制药废水中头孢类抗生素残留检测方法探讨

发表时间:2016/6/13   来源:《健康前沿》2016年3月   作者:李文磊
[导读] 受市场需求驱动,头孢类药物生产量十分高。

河北远征药业有限公司 河北石家庄 050041
        摘要:头孢类抗生素属于临床应用的常见一类抗感染药物,其抗菌谱较广且杀菌能力突出。庞大的市场需求导致了头孢类药物生产量不断增加。然而在制作头孢类药物时会伴随产生较多的制药废水。传统废水处理工艺无法将制药废水中存在的头孢类抗生素残留完全去除,引发了一定的环境问题与安全问题。基于此,提出应用固相萃取-超生效液相色谱与两级串联质谱相结合的检测技术,重点对头孢类抗生素进行检测,并对头孢类制药废水环境风险进行评估。
        关键字:制药废水 头孢类 抗生素残留  检测方法
        受市场需求驱动,头孢类药物生产量十分高。在进行头孢类药物制作过程中,会伴随产生一定的制药废水,而这部分废水采取传统废水处理工艺无法将废水中存在的头孢类抗生素残留完全消除,引发了一定的生物安全性问题。为加强对制药废水中的头孢类抗生素残留进行检测质量与效果,需要采取一定的检测方法。而固相萃取-两级串联质谱法检出限较低且灵敏度较高,在城市污水、生活污水等痕量抗生素检测中应用十分广泛。
一、实验材料与方法分析
(一)试剂与仪器分析
        选择头孢类制药,具体包括头孢克洛、头孢曲松、头孢氨苄、头孢西丁、头孢噻吩、头孢噻肟、头孢唑啉、头孢呋辛与头孢拉定,前面八种头孢类制药均属于美国药典标准品,而头孢拉定则属于德国制药。头孢呋辛、头孢曲松、头孢噻吩标准品纯度分别表现为91.8%、92.4%、93.7%与94.7%,而其他头孢类制药标准纯度则在98%以上。选择色谱纯的甲醇、乙腈与甲酸,其他试剂则为分析纯,选择超纯水作为实验用水,在试验操作之前,分别进行不同头孢类单标甲醇储备液与混合甲醇储备液配置,并将储备液存放于棕色玻璃瓶之中,以-20℃条件进行冷藏。孔固相萃取装置选择Supelco-24型号,选择的固相萃取柱型号为Oasis HLB,通过该设备进行样品洗涤与洗脱预处理,并应用超高效液相色谱串联质谱仪进行样品检测,依托MassLynx V4.1软件进行目标抗生素浓度研究。
(二)采样方式
        以某制药废水处理厂中取出废水水样,在取样过程中共设置三个采样点,以每天三次的方式进行采样,共采样四天。采集样品存放于棕色玻璃瓶内,以4℃条件进行保存,要求对样品在48h内完成头孢类抗生素残留检测。
(三)环境风险评估标准
        引入RQ概念,即风险商值法进行废水头孢类抗生素残留的环境风险问题评估。RQ值即实测环境浓度与预测无效应浓度之间的比值。依据RQ参数区间,可以将环境风险等级划分为三个级别,其一,低环境风险,RQ值区间为0.01-0.1;其二,中等环境风险,RQ值区间为0.1-1.0;其三,高等环境风险,RQ取值超出1。

二、头孢类抗生素残留检测试验结果分析
(一)流动相种类设定
        流动相主体以高纯水与乙腈为主,并掺入一定量甲酸,从而对色谱峰拖尾现象进行改善,强化分离效果。试验采取500μg/L混合物志标准液,并设计三种流动相,第一种流动相为高纯水与乙腈,第二种流动相则为0.01%的甲酸高纯水与甲酸乙腈溶液,第三种流动相则为0.1%的甲酸高纯水与甲酸乙腈溶液。流动相设定流速度标准为0.4mL/min。通过检测发现,随着甲酸浓度增加,头孢曲松、头孢西丁、头孢呋辛、头孢噻吩四种抗生素色谱峰面积出现了显著提升,而其他几种抗生素色谱峰面积变化幅度较小。而当甲酸浓度为0.1%时,所有目标物均在8min内出现了色谱峰分离现象,且不存在拖尾问题。基于此,实验选定第三种流动相。
(二)固相萃取条件选择
        考虑到制药废水之中存在着一定的蛋白质,蛋白质与抗生素容易产生固相萃取柱吸附位点竞争,可能会对测试结果带来干扰,影响回收效果。为此,在进行固相萃取之前应采取措施进行废水蛋白质沉淀处理。此外,影响固相萃取回收率的关键因素还表现为水样pH值,应用本实验设备,需要确保水样pH值适当,为此,选择硫酸氢二钠与柠檬酸作为pH缓冲溶液,深入分析水样pH值对目标物回收率的影响,结果发现,当pH值为5时,则回收率达到最高值,回收率表现在72.8%-102%区间内。
(三)制药废水头孢类抗生素浓度检测分析
        采取固相萃取-超生效液相色谱与两级串联质谱相结合的检测技术,可以获取制药废水残留浓度的具体分布状况。通过实验检测,在废水中共检测中四类头孢类抗生素,其中进水水样中抗生素浓度最高的为头孢呋辛,具体如下所示:
       
        表1:制药废水中头孢呋辛抗生素残留浓度分布
        具体浓度区间在42.4-119μg/L,此外,头孢唑啉、头孢曲松与头孢噻肟抗生素残留问题也较为突出,如头孢唑啉浓度区间为10.6-14.5μg/L。从调节池出水、一级氧化出水与二级氧化出水三个阶段进行分析可以计算出,头孢呋辛抗生素残留平均浓度,在未处理之前,其平均浓度参数为91.6μg/L,而经过一级氧化处理后,其浓度降低为37.4μg/L,而在二级氧化处理后其残留浓度则降低到了24.4μg/L,其去除率为73.4%,分别计算可以获取头孢唑啉、头孢噻肟、头孢曲松抗生素残留去除率,具体表现为78.7%、90%与73.8%。
(四)制药废水环境风险评估分析
        虽然应用好氧污水处理工艺能够将制药废水中的头孢类抗生素有效去除,且去除率达到了73%以上,但仍存在着较高浓度的抗生素,如头孢呋辛抗生素浓度区间仍为10.6-35.1μg/L,较之生活污水头孢类抗生素而言其浓度较高。基于此,进行制药废水残余抗生素RQ值计算,结果表明所有头孢类抗生素残留RQ值均超出了1,说明其环境风险等级较高,不宜直接排入自然水体之中。
三、结语
        重点对头孢类抗生素检测技术进行分析,提出应用固相萃取-超生效液相色谱与两级串联质谱相结合的检测技术,对头孢类抗生素制药废水处理效果进行了研究。检测结果表明,当前的制药废水处理工艺虽然能够在一定程度上去除头孢类抗生素残留,但无法做到全部去除,且其浓度偏高,不适宜直接排放至自然水体,为此,需要进一步进行头孢类抗生素制药废水处理。


参考文献:
[1]汤薪瑶,左剑恶,余忻等.制药废水中头孢类抗生素残留检测方法及环境风险评估[J].中国环境科学,2014,(9):2273-2278.
[2]杨友强,方勇.EGSB-CASS工艺处理头孢类抗生素生产废水[J].水处理技术,2010,36(4):122-124.
[3]赵艳,赵英武,陈晗等.头孢抗生素制药废水处理工程设计[J].给水排水,2006,32(1):54-56.
[4]刘锋,姜友蕾,熊芳芳等.UASB处理头孢类抗生素制药废水的试验研究[J].工业用水与废水,2012,43(5):28-31.
作者简介:李文磊(1988-),男,河北省石家庄市, 职称:助理工程师,学历:本科。


 
投稿 打印文章
留言编辑 收藏文章 推荐图书 返回栏目 返回首页

  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: