松花江作为中国东北地区的“母亲河”, 长期为沿岸居民生活和工农业生产提供水源, 作为饮用水水源, 其水质成为居民关注的焦点, 因此进行松花江水质监测和研究具有重要意义。中国作为抗生素生产大国, 年产量达到21万t, 而这些抗生素中约有8万t用于临床, 10万t用于畜牧业, 还有3万t左右用于出口^[1~3]。绝大部分抗生素并不能完全被人和动物吸收, 大量含抗生素原形或代谢物的生活和制药废水进入江河湖泊, 不仅对水环境造成污染也给生态带来不可估量的危害。本文采用固相萃取、超声提取、高效液相色谱 (HPLC) 法, 选取松花江的5个监测断面进行取样, 检测其中四环素类抗生素 (四环素、土霉素、金霉素和强力霉素) 的污染量, 四环素是广谱抗生素, 具有快速抑菌, 价格便宜等优点, 属人畜共用药, 通过检测4种四环素类抗生素的污染, 对松花江哈尔滨段抗生素的污染水平有了初步的了解, 也为深入研究松花江水体环境污染与修复提供可靠的科学依据。

Waters2695-2996高效液相色谱仪;JP-030ST型超声波清洗机;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵;Oasis HLB固相萃取柱。

甲醇、乙腈 (色谱纯, 纯度>99.9%, 山东禹王实业有限公司化工分公司) ;乙酸 (色谱纯, 纯度>99.9%, 天津市耀华化学试剂有限责任公司) ;甲酸 (色谱纯, 纯度>99.9%, 天津市科密欧化学试剂有限公司) ;四环素类 (TCs) 抗生素标准品:土霉素 (OTC) 、四环素 (TC) 、金霉素 (CTC) 、强力霉素 (DC) ;四环素类抗生素均购自中国药检所 (纯度均不低于96.0%) 。

确定松花江流域内5个监测断面, 即朱顺屯断面、阿什河口内断面、阿什河口下断面、呼兰河口下断面、大顶子山断面。

松花江属于特大河流, 根据《地表水和污水监测技术规范》 (HJ/T 91—2002) 规定, 水面宽大于100m的应取3条采样垂线, 故选取距岸两侧0.5m处各1个点, 河中心处1个点, 总共3个点在水面下0.5m深处取样 (取表层水) 。并将所有取样点的采集水样混匀成一个水样。

本次试验分别在3月、6月、9月、12月对5个监测断面进行采样分析, 样品采集时, 用直立式采水器采集, 采集后将3个点的水样混匀立即装入2L的棕色玻璃瓶中, 采样器采样和玻璃瓶装样前经过洗净并用水样润洗3次, 所有样品采集完成后马上移至4℃冰箱保存, 待处理分析。

本试验采用高效液相色谱法进行检测, 色谱条件参数如表1所示。梯度洗脱程序:0~25min, 5%B~28%B;25~40 min, 28%B~100%B;40~41min, 100%B~5%B;41~45min, 5%B。

准确称取各种目标抗生素标准品0.01g, 用纯甲醇溶解并定容于10mL棕色瓶中, 配置成浓度为1g/L储备液, 在-18℃下避光保存 (1个月内使用) 。

取采集的水样1L, 经0.45μm的滤膜过滤后加入0.5g EDTA, 用1mol/L稀磷酸调节水样pH为4。依次用6mL的甲醇和12mL的超纯水活化Oasis HLB固相萃取小柱, 然后将水样萃取富集, 水样过柱流速控制在5~10mL/min。上样结束后再用5mL超纯水淋洗小柱, 然后将小柱干燥15min, 最后用6mL甲醇洗脱, 超声提取15min, 收集洗脱液挥发至近干, 用1mL体积比15∶85的甲醇-水溶液溶解, 过0.22μm滤膜后上机进行测定。

分别精密吸取浓度为1g/L的对照品溶液, 四环素和强力霉素配制成浓度分别为10μg/L、50μg/L、100μg/L、500μg/L和1 000μg/L的标准品溶液, 金霉素和土霉素配制成浓度分别为20μg/L、50μg/L、100μg/L、500μg/L和1 000μg/L的标准品溶液, 按1.3色谱条件进行测定, 进样量为20μL, 分别连续进样3次, 绘制标准曲线, 可见线性关系良好, 结果见表2。

精密吸取100μg/L标准品溶液20μL, 连续进样5次, 四环素、强力霉素、金霉素、土霉素4种标准溶液的RSD分别为1.88%、3.52%、2.13%、1.95%, 均小于5%, 试验方法精密度良好。

取超纯水9份, 每份1L, 按低 (10μg/L) 、中 (100μg/L) 、高 (1 000μg/L) 3个水平添加混合标准溶液, 每水平3份样品, 制备加样回收样品溶液, 根据标准曲线计算4种抗生素的回收率, 并且得出不同水平下的相对标准偏差RSD (%) , 考察回收率。结果见表3。

4种抗生素标准品的保留时间分别是:四环素9.7min;金霉素12.58min;土霉素11.2min;强力霉素13.01min。各监测断面测定结果如表4所示。

由朱顺屯至大顶子山, 松花江哈尔滨段全长约66km, 主江段自上而下流经朱顺屯、阿什河口、呼兰河口至大顶子山。此区域水环境功能划分情况为:朱顺屯为Ⅲ类水质区, 为景观娱乐用水;阿什河口内、阿什河口下、呼兰河口内、呼兰河口下和大顶子山为Ⅳ类水质区, 为农业用水^[4]。本次试验选择朱顺屯、阿什河口内、阿什河口下、呼兰河口下、大顶子山5个监测断面。其中朱顺屯水质反映松花江上游流入哈尔滨段江水的状况, 从试验结果可以看出朱顺屯没有四环素类污染物的污染, 结合相关文献, 松花江哈尔滨段上游经过规范的污染防治和综合治理水质得到有效控制, 能够满足其作为景观娱乐用水的Ⅲ类水体功能。阿什河口内监测点存在四环素的污染, 阿什河污染主要来自阿城区污水排放和哈尔滨市区成高子镇至入松花江口河段接纳的沿途未被管网收集的小企业废水和生活污水, 农业面源、两岸垃圾堆积以及破坏的植被^[5]。在6月和9月四环素检出量为0.030 1μg/L和0.043 1μg/L, 而在3月和12月检出量为0.082 3μg/L和0.080 4μg/L。污染状况:枯水期>丰水期。松花江流域每年的6~9月为丰水期, 降水量占全年的60%~80%, 12~2月为枯水期, 降水量仅为全年的5%左右。松花江枯水期与其他水期相比, 流量相差极大, 且枯水期与松花江的冰封期几乎重合, 冰封期基本上无自然水流入, 径流基本是由污水构成的, 冰封会导致水中溶解氧偏低, 污染物难以降解。而进入平水期以后, 随着温度上升, 水体自净能力增强;同时, 由于降水的增多, 流量增大, 污染物得到稀释, 水体环境中抗生素的残留相对偏低, 因此平水期与丰水期水质状况得以改善^[6~8]。Li等^[9]在研究中发现了污水处理厂冬季的出水中抗生素的浓度明显高于其他季节。由于冬季是人畜流感的高发期, 尤其是寒冷地区哈尔滨抗生素的需求量更多, 大量使用的抗生素伴随着人体或者动物机体的排泄物, 排入到水体环境中, Mc Ardal等^[10]也有报道, 冬天抗生素的使用量大于夏天, 这种情况导致了各个月份抗生素残留量的差异。因此3月和12月四环素的含量高于6月和9月。阿什河口下在3月和12月检出四环素污染, 污染量低于阿什河口内, 阿什河口是松花江水系的一级支流, 汇入松花江后, 由于河道变宽, 流量增大, 水质污染有所缓和。呼兰河口和大顶子山段抗生素污染量明显低于阿什河口, 与人口密集程度和畜牧养殖业情况有直接关系。

(1) 建立SPE-HPLC法测定四环素类抗生素含量, 考察4种抗生素在一定浓度范围的内线性关系、精密度、回收率良好, 符合试验要求。

(2) 松花江哈尔滨段表层水体环境中存在着一定程度的四环素类抗生素的污染, 这与制药厂排放的制药废水以及畜牧业抗生素的滥用有关。