水环境中新污染物的分离富集与测定——以磺胺类合成药物为例

作为新污染物的磺胺类(Sulfonamides,SAs)是应用最早的一类人工合成抗菌药物,被广泛应用于人类、农业、畜牧业和水产养殖。进入体内的磺胺类合成药物随代谢排入水环境中,对水生生态系统和人类健康构成潜在威胁。环境中磺胺类合成药物的准确分析测定是探析其环境生物地球化学特性的基础,近年来,随着科学技术的进步,已构建了适于水环境中痕量磺胺类合成药物的快速灵敏测定方法,特别是样品的前处理与分离富集技术有了跨越式的发展。总结归纳了近年来水环境中磺胺类合成药物的样品前处理技术以及分析方法的研究进展,分析了不同环境样品前处理技术和分析方法的优缺点,在此基础上,前瞻分析了水环境磺胺类合成药物分析测定的发展思路。具有回收率高、选择性强、重现性好、成本低、环境友好及可自动化等优势的固相萃取(Solid phase extraction,SPE)作为液相萃取(Liquid-liquid extraction,LLE)的替代方法,现已被广泛应用于水环境中痕量磺胺类合成药物的分离和富集,随着新型吸附剂材料的发展,SPE的灵敏度和选择性得到了明显提升。液相色谱(Liquid chromatography,LC)与串联质谱(Tandem mass spectrometry,MS/MS)联用技术是目前磺胺类合成药物的主要定量分析方法,具有检测限低、灵敏度高、多种目标物的同时检测及重现性好等优点。未来应从重点关注磺胺类代谢产物及降解产物在水环境中残留的角度,开发更为操作简单、快速且灵敏的分析测定方法,以便更有效地监管水环境中人工合成药物的生态环境效应。

海洋环境中氟喹诺酮类抗生素(FQs)分析的样品前处理与检测技术

氟喹诺酮类(FQs)药物是一种广泛使用的人工合成类抗生素,存在于水体、沉积物等各种环境介质中,并在水生生物体内得到富集,对人类健康和全球生态系统的可持续发展有重要的影响。环境中FQs残留的分析检测是了解其环境生物地球化学行为和潜在生态环境风险的基础,本文系统总结了近几年海洋水体、沉积物和生物体样品中FQs的残留特征、样品前处理与检测技术,在此基础上,前瞻分析了海洋环境中FQs残留分析检测技术的发展趋势。分析表明,FQs的分离富集和测定必须充分考虑FQs的物理化学性质和样品成分的复杂性。海水样品准备应注意过滤膜的选择和pH的调节;沉积物和生物体的样品准备应考虑水分、萃取溶剂、基质效应和pH的影响,并使用超声萃取。固相萃取、QuEChERS萃取、磁性固相萃取是分离富集FQs较常用的方法,吸附剂、淋洗溶液和洗脱溶液的选择和优化是提高样品回收率的关键。FQs的检测大多通过液质联用或液相色谱结合荧光检测器进行,其中色谱柱的选择、离子对试剂的添加和进样pH值的调整都是优化的关键因素。研究指出海洋领域FQs在线自动SPE技术的开发以及新型萃取吸附剂的研制应在未来研究中被重点关注。

中国典型水域磺胺类合成药物的环境生物地球化学特征

作为广谱抗菌的人工合成药物——磺胺类(SAs)是应用最早的一类人工合成抑菌剂之一,被广泛用于人类医疗、禽畜及水产养殖等。大量磺胺类药物的应用随代谢进入水环境中,对水生生态系统和人类健康产生重要影响并构成潜在风险,截至目前,这些影响和风险并未被探明。因此,对8种典型磺胺类合成药物在我国典型水环境中的分布特征进行了阐述,评估了它们对不同水生生物的生态毒性及生态风险,并诠释了它们在生物体内的代谢及其在生态系统中的降解途径。结果表明,不同水环境中磺胺类合成药物的浓度分布差异显著,磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶分别在水体及沉积物中的浓度和污染程度最高;水体藻类是磺胺类合成药物最敏感的水生物种,其次是甲壳类和鱼类,磺胺甲恶唑对水生生态系统构成高风险;磺胺类合成药物进入体内后被代谢成不同的产物,与母体合成药物一同进入水环境中经历降解过程;生物降解是水生生态系统中磺胺类合成药物去除的主要途径,不同种细菌、真菌及藻类均可降解磺胺类合成药物。在以后的研究中,应当进一步加强磺胺类合成药物对水生生物的慢性毒性以及合成药物混合毒性的研究,明晰水环境磺胺类合成药物的分布-代谢-传输-效应的综合过程,探析磺胺类合成药物在水生生物体内的代谢过程与途径,探明磺胺类合成药物在水环境中的生态风险,为构建和谐地球健康环境、实现社会经济的可持续发展提供依据。

氟喹诺酮类合成药物的生物地球化学行为及生态环境效应

人工合成药物氟喹诺酮类(FQs)是全球使用量第三大的抗生素,在抗菌类药物中发挥着极其重要的作用,然而其过量使用和排放会导致生态环境的变化,严重威胁着人类健康和全球可持续发展。系统研究FQs的生物地球化学行为及其生态环境效应对科学使用和管理此类药物具有重要意义。在人类和动物给药后,仅有小部分FQs在生物体内发生代谢,主要代谢过程包括哌嗪环的甲酰化、乙酰化、氧化和裂解以及芳香核心环的脱氟、脱羧等,约70%的原药和少量的代谢产物通过排泄迁移到环境中。进入环境后,FQs及代谢产物主要存在于水体、土壤和沉积物等环境介质中,发生吸附、光解和生物降解等迁移转化过程。吸附使得FQs从一种介质转移到另一种介质;光解主要影响FQs的C7-胺取代基,而其核心结构仍保持完整;生物降解主要指在微生物和微藻作用下的降解,涉及哌嗪基的乙酰化、甲酰化等修饰和环的部分或完全裂解,核心结构的脱羧、脱氟和共轭物的形成等过程。FQs的迁移转化过程并不能使其从环境中彻底消除,反而成为“伪持久性”污染物,严重影响藻类、甲壳类和鱼类等的行为、生长和繁殖,导致生物地球化学循环改变和水生环境的破坏,加速微生物耐药性的增加和抗性基因的产生。因此,未来应在FQs的海洋环境行为及其生态环境影响、FQs微生物耐药性与抗性基因的风险评估及FQs在微型生物作用下的降解机制与效应等方面进行更深入的研究。

氟喹诺酮类抗生素的环境污染及其对微生物介导氮循环的影响

氟喹诺酮类抗生素(FQs)是使用量最大的抗生素之一,是一种在环境中具有“伪持久性”的新型污染物,具有巨大的生态风险。FQs会改变微生物群落结构和功能从而影响微生物介导的氮循环过程,改变环境中各种类型氮的组分,进而对全球氮循环产生重要影响。本文总结了FQs污染现状及对微生物介导氮循环的影响,以阐明FQs对氮循环各个关键过程的作用,从而为揭示FQs的生态效应研究提供科学依据。FQs普遍存在于各类环境介质中,不同环境中FQs浓度和种类存在显著差异,其中氧氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星是检出频率和浓度最高的4种FQs。FQs对氮循环的作用过程具有典型的剂量和种类依赖型特征。FQs主要通过降低氨氧化过程相关的amoA基因丰度和氨氧化细菌丰度、组成来抑制硝化过程;主要通过降低相关酶活性和narG、nirS、norB和nosZ等基因丰度,以及降低反硝化功能属微生物丰度、组成来抑制反硝化过程;通过降低厌氧氨氧化细菌丰度、组成和hzo基因丰度来限制厌氧氨氧化过程;最终导致环境中活性氮去除的降低和氧化亚氮(N_(2)O)释放的增加,甚至进一步诱发水体富营养化和温室效应等环境问题。未来应重点关注低浓度FQs和复合抗生素对氮循环过程的影响,进一步加强FQs对氮循环微生物单体和群落变化影响的研究。

水环境中磺胺类药物代谢产物的行为特征与生态毒理

磺胺类药物(SAs)作为最早应用的一类广谱合成抗菌剂,被广泛应用于人类医疗健康和兽医领域。进入体内的SAs大多以母体或代谢产物的形式排入水环境。SAs及其代谢产物在水环境中的残留以及产生的耐药性可能严重威胁生态系统和人类健康。本文在总结相关研究的基础上,归纳和分析了近年来有关SAs的研究成果,介绍了SAs的主要代谢产物类型、代谢产物在不同水环境中的分布特征等,讨论了SAs代谢产物的生态毒理,特别是磺胺类抗性基因(sul-ARGs)的分布及危害。最后对未来的研究工作进行了展望。本文可为SAs的进一步研究提供基础资料。