水體中抗生素污染來(lái)源及檢測(cè)方法研究進(jìn)展

張?zhí)K珍，王益軍，田 蘊(yùn)，賀 燕，葛 敏，陶 威，徐顥瑋

(連云港市畜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，江蘇 連云港 222001)

抗生素自誕生以來(lái)，在各種常見細(xì)菌性疾病的治療中發(fā)揮了重要的作用?？股厮幬镒鳛橐环N基礎(chǔ)用藥，臨床使用廣泛，占處方藥總量的6%以上，自2012年8月1日，最嚴(yán)“抗限令”《抗菌藥物臨床應(yīng)用管理辦法》發(fā)布以來(lái)，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示我國(guó)門診和住院抗菌藥物的使用率得到大幅降低，細(xì)菌耐藥趨勢(shì)總體平穩(wěn)，但是作為抗生素的生產(chǎn)和使用大國(guó)，抗生素仍然是我國(guó)藥品市場(chǎng)中最大品類之一。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，抗菌藥物使用量占我國(guó)獸用化學(xué)制劑使用量的70%以上，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)每年約有10萬(wàn)t抗生素被用于養(yǎng)殖業(yè)。人畜服用的抗生素類藥物絕大多數(shù)不能被機(jī)體充分吸收利用，最終以原藥形態(tài)直接排出體外，進(jìn)入到環(huán)境水體中[1]。而現(xiàn)有的污水處理技術(shù)很難將污水中的抗生素完全清除。大量數(shù)據(jù)顯示，越來(lái)越多的抗生素在世界范圍內(nèi)的水環(huán)境體系中被檢測(cè)出[2]。進(jìn)入環(huán)境中的抗生素又會(huì)通過(guò)各種方式重新進(jìn)入人體，例如，喝了含有抗生素的水，吃了存在殘留抗生素的肉類和蔬菜，最終形成一個(gè)惡性循環(huán)?？股氐拈L(zhǎng)期大量使用所導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥性問(wèn)題已成為全球化問(wèn)題，據(jù)報(bào)道，每年有70萬(wàn)人死于抗生素耐藥。如果按照此種趨勢(shì)，到2050年每年將有1000萬(wàn)人死于抗生素耐藥。筆者分析了環(huán)境水體中抗生素的幾大主要來(lái)源，對(duì)近年來(lái)水體中抗生素殘留的檢測(cè)方法進(jìn)行了總結(jié)分析，以期為環(huán)境水體中抗生素的監(jiān)測(cè)監(jiān)管提供參考依據(jù)。

1 水體中抗生素的主要來(lái)源

1.1 養(yǎng)殖業(yè)

隨著畜禽和水產(chǎn)品規(guī)模化養(yǎng)殖的擴(kuò)大，養(yǎng)殖業(yè)中大量使用的抗生素成為水體中抗生素的重要來(lái)源。吳俐勤等對(duì)浙江省大型鴨場(chǎng)養(yǎng)殖水塘、豬場(chǎng)中養(yǎng)殖廢水和養(yǎng)殖場(chǎng)附近河域中共20個(gè)水樣中的抗生素進(jìn)行檢測(cè)。檢出氟苯尼考和5種磺胺類化合物，其中氟苯尼考的檢出率為70%[3]。唐娜等對(duì)長(zhǎng)江南京水體中14個(gè)采樣點(diǎn)的水樣進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)出8種磺胺類抗生素，其中磺胺甲噁唑濃度最高，為6.76～8.98 ng/L，磺胺類抗生素總量濃度最高點(diǎn)為工業(yè)漁業(yè)用水區(qū)[4]。魏瑞城等在江蘇省內(nèi)采集27個(gè)規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)排水口廢水樣品和53個(gè)周圍環(huán)境水體樣品，并對(duì)四環(huán)素類抗生素進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：土霉素和四環(huán)素檢出率最高，均為60.4%，土霉素和四環(huán)素在排水口和周圍環(huán)境水體中的污染量分別為0.07～72.91 μg/L、0.10～10.34 μg/L之間。分析抗生素含量變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)殖場(chǎng)排水口附近，樣品中四環(huán)素類藥物含量較高，隨著采樣點(diǎn)延伸，四環(huán)素類藥物濃度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)[5-6]。陳軍平等[7]對(duì)江西省南昌縣規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)養(yǎng)殖廢水、養(yǎng)豬場(chǎng)下游水環(huán)境采集的共24個(gè)水體樣品進(jìn)行分析，養(yǎng)殖廢水和環(huán)境水體中磺胺類、喹諾酮類、四環(huán)素類共6種抗生素均有不同程度的檢出，養(yǎng)殖場(chǎng)下游環(huán)境水體中抗生素殘留量總體低于養(yǎng)殖廢水，磺胺類和四環(huán)素類抗生素在少數(shù)養(yǎng)殖場(chǎng)下游水環(huán)境中存在一定富集。

1.2 制藥企業(yè)

抗生素生產(chǎn)廠家排放的工業(yè)廢水是污水處理廠抗生素的主要來(lái)源。抗生素在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的廢水中含有多種高濃度難降解的活性抗生素。2014年媒體曾曝出，山東魯抗醫(yī)藥大量排放高濃度抗生素污水，污水中抗生素濃度超自然水體10000倍。湯薪瑤等[8]對(duì)制藥廢水處理廠出水口中的頭孢類抗生素進(jìn)行分析，共檢測(cè)出4種頭孢類抗生素，雖然經(jīng)污水處理工藝后各頭孢類抗生素去除率達(dá)到73%以上，但總出水口中仍殘留有較高濃度抗生素，其中濃度最高的頭孢呋辛濃度范圍為10.6～35.1 μg/L。Scott等[9]從美國(guó)各地選擇了13個(gè)接收制藥企業(yè)排放廢水的污水處理廠，6個(gè)沒(méi)有制藥企業(yè)排放廢水輸入的污水處理廠和一個(gè)通過(guò)制藥企業(yè)關(guān)閉而過(guò)渡的污水處理廠，評(píng)估制藥企業(yè)排放廢水輸入對(duì)污水處理廠藥物負(fù)荷的影響。通過(guò)對(duì)廢水和藥品降解產(chǎn)物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)33種藥物在由制藥企業(yè)排放的廢水中的濃度(最大值為555000 ng/L)明顯高于不受制藥企業(yè)影響的廢水中的藥物濃度(最大值為175 ng/L)。結(jié)果表明藥品生產(chǎn)設(shè)備是一種重要的國(guó)家規(guī)模的環(huán)境藥物來(lái)源。制藥企業(yè)排放的廢水已成為全球環(huán)境水體中抗生素的一大重要來(lái)源。

1.3 人用藥

城市生活污水中的抗生素主要來(lái)源于人類，人類獲取抗生素的方式主要有2種：一是醫(yī)生開具的處方藥，二是患者去藥店購(gòu)買的非處方類抗生素。人體攝入的抗生素藥物通常只有一小部分能夠被人體吸收代謝和降解，絕大多數(shù)抗生素會(huì)以原藥形式通過(guò)尿液和糞便排出體外，另外，家庭購(gòu)買的抗生素藥品過(guò)期后遭到隨意丟棄，這些抗生素最終也會(huì)轉(zhuǎn)入環(huán)境污水中。此外，未經(jīng)處理的醫(yī)療廢水是城市污水中抗生素的另一重要來(lái)源。魏曉東等[10]比較了廣州市內(nèi)2個(gè)醫(yī)院污水處理前后污水中抗生素的變化，發(fā)現(xiàn)氧四環(huán)素和四環(huán)素在2個(gè)醫(yī)院的去除率均為100%，但羅紅霉素、脫水紅霉素和克拉霉素等大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的去除效果一般。李文最等[11]對(duì)閩江流域福州段水域水體中抗生素殘留情況進(jìn)行調(diào)查。在閩江流域福州段水體中，檢出了磺胺類、喹諾酮類、大環(huán)內(nèi)酯類3類13種抗生素，其最高濃度是磺胺類(磺胺氯噠嗪)為60.9 ng/L。胡冠九等[12]對(duì)江蘇省某市3個(gè)典型地表飲用水水源中5類共14種抗生素進(jìn)行檢測(cè)，檢出頻次最高的為磺胺類、四環(huán)素類、喹諾酮類抗生素，其中檢出濃度最高的為磺胺類抗生素。

1.4 污水處理廠再次排放

大量研究表明，匯集到城市污水處理廠中的抗生素并不能被完全清除。He等[13]收集美國(guó)馬里蘭州污水處理廠不同處理階段的廢水樣本進(jìn)行檢測(cè)，分析了11種氟喹諾酮類抗生素的存在情況，每個(gè)樣品中至少檢測(cè)到一種氟喹諾酮類抗生素，其中氧氟沙星和環(huán)丙沙星在所有采樣點(diǎn)的檢出率分別為100%和98%；原廢水中環(huán)丙沙星最高檢出濃度為1900 ng/L，氧氟沙星最高濃度為600 ng/L；通過(guò)微生物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原廢水中氟喹諾酮類抗生素總濃度在抑制大腸桿菌生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，表明廢水和廢水污染的地表水中抗生素可能帶來(lái)的隱患是確實(shí)存在的；此外，氟喹諾酮類藥物在廢水處理中的平均去除率約為65%，表明污水處理廠原污水中的大部分抗生素最終會(huì)再次進(jìn)入環(huán)境中循環(huán)。Mirzaei等[14]在4個(gè)月內(nèi)對(duì)33個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了3次采樣，采樣點(diǎn)涉及德黑蘭2個(gè)污水廠(A廠和B廠)、2條河流、13個(gè)地下水源、5個(gè)水廠，對(duì)水樣中的四類抗生素進(jìn)行了檢測(cè)。地下水源和水廠中均未檢測(cè)到目標(biāo)抗生素，在2個(gè)河流中和污水處理廠中，9種目標(biāo)抗生素中有7種被檢出，其中環(huán)丙沙星在A污水處理廠的進(jìn)出水口樣本中占主導(dǎo)地位，頭孢菌素在B污水處理廠進(jìn)出水口樣本中檢測(cè)到的含量最高。通過(guò)比較接收污水處理廠的河流和未接收污水處理廠排水的河流中抗生素的含量發(fā)現(xiàn)，污水處理廠排放的污水可能是水體中抗生素的一個(gè)重要來(lái)源。

2 水體中殘留抗生素檢測(cè)方法

2.1 前處理方法

水體中殘留抗生素多為痕量級(jí)，加上水體中大量干擾物的存在，使得水體中殘留抗生素濃度一般不能直接滿足檢測(cè)要求，因此，通常需要對(duì)水體中抗生素進(jìn)行凈化、富集處理，使其最終濃度滿足儀器檢測(cè)要求。

2.1.1 pH值調(diào)節(jié) 水樣經(jīng)凈化前通常需要調(diào)節(jié)pH值，唐琨[15]分析了pH值為3～9時(shí)對(duì)水體中6種抗生素(4種四環(huán)素類和2種大環(huán)內(nèi)酯類)回收率的影響，結(jié)果顯示：6種抗生素在pH值6～7范圍內(nèi)回收率較好且比較穩(wěn)定，pH值過(guò)高或者過(guò)低回收率均不理想。李佩佩等[16]對(duì)水體中的氟喹諾酮類抗生素進(jìn)行檢測(cè)，前處理過(guò)程中將pH值調(diào)至3.0，可獲得較好的回收率。王建鳳等[17]比較了pH值在2～6范圍內(nèi)14種喹諾酮類抗生素的提取效率，發(fā)現(xiàn)pH值為4.0時(shí)，所有樣品可獲得較好的回收率。李柳毅等[18]比較分析了5種pH值對(duì)4種磺胺類抗生素提取效率的影響，結(jié)果顯示，不同pH值對(duì)4種磺胺類抗生素回收率的影響無(wú)顯著差異。鄭璇等[19]通過(guò)比較不同pH值對(duì)19種磺胺類抗生素提取效率的影響，發(fā)現(xiàn)pH值為6.0時(shí)，回收率最佳。因此，根據(jù)所分析抗生素分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)水樣進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，有利于保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.1.2 固相萃取柱的選擇 目前，常用的前處理方法為固相萃取法。用于環(huán)境樣品中抗生素檢測(cè)前處理過(guò)程中的固相萃取小柱多為HLB、MCX、Strata-X、C18和強(qiáng)陰離子交換柱等[20]。余勝兵等[21]通過(guò)比較固相萃取柱對(duì)飲用水中抗生素提取效果的影響，發(fā)現(xiàn)大部分抗生素在HLB固相萃取柱上的萃取效果較C18柱的萃取效果好。殷哲云等[20]通過(guò)比較3種HLB固相萃取柱對(duì)抗生素的提取效果，發(fā)現(xiàn)不同品牌的HLB固相萃取柱對(duì)物質(zhì)的回收率影響差別不大，均可滿足試驗(yàn)分析要求。李文最等[22]比較分析了C18、C8、Strata-X、HLB柱和大體積水專用柱(Cleanert PEP-2)5種固相萃取柱對(duì)5類抗生素回收率的影響，結(jié)果表明：HLB、Strata-X和大體積水專用柱對(duì)所測(cè)抗生素均有較好的萃取效率，由于HLB固相萃取柱具有親水-親脂聚合物填料，可在較寬pH值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物的凈化富集，水體中抗生素檢測(cè)過(guò)程中使用較多的固相萃取柱為HLB固相萃取柱。前處理樣品制備是降低檢測(cè)限的重要手段，在線固相萃取能夠達(dá)到較好的回收率和靈敏度，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 儀器分析法

2.2.1 高效液相色譜串聯(lián)紫外檢測(cè)器(HPLC-UV) 湯弘智等[23]通過(guò)高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)器，建立了畜禽廢水中4種四環(huán)素類抗生素檢測(cè)的高效液相色譜法(HPLC)，4種抗生素的最低檢出限均為50 ng/mL。李柳毅等[18]運(yùn)用HPLC法對(duì)地表水中4種磺胺類抗生素進(jìn)行定量分析，方法檢出限為1.0～1.7 ng/L。李盛安等[24]建立了7種磺胺類抗生素檢測(cè)的高效液相色譜檢測(cè)方法，對(duì)豬場(chǎng)廢水中殘留的磺胺類抗生素進(jìn)行定量檢測(cè)，方法檢出限為0.003～0.005 mg/L。Hlabangana等[25]建立了氟喹諾酮類藥物檢測(cè)的高效液相色譜方法，6種氟喹諾酮類抗生素在堿性介質(zhì)中最大吸光度在254～330 nm波長(zhǎng)處。紫外檢測(cè)器最低檢出限為10-9濃度范圍。

2.2.2 高效液相色譜串聯(lián)熒光檢測(cè)器(HPLC-FD) 王橋軍等[26]運(yùn)用高效液相色譜串聯(lián)熒光檢測(cè)器檢測(cè)水中4種喹諾酮類抗生素，最低檢出限為0.083～0.248 μg/L。何金華等[27]建立了畜禽糞便中4種磺胺類抗生素殘留檢測(cè)的高效液相色譜-熒光檢測(cè)方法，檢出限為0.6～2.8 μg/kg。林曉旭等[28]利用高效液相色譜-熒光檢測(cè)器對(duì)沼液中的4種喹諾酮類抗生素進(jìn)行檢測(cè)，檢出限為0.004～0.01 μg/mL。Yang等[29]通過(guò)原位衍生化，中空纖維液相微萃取，超高效液相色譜串聯(lián)熒光檢測(cè)器檢測(cè)，建立了8種磺胺類藥物的檢測(cè)方法。8種磺胺類化合物的檢出限為3.1～11.2 ng/L，方法具有較高的靈敏度，同時(shí)也為富集和定量環(huán)境水體中磺胺類化合物提供了一種新的方法。

2.2.3 高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS) 液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析過(guò)程中，液相色譜分離的樣品通常經(jīng)過(guò)電噴霧離子源進(jìn)行離子化處理，再經(jīng)過(guò)多反應(yīng)監(jiān)測(cè)進(jìn)行一步分析。鄭璇等[19]運(yùn)用超高效液相色譜串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜法對(duì)地表水和廢水中的19種磺胺類抗生素進(jìn)行檢測(cè)，檢出限為0.6～2.0 ng/L。王蘊(yùn)馨等[30]建立了水體中10種抗生素檢測(cè)的全自動(dòng)固相萃取-超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法，10種抗生素的最低檢出限為0.01～0.03 μg/L。徐潔等[31]運(yùn)用HPLC-MS/MS方法對(duì)工業(yè)園區(qū)周邊地表水中5種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素進(jìn)行檢測(cè)，最低檢出限為0.012～0.085 μg/L。呂佳等[32]建立了飲用水中35種抗生素檢測(cè)的高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜方法，最低檢出限為0.02～1.40 ng/L。程家興等[33]運(yùn)用UPLC-MS/MS方法對(duì)養(yǎng)魚河水中喹諾酮類、氯霉素類、四環(huán)素類以及磺胺類共4類15種抗生素進(jìn)行定量檢測(cè)，最低檢出限達(dá)到0.01～0.3 ng/L。Kim等[34]根據(jù)2015年韓國(guó)獸藥銷售情況，選取18種常用獸藥作為分析目標(biāo)，建立了高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)法，所建立方法的最低檢出限為0.2～11.9 ng/L。姚倩鈺等[35]采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)8個(gè)省21家養(yǎng)豬場(chǎng)的64份廢水中殘留的5種喹諾酮類抗生素進(jìn)行檢測(cè)分析，最低檢出限為0.25～2.5 ng/L。陸克祥等[36]運(yùn)用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法對(duì)黃浦江水體中的抗生素進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)出四環(huán)素類、磺胺類抗生素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、喹諾酮類抗生素、β-內(nèi)酰胺類5類15種抗生素。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法因其高靈敏度、較好的特異性，常被用于水中抗生素殘留的定性定量分析。

2.2.4 免疫檢測(cè)方法 免疫檢測(cè)方法包括酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)、免疫膠體金法、放射性免疫分析法、生物傳感器等[37]，其中被用于水體中抗生素檢測(cè)較多的方法為酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)。Kumar K等[38]建立了水體中莫能菌素檢測(cè)的酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)，該方法具有較高的靈敏度，方法的加標(biāo)回收率能夠達(dá)到100%，結(jié)果表明：莫能菌素ELISA方法可成為L(zhǎng)C-MS分析方法的可靠、快速和低成本的替代方法。Maria H等[39]建立了水體中殘留非甾體類抗炎藥雙氯芬酸(DCF)的ELISA方法，并對(duì)淡水河中的雙氯芬酸進(jìn)行檢測(cè)，最低檢測(cè)限為7.8 ng/L。酶聯(lián)免疫吸附法具有檢測(cè)成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.5 其他檢測(cè)方法 Xu等[40]建立的磁性雙模板分子印跡技術(shù)可用于環(huán)境水中磺胺類化合物和氟喹諾酮類化合物檢測(cè)的前處理過(guò)程中，磁性雙模板分子印跡技術(shù)是一種基于磁萃取的快速、選擇性的同時(shí)萃取磺胺類和氟喹諾酮類化合物的方法。周靖雯等[41]建立環(huán)境水樣中4種磺胺類藥物檢測(cè)的中空纖維膜液相微萃取-毛細(xì)管電泳法，檢測(cè)了水產(chǎn)養(yǎng)殖用水和污水中的磺胺類抗生素，4種磺胺類抗生素的檢出限為0.73～1.27 μg/L。近年來(lái)，中空纖維膜液相微萃取(HF-LPME)作為一種綠色的樣品前處理新技術(shù)得到了較快發(fā)展，與液質(zhì)方法相比，毛細(xì)管電泳法具有分析耗時(shí)短、分離效率高、有機(jī)溶劑用量少的特點(diǎn)。Peixoto等[42]建立了基于微型化固相萃取和微平板分光光度法檢測(cè)水中磺胺類化合物的檢測(cè)方法，是一種以磺胺類化合物與對(duì)二甲基氨基肉桂醛在有機(jī)介質(zhì)中的顯色反應(yīng)為基礎(chǔ)，建立的微孔板形式的微型分光光度法，此方法具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。

2.3 分析方法比較

通過(guò)以上不同抗生素殘留檢測(cè)方法靈敏度的比較，可知液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜方法具有較佳的靈敏度、準(zhǔn)確度，另外液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)檢測(cè)樣品中的多種抗生素，是對(duì)水體中殘留抗生素定性定量檢測(cè)的重要手段。但是液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜方法也存在儀器價(jià)格昂貴、樣品前處理過(guò)程復(fù)雜等缺點(diǎn)。酶聯(lián)免疫吸附法與液質(zhì)方法比較具有前處理簡(jiǎn)便、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，但是在一次性檢測(cè)水體中多種抗生素的能力以及檢測(cè)靈敏度等方面仍存在提高空間。近年來(lái)，簡(jiǎn)便省時(shí)、高靈敏度的檢測(cè)方法逐步得到發(fā)展，從綠色環(huán)保、降低成本、同時(shí)高效檢測(cè)水體中各種抗生素方面考慮，期待著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和普及。

3 結(jié)論

通過(guò)各種方式進(jìn)入水環(huán)境的抗生素隨著水體的運(yùn)輸、循環(huán)，容易造成抗生素的廣泛污染，增加細(xì)菌的耐藥性，不利于人類的生存發(fā)展。隨著“后抗生素時(shí)代”的來(lái)臨，濫用抗生素所帶來(lái)的環(huán)境污染、細(xì)菌耐藥性問(wèn)題成為了全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此研發(fā)普及有效的檢測(cè)方法，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境水體中抗生素的監(jiān)測(cè)，多渠道減少抗生素的污染來(lái)源已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。