【摘要】 研究抗生素在环境中的命运以及确定环境浓度将有助于评估对生态系统和人口的潜在影响。

抗生素化合物是一大类多样化的药物，在很大程度上依赖于预防、治疗和管理人类和动物的细菌感染和疾病。平均每年，约有1050万公斤抗生素被销售和分发给食用动物，约340万公斤抗生素被处方和销售给人类治疗。鉴于畜牧业和人类医疗保健中大量使用抗生素，人们开始关注抗生素进入环境和可能产生的负面生态影响，包括但不限于抗生素耐药性的增加以及微生物群落的改变，这可能会影响重要的生物地球化学和降解过程，以及营养物质的循环。

 

因此，研究抗生素在环境中的命运以及确定环境浓度将有助于评估对生态系统和人口的潜在影响。Alison M. Franklin等人1同时提取处理过的废水中常见的四种抗生素制定最佳提取方案，以便更有信心地监测土壤和水环境中的抗生素。对于水分析和土壤提取样品的清理/浓度，比较了两种不同的固相萃取（SPE）筒（Oasis HLB plus和Phenomenex Strata-X）通常推荐用于分离抗生素化合物。

 

对于土壤的分析，比较了两种不同的土壤预处理方法（研磨和冷冻干燥）和两种提取方法（LSE和ASE）。图1概述了整个研究过程中水和土壤样品的一般处理步骤。

 

图1 水和土壤样品进行了一般分析步骤，以确定最佳提取技术，以确定四种抗生素（磺胺甲恶唑、甲氧苄啶、氧氟沙星和林可霉素）的浓度。

 

研究选择的四种抗生素是磺胺甲恶唑（SMX）、甲氧苄啶（TMP）、氧氟沙星（OFL）和林可霉素（LIN）。这些抗生素的选择基于地方和国家处方率、公共卫生风险和潜在的生态影响。磺胺甲恶唑与TMP的联合治疗对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌是一种有效的治疗方法，具有重要的意义。

 

氧氟沙星是氟喹诺酮类抗生素的代表，氟喹诺酮类抗生素是一类强效抗生素，在人兽医学中均有应用。林可霉素是一种用于治疗不能服用青霉素类药物的严重感染的抗生素，在兽医学中常用。随着抗生素耐药性的上升和治疗感染的抗生素有限，关键抗生素流入环境不仅可能产生负面的生态影响，而且可能对公共卫生产生长期影响，特别是如果它们到达水源。

 

图2 加速溶剂萃取法（ASE）与液固萃取法（LSE）(乙腈/水（ACN/H2O）（50/50）、甲醇（MeOH）、甲酸（FA）（0.1%）或甲醇/H2O（20/80）和(B)加速溶剂萃取法（ASE）和ACN/H2O（50/50）从不同预处理步骤（研磨和冷冻干燥）的(A)土壤中提取磺胺甲恶唑（SMX）、甲氧苄啶（TMP）、林可霉素（LIN）和氧氟沙星（OFL）的平均回收率。

 

冻干土壤中SMX的回收率为14 ~ 44%，平均为20±15%；A土中SMX的回收率最高，b土中SMX的回收率最低；非冻干土壤中SMX的回收率为0 ~ 24%，平均为12±10%；土壤A的TMP回收率为55 ~ 89%，平均为69±14%，其中土壤A的TMP回收率最高，土壤b的TMP回收率最高。

 

事实上，尽管土壤和非冻干土壤的回收率低于冻干土壤，但这些回收率在38-58%之间，平均为46±9%，相当于或略优于TMP在散装土壤分析中的最大回收率（图2）。

 

总的来说，每种抗生素都成功地从水和土壤基质中提取，除了从土壤基质中提取的OFL，其提取回收率有限。对于水提取和土壤提取，一种方法不足以同时最佳地提取SMX、TMP、LIN和OFL。

 

虽然SMX、TMP和LIN可以同时提取并获得足够的回收率，但OFL需要对水和土壤基质采用不同的提取方法才能回收相当数量的抗生素。与Strata-X相比，HLB Plus是最佳的水提取工具，而SMX、TMP和LIN则不需要调整pH值。

 

在土壤提取中，ACN/H2O为50/50的ASE系统同时对SMX、TMP和LIN提供了最佳的总提取回收率；然而，为了显著地回收OFL，需要一种不同的提取方法，可能包括螯合剂和/或氨的掺入。在用抗生素加标溶液平衡土壤之前，将土壤干燥、研磨和筛选，TMP、LIN和OFL的回收率更高。

 

对于SMX和TMP，如果在使用ASE系统提取之前将土壤与抗生素溶液平衡后进行冻干，则冻干土壤的平均提取回收率高于非冻干土壤。在林的情况下，非冻干土壤的平均恢复明显高于冻干土壤。因此，即使SMX、TMP、LIN和OFL在EPA方法1694中列在酸性组下，为了获得每种抗生素的最佳提取回收率，每种抗生素都需要不同的水和土壤提取方案。

 

此外，这些化合物的可提取性与土壤或水系统的pH值以及所使用的提取溶液类型密切相关。

 

(1) Franklin, A. M.; Andrews, D. M.; Williams, C. F.; Watson, J. E. Simultaneous Extraction of Four Antibiotic Compounds from Soil and Water Matrices. In Separations, 2022; Vol. 9.

 

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