一種用于測定水體中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的被動(dòng)采樣器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于抗生素的采樣及測定技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于測定水體 中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的被動(dòng)采樣器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 抗生素是水環(huán)境中一類重要的污染物，有著廣泛的來源，監(jiān)測其環(huán)境殘留水平對(duì) 開展生態(tài)和健康風(fēng)險(xiǎn)具有十分重要的意義?？股匕ê铣苫衔?如磺胺類和喹諾酮類） 和天然化合物(如青霉素、四環(huán)素類和大環(huán)內(nèi)酯類）?？股匾罁?jù)其不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，又可以 分為:喹諾酮類、內(nèi)酰胺類、氯霉素類、磺胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、頭孢菌素類、四環(huán)素類、氨基 糖苷類等。對(duì)于水環(huán)境中的抗生素殘留已有諸多報(bào)道，濃度從ng/L到y(tǒng)g/L不等。雖然目前絕 大多數(shù)抗生素的殘留水平還沒有被列入到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，但是其產(chǎn)生的生態(tài)與健康風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng) 引起世界各國的廣泛關(guān)注。
[0003] 水中抗生素的監(jiān)測有主動(dòng)采樣和被動(dòng)采樣的方法。主動(dòng)采樣需要采集大體積水 樣，且水樣經(jīng)主動(dòng)采樣采集回來之后，在儀器檢測之前一般都需要進(jìn)行預(yù)處理，樣品預(yù)處理 的目的是對(duì)樣品進(jìn)行濃縮和凈化，使得能夠達(dá)到儀器檢測限。對(duì)于水樣中抗生素的分析，前 處理方法主要采用固相萃取法，采用固相萃取小柱對(duì)水中抗生素進(jìn)行富集。樣品中抗生素 的定性定量分析，一般采用液相色譜-質(zhì)譜(LC/MS)或者液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS/ MS)的分析方法（Journal of Chromatography A，2006，1114(l):73_81)。主動(dòng)采樣的分析 結(jié)果一般為抗生素在水中的瞬時(shí)濃度，難以獲得在一定時(shí)間段內(nèi)抗生素物質(zhì)的平均濃度。
[0004] 被動(dòng)采樣器一般基于吸附介質(zhì)的擴(kuò)散或膜的滲透原理制成的由吸附介質(zhì)和固定 裝置組成。被動(dòng)采樣器包括半透膜裝置(SPMDs)、聚氨酯泡沫(PUF)、XAD樹脂，涂漬甘油三油 酸脂的玻璃纖維片、玻璃或者金屬表面涂漬聚合物和聚乙烯的被動(dòng)采樣器。被動(dòng)采樣器主 要應(yīng)用到空氣污染物如揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、半揮發(fā)性有機(jī)物（3￥0〇8)、勵(lì)2、3〇2、〇3等的監(jiān) 測。應(yīng)用于水環(huán)境中商品化的被動(dòng)采樣器較少，目前主要有：SPMD，有機(jī)物一體化采樣器 (P0CIS)，以及化學(xué)捕集器(Chemcatcher) JPMD主要包括擴(kuò)散膜與萃取液體組成，由于SPMD 膜的強(qiáng)度較差，在實(shí)際水體中經(jīng)常發(fā)生破損，而且主要用于水中疏水性化合物的被動(dòng)采樣。 P0CIS和Chemcatcher-般都包括擴(kuò)散膜和固體吸附劑和固定裝置組成，結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜， 價(jià)格昂貴，也影響了這些采樣器的實(shí)際應(yīng)用。相比于主動(dòng)采樣，被動(dòng)采樣成本低、采樣裝置 輕巧，操作簡單，無需動(dòng)力來源，且可防止主動(dòng)采樣過程中因運(yùn)輸、儲(chǔ)存和富集過程中污染 物的分解。當(dāng)然，被動(dòng)采樣器的采樣速率一般相對(duì)較低，往往需要較長的采樣時(shí)間，得到的 不是瞬時(shí)濃度而是采樣點(diǎn)的時(shí)間加權(quán)平均濃度，但對(duì)于開展水環(huán)境中污染物的低濃度長期 暴露及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，特別在范圍更廣且更偏遠(yuǎn)的地區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)采樣，采用被動(dòng)采樣則 更為理想。
[0005] 目前水環(huán)境中抗生素污染的研究比較熱，對(duì)抗生素的檢測主要以主動(dòng)采樣為主， 而對(duì)于抗生素的被動(dòng)采樣，國外大多數(shù)采用商用的P0CIS來進(jìn)行，先在實(shí)驗(yàn)室對(duì)采樣速率進(jìn) 行校準(zhǔn)，然后再進(jìn)行實(shí)際采樣，由于被動(dòng)采樣屬于富集采樣，往往能提高獲得更低的檢測 限。而在國內(nèi)開展抗生素的被動(dòng)采樣研究報(bào)道較少，張利鵬等應(yīng)用POCIS對(duì)福建九江流域中 抗生素進(jìn)行了檢測，史曉東等應(yīng)用POCIS對(duì)長江口中12中抗生素開展了調(diào)查，結(jié)果表明被動(dòng) 采樣的計(jì)算結(jié)果能反映目標(biāo)物的污染情況。
[0006] 國內(nèi)目前有關(guān)被動(dòng)采樣方法的專利中，絕大多數(shù)是用在空氣污染物的檢測中，對(duì) 于水環(huán)境中污染物的被動(dòng)采樣器報(bào)道較少，如發(fā)明專利CN201310544841，公開了一種以殼 聚糖凝膠為接受相，以摻鈣二氧化硅凝膠為控制相，用于檢測水環(huán)境中重金屬的被動(dòng)采樣 裝置，通過改變礦化液濃度，來調(diào)節(jié)控制相凝膠的礦化速率，從而實(shí)現(xiàn)接受相對(duì)目標(biāo)污染物 有效富集時(shí)間的控制。發(fā)明專利CN201110040648公開了 一種污染物水體被動(dòng)采樣器，包括 盒體及設(shè)置于所述盒體內(nèi)的吸附膜，盒體包括盒體框架及與盒體框架形成密閉盒體的盒 蓋，盒蓋內(nèi)依次設(shè)有過濾網(wǎng)和過濾膜，過濾膜的上下兩側(cè)均設(shè)有篩板。通過設(shè)有過濾網(wǎng)及過 濾膜的盒蓋進(jìn)行顆粒物的過濾，同時(shí)防止活性生物進(jìn)入盒體黏附于吸附膜上。發(fā)明專利 104729878A公開了一種以固定化離子液體一硅膠負(fù)載的十二烷基咪唑作為接收相，用于水 體中痕量有機(jī)污染物監(jiān)測的被動(dòng)采樣裝置。裝置使用聚醚砜膜片包裹固定化離子液體顆 粒，并用有機(jī)玻璃環(huán)狀法蘭盤和硅膠墊片固定膜片。此裝置可懸掛于水中，對(duì)水中溶解態(tài)痕 量有機(jī)污染物進(jìn)行被動(dòng)采集。發(fā)明專利CN201210427132涉及一種水生植物脂一乙酸纖維素 復(fù)合半滲透膜，以廉價(jià)的、原生的水生植物脂為主要原料，以親水性強(qiáng)的乙酸纖維素為外膜 材料，制備出分散均勻、比表面積大、一體的含水生植物脂的半滲透膜，用于水體中疏水性 有機(jī)污染物采集。這些有機(jī)物被動(dòng)采樣器都采用膜為擴(kuò)散相，而膜在實(shí)際水環(huán)境中容易受 到污染，且后期的樣品前處理比較復(fù)雜，影響被動(dòng)采樣分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中用于水中抗生素的被動(dòng)采樣器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作 成本昂貴、操作繁瑣的特點(diǎn)，針對(duì)目前水體中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素含量測定的實(shí)際需要，提供 一種用于測定水體中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的被動(dòng)采樣器及其應(yīng)用。
[0009] 2、技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具體如下：
[0011] 本發(fā)明公開的一種用于水體中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的被動(dòng)采樣器，它包括采樣桶和 吸附劑。采樣桶為帶旋蓋的不銹鋼圓筒，采用100目不銹鋼絲網(wǎng)制成，內(nèi)徑2-4cm，高度2-4cm。采樣桶內(nèi)填充顆粒狀XAD樹脂作為吸附劑，吸附劑的粒徑為20-60目，吸附劑的用量為 l_2g/桶。
[0012] 本發(fā)明的一種用于水中抗生素的采樣測定方法，其步驟為：
[0013] i)吸附劑的清洗：
[0014] 采樣開始前，顆粒狀XAD樹脂吸附劑依次用純水和甲醇清洗，然后于65°C烘箱中烘 干，冷卻后儲(chǔ)存于棕色玻璃瓶中待用。
[0015] ii)采樣過程：
[0016] 將裝有步驟i)清洗后的吸附劑裝入不銹鋼絲網(wǎng)的采樣桶中，旋緊旋蓋。采樣桶固 定于一個(gè)竹制的吊籃內(nèi)，吊籃用繩索固定于在泡沫塑料的下方20-30cm，使得被動(dòng)采樣器能 懸掛于水中，在采樣點(diǎn)的位置，將泡沫塑料用繩索固定于橋下，離河岸超過2m，進(jìn)行采樣。采 樣時(shí)間為t(單位d)，采樣結(jié)束后，取出被動(dòng)采樣器，密封于封口袋中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。
[0017] iii)吸附劑中抗生素的提取
[0018] 將步驟ii)采樣完成的被動(dòng)采樣器取出后，先用超純水（電阻率2 18.3ΜΩ .cm)淋 洗，后放入65°C的烘箱中烘干(約lh)。冷卻至室溫后，將采樣桶內(nèi)的樹脂通過長頸小漏斗轉(zhuǎn) 移至10mL SPE空管內(nèi)，加入乙腈進(jìn)行洗脫，收集洗脫液于10mL氮吹管中，在40°C水浴條件下 氮吹至干，后加入20yL內(nèi)標(biāo)溶液(200ppb)，最后用甲醇定容至lmL，最后用液相色譜-串聯(lián)質(zhì) 譜(HPLC-MS/MS)進(jìn)行檢測。
[0019] iv)HPLC-MS/MS測定抗生素的含量
[0020] 使用HPLC-MS/MS測定iii)提取的萃取液中抗生素，其中，
[0021] 液相色譜條件:Waters Xterra C18液相色譜柱（2.1 X 100mm，3.5ym)，流動(dòng)相A: 0.1 %甲酸水溶液，流動(dòng)相B:甲醇。流速350yL/min，進(jìn)樣量5yL，柱溫35°C。梯度洗脫程序:0 ~0.5min，保持5%Β;0·5~1.5min，5%B ~30%Β;1·5~11.5min，30%B~70%Β;11·5~ 121^11，70%8~100%8;12~12.5111111，保持100%8，12.5~13111111，100%8~5%8，13~ 18min，保持5%Β。樣品需用0.45μπι的PTFE濾頭過濾后方可進(jìn)樣。
[0022] 質(zhì)譜條件:離子源為電噴霧正電離源(ESI + );離子源I(Ion Source Gas 1，GS1)和 Π (Ion Source Gas 2，GS2)的氣體流速分別為55mL/min和55mL/min，碰撞氣（Collision Gas，CAD)和氣簾氣(Curtain Gas，QJR)流速分別為7mL/min和25mL/min，氣體均為N2;電離 電壓（Ion Spray Voltage，IS)為4500V;輔助加熱氣溫度(TEM)為450°C。檢測方式為多反應(yīng) 選擇監(jiān)測（Multiple reaction monitoring，MRM)離子模式。
[0023] v)采樣速率的測定
[0024] 采樣實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)測定被動(dòng)采樣器對(duì)水中不同大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的采樣速率， 在一定時(shí)間內(nèi)，被動(dòng)采樣器對(duì)水中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的富集呈線性，其斜率為k，由式一計(jì) 算被動(dòng)采樣器對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的采樣速率：
[0025] Rs = k/Cw (式一）
[0026]其中:Rs為采樣速率，單位L/d; Cw為水中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的平均濃度，單位yg/L;
[0027] vi)計(jì)算大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的濃度：
[0028] 水中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的加權(quán)平均濃度(^由式二計(jì)算得到
[0029] Cw=Ms/(RsXt) (式二）
[0030] 其中：Cw為水中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的平均濃度，單位yg/L;Ms為采樣時(shí)間內(nèi)采樣器 中分析物的量，單位yg;R s為被動(dòng)采樣器的采樣速率，單位L/d;t為采樣時(shí)間，單位d(天）。
[0031] (注:若無特別說明，本申請(qǐng)文件中的單位d或者單位中的d表示天）
[0032] 3、有益效果
[0033]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
[0034] (1)本發(fā)明與常用的基于高分子膜為吸附劑的被動(dòng)采樣器相比，采用機(jī)械強(qiáng)度較 大，對(duì)抗生素等親水性物質(zhì)具有很好吸附性能的XAD樹脂為吸附劑，體積小，清洗簡單，且吸 附劑中的抗生素的提取只需簡單的溶劑淋洗即可完成，降低了有機(jī)溶劑的使用和縮短了分 析時(shí)間，且本發(fā)明的被動(dòng)采樣器制作和操作更加簡便，價(jià)格低廉；
[0035] (2)本發(fā)明的而被動(dòng)采樣器制作、裝配簡單，采樣器(桶）總重量不超過20g，運(yùn)輸和 保存非常方便，適合于實(shí)際水體中抗生素的被動(dòng)采樣；
[0036] (3)本發(fā)明通過實(shí)際水體的被動(dòng)采樣測試，計(jì)算結(jié)果表明這種新型的被動(dòng)采樣器 能適合于水環(huán)境中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的監(jiān)測。
【附圖說明】
[0037] 圖1位本發(fā)明的一種用于水體中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的被動(dòng)采樣器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1的標(biāo)記說明：1、不銹鋼絲網(wǎng)采樣桶;2、不銹鋼絲網(wǎng)采樣桶1的旋蓋。
[0038]圖2實(shí)施例1中五種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的Ms-t關(guān)系圖。
[0039] 圖3為五種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素及內(nèi)標(biāo)物的多反應(yīng)離子的色譜圖（其中a-f分別為： 內(nèi)標(biāo)和五種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素）。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0041 ] 實(shí)施例1
[0042] 結(jié)合圖1所示，本實(shí)施例中的一種用于測定水體中抗生素的被動(dòng)采樣器，內(nèi)徑和高 均為2-4cm的不銹鋼帶蓋的采樣桶，采樣桶由100目不銹鋼絲網(wǎng)制作，內(nèi)裝有l(wèi)g顆粒狀