废水中抗生素的检测方法

废水中抗生素的检测方法

抗生素广泛应用于医疗、养殖等领域，其残留物通过废水排放进入环境，对生态系统和人类健康构成威胁。因此，准确检测废水中抗生素的含量至关重要。本文综述了几种主要的抗生素检测方法，包括免疫分析法、仪器分析法和传感器法，并分析了各种方法的优缺点。

废水中抗生素的来源与危害

抗生素是一类用于治疗和预防细菌感染的特殊抗菌药物，可分为天然、半合成和合成抗生素。这些物质广泛存在于环境中，尤其是废水中，常见的抗生素种类包括：

• 氨基糖苷类
• 喹诺酮类
• 磺胺类
• 四环素类
• 大环内酯类
• 氯霉素类
• β-内酰胺类
• 硝基呋喃类
• 林可酰胺类
• 多粘菌素类

在水产养殖和畜牧业中，抗生素的使用量巨大。据统计，全球水产养殖中抗生素的使用量为10,259吨，预计到2030年将增至每年13,600吨。这些抗生素及其代谢物通过多种途径进入水循环，包括：

• 从农田施用的粪便或泥土中释放
• 直接通过饲养动物的排泄物进入地表径流或地下水

未完全降解的抗生素残留物在水生环境中积累，导致水生微生物产生抗药性，进而影响整个生态系统的健康。

废水中抗生素的检测方法

目前，检测废水中抗生素的方法主要包括免疫分析法、仪器分析法和传感器法。

免疫分析法

免疫分析法是一种传统的检测方法，包括双抗体夹心法（ELISA）、侧向流免疫分析法（LFIA）和荧光免疫分析法等。虽然该方法操作简便，但存在灵敏度低、易受外部因素干扰等问题。为提高检测性能，研究人员进行了多种改进：

• Yan等将金纳米颗粒（AuNPs）作为信号扩增载体纳入常规ELISA中，用于检测呋喃他酮代谢产物。
• 孙等基于单克隆抗体和量子点（QDs）制备的荧光连接免疫吸附测定（FLISA），建立了间接竞争ELISA（ic-ELISA），用于快速、灵敏地检测呋喃妥英的代谢物1-氨基乙内酰脲（aHD）。

仪器分析法

高灵敏度的仪器分析方法，如色谱法、质谱法和光谱法，常与其他技术结合使用以克服其局限性，例如：

• 建立了一种结合荧光敏化的新型同步荧光光谱法，可同时检测废水中的依诺沙星、氧氟沙星和盐酸四环素残留。该方法仅需一次同步荧光扫描即可同时测定三个抗生素，显著提高了检测灵敏度。

传感器法

传感器法因其高灵敏度、优异的选择性和稳定性而受到越来越多的关注。不同类型的传感器包括：

• 电化学传感器
• 光学传感器
• 生物传感器
• 光电化学传感器
• 表面等离子体共振传感器

尽管传感器法具有诸多优点，但其应用仍面临一些挑战，如：

• 传感器质量不稳定可能导致较大误差
• 应用范围相对狭窄

为提高传感器的性能，研究者采用特定的识别元件，如适体、抗体、分子印迹聚合物（MIP）或酶。例如：

• Nguyen等使用由双功能单体制备的丝网印刷电极（SPE）和分子印迹聚合物（MIP），成功检测水环境中的大环内酯类抗生素，达到低检测限（LOD 1.1-1.6 nM，LOQ 3.8-5.3 nM）。

预处理技术

在进行抗生素检测前，通常需要对废水样品进行预处理，以去除干扰物质并富集目标化合物。常见的预处理技术包括：

• 固相萃取（SPE）
• 分散液液微萃取（DLLME）

图1 预处理 SPE 的流程图。B 四个用于预处理的 SPME 装置。C 磁性固相萃取工艺的一般流程。D 分散液体的基本分散技术-液体微萃取法。(A)涡旋搅动。(b)垂直摇动。(c)起泡。(D)超声波。(e)固体分散。(f)温控分散

结论

废水中抗生素的检测对于环境保护和人类健康至关重要。免疫分析法、仪器分析法和传感器法各有优劣：

• 免疫分析法：灵敏度低，但改进潜力大
• 仪器分析法：速度快但成本高、操作复杂
• 传感器法：发展前景广阔，但需解决稳定性问题

随着技术的不断进步，未来有望开发出更快速、准确且经济的检测方法，为环境保护提供有力支持。

参考文献：

Luo, Y., Sun, Y., Wei, X. et al. Detection methods for antibiotics in wastewater: a review. Bioprocess Biosyst Eng 47, 1433–1451 (2024). https://doi.org/10.1007/s00449-024-03033-0.