6類23種抗生素的分析方法，23種抗生素的方法檢出限(MDL)范圍為0.1～2.9ng·L-1，加標(biāo)回收率為47.3%～132.6%，該方法高效、靈敏、可靠，可用于多種抗生素的分析。楊路平等[19]采用超高效液相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中的14種氟喹諾酮類抗生素的殘留量，14種氟喹諾酮類抗生素均在一定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與其峰面積呈線性關(guān)系，方法的檢出限在0.04～1.8ng·L-1之間。液相色譜與串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行聯(lián)用在分析復(fù)雜多組分樣品時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

目前，水環(huán)境中抗生素的前處理方法仍然以固相萃取為主，高效快速的磁性固相萃取技術(shù)是前處理技術(shù)的發(fā)展方向。檢測(cè)方法方面，國(guó)內(nèi)外目前使用最廣泛的是液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，該技術(shù)具有靈敏度高、精確度高、分析效率高以及檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在儀器昂貴、需要專業(yè)的分析操作人員、樣品處理復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展以及社會(huì)對(duì)抗生素污染的重視，開發(fā)簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、高效以及廉價(jià)的前處理技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)，將是今后研究的目標(biāo)。

[1] B. Halling-Srensen, S. Nors Nielsen, Lanzky P F, et al.Occurrence, fate and effects of pharmaceutical substances

[2] Martinez J L. Environmental pollution by antibiotics and by antibiotic resistance determinants.[J]. Environmental Pollution, 2009, 157(11): 2893-2902.

[3] Mart nez-Carballo E, Gonzlez-Barreiro C, Scharf S, et al.Environmental monitoring study of selected veterinary antibiotics in animal manure and soils in Austria[J].Environmental Pollution, 2007, 148(2): 570-579.

[4] Hernando M D, Mezcua M, Fernández-Alba A R, et al.Environmental risk assessment of pharmaceutical residues in wastewater effluents, surface waters and sediments.[J].Talanta. 2006, 69(2): 334-342.

[5] Gulkowska A, Leung H W, So M K, et al. Removal of antibiotics from wastewater by sewage treatment facilities in Hong Kong and Shenzhen, China[J]. Water Research, 2008,42(1/2): 395-403.

[6] 杜東麗.不同基質(zhì)中氟喹諾酮類和四環(huán)素類抗生素分析技術(shù)的研究及應(yīng)用[D].溫州：溫州醫(yī)科大學(xué)，2014.

[7] 侯德坤，關(guān)燕，狄曉威.溫度驅(qū)動(dòng)離子液體分散微萃取/超高壓液相色譜檢測(cè)水樣中的微量四環(huán)素[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2011，30(3)：259-263.

[8] 李勇競(jìng)，鄭妹鳳.固相萃取-超高效液相色譜法測(cè)定飲用水中四環(huán)素類抗生素[J].環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2016，33(6)：624-626.

[9] 孫曉杰，李兆新，董曉，等.固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)檢測(cè)海水中抗生素多殘留[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，32(5)：639-643.

[10] 國(guó)明，于峰，賈科玲，等.磁性固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定環(huán)境水樣中的四環(huán)素類抗生素[J].色譜，2016，34(4)：407-413.

[11] 譚建華，唐才明，余以義，等.高效液相色譜法同時(shí)分析城市河水中的多種抗生素[J].色譜，2007，25(4)：546-549.

[12] 胡冠九，王冰，孫成.高效液相色譜法測(cè)定環(huán)境水樣中5種四環(huán)素類抗生素殘留[J].環(huán)境化學(xué)，2007，26(1)：106-107.

[13] 李愛梅，黃茁，盧文平，等.毛細(xì)管電泳法測(cè)定水體中四環(huán)素類抗生素的基質(zhì)效應(yīng)及場(chǎng)放大進(jìn)樣技術(shù)的應(yīng)用 [J].色譜，2014，32(8)：897-903.

[14] 包麗穎，顧峻嶺，車寶泉.高效毛細(xì)管電泳法對(duì)4種抗生素的定量分析[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21(2)：270-272.

[15] 李小杰，劉志楠.四環(huán)素類藥物的定量檢測(cè)——酶聯(lián)免疫分析法[J].中國(guó)食品工業(yè)，2013(2)：56-57.

[16] Kumar K, Thompson A, Singh A K, et al. Enzymelinked immunosorbent assay for ultratrace determination of antibiotics in aqueous samples.[J]. Journal of in the environment-A review[J]. Chemosphere, 1998, 36(2):357.

Environmental Quality, 2004, 33(1): 250-256.

[17] 周志洪，黃卓爾，吳清柱，等.在線固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定環(huán)境水體中抗生素[J].分析試驗(yàn)室，2016(9)：1092-1098.

[18] 杜鵑，趙洪霞，陳景文.固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定養(yǎng)殖海水中23種抗生素[J].色譜，2015，33(4)：348-353.

[19] 楊路平，焦燕妮，邵立君，等.超高效液相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中14種氟喹諾酮類抗生素的殘留量[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2016，52(4)：397-399.

Abstract:The abuse of antibiotics caused a large amount of environmental residues, which had hazarded on the ecological environment and human health. In order to understand antibiotic pollution situation in the water environment, it was extremely essential to establish sensitive, accurate and effective analysis methods. Base on the comprehensive literature review, the research status of antibiotic residuals analysis in the water environment was summarized. Common methods for samples pretreatment such as extraction and detection were introduced in detail. Finally, the development tendency in this fi eld in the near future was prospected.

Key words:antibiotic; water sample; pretreatment; detection

Research Progress of Antibiotic Residues in Water Environmental Samples

HE Yang, FAN Liuyan, FAN Hui, FAN Lei
(Nanning Environmental Protection Monitoring Station, Nanning 530012, China)

X 132

A

1671-9905(2017)09-0033-03

南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃(20133324)；南寧市新世紀(jì)學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人專項(xiàng)資金(2014009)

何洋（1991- ），男，學(xué)士，廣西扶綏人，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。E-mail: 279280211@qq.com.

范磊，E-mail: funly100@163.com.

2017-06-15