Bùn sau khi lấy về tồn tại ở dạng sệt chứa hàm lượng nước cao, có nhiều vi sinh vật và enzim có thể làm biến đổi các chất phân tích trong mẫu. Vì vậy trước khi phân tích, mẫu thường được tiến hành loại bỏ các vi sinh vật và enzim bằng cách khử trùng (chiếu xạ hoặc hấp khử trùng) [4] hay làm khô để loại bỏ hoàn toàn nước tự do trong mẫu, giảm khả năng hoạt động của các sinh vật và enzim. Các nghiên cứu trước đã sử dụng hai phương pháp làm khô là phơi bùn ở điều kiện tự nhiên trong bóng râm [5, 6] và làm đông khô[7] sau đó tiến hành phân tích. Ngoài ra một số các nghiên cứu đã tiến hành phân tích trực tiếp mẫu bùn ướt [8]. Trong nghiên cứu tiến hành khảo sát theo phương pháp làm khô ở điều kiện tự nhiên và lấy nguyên mẫu bùn ướt phân tích.
Bảng 2. Hiệu suất thu hồi kháng sinh ở mẫu trầm tích khô và ướt
Cân 10gam mẫu bùn ướt vào các ống thí nghiệm, thêm 100ng hỗn hợp chất chuẩn vào hai ống, một ống đem đi phơi khô ở điều kiện thoát mát, không có ánh sáng chiếu vào sau đó chiết, một ống tiến hành chiết luôn. Kết quả thể hiện ở bảng 2 cho thấy khi tiến hành phân tích trầm tích ở dạng ướt hiệu suất thu hồi kháng sinh đạt từ 64,7 - 114,2% cao hơn so với tiến hành phân tích trần tích ở dạng phơi khô (từ 41,0 - 51,8%), đặc biệt là đối với các kháng sinh họ QNs và TRI. Điều này có thể do khi tiến hành phơi trầm tích ở điều kiện tự nhiên trong bóng râm thời gian khô của các mẫu trầm tích lâu thường là 7 ngày, do đó các phản ứng sinh hóa và các phản ứng hóa học khác vẫn diễn ra đã làm cho các kháng sinh bị phân hủy, chuyển hóa. Hạn chế của quá trình phân tích trầm tích ở dạng ướt là độ chụm của kết quả thấp hơn so với phân tích mẫu trầm tích ở dạng khô, nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép. Vì vậy nghiên cứu lựa chọn quy trình xử lý mẫu trầm tích ở dạng ướt.
Một trong những khó khăn khi xác định kháng sinh trong các mẫu trầm tích là phá vỡ được mối liên kết của kháng sinh với các chất có trong trầm tích, chuyển các hợp chất kháng sinh từ pha rắn sang pha lỏng trước khi làm sạch. Hiện nay để chiết kháng sinh từ pha rắn sang pha lỏng người ta thường sử dụng hai phương pháp là chiết lỏng áp lực (PLE) [9] và chiết siêu âm (USE) [10], các kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp chiết lỏng áp lực có hiệu suất thu hồi cao hơn so với chiết siêu âm nhưng giá trị lớn hơn không nhiều, thời gian phân tích lâu hơn, hơn nữa phương pháp chiết lỏng áp lực đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng để nâng áp suất của quá trình phá mẫu lên trên 100bar. Do đó nghiên cứu lựa chọn phương pháp chiết siêu âm.
Các dung môi có thể sử dụng để chiết kháng sinh trong mẫu trầm tích ở pha rắn sang pha lỏng là diclometan, axeton, axetonitri, methanol, nước,… và thường bổ sung thêm đệm axit để tăng hiệu quả của quá trình tách. Kết quả cho thấy, mỗi nghiên cứu lại sử dụng một dung môi và đệm khác nhau để tách kháng sinh trong trầm tích và hiệu suất thu hồi cũng khác nhau. Như nghiên cứu của Sung- Chul Kim và các cộng sự (2007) chỉ sử dụng dung môi nước với môi trường đệm Mcllvaine (pH = 4) và dung dịch Na2EDTA để tách kháng sinh ra khỏi mẫu trầm tích, hiệu suất thu hồi đối với kháng sinh họ SAs là 62,4 - 108,9% [6]. Trong nghiên cứu của Tang Cai-Ming và cộng sự (2009) sử dụng hỗn hợp dung dịch ACE:MeOH:H2O (1:1:1, v/v, pH = 2) hiệu suất thu hồi SAs là 19,4 - 52,6% và TRI là 9,4%; hỗn hợp dung môi ACN+CH3OH+H2O (1:1:1, v/v, pH = 2) hiệu suất thu hồi SAs là 28,7 - 62,2%, TRI là 22,3%; hỗn hợp dung môi CH3OH - H2O (1:1, v/v, pH =2) hiệu suất thu hồi 74,8 - 92,6%, TRI là 92,2% [9]. Nghiên cứu của Pablo Gago-Ferrero và cộng sự (2015) với dung dịch CH3OH:H2O (1;1, v/v, pH = 2,5) hiệu suất thu hồi của QNs là 50 - 107% [12]. Nghiên cứu của Ji-Feng Yang và cộng sự (2010) cho rằng sử dụng dung môi CH3OH với đệm citric để chiết kháng sinh QNs hiệu suất không cao so với sử dụng dung dịch ACN : đệm citric (1:1,v/v, pH = 4) và kết quả thu được là SAs: 76,9 - 108%, QNs; 75 - 160% [11]. Vì vậy nghiên cứu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các dung dịch khác nhau đến hiệu suất chiết kháng sinh.
Cân 10gam mẫu bùn ướt, thêm 100ng hỗn hợp chất chuẩn, tiến hành phân tích như trên. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của dung môi tới quá trình tách kháng sinh khỏi bùn được thể hiện ở hình 1 cho thấy, hiệu suất thu hồi kháng sinh trong dung môi nước là thấp nhất, hiệu suất thu hồi kháng sinh trong dung dịch CH3OH: đệm citrat (1:1, v/v; pH = 4,0) đối với kháng sinh họ SAs và TRI trên 64,7%, QNs là trên 57,5% nhìn chung là cao hơn so với các dung môi và đệm khác. Vì vậy nghiên cứu lựa chọn dung dịch CH3OH: đệm citrat (1:1, v/v; pH = 4,0) để chiết đồng thời các kháng sinh nghiên cứu.
Hình 1. Ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất thu hồi kháng sinh
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu suất chiết kháng sinh trong trầm tích
Kháng sinh rất nhạy cảm với các axit mạnh, bazơ mạnh, chúng dễ dàng bị phân hủy, vì vậy sử dụng dung dịch đệm axit yếu sẽ cho hiệu suất chiết mẫu tốt nhất [6, 11]. Do đó trong nghiên cứu tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu suất chiết kháng sinh trong trầm tích bằng dung dịch đệm citrat có giá trị pH là 2,5; 4,0 và 7.
Hình 2. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất chiết kháng sinh SAs, TRI và QNs trong mẫu trầm tích
Kết quả trên hình 2 cho thấy, khi pH của đệm thay đổi từ 2,5 đến 7,0 thì hiệu suất chiết của kháng sinh SAs thay đổi không nhiều và đạt hiệu suất lớn nhất là ở pH = 4,0, còn đối với kháng sinh TRI khi pH tăng thì hiệu suất thu hồi kháng sinh giảm đi rõ rệt và đạt hiệu suất lớn nhất ở pH = 2,5. Nhưng đối với kháng sinh QNs khi pH tăng thì hiệu suất thu hồi kháng sinh tăng theo và đạt giá trị cao nhất khi ở pH = 4,0, sau đó giảm rất nhanh khi giá trị pH trong mẫu ở môi trường trung tính. Vì vậy, giá trị pH thích hợp đệm của là 4,0.
3.4. Xác nhận phương pháp
Sau khi tối ưu hoá, phương pháp phát triển được đánh giá về khoảng tuyến tính, độ thu hồi, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng của phương pháp.
Kết quả khảo sát cho thấy khoảng tuyến tính của đường chuẩn là từ 0,17 - 33,33µg/kg tùy từng kháng sinh, phương sai trên 0,99.
Bảng 3. Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối của kháng sinh nghiên cứu trong trầm tích
Bảng 4. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp xác định kháng sinh trong trầm tích
Hiệu suất thu hồi thể hiện ở bảng 3 cho thấy tất cả các kháng sinh nghiên cứu ở nồng độ 3,33μg/kg và 16,67μg/kg đều trên 70%, cao nhất là ở kháng sinh NOR tại nồng độ 3,33μg/kg độ thu hồi lên tới 113,4% và thấp nhất là kháng sinh STZ ở nồng độ 3,33μg/kg đạt 73,8%. Độ thu hồi của NOR và CIP đạt trên 100% có thể là do lỗi của phương pháp hoặc do sự không đồng nhất của mẫu trầm tích mà đã được các nghiên cứu trước báo cáo trong các mẫu bùn [13].
Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của phương pháp thể hiện ở bảng 4, cho thấy giới hạn phát hiện (MDL) của các kháng sinh nghiên cứu là từ 0,02 - 0,21μg/kg, giới hạn định lượng (MQL) từ 0,06 - 0,64μg/kg.
Tổng hợp lại quy trình phân tích kháng sinh trong trầm tích được thực hiện như hình 3. Quy trình được ứng dụng để phân tích kháng sinh trong trầm tích của hồ Tây và hồ Trúc Bạch.
3.5. Kết quả phân tích kháng sinh họ QNs, Sas, TRI trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch
Kết quả phân tích kháng sinh trong 3 mẫu trầm tích hồ Trúc Bạch, 4 trầm tích hồ Tây thể hiện ở bảng 5 cho thấy nồng độ kháng sinh dao động từ nhỏ hơn giới hạn phát hiện đến 6,63µg/kg, kháng sinh phát hiện thấy trong trầm tích là SMX, TRI và CIP. Kháng sinh CIP có khả năng tích tụ nhiều trong trầm tích hơn so với các kháng sinh khác, đó có thể là do kháng sinh CIP là một trong những kháng sinh được tiêu thụ nhiều ở Việt Nam, thêm nữa trong phân tử các kháng sinh CIP có chứa các càng, chúng có khả năng gắn kết dễ dàng với các cation có trong trầm tích nên làm tăng khả năng hấp phụ và làm chậm quá trình phân hủy sinh học [14]. Kháng sinh SMX, TRI là những kháng sinh có độ hoà tan lớn, khả năng hấp phụ thấp trong trầm tích, dễ bị phân huỷ như trong nghiên cứu của Hao Shi (2014), Hellen Gelband (2015) [15, 16], nhưng vẫn phát hiện thấy nồng độ cao trong trầm tích của hồ Trúc Bạch. Điều đó có thể do diện tích hồ Trúc Bạch nhỏ nhưng hàng ngày tiếp nhận một lượng lớn nước chưa qua xử lý từ hai cống xả của mương Ngũ Xã và các hộ dân xung quanh, nước từ hai cống này chứa hàm lượng cao các kháng sinh (vào mùa khô nồng độ kháng sinh SMX - 1212,09ng/L; TRI - 130,31ng/L) và chất rắn lơ lửng cao là những điều kiện thuận lợi để kháng sinh sa lắng xuống hồ nhanh hơn.
Bảng 5. Nồng độ kháng sinh trong mẫu trầm tích hồ Trúc Bạch
4. KẾT LUẬN
Đã xây dựng thành công quy trình xử lý mẫu và phân tích lượng kháng sinh QNs, SAs, TRI trong trầm tích trên thiết bị LG/MS/MS. Qui trình phân tích đơn giản, có thể xác định được lượng vết các kháng sinh từ 20ng đến 640ng/kg tuỳ từng kháng sinh, độ thu hồi cao. Đã ứng dụng vào phân tích các kháng sinh trong trầm tích hồ Tây, hồ Trúc Bạch. Kết quả phân tích cho thấy có ba kháng sinh SMX, TRI và CIP phát hiện thấy trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch, trong đó CIP là phát hiện thấy nồng độ cao nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Juan Hou, Bo Pan, Xuekui Niu, Jianzhong Chen, Baoshan Xing, 2010. Sulfamethoxazole sorption by sediment fractions in comparison to pyrene and bisphenol A. Environmental Pollution 158, 2826–2832.
[2]. Anke Göbel, Angela Thomsen, Christa S.Mcardell, Adriano Joss and Walter Giger, 2005. Occurrence and Sorption BehAVIOR of Sulfonamides, Macrolides, and Trimethoprim in ACTIVATED Sludge Treatment. Environ. Sci. Technol, 39, 3981-3989.
[3]. Pablo Vazquez-Roig, Ramón Segarra, Cristina Blasco, Vicente Andreu, Yolanda Picó, 2010. Determination of pharmaceuticals in soils and sediments by pressurized liquid extraction and liquid chromatography tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1217, 2471–2483.
[4]. M. Silvia Díaz-Cruz, María J. López de Alda, Damià Barcelo, 2003. EnVironmental behaVior and analysis of VETErinary and human drugs in soils, sediments and sludge. Trends in Analytical Chemistry, 22 (6), 340-351.
[5]. Senka Terzic, Marijan Ahel, 2011. Nontarget analysis of polar contaminants in freshwater sediments influenced by pharmaceutical industry using ultra-high-pressure liquid chromatographyequadrupole time-of-flight mass spectrometry. Environmental Pollution, 159, 557-566.
[6]. Sung-Chul Kim, Kenneth Carlson, 2007. Quantification of human and VETErinary antibiotics in water and sediment using SPE/LC/MS/MS. Anal Bioanal Chem, 387, 1301–1315.
[7]. Ji-Feng Yang, Guang-Guo Ying, Jian-Liang Zhao, Ran Tao, Hao-Chang Su, Feng Chen, 2010. Simultaneous determination of four classes of antibiotics in sediments of the Pearl RIVERs using RRLC–MS/MS. Science of the Total Environment, 408, 3424–3432.
[8]. Merike Lillenberg, Sergei Yurchenko, Karin Kipper, Koit Herodes, Viljar Pihl, Kalev Sepp, Rünno Lõhmus, Lembit Nei, 2009. Simultaneous determination of fluoroquinolones, sulfonamides and tetracyclines in sewage sludge by pressurized liquid extraction and liquid chromatography electrospray ionization- mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1216, 5949–5954.
[9]. Tang Cai-Ming, Huang Qiu-Xin, Yu Yi-Yi, Peng Xian-Zhi, 2009. Multiresidue Determination of Sulfonamides, Macrolides, Trimethoprim, and Chloramphenicol in Sewage Sludge and Sediment Using Ultrasonic Extraction Coupled with Solid Phase Extraction and Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. Chin J Anal Chem, 37(8), 1119–1124.
[10]. Pablo Gago-Ferrero & Viola Borova & Marilena E. Dasenaki & Νikolaos S. Τhomaidis, 2015. Simultaneous determination of 148 pharmaceuticals and illicit drugs in sewage sludge based on ultrasound-assisted extraction and liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Anal Bioanal Chem, 407(15), 4287- 4297.
[11]. Ji-Feng Yang, Guang-Guo Ying, Jian-Liang Zhao, Ran Tao, Hao-Chang Su, Feng Chen, 2010. Simultaneous determination of four classes of antibiotics in sediments of the Pearl RIVERS using RRLC-MS/MS. Science of the Total Environment, 408, 3424–3432.
[12]. Anke Gobel, Angela Thomsen, Christa S. McArdell, Alfredo C. Alder Walter Giger, Nicole Theiß, Dirk Lofflerb, Thomas A. Ternes, 2005. Extraction and determination of sulfonamides, macrolides, and trimethoprim in sewage sludge. Journal of Chromatography A, 1085, 179–189
[13]. J. Radjenović & A. Jelić & M. Petrović & D. Barceló, 2009. Determination of pharmaceuticals in sewage sludge by pressurized liquid extraction (PLE) coupled to liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Anal Bioanal Chem, 393, 1685–1695.
[14]. Wenhui Li, Yali Shi, Lihong Gao, Jiemin Liu, Yaqi Cai, 2012. Occurrence of antibiotics in water, sediments, aquatic plants, and animals from Baiyangdian Lake in North China. Chemosphere, 89, 1307–1315.
[15]. Hao Shi, Yi Yang, Min Liu, Caixia Yan, Haiying Yue, Junliang Zhou, 2014. Occurrence and distribution of antibiotics in the surface sediments of the Yangtze Estuary and nearby coastal areas. Marine Pollution Bulletin, 83 (1), 317- 323.
[16]. Hellen Gelband, Molly Miller-Petrie, Suraj Pant, Sumanth Gandra, Jordan Levinson, Devara Barter, Andrea White and Ramanan Laxminarayan, 2015. The state of the world’s antibiotics 2015. Center for Disease Dynamics, Economics & Policy.
ABSTRACT A sensitive, simple and reliable multi-residue method was developed for the determination of 9 antibiotics including 4 quinolones, 4 sulfonamides and trimethoprim in sediment using liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC/MS/MS). Under optimal conditions: Extraction of antibiotics from the sediment was carried cut with CH3OH:citrate buffer (1: 1, v/v; pH = 4); Recoveries were of all target 73.8 - 113.4% with relative standard deviation (RSD) below 8.4% for two concentrations; The method detection limit (MDL) and method quantification limit (MQL) of 9 antibiotics ranged 0.02 - 0.21μg/kg and 0.06 - 0.64μg/kg, respectively. The developed method was successfully applied to the analysis of antibiotics in sediment of West lake and Truc Bach lake. Keywords: Antibiotic, sediment, Liquid chromatography tandem mass spectrometry, multi-residue method. |
Phạm Thị Thanh Yên1, Nguyễn Quang Trung2, Huỳnh Trung Hải3
1Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Trung tâm Đào tạo,Tư vấn và Chuyển giao công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
3Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội, số 53 năm 2019)
Đăng nhập
