畜禽养殖废水中抗生素检测技术研究进展

1、畜禽养殖废水中抗生素检测技术研究进展摘要：对畜禽养殖废水中抗生素的检测技术进 行了综述,分别介绍了液相色谱(高效液相色谱)、液相 色谱与质谱的联用和串联技术,以及酶免疫法等常用 技术,同时对简便、快速、准确以及廉价的检测方法的 发展趋势进行了探讨。关键词：畜禽养殖废水;抗生素;检测技术收稿日期：2011-11-03作者简介：李刚(1986),男，云南红河人，湖 南农业大学资源与环境学院硕士研究生。通讯作者：颜智勇(1971-),男，湖南长沙人，博士， 副教授，主要从事环境污染治理与修复工程方面的研 究工作。中图分类号：x701文献标识码：a文章编号：1674-9944(2011)11-0097

2、-031引言抗生素作为一种能抑制和杀灭细菌的药物，现在 已被广泛用于医疗卫生、畜禽养殖、农业生产等行业, 为社会的经济发展做出了很大的贡献。在畜禽养殖业 抗生素主要是作为饲料添加剂,用于预防和治疗动物 的疾病以及促进动物的生长。但是畜禽养殖业中抗生 素的不合理应用的现象已经很普遍，在美国抗生素的 年产量为23 ooot,其中有50%被用于畜禽养 殖,1999-2000年美国的研究人员对30个州的139条 河流进行了水质检测，结果在多条河流中检测到多种 畜禽养殖用的抗生素门。我国是抗生素的生产和使 用大国，据统计每年约有6 000t抗生素用于饲料添加 剂,75%的抗生素不被动物机体吸收而随动物粪

3、便排出, 导致畜禽养殖废水成为自然界水体环境中抗生素污染 的主要来源2。抗生素残留对人体健康有着十分严 重的危害，包括“三致”（致癌、致畸、致突变）作用、 人体对此类药物的长期暴露，通常不会造成急性中毒， 而主要是引起慢性中毒3o在畜禽养殖废水中最常见的抗生素主要有以下几 种4,包括四环素类为抑制细菌蛋白质合成,广谱抗 生素,由链霉菌发酵产生。四环素类抗生素是四环素、 土霉素和金霉素等抗生素的总称，因其属人畜共用抗 生素，易产生抗药性；唾诺酮类为抑制细菌dna螺旋 酶，抗菌作用是磺胺类药的近千倍。磺胺类是指具有对 氨基苯磺瞰胺结构的一类药物的总称,常用的品种有 磺胺嗜咤,磺胺甲基啼睫，磺胺二甲

4、基喀淀，磺胺对甲氧 喀淀,磺胺甲恶哇；大环内酯类为抑制细菌蛋白质合成， 主要抗革兰氏阳菌。此类抗生素主要从肠道中吸收， 能产生交叉耐药性；氯霉素类最常见的就是氯霉素。鉴于抗生素的危害，欧盟已于2006年初全面禁止 在农业中使用以促进生长为目的的抗生素。2000年丹 麦政府下令，所有动物，无论大小，一律禁用抗生素饲料。 美国在这方面的监督和管理也越来越严格。关于饲料 中添加抗生素，我国也有严格的法规:只有30多种人畜 不共用的抗生素，可作为促生长剂添加于饲料中，且对 于不同动物不同的生理阶段所使用抗生素的种类、剂 量以及停药期都有严格的规定。尽管如此，养殖户滥用 抗生素的现象依然难以监控，一方面

5、是由于我国的法 律法规不健全，监管力度不够；另一方面是由于养殖户 为了增加收益，提高产量，缩短养殖周期,还在大量的使 用抗生素。目前，抗生素污染已被视为一类新型的重要 的水体污染物而成为近年来国际研究的前沿课题。因 此,为了更好的了解畜禽养殖废水中抗生素对自然界 水环境和人类健康的影响,建立一种灵敏、快速、高效、 可靠定性定量检测方法是十分重要的。2畜禽养殖废水中抗生素的检测方法由于抗生素在废水中的浓度相对较低，所以抗生 素的检测一般都是微量或是痕量分析，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，但是由于在水环境中抗生素的 种类多种多样，根据国内外相关文

6、献报道，大多数的检 测方法只能针对一种或一类抗生素，对能同时测定多 种类的抗生素的检测技术报道并不多,目前各研究机 构对畜禽废水中抗生素的检测技术主要有色谱法和其 联用技术、酶免疫分析法、毛细管电泳法等。2.1色谱分析方法液相色谱法(lc)在废水抗生素的检测中是最常见 的,lc具有分离效能好，检测速度快且重现性好的特点5。文献报道较多的lc法所用的检测器有紫外检测 器(uv),荧光检测器(fld),以及二级管阵列检测器(dad), 近年来各种色谱与质谱的联用技术(包括质谱串联技 术)在畜禽养殖废水中抗生素的检测应用较多，发展迅 速。2.1.1液相色谱(lc)(高效液相色谱,hplc)-紫外检测

7、 器(uv)lc-uv联用检测技术是最早用于环境中抗生素的 分离检测，由于其操作简便以及成本低,目前仍然被用 于畜禽废水中抗生素的检测,mohdma等6建立 了 lc-uv检测养猪废水中8种磺胺类的抗生素的检测 方法，其中磺胺、磺胺卩密噪、磺胺卩塞噪、磺胺二甲氧卩密 噪和磺胺恶卩奎卩林的loq均为5.0ng/l,磺胺甲卩密噪、磺 胺二甲卩密噪和磺胺甲氧嗪的loq均为7.5ng/loesther t 7等建立了利用hplc-uv技术在被畜禽养殖废水污染过的河流和湖泊中检测到了 9种嗪喏酮类抗生素,对河水和湖泊的检测限分别为815ng/l和820ng/lo胡献刚等8建立了固相萃取-反高效液相色谱-

8、紫外检测器的方法测定畜牧粪便废水中的5种磺胺类、4种四环素类、2种睦诺酮类以及咲喃类和青霉素抗生素的检测方法，使用0.01 mol / l草酸和乙月青作为流动 相分离4种四环素和氯霉素,0.025 mol / l醋酸和乙月青 作为流动相分离5种磺胺类和其他3种抗生素,结果表 明,检测的13种抗生素出峰时间稳定，峰型较好,检出限 为 0.010.05mg /l 定量下限为 0.030.167mg/lo 近年 来,二极管检测器(dad)与高效液相色谱(hplc)联用也 成为一种有效的定性定量检测废水中抗生素的技术， 二极管可以在线获得化合物的紫外光谱,babic等9 采用了 hplc-uv-dad

9、联用技术对废水中的不同种类的兽用抗生素进行同时检测，检测限为0.140.0 u"l。胡 冠九等10采用高效液相色谱-二极管检测器测定废 水中四环素类抗生素，四环素(tc)、多西环素(dc)、土 霉素(otc)、金霉素(ctc)、美他霉素(mtc),该方法的检 测限为0.050.14 u g/l,在加标回收实验中，加标量为4.0 u g/l,结果表明，该水样中四环素类抗生素组分的 浓度均低于检出限，加标回收率分别为,tc,69.2%;otc,76.0%;mtc,79%,dc,86.9%,ctc,83.3%。2.1.2液相色谱(lc)(高效液相色谱,hplc)-荧光检测 器(fld)液相

10、色谱-荧光检测器(lc-fld),因为其检测限低所 以也被用于畜禽废水中抗生素的检测,通常对本身具 有荧光性的抗生素lc-fld可以直接检测出，但是对于 本身不具有荧光性或荧光性差的抗生素，需要对其衍 生化来提高目标物的荧光特性以便检测。benito,prat 等11采用lc-fld检测废水中的3种卩奎诺酮类7种 氟卩奎诺酮抗生素，以乙月青和0.01mol/l的草酸水溶液为 二元流动相梯度淋洗，可以得到10种抗生素较好的分 离效果，但是由于低浓度的样品基线出现大幅度漂移， 有3种卩奎诺酮抗生素不能定量，可能是由于梯度的原因, 所以只能单独进行检测。folch等11使用lc-fld 检测到废水中

11、的被荧光胺衍生化后的磺胺类抗生素检 测限达到l6ng/go2.1.3液相色谱串联质谱技术(lc-ms/ms)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。所以将色谱与质谱进行联用 (或是串联质谱)，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12。由于畜禽废水中 有多种类的抗生素同时存在，利用色谱和质谱的联用 技术可以提高抗生素的定性、定量分析的可靠性、准 确性、灵敏度。张川等13采用超高液相色谱电喷 雾二级质谱联用技术同时测定废水种的多种抗生素' 其中

12、磺胺甲恶哇、四环素在1.01 000ng/l范围内线性良好定量下限为lng/l,土霉素、金霉素在1002ooong/l范围内线性良好'定量下限为10.0ng/locampagnolo等14采用lc-ms/ms技术检测猪和家禽养殖场的动物排泄物储存池和附近水源中多种抗生 素，除四环素检测限为0.5mg/l外'其他抗生素的检测限为0.05mg/lo唐才明等15采用hplc-ms/ms对水环境中的微量磺胺、大环内酯类抗生素、甲氧茉胺 喀唳及氯霉素的检测'通过hlb小柱的富集后，以c18 方向柱为分析柱，使用lc-ms/ms进行定量分析，测得水 中的抗生素定量下限为l.l34.

13、7ng/l,平均回收率为 78%98%相对标准偏差v 8.8%o2.2酶免疫分析方法(elisa)elisa具有操作简单，前处理简化，分析成本低、灵 敏、特异性强、检测快速，不需要昂贵的仪器等,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。anita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，检测分别为 0.05 ug/l,0.1据/l其结果表明,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。2.3毛细管电泳法(c

14、e)ce法是离子或荷电粒子以电场为驱动力在毛细 管中按其速度或分配系数不同进行高效分离分析大的 新技术。毛细管具有良好的散热效能，可允许在毛细管 两端加上高电压的，因此毛细管电泳法反应快，分离效 力高的优点。perez等17建立了 ce与dad联用技 术对废水中的痕量b-内酰胺类进行检测分析的方法， 相对标准偏差为3.3%7.2%,检测限为0.080.80 u g/lo3结语通过以上对畜禽养殖废水中抗生素的检测方法的 综述，可以看出，国内外目前使用最广泛的还是液相色 谱法及其联用技术。高效液相色谱具有灵敏度高、精 确度高、分析效力高以及检测限低、特异性强的优点, 同时也存在仪器昂贵、操作繁琐、

15、需要专业的分析操 作人员、样品处理复杂、成本高的缺点。所以,该种方 法很难成为一种常规检测技术。人们也在尝试着将一 些新的方法引进到畜禽废水抗生素的检测中，例如，酶 免疫分析方法(elisa)和毛细管电泳分析方法(ce)等。 elisa具有简便、灵敏、快速以及成本低的优点，但是 其检测的结果还要通过ms的验证才能确证，而且目前 国内对试剂盒的使用主要还是从国外进口，价格昂贵。 我国是一个农业大国，畜禽养殖业正在从分散式向集 约化模式转变，畜禽养殖废水量不断的增长，抗生素对 周围水体的污染将会更加的严重。目前的检测技术还 不能完全检测到水体中的各种类的抗生素，所以随着 科学技术发展以及社会对畜禽

16、废水中抗生素污染的重 视，一种简便、快速、准确、高效以及廉价的检测方法, 将是我国今后研究和开发的目标。2011年11月绿色科技第11期参考文献：1kolpin d w,furlong e t,meyer m "getal.pharmaceuticals,hormones,and other organic wastewater contaminants in u.s.streams,19992000:a nation al rec onn aissa nee j envir on mental scie nee & technology,2002(36):l 202l 21

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