近日，個別企業被曝出向環境中排放含有抗生素的污水，還有一些地方的水體中檢出含有微量抗生素。抗生素殘留給水生生態系統帶來不良影響,導致多種耐藥性細菌的產生,也使水生動物生命活動受到影響,同時通過飲水、食物鏈等方式對人體健康構成潛在威脅。因此，本文針對水中抗生素的檢測提供了全面詳盡的解決方案。
抗生素又稱為抗菌素，對許多微生物、衣原體、支原體、螺旋體以及其他致病微生物及惡性腫瘤細胞都有抑殺作用。環境水體中的殘留抗生素主要來自抗生素工業廢水、人用及獸用抗生素的排放。此外，每年有大量的家用抗生素由于過期被丟棄，極有可能因浸泡而滲入到環境水中。現有的污水處理技術很少有針對抗生素的專門處理環節，不能完全去除抗生素。
此外，我國水環境質量和污染物排放相關的法規和標準中均未納入抗生素殘留的指標。以上因素造成了目前環境水體中抗生素監管的難題。抗生素及其衍生物可能通過飲用水進入人體，對居民安全用水及整個生態環境系統構成了長期潛在威脅，是一種重要的藥品和個人護理用品類污染物(PPCPs)。亟需建立相關法規和檢測標準，對抗生素及其代謝物進行快速、高靈敏度的監控、篩查及定量分析。
圖1.大體積進樣在線分析系統的流路設計。
大體積進樣在線分析系統
島津公司隆重推出了《環境水中抗生素檢測解決方案》，突破性開發了大體積進樣在線分析系統(圖1)用于環境水中抗生素檢測。環境水中抗生素常以痕量存在，通常在ng/L濃度級別。水樣前處理需要借助固相萃取柱富集、濃縮、重溶后再進樣分析，但該過程費時、費力，且容易出現誤差。使用大體積進樣在線分析系統，只需進行過濾處理，即可對1-2 mL的水樣進行自動分析配合LCMS-8050作為檢測器，大大提高方法靈敏度，省去了繁瑣的手工操作。
島津大體積進樣在線分析系統，匹配高靈敏度、高采集速度的液相色譜質譜聯用儀LCMS-8050，可同時檢測林可霉素等十種常用抗生素。本系統無需增加額外配件，通過對常規LC-30A進行改裝升級，使用島津獨有混合器實現柱頭聚焦，富集、分離同步完成，全程自動化運行，靈敏度高、精密度好。十種抗生素10
ng/L標準溶液的MRM色譜圖見圖2。1-1000 ng/L(金霉素和土霉素2.5-1000 ng/L;四環素和美他環素10-1000
ng/L)濃度范圍內，十種抗生素線性良好。檢出限在0.027-1.0 ng/L，定量限在0.090-3.4
ng/L之間。對自來水和廣州某湖泊水進行檢測，自來水中沒有檢測到抗生素，湖泊水中檢出2.4 ng/L羅紅霉素和5.3 ng/L克林霉素。
圖2. 十種抗生素10 ng/L標準樣品的MRM色譜圖(1、林可霉素2、金霉素3、強力霉素4、克林霉素5、四環素6、土霉素7、美他環素8、磺胺二甲異惡唑9、羅紅霉素10、磺胺硝苯)。
LCMS-8050直接分析自來水中阿莫西林
阿莫西林是一種最常用的半合成青霉素類廣譜β-內酰胺類抗生素，央視報道在南京居民區自來水中檢出8 ng/L阿莫西林。由于自來水中的阿莫西林以痕量存在，因此通常需要富集濃縮的前處理方法進行測定，在樣品的前處理上就會花費較多時間。
使用島津超高靈敏度LCMS-8050系統，自來水樣品只需進行簡單的過濾處理，即可直接進樣分析其中的痕量阿莫西林。實驗結果表明阿莫西林在5 ng/L-200 ng/L范圍內線性關系良好(R=0.9995)，方法檢出限與定量限分別為0.97 ng/L和3.88 ng/L。精密度與準確度分別介于1.7-8.0%和97.8-103.5%之間。不同濃度的自來水加標樣品(15﹑40﹑160 ng/L)回收率介于66.4-70.1%之間。圖3為10 ng/L阿莫西林加標自來水直接進樣色譜圖。
圖3. 10 ng/L阿莫西林加標自來水直接進樣色譜圖。
離線SPE分析抗生素殘留
離線SPE是環境水樣檢測最常用的前處理方法，實現待組分的濃縮和凈化。島津開發了環境水樣中磺胺類、四環素類、喹諾酮類、大環內酯類、β-內酰胺類等幾十種常用抗生素的離線SPE前處理，三重四極桿質譜檢測方法。磺胺醋酰等12種磺胺類抗生素在6分鐘內快速分離并檢測，0.5 μg/L-100 μg/L范圍內校準曲線的相關系數在0.999以上。二甲胺四環素等7種四環素類抗生素在5分鐘內快速分離，檢出限在3.77-6.29 ng/L范圍內。依諾沙星等14種喹諾酮類抗生素在7分鐘內快速分離，100 mL水樣在50 ng/L、250 ng/L和500 ng/L三水平加標回收率在80.8%-96.2%之間。螺旋霉素等8種大環內酯類抗生素在4分鐘內得到了快速檢測，儀器的檢出限在0.11-1.24 μg/L范圍內。
圖4. 環境水中β-內酰胺類抗生素樣品前處理流程圖。
由于篇幅限制，本文著重介紹β-內酰胺類抗生素檢測方法。β-內酰胺類抗生素(β-lactams)是一類用量大、使用范圍廣且容易進入環境水體的抗生素，在水體中多以痕量存在。目前國內尚未有對環境水中抗生素類藥物痕量分析的相關標準。按照圖4中水樣SPE離線前處理方法，對6種β-內酰胺類抗生素，青霉素G、青霉素V、乙氧萘青霉素、苯唑青霉素、鄰氯青霉素和雙氯青霉素在2分鐘內快速檢測，500 μg/L標準樣品檢測的譜圖見圖5。
圖5. 500 μg/L β-內酰胺類抗生素標準樣品的MRM色譜圖。
將上海某條河流水源為樣品，定性離子對的相對豐度與濃度相當的標準溶液的相對豐度一致，環境水樣中檢出了三種β-內酰胺類抗生素(青霉素V、鄰氯青霉素和乙氧萘青霉素)，其濃度分別為3.126、8.638和2.900 ng/L。
小結
抗生素在水體中多以痕量存在，目前國內尚未有針對環境水中抗生素類藥物痕量分析的相關標準，亟需開發簡單、快速、高靈敏度的檢測方法。島津公司使用常規的離線SPE前處理方法，開發了環境水樣中磺胺等幾十種常用抗生素的快速檢測方法。針對離線前處理操作繁瑣的弊端，島津公司推出了大體積進樣在線分析系統，無需前處理即可直接進水樣進行檢測，省去了繁瑣的前處理操作。此外，島津LCMS-8050液質聯用系統，由于具備超高靈敏度，自來水樣品只需進行簡單的過濾處理，即可直接進樣分析痕量阿莫西林，大大簡化了前處理操作。