水环境中抗生素残留检测的研究进展

何 洋，樊柳艳，范 辉，范 磊

（南宁市环境保护监测站，广西 南宁 530012）

水环境中抗生素残留检测的研究进展

何 洋，樊柳艳，范 辉，范 磊

（南宁市环境保护监测站，广西 南宁 530012）

随着抗生素滥用问题的日益严重，抗生素对生态环境和人体健康的潜在危害引起人们的关注。建立准确、灵敏、高效的分析方法是了解水环境中抗生素污染状况的必要手段。本文综述了水环境样品中抗生素残留分析的研究进展，阐述了环境样品中抗生素的提取技术、检测方法等，最后展望了该研究领域今后的发展趋势。

抗生素；水环境；前处理；检测

抗生素作为一类抗菌性药物广泛用于治疗人类和动物疾病，并且作为一种促进生长剂被应用于畜牧业和水产养殖业中[1-2]。从1929年Fleming发现青霉素起，到目前抗生素的种类已达到上万种，在临床上经常使用的亦有几百种。抗生素的大量使用甚至滥用，也带来了一系列环境问题。据报道，抗生素类药物进入人畜体内后不能被全部吸收，绝大部分会随排泄物排出体外，经市政管网进入污水处理厂，有的甚至不经处理直接排入环境，对人体健康和环境造成影响[3]。抗生素已成为一类新兴的环境污染物[4-5]。为了解水环境中抗生素的污染状况，建立科学的分析方法非常重要。笔者对水环境样品中抗生素的提取、净化、浓缩及检测技术进行了综述。

1 提取技术

传统的水体中有机污染物提取方法主要是液-液萃取法和固相萃取法等。随着技术进步，在传统提取方法的基础上，根据抗生素的结构特点，有学者对前处理方法进行了优化，包括离子液体萃取、温度驱动离子液体分散微萃取等。

1.1 液液萃取

液液萃取是利用待测组分在水相和有机相中分配系数的差异进行提取净化的方法。该方法多用于非极性和中等极性化合物，由于抗生素多为极性化合物，因此利用液液萃取提取水体中抗生素的报道较少。杜东丽[6]建立了盐析辅助液液萃取农田水中4种四环素的方法。通过尝试多种萃取剂与盐析试剂组成的盐析体系，选出最优的萃取体系为乙腈/磷酸氢二钠体系。4种四环素的检出限在0.64～0.88ng·mL-1之间，目标物质的回收率范围为100.4%～103.8%，相对标准偏差RSD≤2.9%。离子液体萃取法主要利用稀土金属镧作为螯合试剂，与水样中的抗生素形成疏水性螯合物，从而达到萃取富集目标物的目的。侯德坤等[7]利用温度驱动离子液体分散微萃取提取四环素，效果良好，该方法可快速、便捷地检测环境水样中四环素。

液液萃取无需特殊装置和材料，但一般耗时长，二次污染大，难以提取高极性物质，这些都限制了其应用。

1.2 固相萃取

固相萃取具有耗费有机溶剂少、快速高效、易于实现自动化等优点，而且萃取材料种类丰富，这使得固相萃取成为目前应用最广的环境样品富集分离纯化技术。

李勇竞等[8]建立了一种固相萃取-超高效液相色谱测定饮用水中四环素类抗生素的检测方法。4种抗生素的线性范围为0.05～1.00mg·L-1，方法检出限为 0.063～0.250μg·L-1，回收率在 77.2%～136.0%之间，相对标准偏差为0.88%～5.86%。该方法样品前处理简便，液相色谱分析时间短，线性范围宽，检出限较低，适合检测饮用水中四环素类抗生素。孙晓杰等[9]采用固相萃取结合液相色谱-串联质谱检测技术，建立了同时测定海水样品中18种抗生素残留的方法。样品经PLS-3固相萃取柱富集、净化后，以液相色谱-串联质谱选择反应监测（SRM）离子模式定性，结果表明被测组分在对应范围内线性关系良好，方法检出限在1.00～10.0ng·L-1之间，18种抗生素的回收率为71.6%～117%，该方法灵敏度高、重现性好。

1.3 磁性固相萃取

近年来，随着磁性吸附材料的研发和完善，由于其具有易于分离以及高效快速的吸附脱附性能，一些研究者开始尝试将其应用于固相萃取。国明等[10]建立了磁性固相萃取-高效液相色谱-串联质谱同时测定环境水样中四环素类抗生素的方法，以6种四环素类抗生素为目标化合物，考察并优化了吸附和解吸条件，确定了最佳萃取条件。萃取后的目标化合物经ZORBAX Eclipse Plus C18柱分离，用高效液相色谱-串联质谱在多反应监测（MRM）模式下进行检测，6种四环素线性关系良好，检出限为2.44～25.21 ng·L-1，样品加标回收率为80.6%～90.0%。该方法灵敏度高、背景干扰低，适用于环境水样中6种痕量四环素类抗生素的同时检测。

磁性固相萃取的出现，改变了常规固相萃取必须将萃取材料填充成柱的模式，解决了样品体积很大时常规固相萃取耗时较长的问题。磁性固相萃取必将成为样品前处理的一个重要发展方向。

2 检测技术

由于水环境中抗生素污染物的含量相对较低，所以抗生素的检测一般都是微量或痕量分析，常采用具有高灵敏度的仪器进行检测。国内外关于抗生素残留的检测方法也在迅速发展，主要有液相色谱法、液相色谱-质谱联用法、酶免疫分析法、毛细管电泳法等。

2.1 液相色谱法

液相色谱是较早在抗生素的检测中得到应用的检测手段，针对不同的检测精度要求，使用的检测器也不同，如紫外检测器、荧光检测器（FD）、二极管阵列检测器（DAD）。谭建华等[11]结合固相萃取（SPE）与高效液相色谱（HPLC）分析，建立了一种适用于我国城市水环境中多种抗生素的分析方法，同时分析城市水体中8种抗生素污染物。喹诺酮类抗生素使用荧光检测器(FLD)定量，其他抗生素则采用紫外检测器定量。该方法对自来水加标的回收率为80%～120%，对地表水样品加标的回收率为63%～106%，方法的定量检测限为 0.030～0.080μg·L-1，相对标准偏差小于18%。利用该方法对珠江广州河段的水体进行了分析，分析结果令人满意。胡冠九等[12]使用C18吸附柱，采用自动固相萃取法提取水样，用高效液相色谱-二极管阵列检测法(HPLC-DAD)同时测定5种四环素类抗生素，探索建立了一种简便快速、成本低廉、灵敏准确的水体中四环素类抗生素残留检测方法。

2.2 毛细管电泳法

毛细管电泳（CE）技术具有样品前处理简单、分析速度快的特点，在环境水体中抗生素的检测方面的应用具有明显的优势。李爱梅等[13]比较了毛细管电泳和高效液相色谱（HPLC）技术对水体中4种四环素类抗生素的分离效果，结果表明，CE可以节省一半左右的分析时间，且有良好的线性关系，检出限在0.28～0.62 mg·L-1之间。此外，利用场放大电动进样（FASI）对目标物进行柱内预浓缩，检测灵敏度较HDI进样模式提高，检出限降至17.8～35.5μg·L-1。包丽颖等[14]研究高效毛细管电泳法 ( HPCE)对阿奇霉素、红霉素、大观霉素、奈替米星的定量分析，对比了HPCE法与微生物效价法的测定结果。研究表明，HPCE法快速、准确、成本低，具有很好的选择性和重现性，优于效价法。

2.3 酶免疫分析法

酶免疫分析方法（ELISA）具有快速、灵敏、高效的优点，可以为抗生素残留检测提供成套的解决方案[15]，摆脱了大型仪器对检测地点、环境条件、操作人员的制约，可实现快速直观的结果判读，检测灵敏度达到μg·L-1级别，而且可以同时测定几个样品。但是ELISA对试剂的选择性高，很难同时分析多种成分，对结构类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稳定的化合物有一定的困难。Kumar等[16]用ELISA试剂盒检测地表水、地下水中的四环素和泰勒菌素，结果表明，该方法成本低、检测快，可用于水中的四环素、氯四环素、泰勒菌素的初筛检测。

2.4 液相色谱串联质谱法

色谱可以用于多组分混合物的分离和分析，可以对有机化合物进行定量分析，但是定性较困难。质谱仪能够对单一组分提供高灵敏度和特征的质谱图，但对复杂化合物无分析能力，所以将色谱与串联质谱联用，对复杂化合物中微量和痕量组分的定性和定量分析具有重要的意义。周志洪等[17]应用在线固相萃取-液相色谱-串联质谱联用技术,定量检测地表水和污水处理厂废水中的四环素类、磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类和其他常见类抗生素化合物，28种抗生素化合物含量在1～200ng·L-1范围内均具有良好的线性响应，检出限低于0.7ng·L-1。杜鹃等[18]建立了固相萃取-高效液相色谱-串联质谱(SPE-HPLC-MS/MS)同时检测水中6类23种抗生素的分析方法，23种抗生素的方法检出限(MDL)范围为0.1～2.9ng·L-1，加标回收率为47.3%～132.6%，该方法高效、灵敏、可靠，可用于多种抗生素的分析。杨路平等[19]采用超高效液相色谱-质谱法测定饮用水中的14种氟喹诺酮类抗生素的残留量，14种氟喹诺酮类抗生素均在一定的质量浓度范围内与其峰面积呈线性关系，方法的检出限在0.04～1.8ng·L-1之间。液相色谱与串联质谱进行联用在分析复杂多组分样品时具有明显的优势。

3 结论

目前，水环境中抗生素的前处理方法仍然以固相萃取为主，高效快速的磁性固相萃取技术是前处理技术的发展方向。检测方法方面，国内外目前使用最广泛的是液相色谱串联质谱联用技术，该技术具有灵敏度高、精确度高、分析效率高以及检测限低等优点，同时也存在仪器昂贵、需要专业的分析操作人员、样品处理复杂、成本高的缺点。随着科学技术发展以及社会对抗生素污染的重视，开发简便、快速、准确、高效以及廉价的前处理技术和检测技术，将是今后研究的目标。

[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] 杜东丽.不同基质中氟喹诺酮类和四环素类抗生素分析技术的研究及应用[D].温州：温州医科大学，2014.

[7] 侯德坤，关燕，狄晓威.温度驱动离子液体分散微萃取/超高压液相色谱检测水样中的微量四环素[J].分析测试学报，2011，30(3)：259-263.

[8] 李勇竞，郑妹凤.固相萃取-超高效液相色谱法测定饮用水中四环素类抗生素[J].环境与职业医学，2016，33(6)：624-626.

[9] 孙晓杰，李兆新，董晓，等.固相萃取-液相色谱-串联质谱法同时检测海水中抗生素多残留[J].分析科学学报，2016，32(5)：639-643.

[10] 国明，于峰，贾科玲，等.磁性固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法测定环境水样中的四环素类抗生素[J].色谱，2016，34(4)：407-413.

[11] 谭建华，唐才明，余以义，等.高效液相色谱法同时分析城市河水中的多种抗生素[J].色谱，2007，25(4)：546-549.

[12] 胡冠九，王冰，孙成.高效液相色谱法测定环境水样中5种四环素类抗生素残留[J].环境化学，2007，26(1)：106-107.

[13] 李爱梅，黄茁，卢文平，等.毛细管电泳法测定水体中四环素类抗生素的基质效应及场放大进样技术的应用 [J].色谱，2014，32(8)：897-903.

[14] 包丽颖，顾峻岭，车宝泉.高效毛细管电泳法对4种抗生素的定量分析[J].北京理工大学学报，2001，21(2)：270-272.

[15] 李小杰，刘志楠.四环素类药物的定量检测——酶联免疫分析法[J].中国食品工业，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，黄卓尔，吴清柱，等.在线固相萃取-液相色谱-串联质谱法测定环境水体中抗生素[J].分析试验室，2016(9)：1092-1098.

[18] 杜鹃，赵洪霞，陈景文.固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法同时测定养殖海水中23种抗生素[J].色谱，2015，33(4)：348-353.

[19] 杨路平，焦燕妮，邵立君，等.超高效液相色谱-质谱法测定饮用水中14种氟喹诺酮类抗生素的残留量[J].理化检验-化学分册，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

南宁市科学研究与技术开发计划(20133324)；南宁市新世纪学术和技术带头人专项资金(2014009)

何洋（1991- ），男，学士，广西扶绥人，主要从事环境监测工作。E-mail: 279280211@qq.com.

范磊，E-mail: funly100@163.com.

2017-06-15