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内蒙古牧区土壤中兽药青霉素的残留及吸附研究 摘要 内蒙古地区一直是全国重要的畜牧业基地之一，随着畜牧业的发展，兽药 被广泛应用，而抗生素是兽药中应用最为广泛的一类药物，抗生素进入生态环境 会导致自然界的细菌具有耐药性，使养殖场周边环境不仅成为耐药基因的储库， 也成为耐药基因扩展和演化的媒介，这些外源性化合物的引入给生态和环境安全 带来了隐患。研究青霉素的环境行为，为自治区牧区抗生素污染的防治，污染 土壤的修复及环境管理提供科学依据，以求创造更安全、更适于内蒙古地区畜 牧业可持续发展的优良生态环境。本文以青霉素为目标污染物，研究了青霉素 在土壤中的残留，分布和在土壤中的环境行为。研究主要包括四个部分： ( 1 ) 采用高效液相色谱测定青霉素含量。色谱条件为：流动相为0 0 5 m o l l 磷酸二氢钾一甲醇( 4 0 ：6 0 ) ；检测波长为2 1 5 n m 。并对青霉素的降解进行了初步 研究，研究表明：碱性越强，越有利于青霉素的降解。而且长时间放置青霉素 溶液，也会生成降解产物。 ( 2 ) 土壤中青霉素的提取方法及前处理方法。以水为提取剂，超声提取， 固相萃取柱净化，h p l c 进行含量沏8 定。方法回收率范围为7 5 1 8 1 5 ，r s d 为2 1 0 3 7 1 ( n = 6 ) 。并对十个采样点的土壤进行了残留分析，结果表明： 内蒙古牧区土壤样品中青霉素的检出率为5 0 ，检出范围在0 6 2 1 8 8 m g k g 之 间。 ( 3 ) 研究了青霉素在土壤中的吸附动力学以及各种因素对土壤吸附的影 响。结果表明：土壤在振荡吸附2 4 小时达到吸附平衡。土壤对青霉素的吸附过 程符合l a g e r g r e n 二级动力学方程。吸附等温线均符合f r e u n d l i c h 方程。粒径减 小，液固比增大，有机质含量增高均有利于土壤对青霉素的吸附。温度的升高， 土壤灭菌，酸碱环境均不利于土壤对青霉素的吸附 ( 4 ) 初步研究了不同浓度阴离子表面活性剂s d b s 和阳离子表面活i 生c t a b 对土壤吸附青霉素的影响。结果表明：阴阳离子表面活性剂，会对土壤吸附脱 附青霉素产生影响。 关键词：青霉素；土壤；吸附；高效液相色谱；固相萃取 s t u d yo nv e t e r i n a r yp e n i c i l l i nr e s i d u e s a n da d s o r p t i o ni ns o i l o fi n n e rm o n g o l i ap a s t o r a l a b s t r a c t i n n e rm o n g o l i ah a sb e e no n eo ft h em a jo rl i v e s t o c kb r e e d i n gb a s e ，w i t ht h e d e v e l o p m e n to fa n i m a lh u s b a n d r y , v e t e r i n a r yd r u g sa r ew i d e l yu s e d ，w h i l et h e a n t i b i o t i ci st h em o s tw i d e l yu s e dv e t e r i n a r yd r u g a n t i b i o t i c si nt h ee n v i r o n m e n tw i l l l e a dt ob a c t e r i ar e s i s t a n c ei nn a t u r e ，a n dm a k et h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n to ft h e f a r mb e c o m en o to n l yar e s e r v o i ro fr e s i s t a n c eg e n e s ，b u ta l s oam e d i ao fr e s i s t a n c e g e n ee x p a n s i o na n de v o l u t i o n t h ei n t r o d u c t i o no ft h e s ee x o g e n o u sc o m p o u n d sw i l l b r i n gr i s k st ot h ee c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a ls a f e t y s t u d yo ne n v i r o n m e n t a l b e h a v i o ro fp e n i c i l l i n p r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o ra u t o n o m o u sr e g i o n sp a s t o r a l a n t i b i o t i c s p o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o l ，r e m e d i a t i o no fp o l l u t e d s o i la n d e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t ，e x p e c t i n gt oc r e a t eas a f e ra n dm o r es u i t a b l ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n tf o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fa n i m a lh u s b a n d r yi ni n n e rm o n g o l i a i n t h i sp a p e r , p e n i c i l l i ni su s e da st h et a r g e tp o l l u t a n tt os t u d yi t sr e s i d u e s ，d i s t r i b u t i o n a n de n v i r o n m e n t a lb e h a v i o ri ns o i l t h em a i nw o r kc o n s i s t so ff o u rp a n s ： ( 1 ) t h ec o n t e n to fp e n i c i l l i nw a sd e t e r m i n e db yh p l c m e a s u r e m e n tc o n d i t i o n ： 0 0 5 m o l lk h 2 p 0 4 一m e t h a n o l ( 4 0 ：6 0 ) a sm o b i l ep h a s e ；d e t e c t i o nw a v e l e n g t hw i t h 215n m t h ep r e l i m i n a r yr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e g r a d a t i o nr a t eo fp e n i c i l l i ni s i n c r e a s i n gw i t hi n c r e a s i n go fp hv a l u e p l a c ep e n i c i l l i ns o l u t i o nf o ral o n gt i m ew i l l i i i g e n e r a t ed e g r a d a t i o np r o d u c t s ( 2 ) e x t r a c t i o na n dp r e t r e a t m e n tm e t h o d so fp e n i c i l l i ni ns o i l w a t e ri su s e da s e x t r a c t i o na g e n t ，e x t r a c tw i t hu l t r a s o n i c t h es a m p l ew a s p u r i f i e db ys p e c o l u m na n d d e t e c t e db yh p l c t h er e c o v e r yw a sb e t w e e n7 5 1 a n d81 5 ，w i t hr s db e t w e e n 2 10 a n d3 71 ( n 2 6 ) t h er e s u l t so f10s o i ls a m p l e sf r o mi n n e rm o n g o l i af o r r e s i d u ea n a l y s i ss h o wt h a tt h ed e t e c t i o nr a t eo fp e n i c i l l i ni ns o i ls a m p l e sw a s5 0 ， w i t hd e t e c t i o nr a n g eb e t w e e no 6 2a n d1 8 8 m g k g ( 3 ) s t u d ya d s o r p t i o nk i n e t i c so fp e n i c i l l i ni nt h es o i la n do t h e ri n f l u e n c i n g f a c t o r so ns o i la d s o r p t i o n t h er e s u l t ss h o wt h ea d s o r p t i o no fp e n i c i l l i ni ns o i lc a n r e a c he q u i l i b r i u mi n2 4 h p e n i c i l l i ns o i l a d s o r p t i o np r o c e s si s f i tf o rl a g e r g r e n a d s o r p t i o nk i n e t i ce q u a t i o n si i t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r m sa r ea l lf i tf o rf r e u n d l i c h e q u a t i o n w i t ht h ed e c r e a s i n go fp a r t i c l es i z e ，i n c r e a s i n go fs o l u t i o n - t o - s o i lr a t i oa n d i n c r e a s i n go fo r g a n i cm a t t e r , a d s o r p t i o no fp e n i c i l l i no ns o i le n h a n c e d t e m p e r a t u r e ， s o i ls t e r i l i z a t i o n ，a c i da n db a s ee n v i r o n m e n tw e r en o tc o n d u c i v et ot h ea d s o r p t i o no f p e n i c i l l i n ( 4 ) t h ee f f e c to fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fa n i o n i cs u r f a c t a n ts d b sa n dc a t i o n i c s u r f a c t a n tc t a bo ns o i l a d s o r p t i o no fp e n i c i l l i nw a sp r e l i m i n a r i l ys t u d i e d t h e r e s u l t ss h o wc a t i o n i ca n da n i o n i cs u r f a c t a n tw i l la f f e c tt h es o i l a d s o r p t i o n a n d d e s o r p t i o no fp e n i c i l l i n k e yw o r d s ：p e n i c i l l i n ；s o i l ；a d s o r p t i o n ；h p l c ；s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n i v 目录 摘要i a b s t r a c t 。u i 第一章绪论1 1 青霉素类抗生素简介l 1 1 青霉素类抗生素的发现1 1 2 青霉素类抗生素消费和使用情况2 2 青霉素类抗生素残留检测研究进展3 2 1 样品前处理3 2 2 检测方法：j 4 3 抗生素的土壤环境行为研究6 3 1 土壤中青霉素的污染。6 3 2 青霉素类抗生素在土壤中复合污染8 4 本课题研究的内容、目的和意义8 参考文献9 第二章青霉素检测方法的建立1 1 1 前言11 2 实验仪器与材料1 1 3 紫外分光光度法检测青霉素的研究1 l 3 1 测定波长的选择1 1 3 2 标准曲线的绘制1 2 3 3 影响因素考察13 4 高效液相色谱法检测青霉素方法的建立1 3 4 1 影响因素考察1 3 4 2 色谱条件1 4 4 3 标准曲线绘制1 4 4 4 方法的线性关系、检测限及精密度1 6 4 5 紫外与h p l c 比较16 4 6 h p l c 测定青霉素降解产物的研究16 v 5 本章小结1 9 参考文献2 0 第三章内蒙牧区土壤中青霉素测定方法研究2 l 1 一前言2 1日u 舌2 1 2 实验部分2 1 2 1 实验仪器与材料2 1 2 2 实验方法2 2 3 结果讨论2 3 3 1 固相萃取柱的选择2 3 3 2 提取液的选择_ 。2 3 3 3 方法回收率与精密度。2 3 3 4 土壤中青霉素测定方法确定2 4 4 内蒙古牧区土壤样品青霉素含量测定2 4 4 1 采样布点2 4 4 2 实验方法2 5 4 3 土样中青霉素残留检测2 5 5 本章小结2 6 参考文献2 7 第四章青霉素的土壤环境行为研究2 8 1 前言2 8日u 舌：1 8 2 实验部分2 8 2 1 实验仪器与材料2 8 2 2 实验方法：j 2 9 3 结果与讨论3 3 3 1 吸附动力学。j 3 3 3 2 青霉素在土壤中吸附的影响因素3 7 4 本章小结4 4 参考文献4 4 第五章青霉素表面活性剂复合污染4 6 1 一前言4 6f j u 舌z 1 6 2 实验部分4 6 2 1 实验仪器与材料4 6 2 2 实验设计4 6 3 结果与讨论4 7 3 1s d b s 对土壤吸附脱附青霉素的影响4 8 3 2c t a b 对土壤吸附脱附青霉素的影响4 8 3 3 s d b s 和c t a b 对土壤吸附脱附青霉素的影响比较4 9 4 本章小结5 l 参考文献5 l 结论5 2 致谢5 3 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 4 内蒙古人学硕士学位论文 第一章绪论 长期以来，抗生素被大量用于人和动物的疾病治疗，同时以亚治疗剂量长期添加于动物饲 料中预防疾病和促进动物生长，在保障人类健康和促进畜牧业发展方面起了重要作用。但研究 表明，抗生素摄入后除少部分残留在体内，8 5 以上以原药和代谢产物的形式经由病人与动物 的粪尿排出体外，进入生态环境【l 】。随人类排泄物直接进入城市废水，动物排泄物作为肥料播 散于农田，对农田土壤、地表和地下水及生态系统中各类生物产生危害，并诱发和传播各类抗生 素耐药致病菌，对人类健康产生威胁【2 川。随着用药量的不断增加，环境中这种外源性化合物 的残留逐渐加剧，它们在环境中的转归及对生态环境的潜在毒性越来越引起人们的广泛关注， 尤其在畜牧业为支柱产业的内蒙古地区，兽药抗生素的环境残留及其环境行为亟待研究。 1 1 青霉素类抗生素的发现 1 青霉素类抗生素简介 1 9 2 9 年由亚历山大弗莱明发现了青霉素。当时亚历山大弗莱明正在培养一种能够引起 疖和某些其他类型传染病的细菌金黄色葡萄球菌。为了用显微镜检查培养结果，他不得不把 培养皿的盖子拿掉一会儿。一天当他开始工作时，他注意到培养液被一种从空气中落入的蓝 绿色霉菌所污染，在霉菌生长周围的一定距离内，细菌群遭到破坏。进一步研究发现，长有 霉菌的清液对许多病原菌都有抑制和杀死作用。这种霉菌后来被鉴定为青霉菌。由青霉菌所 产生的一类抗生物质总称为青霉素。青霉素发酵液中含有5 种以上天然青霉素( 如青霉素f 、 g 、x 、k 、f 和v 等) ，它们的差别仅在于侧链r 基团的结构不同，其中青霉素g 在医疗中 用得最多，它的钠或钾盐为治疗革兰氏阳性菌的首选药物，对革兰氏阴性菌也有强大的抑制 作用。青霉素的结构通式见图1 1 。 青霉素类抗生素与头抱菌素类同属于3 - 内酰胺类抗生素，是一类结构中均含有b 内酰胺 环的抗生素，其通过共价键和与细胞壁合成有关的青霉素结合蛋白结合而抑制细菌细胞壁的 合成，由于哺乳动物的细胞没有细胞壁，故这类抗生素对动物的毒副作用很小。青霉素类又 包括天然青霉素和半合成青霉素，它们的基本化学结构中均含有核心体6 氨基青霉烷酸。 青霉素g 又称苄青霉素，属窄谱的杀菌性抗生素，抗菌作用强，对处于繁殖期正大量合 内蒙古大学硕 学位论文 r 七o h n 0 h r 券 j c h ac h 2c h = c h c h z - r 为弋野 r 为h o 一1 h f r 关j c h s ( c h 2 ) c h 2 - r 黄衄3 ( c h 2 3c t t 2 r 为吨h r r 为 1 h i n h z r 如。一妣h 一 由h ， 图1 1 青霉素的结构通式 f i 9 1 1t h eg e n e r a lf o r m u l as t r u c t u r eo fp e n i c i l l i n 成细胞壁的细菌作用强，而对已合成细胞壁，处于静止期的细菌作用弱，故称繁殖期杀菌剂 【4 1 。青霉素的毒性很小，但易产生过敏反应，在人及动物上症状均比较严重。本文选择青霉 素g 作为研究对象。 1 2 青霉素类抗生素消费和使用情况 随着畜牧业的规模化发展，由于工厂化、高密度的饲养方式使养殖企业面临动物高发病 率和死亡率的巨大压力，致使生产者不仅将药物用于动物疾病的治疗，还添加到动物日粮或 饮水中用于非治疗性的防病，以达到促生长的目的。自2 0 世纪7 0 年代开始，亚治疗剂量抗 生素的药物添加剂逐渐成为动物日粮或饮水的常规成分，8 0 以上的家禽和家畜长期或终生 使用药物添加剂。此外滥用兽药、不遵守休药期、非法使用违禁药物的现象也很普遍。 目前，全球每年至少有5 0 的抗生素是用于畜牧业。由于抗生素不能被畜禽完全吸收， 而是有相当部分以原形或代谢物的形式随粪便和尿液排入土壤环境中，而且排出体外后的抗 生素代谢物仍然具有生物活性，而且能够在环境中进一步形成母体。据统计，对畜禽使用的 抗生素有2 5 7 5 以母体药物的形式从粪便中排出体外5 川，甚至可以高达9 0 t 8 】和9 5 i 明。 例如，对于水溶性较强的抗生素，在尿液中有超过9 0 的抗生素和在粪便中高达7 5 的抗生 2 f g x k f v 嘎 橐橐橐橐橐孝昔霉霉霉霉霉霉滞 一一一一一一一 塑鍪查盔兰堡主兰垡堡茎 素以原形排出【1 0 l 。 青霉素类药物广谱高效且药物学性质良好，已成为临床上治疗细菌感染最常用的抗生素。 不仅是人类医学上的重要抗感染药物，在畜牧业生产中也得到了广泛的应用。由于长期低剂 量的饲喂对企业利益有重要价值，近年来这种将青霉素类抗生素作为添加剂的使用方式呈上 升势头，导致动物源性食品中青霉素类药物残留问题日趋严重。由于过敏反应和细菌产生耐 药性等原因，许多国家对动物使用青霉素类抗生素和食品残留进行了严格的监控。欧盟及美、 日、韩等国已制定部分兽医常用青霉素类抗生素在动物组织中的最高残留限量( m r l s ) ，我国 最新发布的动物性食品中兽药最高残留限量规定氨苄青霉素在动物可食组织中的m r l 为o 0 5 m g k g ，青霉素在动物肝、肾的m r l 为0 0 5 m g k g 。 2 青霉素类抗生素残留检测研究进展 兽药残留分析属复杂基质中痕量物质组分的检测，包括样品前处理和仪器检测两个基本 主题。 2 1 样品前处理 样品前处理是为后续的仪器检测提供基质干净、干扰物少、浓度合适的检测溶液，以提 高分析的速度、效率、准确度和灵敏度。因此样品前处理技术已成为是兽药残留分析的关键 技术。 2 1 1 溶剂萃取 将选定的某种溶剂加入到含目标产物的混合物中，根据混合物中不同组分在该溶剂中的 溶解度不同，将所需要的组分分离出来，这个操作过程为萃取。该溶剂称为萃取剂。以液体 为萃取剂，目标产物的混合物为液态时称液液萃取，目标产物的混合物为固态时称液固萃取。 溶剂萃取属经典的净化手段，应用广泛。虽然该法存在着操作麻烦、消耗试剂多等缺点，但 它有许多可选择的萃取剂，灵活性强，并且具有可预测性，在青霉素类抗生素残留的样品前 处理中仍应用非常广泛。 溶剂萃取在兽药残留分析中的应用：广泛应用于包括青霉素类抗生素在内的各种兽药残 留分析过程中的提取与净化，具有设备要求简单，灵活性强的特点。 2 1 2 固相萃取( s p e ) 固相萃取技术自七十年代后期问世来，由于其溶剂使用量少、操作简单、选择性高、重 内蒙古大学硕上学位论文 现性好，已发展成为分离和浓缩各种样品中痕量分析物质的一种强力的工具它采用高效、高 选择性的固定相，能显著减少溶剂的用量，简化样品的预处理过程，同时耗费也有所降低， 成为一种越来越受欢迎的样品前处理技术，广泛应用于食品检验、环境监测、医药卫生、生 化学等领域。在食品分析应用中显示良好的发展前景。 s p e 基本原理：s p e 是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品基体和干 扰化合物分离，然后再利用洗脱液洗脱或加热解吸，达到分离和富集目标化合物的目的。固 相萃取实质上是一种液相色谱分离。主要分离模式包括正相( 吸附剂极性大于洗脱液极性) 、 反相( 吸附剂极性小于洗脱液极性) 、离子交换。s p e 的一般操作程序为活化吸附剂、上样( 抽 真空，加压，离心) 、洗涤和洗脱。 与液一液萃取相比其优点：固相萃取不需要大量互不相溶的溶剂，处理过程不会产生乳化 ( 液液萃取中非常重要的操作就是急速振荡样品，因而容易出现乳化现象，特别是含有表面活 性剂和脂肪的样品) 现象，它采用高效、高选择性的吸附剂( 固定相) 能显著减少溶剂的用量， 所需费用少( 仅为液液萃取的1 5 ) ，所需时间短( 比) 。s p e 常被被用来替代传统的液液萃取 ( l l e ) 和其他一些基于吸附的样品纯化手段，以达到去除干扰化合物富集目标化合物的目的。 s p e 的缺点：目标化合物的回收率和精密度都低于液液萃取。 s p e 在兽药残留分析中的应用：s p e 既可用于复杂样品中微量或痕量目标化合物的提取、 又可用于目标物的净化、浓缩或富集，是目前兽药残留分析样品前处理中的主流技术，s p e 也被频繁用于青霉素类抗生素残留分析的前处理过程，具有可有效去除杂质或干扰物的突出 优点。 2 2 检测方法 近年来仪器分析在兽药残留分析上广泛应用，常被应用于青霉素类抗生素残留分析的仪 器主要为紫外【l l 】、液相色谱【1 2 】、毛细管电泳及色谱质谱联用技术【1 4 】。 2 2 1 紫外分光光度法 可见光、紫外线照射含有共轭结构的有机物质时，主要是由于物质分子中价电子能级跃 迁对辐射的吸收，而产生化合物的可见紫外吸收光谱。基于物质对光的选择性吸收的特性而 建立分光光度法或称吸收光谱法的分析方法。它是以朗伯一比耳定律为基础。 朗伯一比耳定律a = 一l g t = e b e 式中a 为吸收度； t 为透光率； 4 内蒙古人学硕士学位论文 为吸收系数，单位为l g c m 。其物理意义是：当吸光物质的浓度为m g l ，液层厚度为 l c m ，以一定波长的光通过时，所引起的吸光度值a 。 c 为1 0 0 o m l 溶液中所含被测物质的重量( 按干燥品或无水物计算) ，g ； b 为液层厚度，c m 。 使用范围：凡具有芳香环或共轭双键结构的有机化合物，根据在特定吸收波长处所测得 的吸收度，可用于药品的鉴别、纯度检查及含量测定。 2 2 2 高效液相色谱法 液相色谱是以液体为载体的一类色谱形式，其应用范围广泛，对被测物活性影响小，几 乎可以测定食品中所有的非挥发性物质，如氨基酸、蛋白质、类脂、维生素、食品添加剂等。 同时h p l c 还可以测定很多其他方法难以测定的食品中残留物质，如生物农药、兽药、生物毒 素等，在食品分析中发挥着重要作用。 高效液相色谱法是使用仪器分析p 内酰胺类药物的最主要方法，2 0 世纪9 0 年代以，绝大 多数生物有机体中p 一内酰胺类药物残留都采用液相色谱进行测定。由于p 内酰胺类药物结构 中含有羧酸基团，早期多采用离子交换色谱进行分析，但由于所用流动相的p h 值往往低于其 稳定的p h 值，近几年来大都改用反相液相色谱法。 m o a t s b 】用自动在线痕量富集的方法对奶样进行净化，然后用高效液相色谱法测定了牛奶 中残留的氨苄青霉素和阿莫西林。v e r d o n 等【1 使用离子对反相高效液相色谱柱前衍生化法测 定了牛奶中苯唑青霉素、邻氯青霉素和双氯青霉素三种青霉素类药物残留。l u oy 【1 7 1 使用高 效液相色谱定量了血浆青霉素g 和普鲁卡因。 目前应用于青霉素类抗生素的检测方法高效液相色谱法，作为一种新型药物残留检测技 术具有准确度、精密度和灵敏度高，稳定性好等优点，应用前景广泛。 2 2 3 毛细管电泳( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) 高效毛细管电泳，它是以高场电压为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各梯度 和分配行为的差异而实现分离的一类液体分析技术，它兼有电泳和高效液相色谱的优点，并 具有简便、快速、高效、样品用量少、分辨率高、重现性好和易自动化等优点，因此具有广 泛的应用前景，成为9 0 年代以来发展最快的分析方法之一。 王守箐【1 8 】采用高效毛细管电泳法快速测定阿莫西林克拉维酸钾片中阿莫西林和克拉维 酸钾含量，结果表明，该法快速、准确，对照品消耗量少，适合该产品的含量控制。 2 2 4 色谱一质谱联用( l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c t r o m e t r y , l c m s ) 研究青霉素类抗生素残留较多的是液相色谱质谱联用法，即l c m s 的联用始于2 0 世纪 内蒙古大学硕七学位论文 7 0 年代，9 0 年代以来由质谱的发展，液相色谱与质谱的联用，特别是与串联质谱( m s m s ) 的联用得到了极大的重视和发展。液质联用的优点非常显著，因为气相色谱只能分离易挥发 且不分解的物质，而液相色谱却把分离范围大大拓宽了，生物大分子也能分离，液质联用现 己广泛地应用在生物化学、环境分析、食品分析以及临床分析等领域，成为科研和日常分析 的有力工具。目前使用h p l c m s 进行青霉素类抗生素残留检测的样本多数为牛组织及牛乳。 如h o l s t e g ed m 等【1 9 】用l c m s 测定牛奶中青霉素g 、青霉素v 、氨苄西林、阿莫西林、 氯唑西林、头抱菌素6 种成分。 黄百芬等用l c m s m s 测定牛奶中六种青霉素类抗生素残引1 4 】。 3 抗生素的土壤环境行为研究 土壤是抗生素等污染物质的最终归宿之地。在土壤中，抗生素将发生一系列的物理、化 学和生物反应，其中一部分降解或转化为无害物质；一部分被土壤所吸附，长期存在于土壤 环境中，并将在土壤中积累，进而对环境产生长期和深远的影响。抗生素在环境中的迁移转 化等环境行为的研究在国外已经有文献报道，而在我国，这方面的研究才刚刚开始，对抗生 素在土壤环境中的研究十分有限，有待于进行系统深入的研究，使抗生素在土壤中的污染规 律以及机理更加明确。 3 1 土壤中青霉素的污染 青霉素在环境中的迁移转化是非常复杂的，它在环境系统中的散布、运转、残留、生物 吸收( 或浓缩) 和对人体、生物的影响见图1 2 。正因为有了青霉素的大气运转、水的传送和 生物吸收及转移，使得青霉素污染具有普遍性和全球性，而且易于在土壤和水环境中与其他 污染物形成复合污染问题。 土壤生态环境是一个复杂的多介质多界面体系。土壤是由固体、液体和气体三相共同组 成的多相体系，它们的相对含量因地而异。土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤矿 物质占土壤的绝大部分，约占土壤固体总重量的9 0 以上。土壤有机质约占固体总重量的1 一1 0 ，一般在可耕性土壤中约占5 ，且绝大部分在土壤表层。土壤有机质是土壤的重 要组成部分，是土壤肥力的重要物质基础，主要来源于动植物和微生物的残体，可分为两大 类，一类是组成有机体的各类有机化合物，称为非腐殖质，包括糖、蛋白质、有机酸等；一 6 内蒙古大学硕l 学位论文 青霉素 对人、畜的急性 上 对鱼、益虫等生物 毒性 _ i 的影响 黹布l 7 叭卜 j l 大水 土 作 气 体 壤物 土土 上 悬水 土 秸 食 浮 生 壤 秆 品 残 生 残 残 残 留 物 留 留 留 残 上 留 v 3 jl 饲 堆 慢 肥 性 生物吸收 料 毒 性 t 图1 2 青霉素对环境要素、人体和生物的影响 f i 9 1 2e f f e c t so f p e n i c i l l i no nt h ee n v i r o n m e n t , h u m a na n do r g a n i s m 类为腐殖质，是动植物残体在土壤微生物的作用下，通过复杂的反应转化而成的暗色、无定 形、难于分解、组成复杂的高分子有机物，包括富里酸( f u l v i ca c i d ) 、胡敏酸( h u m i ca c i d ) 和胡敏素( h u m i n ) 。土壤液相是指土壤中水份及其水溶物。土壤中有无数孔隙充满空气，即 土壤气相，典型的土壤约有3 5 的体积是充满空气的孔隙，所以土壤具有疏松的结构。 青霉素等污染物进入土壤环境中后，存在着几种环境行为：吸附于土壤矿物质表面，分 配到土壤有机质中，溶解于土壤溶液中，向大气中挥发【2 0 】。污染物质进入土壤后通过稀释和 扩散可降低其浓度，减少毒性；或被转变为不溶性化合物而沉淀；或被胶体吸附，降低其生 物有效性；或通过生物和化学降解作用转变为无毒或低毒的物质；或者经挥发和淋溶，从土 壤迁移到大气和水体。 吸附是土壤环境中抗生素迁移的重要过程，反映了污染物与土壤相互作用的规律，并可 7 塑茎直叁兰堡主兰垡笙奎 预测抗生素对环境影响的大小，为抗生素的环境风险预测提供依据。目前，抗生素药物在土 壤环境的行为研究已经受到人们广泛的关注，在世界范围内对不同抗生素在土壤中的吸附解 吸已经有了一些报道。但有关青霉素在土壤中吸附的报道很少。 3 2 青霉素类抗生素在土壤中复合污染 自然环境是由多个介质组成的复杂体系，环境污染多数是由多种污染物组成的复合体系 污染，而污染对生态系统的效应，实质上是多种污染物及自然存在物质相互作用后产生的长 周期综合效应。因此，无论阐明污染物的环境行为，还是寻求控制途径，都将涉及多元复合 体系的多介质环境问题【2 。 所谓复合污染，是指两种或两种以上不同种类不同性质的污染物；或同种污染物的不同 来源；或两种及两种以上不同类型的污染在同一环境中同时存在所形成的环境污染现象。 单一污染物的研究成果和方法是复合污染研究的基础，但单一污染物的研究向复合污染 研究的发展，既是现实环境问题的要求，也是环境科学走向成熟的标志。因此加强复合污染 效应与机理的研究，加强复合污染研究成果的应用既是复合污染研究的核心内容，也是解决 复合污染的关键。 4 本课题研究的内容、目的和意义 本课题针对内蒙古牧区兽药对生态环境的典型污染，研究青霉素兽药在土壤环境中的分 布及在土壤中的吸附行为。通过紫外分光光度法和高效液相色谱法的比较，建立了一种简便， 快速的测定土壤中青霉素的方法，并对七个牧场、两个农户和一个草原土壤进行了测定。研 究了粒径，p h ，温度，。有机质和灭菌对青霉素吸附的影响。初步研究了十二烷基苯磺酸钠 ( s d b s ) ，十六烷基三甲基溴化铵( c t a b ) 两种表面活性剂和对青霉素的复合污染效应。 内蒙古地区一直是全国重要的畜牧业基地之一，随着畜牧业的发展，兽药被广泛应用， 而青霉素是兽药中应用最为广泛的一类药物，青霉素进入生态环境会导致自然界的细菌具有 耐药性，使养殖场周边环境不仅成为耐药基因的储库，也成为耐药基因扩展和演化的媒介，这 些外源性化合物的引入给生态和环境安全带来了隐患。研究青霉素在土壤中的环境行为，为 自治区牧区抗生素污染的防治，污染土壤的修复及环境管理提供科学依据，以求创造更安全、 更适于内蒙古地区畜牧业可持续发展的优良生态环境。 内蒙古大学硕上学位论文 参考文献 【1 】h a r t m a n na ，a l d e rac ，k o l l e rt ，e t a l i d e n t i f i c a t i o no ff l u o r o q u i n o l o n ea n t i b i o t i c sa st h e m a i ns o u r c eo fh u m a ng e n o t o x i c i t yi nn a t i v eh o s p i t a lw a s t e w a t e r e n v i r o n m e n t a lt o x i c o l o g y a n dc h e m i s t r y j 】，1 9 9 8 ，1 7 ：3 7 7 3 8 2 2 】d a u g h t o ncg ，t e m e st a p h a r m a c e u t i c a l sa n dp e r s o n a lc a r ep r o d u c t si nt h ee n v i r o n m e n t ： a g e n t so fs u b t l ec h a n g e ? e n v i r o n m e n t a lh e a l t hp e r s p e c t i v e s j ，19 9 9 ，10 7 ，9 0 7 9 3 8 【3 】d a v i d s o nj g e n e t i ce x c h a n g eb e t w e e nb a c t e r i ai nt h ee n v i r o n m e n t p l a s m i d 【j 】，1 9 9 9 ，4 2 ： 7 3 9 1 4 陈杖榴主编兽医药理学( 第二版) 北京：中国农业出版社【m 】，2 0 0 2 ，2 0 1 【5 d o n o h o al b i o c h e m i c a ls t u d i e so nt h ef a t eo fm o n e n s i ni na n i m a l sa n di nt h e e n v i r o n m e n t j o u r n a lo f a n i m a ls c i e n c e j 】，1 9 8 4 ，5 8 ：1 5 2 8 1 5 3 9 【6 g a v a l c h i nj ，k a t zse t h ep e r s i s t e n c eo ff a e c a l b o r n ea n t i b i o t i c si ns o i l j o u r n a lo fa o a c i n t e r n a t i o n a l 【j 】，1 9 9 4 ，7 7 ( 2 ) ：4 8 1 - 4 8 5 【7 e l m u n dgk ，m o r r i s o nsm ，g r a n tdw ，e t a l r o l eo fe x c r e t e de h l o r t e t r a c y c l i n ei n m o d i f y i n gt h ed e c o m p o s i t i o np r o c e s si nf e e d l o tw a s t e b u l le n v i r o nt o x i c o l 【j 】，1 9 7 1 6 ：1 2 9 - 13 2 8 a l c o