水中头孢类抗生素的光降解研究

2021-03-04孟庆玲欧晓霞王鑫茹杨晓宇赵可

辽宁化工 2021年2期

孟庆玲，欧晓霞，王鑫茹，杨晓宇，赵可

（大连民族大学环境与资源学院，辽宁大连 11660）

头孢菌素可通过在人类、牲畜和动物中的药用作用后进入环境，也有大量的未使用或者过期的头孢菌素因不适当处置而暴露在环境中，在地表水和城市污水中都有检出[1-3]，对人类健康和水生态系统产生了不良影响。

有研究表明，抗生素类药物可以通过生物降解、吸附作用和氧化降解的方式去除。GUO[1]等使用了活性污泥与藻类共同处理一系列典型的头孢类抗生素，去除率超过90%，说明将藻类作为预处理手段确实有助于降解效率的提高。MELIA[2]表示生物炭作为一种由不同的底物裂解而成的吸附剂材料，对头孢噻夫的去除效果能达到95%以上。去除磺胺类药物和甲氧苄啶就可以通过臭氧氧化来实现[3]，臭氧质量浓度为7.1 mg·L-1时，河水在1.3 min 内的降解率可达95%以上。

光降解是一种有效的水处理技术，可以有效去除水体中的抗生素类污染物质，且不会产生二次污染[4-6]。本文研究了头孢类抗生素（头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄）在室外太阳光、氙灯、汞灯3 种光源照射下的光降解行为，为更准确地预测它们在各种水体中的光降解行为提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试剂有标准品头孢拉定、头孢曲松钠、头孢羟氨苄；磷酸二氢钠、磷酸、氢氧化钠等均为分析纯。试验中均用超纯水（18.2 MΩ·cm）配制溶液和进行反应。

室外太阳光降解实验在实验室楼顶进行，配制头孢类抗生素反应液，盛放在石英试管中，在太阳光辐照强度保持相对稳定状态的12:00至14:00期间进行。

1.2 试验仪器

岛津高效液相色谱仪LC-2030；CHF-XM-500W氙灯稳流电源，北京泊菲莱科技有限公司；CEL-LAM500 长弧汞灯稳流电源，北京中教金源科技有限公司；OHAUS 先行者CP 153 电子天平，奥豪斯国际贸易（上海）有限公司；pHS-3C 型数字酸度计，杭州东星仪器设备厂。

1.3 分析方法

采用高效液相色谱仪（岛津LC-2030）测定3种头孢类抗生素的质量浓度，色谱条件见表1。

1.4 实验方法

头孢拉定、头孢曲松钠、头孢羟氨苄的光降解实验在氙灯、汞灯、太阳光的照射下进行，在固定的取样时间取出2.0 mL 反应样品，通过0.45 µm 的滤膜过滤后，使用高效液相色谱仪分析每个试样。所有光照实验均以至少两次或更多次重复进行，测量结果取平均值。计算降解率公式为：

式中：C0—头孢类抗生素的初始质量浓度 mg·L-1；

Ct—t时刻头孢类抗生素的质量浓度，mg·L-1。

2 结果与讨论

2.1 太阳光照射下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解

在120 min内对质量浓度为5 mg·L-1的头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄水溶液分别进行太阳光照射，实验结果如图1 所示。

图1 太阳光对头孢类抗生素光降解率的影响

由图1 可以看出，在太阳光照射下，头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄均发生了一定程度的光降解。在60 min 内光降解率较快上升，分别达到了70%、55%、50%左右的水平，在100 min 左右趋于平缓。太阳光照射120 min 时，光降解率的排序为：头孢羟氨苄（81%）＞头孢曲松钠（77%）＞头孢拉定（61%），这3 种头孢类抗生素药品并不能完全依靠自然环境的光降解来完成消化。其他抗生素如土霉素[7]、四环素[8]等也能在模拟太阳光和可见光下发生直接光解。

2.2 氙灯照射下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解

采用氙灯照射的方式在40 min内对质量浓度为5 mg·L-1的头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄样品进行光降解处理，来考察氙灯下对头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解影响，实验结果如图2 所示。

由图2 可以看出，在氙灯照射下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解率较太阳光处理显著增大，氙灯对头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解有显著的影响。氙灯照射下头孢类药品在20 min 内降解率较快上升，分别达到了75%、85%、88%左右的水平，其中降解率头孢羟氨苄＞头孢拉定＞头孢曲松钠，在30 min 左右趋于平稳且可以全部达到100%的降解率。这说明在氙灯条件下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的降解效果较好。常海莎[9]等研究了氙灯照射下螺旋霉素的光降解率，远高于太阳光照射下的实验结果。

图2 氙灯对头孢类抗生素光降解率的影响

2.3 汞灯照射下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解

采用汞灯照射的方式在20 min内对质量浓度为5 mg·L-1的头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄样品进行光降解处理，来考察汞灯照射对头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解影响，实验结果如图3 所示。

图3 汞灯对头孢类抗生素光降解率的影响

由图3 可以看出，在汞灯照射下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解显著增大，汞灯对头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的光降解有显著的影响。汞灯照射下头孢类药品在3 min 内降解率较快上升达到了90%、75%、65%左右的水平，其中降解速率头孢曲松钠＞头孢拉定＞头孢羟氨苄，在6 min左右趋于平稳且可以全部达到100%的降解率。这说明在汞灯条件下头孢曲松钠、头孢拉定、头孢羟氨苄的降解效果十分可观。李圆杏[10]等研究头孢曲松与头孢噻肟钠在汞灯照射下发生降解，20 min 的降解率分别为97.4%和96.8%，存在降解率差距的原因是初始质量浓度的不同以及汞灯辐射强度的差异。