吳 斌，蘇宇亮，胡克武，郝怡菲，袁漢鴻，吳 杰

(珠海水務(wù)環(huán)境控股集團(tuán)有限公司，廣東珠海 519020)

近年來(lái)，抗生素在水源水中的頻繁檢出及其對(duì)飲用水生物安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)備受關(guān)注?？股?antibiotics)指由細(xì)菌、霉菌或其他微生物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生，具有抗病原體或其他活性的一類(lèi)次級(jí)代謝產(chǎn)物，能干擾或抑制致病微生物的生存，廣泛地應(yīng)用于人類(lèi)及動(dòng)物的疾病防治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧及水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域?？股氐拇罅渴褂帽厝粫?huì)導(dǎo)致過(guò)多的殘留物進(jìn)入到環(huán)境中，目前抗生素產(chǎn)生的環(huán)境危害愈發(fā)突出。因此，抗生素的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)日益受到廣大環(huán)境領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注[1-2]。研究指出，中國(guó)地表水環(huán)境中能檢測(cè)到6類(lèi)共68種抗生素[3]。很多國(guó)家和地區(qū)如美國(guó)、法國(guó)、日本[4-6]，以及國(guó)內(nèi)的珠江水系、北京的清河水等都有抗生素檢出[7-8]。

抗生素污染對(duì)飲用水水源安全造成了嚴(yán)重的威脅，在飲用水處理工藝中對(duì)抗生素的去除研究越來(lái)越受關(guān)注。張靜等[9]從水廠常規(guī)處理工藝、深度處理工藝兩部分介紹近幾年國(guó)內(nèi)外水廠處理含抗生素原水的方法及效果，此外，還從活性炭池中微生物的抗藥性與耐氯性、消毒副產(chǎn)物以及給水管網(wǎng)3方面來(lái)論述處理含抗生素水體對(duì)給水廠的影響。結(jié)果表明，在傳統(tǒng)工藝中，混凝沉淀是去除抗生素的主要工藝，對(duì)喹諾酮類(lèi)、磺胺類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)抗生素去除率可達(dá)到50%～60%，且可通過(guò)調(diào)節(jié)混凝劑投加量、添加助凝劑PAM等方式增強(qiáng)混凝效果；紫外與氯消毒聯(lián)合使用時(shí)對(duì)易光解抗生素的去除效率可達(dá)到30%～50%。臭氧氧化和活性炭池等深度處理工藝亦會(huì)促進(jìn)抗生素的去除，但受臭氧投加量、接觸時(shí)間等因素影響顯著，且抗生素會(huì)增強(qiáng)炭濾池和管網(wǎng)中微生物的抗藥性及耐氯性；在采用NaClO作為消毒劑時(shí)可能會(huì)促進(jìn)毒性較高的氯代/溴代消毒副產(chǎn)物生成。此外，殘留抗生素會(huì)消耗管網(wǎng)中的余氯，還會(huì)促進(jìn)機(jī)會(huì)病原體的出現(xiàn)，增加飲用水安全風(fēng)險(xiǎn)[9]。張國(guó)芳[10]對(duì)比分析了新型處理技術(shù)對(duì)抗性基因的去除現(xiàn)狀，研究總結(jié)出超濾膜技術(shù)對(duì)病原體的去除率高達(dá)90%～100%，多用于取代傳統(tǒng)的去除工藝，缺點(diǎn)是不能完全去除游離的抗生素抗性基因(ARGs)，且膜結(jié)垢和更換需要的成本較高。光(UV、日光)催化技術(shù)對(duì)抗生素抗性菌(ARB)和ARGs在較短時(shí)間內(nèi)的去除效率也較高，可降低ARB的抗生素耐受性，缺點(diǎn)是會(huì)引入新的污染物，如較難去除的納米材料等。聯(lián)合技術(shù)可有效滅活A(yù)RB和去除ARGs，可完全去除ARGs，有效控制水平基因轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，缺點(diǎn)是需較高的消毒劑投加量，UV燈管的更換帶來(lái)高額成本。

抗生素濫用會(huì)帶來(lái)極大的危害[11]，且水中目標(biāo)化合物濃度通常為痕量級(jí)，因此，迫切要求開(kāi)發(fā)一種快速準(zhǔn)確的抗生素檢測(cè)技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境水中的抗生素含量。水中抗生素的傳統(tǒng)檢測(cè)方式是微生物法[12]，而目前測(cè)定抗生素常用的方法主要有液相色譜法[13]和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[14-15]。液相色譜法測(cè)定易受雜質(zhì)干擾，靈敏度低；而液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法具有高效分離、靈敏度高、檢測(cè)快速、定性與定量檢測(cè)于一體等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來(lái)痕量殘留檢測(cè)技術(shù)的主流方向。由于抗生素在地表水中的含量為痕量級(jí)別，富集方法也尤為重要，但是一般文獻(xiàn)中水樣富集使用的固相萃取技術(shù)操作比較復(fù)雜，需要使用獨(dú)立的固相萃取儀，萃取后再轉(zhuǎn)移至液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀檢測(cè)[16-17]，這種固相萃取具有耗時(shí)長(zhǎng)、操作復(fù)雜、溶劑浪費(fèi)等缺點(diǎn)。本研究使用在線(xiàn)固相萃取技術(shù)，自動(dòng)進(jìn)樣器取5 mL水樣在線(xiàn)固相萃取、凈化、洗脫后直接進(jìn)入液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀檢測(cè)，無(wú)需二次轉(zhuǎn)移，具有操作簡(jiǎn)便、回收率高、分析時(shí)間短、節(jié)約溶劑的優(yōu)點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

甲醇：色譜純；乙腈：色譜純；甲酸：質(zhì)譜純；脫溶劑氣：高純氮(99.999%)；碰撞氣：高純氬(99.999%)。

抗生素標(biāo)準(zhǔn)品：6類(lèi)15種抗生素標(biāo)準(zhǔn)樣購(gòu)自Dr.Ehrenstorfer GmbH公司，純度要求大于97%。分別為磺胺類(lèi)(磺胺甲惡唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺間甲氧嘧啶、磺胺氯噠嗪)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)(紅霉素、羅紅霉素)、四環(huán)素類(lèi)(四環(huán)素、金霉素、土霉素、強(qiáng)力霉素)、β-內(nèi)酰胺類(lèi)(青霉素 G)、喹諾酮類(lèi)(氧氟沙星、恩諾沙星)、氯霉素類(lèi)(氯霉素)。

1.1.2 儀器

液相色譜-串聯(lián)三重四極桿質(zhì)譜儀(Waters公司Xevo TQ-S Micro)。離子源：電噴霧離子源(ESI)；色譜柱：ACQUITY HSS T3柱，2.1 mm×50 mm，顆粒粒徑為1.8 μm；針式過(guò)濾器：聚偏氟乙烯(PVDF)，孔徑為0.22 μm。

1.2 液相色譜條件

色譜流動(dòng)相A為0.1%甲酸溶液，流動(dòng)相B為乙腈/甲醇=90/10；柱溫為35 ℃；進(jìn)樣體積為5 mL。色譜流動(dòng)相梯度設(shè)置如表1所示。

表1 色譜流動(dòng)相梯度設(shè)置Tab.1 Gradient Setting for Chromatographic Flow Phase

1.3 質(zhì)譜條件

電離源：電噴霧正離子模式；毛細(xì)管電壓：1.5 kV；源溫度：150 ℃；脫溶劑氣溫度：550 ℃；脫溶劑氣流量：1 000 L/h。采用質(zhì)譜多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM)，質(zhì)譜質(zhì)量條件參數(shù)如表2所示。

表2 抗生素的質(zhì)譜參數(shù)Tab.2 Mass Spectrum Parameters for Antibiotics

1.4 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：分別稱(chēng)取每種待測(cè)組分標(biāo)準(zhǔn)品約0.010 0 g(精確至0.000 1 g)，用甲醇溶液定容至10 mL棕色容量瓶中，此標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，置于-18 ℃冰箱避光保存。分別吸取15種抗生素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液100 μL，用甲醇定容至100 mL容量瓶，配制成質(zhì)量濃度為1 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。吸取1 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液100 μL，用甲醇定容至10 mL容量瓶，配制成質(zhì)量濃度為10 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，在4 ℃冰箱中保存。

分別取10 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液25、50、100、250、500、1 000 μL，加純水20 mL后加甲酸50 μL調(diào)節(jié)pH，再用純水定容到50 mL的容量瓶，得到15種抗生素質(zhì)量濃度為5、10、20、50、100、200 ng/L的標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.5 樣品處理

1.5.1 樣品采集

用清洗干凈并干燥的棕色玻璃瓶或聚四氟乙烯(全氟丙烯)瓶采集水樣。采集時(shí)應(yīng)注滿(mǎn)容器，上部不留空間。樣品在4 ℃避光冷藏保存，12 h內(nèi)測(cè)定。

1.5.2 樣品前處理

用玻璃注射器抽取水樣，經(jīng)PVDF濾膜過(guò)濾，用甲酸調(diào)節(jié)pH值為2～3。

1.5.3 在線(xiàn)固相萃取

利用在線(xiàn)固相萃取HLB小柱富集前處理后的樣品，在線(xiàn)固相萃取流動(dòng)相A為2% NH4OH溶液；流動(dòng)相B為0.5%甲酸溶液；流動(dòng)相C為乙腈/甲醇=90/10；流動(dòng)相D為甲醇/乙腈/丙酮=1/1/1。在線(xiàn)固相萃取流動(dòng)相梯度設(shè)置如表3所示。

表3 在線(xiàn)固相萃取流動(dòng)相梯度設(shè)置Tab.3 Gradient Setting for Online Solid-Phase Extraction Flow Phase

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品測(cè)定及結(jié)果

將預(yù)處理后的樣品采用在線(xiàn)固相萃取，進(jìn)樣量為5 mL，按照儀器分析條件進(jìn)行測(cè)定，質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式采集。進(jìn)樣質(zhì)量濃度為50 ng/L時(shí)的色譜圖檢測(cè)結(jié)果圖1所示。

圖1 15種抗生素(50 ng/L)100%歸一化色譜圖Fig.1 100% Normalized Standard Ion Chromatogram of 15 Antibiotics (50 ng/L)

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和檢測(cè)限

取6個(gè)20 mL進(jìn)樣瓶分別取1.4小節(jié)中的標(biāo)準(zhǔn)系列，然后在線(xiàn)固相萃取后進(jìn)樣測(cè)定，以色譜峰面積進(jìn)行定量，得到該檢測(cè)方法的線(xiàn)性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢測(cè)限(以3倍信噪比計(jì)算)等參數(shù)(表4)。

表4 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和檢測(cè)限Tab.4 Detection Standard Curve and Detection Limit

2.3 精密度、實(shí)際水樣和水樣加標(biāo)回收率的檢測(cè)

以某地區(qū)出廠水、管網(wǎng)水、地表水為實(shí)際水樣，50 ng/L的抗生素混標(biāo)進(jìn)行加標(biāo)回收分析，測(cè)定該方法的精密度和加標(biāo)回收率(重復(fù)7次)，結(jié)果如表5所示。

表5 實(shí)際水樣加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=7)Tab.5 Recovery Rate and Relative Standard Deviation of Real Samples (n=7)

2.4 實(shí)際水樣檢測(cè)

對(duì)某地區(qū)的出廠水、管網(wǎng)水、地表水進(jìn)行檢測(cè)。飲用水中檢出金霉素、磺胺二甲嘧啶、強(qiáng)力霉素、四環(huán)素，質(zhì)量濃度為0.94～2.49 ng/L，對(duì)人群健康基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)；地表水中檢測(cè)出磺胺類(lèi)(磺胺甲惡唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺間甲氧嘧啶、磺胺氯噠嗪)、四環(huán)素類(lèi)(強(qiáng)力霉素、四環(huán)素、土霉素、金霉素)及紅霉素，質(zhì)量濃度為2～27 ng/L，其中河水中檢測(cè)抗生素的情況顯著多于水庫(kù)。

3 結(jié)論

(1)本文采用在線(xiàn)固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，對(duì)水中15種抗生素進(jìn)行痕量分析，15種抗生素在5～200 ng/L或5～50 ng/L時(shí)具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.990 0，方法的檢出限(3倍信噪比)為0.74～3.28 ng/L，加標(biāo)回收率在49.6%～130.2%。

(2)該方法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、回收率高、分析時(shí)間短、節(jié)約溶劑等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足水中抗生素的監(jiān)測(cè)需要。

(3)本研究采集南方某地區(qū)生活飲用水及水源水進(jìn)行了15種抗生素的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)抗生素偶有檢出但含量極低，對(duì)人群健康基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。