土壤對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸特性研究

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1、吳銀寶等：土壤對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸特性研究 649 土壤對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸特性研究 吳銀寶1，汪植三1，廖新俤1，陳杖榴2 1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642；2. 廣東省獸藥研制與安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642 摘要：恩諾沙星是第一個(gè)動(dòng)物專(zhuān)用的氟喹諾酮類(lèi)藥物，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。恩諾沙星進(jìn)入畜禽體后，其原形及活性代謝物會(huì)隨畜禽的排泄物進(jìn)入環(huán)境，對(duì)環(huán)境生物產(chǎn)生影響。文章研究了恩諾沙星在土壤中的吸附和解吸規(guī)律，為恩諾沙

2、星的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。試驗(yàn)分3組，各組土壤分別采自菜園、水稻田和果園。在離心管中稱(chēng)取1 g土壤樣品，加入恩諾沙星系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在25±0.5 ℃條件下機(jī)械振搖，用高效液相色譜（HPLC）法測(cè)定水相中恩諾沙星的含量，分別求出土壤對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸平衡時(shí)間及其對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸量。結(jié)果表明，土壤對(duì)恩諾沙星的吸附和解吸平衡時(shí)間分別為34 h和44 h；土壤對(duì)恩諾沙星的吸附性很強(qiáng)，對(duì)恩諾沙星的吸附量占水相中恩諾沙星總量99%以上，其吸附機(jī)理符合Freundlich平衡吸附方程wS=kfρe1/n；土壤對(duì)恩諾沙星的解吸具有濃度依賴(lài)性，其解吸量?jī)H為吸附量的1‰左右，表明恩諾沙星在土壤中的遷移能

3、力弱，不易污染地下水。 關(guān)鍵詞：恩諾沙星；土壤；吸附；解吸 中圖分類(lèi)號(hào)：X131.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2005）05-0645-05 化合物的環(huán)境行為主要指化合物從排放源進(jìn)入到環(huán)境、在環(huán)境中數(shù)量和濃度分布的時(shí)空變化及其在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、降解和富集等行為?；衔锏睦砘瘏?shù)與化合物進(jìn)入環(huán)境后的行為及生態(tài)效應(yīng)密切相關(guān)，不同種類(lèi)的化合物因其吸附性、移動(dòng)性、揮發(fā)性、光解、水解、生物降解等特性的不同而具有不同的環(huán)境行為，因此這些指標(biāo)的測(cè)定對(duì)化合物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義[1, 2]。 恩諾沙星（enrofloxacin），是第一個(gè)動(dòng)物

4、專(zhuān)用的氟喹諾酮類(lèi)藥物（fluoroquinolones，F(xiàn)QNs），1987年由德國(guó)拜爾公司研制成功并投入使用，目前恩諾沙星已被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)。有研究表明恩諾沙星進(jìn)入動(dòng)物體后，其原形及活性代謝產(chǎn)物會(huì)隨排泄物排出體外[3]。由于恩諾沙星是一種廣譜抗生素，因此它進(jìn)入到土壤環(huán)境后，可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。目前對(duì)恩諾沙星的研究主要集中在畜禽的臨床應(yīng)用、畜禽體內(nèi)的代謝動(dòng)力學(xué)及其在畜禽產(chǎn)品中的殘留等方面[4–7]，較少?gòu)纳鷳B(tài)安全角度研究恩諾沙星進(jìn)入環(huán)境后的行為及其效應(yīng)。因此本文研究了3種不同來(lái)源的土壤對(duì)恩諾沙星的吸附以及解吸規(guī)律，旨在為恩諾沙星的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)，對(duì)恩諾沙星在畜牧業(yè)的

5、合理使用將起到重要作用。 1 材料與方法 1.1 材料 1.1.1 藥品和試劑 恩諾沙星對(duì)照品：質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%，批號(hào)H051200，中國(guó)獸藥監(jiān)測(cè)所；恩諾沙星原料藥：質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.4%，批號(hào)20010515，浙江國(guó)邦制藥廠；四丁基溴化銨：北京興福精細(xì)化學(xué)研究所，分析純；乙腈：Fisher scientific worldwide company，色譜純；其余藥品和試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。 流動(dòng)相：稱(chēng)取4.8845 g四丁基溴化銨溶于850 mL雙蒸水中，加乙腈150 mL，混勻后用φ=85%的磷酸調(diào)pH至3.0，過(guò)濾脫氣后待用。 1.1.2 儀器 高效液相色譜儀（HPLC）：

6、Waters 600 Controller，Waters 717 plus Autosampler，Waters TM 474 Scanning Fluorescence Detector（美國(guó)）；SR2000色譜數(shù)據(jù)工作站：上海三銳科技 1.1.3 材料 土壤：采自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)附近的菜園、稻田和果園，基本性質(zhì)如表1。 1.2 試驗(yàn)方法 1.2.1 恩諾沙星在土壤中吸附平衡時(shí)間的確定[8] 稱(chēng)取1.00 g土壤樣品于10 mL的玻璃離心管中，加10 mL一定質(zhì)量濃度(ρi0)的恩諾沙星標(biāo)準(zhǔn)溶液，在25±0.5 ℃環(huán)境中機(jī)械振搖，于不同時(shí)間取出離心管，以3500 r/min離心2

7、0 min，取上層清液過(guò)0.22 μm濾膜，進(jìn)樣20 μL進(jìn)行HPLC測(cè)定，得到質(zhì)量濃度為ρi1，吸附量（msi/g，恩諾沙星）按下式計(jì)算： msi = [ (ρi0－ρi1)×10 ]/1.00 （1） 式中：i為起始質(zhì)量濃度代號(hào)。 當(dāng)土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量趨于穩(wěn)定時(shí)，即可將此時(shí)間作為土壤對(duì)恩諾沙星的吸附平衡時(shí)間。 1.2.2 恩諾沙星在土壤中解吸平衡時(shí)間的確定[8] 取一定濃度已達(dá)吸附平衡時(shí)間的離心管，按式3.1求得土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量（msi）。將去除上清液后的離心管避光倒置24 h，加入雙蒸水5 mL，在25±0.5 ℃環(huán)境中機(jī)械振搖，于不同時(shí)間取出離心管，離心分

8、離，上層清液過(guò)0.22 μm濾膜，進(jìn)樣20 μL進(jìn)行HPLC測(cè)定，得其質(zhì)量濃度為ρi2，解吸量（mdi/g，恩諾沙星）按下式計(jì)算： mdi =[（ρi2×5）/（msi×1.00）]/1.00 （2） 式中：i為起始質(zhì)量濃度代號(hào)。 當(dāng)土壤對(duì)恩諾沙星的解吸量趨于穩(wěn)定時(shí)，即可將此時(shí)間作為土壤對(duì)恩諾沙星的解吸平衡時(shí)間。 1.2.3 恩諾沙星在土壤中的吸附和解吸試驗(yàn) 1.2.3.1 試驗(yàn)分組 第1組：1#土，設(shè)7.5、10、20、30、40、50、60、70、80 mg/L 等9種質(zhì)量濃度，每種質(zhì)量濃度3個(gè)重復(fù)； 第2組：2#土，設(shè)7.5、10、20、30、40、50、60、70

9、、80 mg/L 等9種質(zhì)量濃度，每種質(zhì)量濃度3個(gè)重復(fù)； t/min V/mV 圖1 吸附和解吸試驗(yàn)樣品色譜圖 Fig. 1 Chromatography graph of the samples in absorption and desorption experiment 第3組：3#土，設(shè)7.5、10、20、30、40、50、60、70、80 mg/L 等9種質(zhì)量濃度，每種質(zhì)量濃度3個(gè)重復(fù)。 1.2.3.2 試驗(yàn)方法 在10 mL的具塞玻璃離心管中稱(chēng)取1.00 g土壤樣品，按分組要求加入10 mL的恩諾沙星系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，蓋上塞子，在25±0.5 ℃環(huán)境中機(jī)械振

10、搖，當(dāng)吸附平衡時(shí)間后，離心分離，測(cè)定水相中恩諾沙星的質(zhì)量濃度，并按式3.1計(jì)算不同類(lèi)型的土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量。將已達(dá)吸附平衡時(shí)間的離心管，離心去除上清液后避光倒置24 h，加入雙蒸水5 mL，在25±0.5 ℃環(huán)境中機(jī)械振搖，達(dá)到土壤對(duì)恩諾沙星的解吸平衡時(shí)間后，離心分離，測(cè)定水相中恩諾沙星的質(zhì)量濃度。 1.3 檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)曲線 1.3.1 色譜條件及工作指標(biāo) 表1 土壤樣品的基本性質(zhì) Table 1 Fundamental properties of soils 土壤編號(hào) 1# 2# 3# 采集地點(diǎn) 菜園 水稻田 果園 pH值 5.38 5.97 4

11、.70 有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1) 32.12 29.26 28.08 陽(yáng)離子交換總量/(cmol·kg-1) 53.97 49.07 33.70 不同粒徑的土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 1~0.05 mm 40.00 42.40 59.95 0.05~0.01 mm 16.30 8.10 6.55 <0.01 mm 43.70 49.50 33.50 檢測(cè)器：熒光檢測(cè)器，激發(fā)波長(zhǎng)（λex）278 nm，發(fā)射波長(zhǎng)（λem）465 nm，衰減10，增益64；色譜柱：Hypersil BDS C18（5 μm，4.6×250 mm），大連依利特科學(xué)儀器有限公司填裝

12、；柱溫：室溫；流速：1.0 mL/min；檢測(cè)限：恩諾沙星和環(huán)丙沙星均為0.005 mg·L-1。 在上述的檢測(cè)條件下，能將恩諾沙星、環(huán)丙沙星與水體中的其它組分分開(kāi)，測(cè)得環(huán)丙沙星和恩諾沙星色譜峰保留時(shí)間分別為4.2和4.8 min（如圖1所示）。 1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性范圍 取7支微量離心管，第1管加入10 μL雙蒸水作為空白對(duì)照，其余6支管依次加入10 μL恩諾沙星系列濃度標(biāo)準(zhǔn)液，再加入990 μL的雙蒸水，使各管中制得的恩諾沙星質(zhì)量濃度分別為0.002~1 mg·L-1?；靹蚝螅?00 μL于進(jìn)樣瓶中，自動(dòng)進(jìn)樣50 μL進(jìn)行HPLC分析。采用外標(biāo)法，將恩諾沙星的質(zhì)量濃度[ρ

13、/(mg·L-1)]與對(duì)應(yīng)的色譜峰面積（A）作回歸，求得標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程和相關(guān)系數(shù)分別為：ρ=6.2441×10-7A－0.0009（r =0.9992）。 1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法 對(duì)試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)用SPSS10.0 for Windows進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 2 結(jié)果與分析 2.1 土壤對(duì)恩諾沙星吸附和解吸平衡時(shí)間的確定 圖4 3#土壤對(duì)恩諾沙星的吸附曲線 Fig. 4 Absorption curve of soil 3# to enrofloxacin 通過(guò)土壤對(duì)恩諾沙星吸附時(shí)間和吸附量的試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)34 h的恒溫振蕩，土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量已趨于穩(wěn)定，可將

14、此時(shí)間作為土壤對(duì)恩諾沙星的吸附平衡時(shí)間。同時(shí)，經(jīng)過(guò)44 h的恒溫振蕩，土壤對(duì)恩諾沙星的解吸量趨于穩(wěn)定，因此將此時(shí)間作為土壤對(duì)恩諾沙星的解吸平衡時(shí)間。 2.2 土壤對(duì)恩諾沙星的吸附 圖2 1#土壤對(duì)恩諾沙星的吸附曲線 Fig. 2 Absorption curve of soil 1# to enrofloxacin 表2 不同土壤對(duì)恩諾沙星的Freundlich平衡吸附方程及檢驗(yàn) Table 2 Freundlich equations of soil to enrofloxacin and their F test 土壤編號(hào) Freundlich平衡吸附方程

15、 F值 F0.05 1# 2# 3# y = 5.4142 x0.9464 y = 19.357 x1.1035 y = 2.2671 x0.6001 385.51 148.72 91.49 5.59 5.59 5.59 經(jīng)過(guò)34 h的恒溫振蕩，可得1#土壤（采自菜園）、2#土壤（采自稻田）和3#土壤（采自果園）對(duì)恩諾沙星的吸附曲線如圖2、圖3和圖4所示。吸附試驗(yàn)結(jié)果表明，3種土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量與土壤達(dá)到吸附平衡時(shí)水相恩諾沙星的質(zhì)量濃度符合曲線y=axb，說(shuō)明土壤對(duì)恩諾沙星的吸附能用Freundlich平衡吸附方程wS=kfρe1/n [ 其中：wS為土壤對(duì)

16、化合物的吸附量/(mg·g-1)；ρe為平衡時(shí)水相中化合物的質(zhì)量濃度；kf和n是常數(shù) ] 來(lái)解釋?zhuān)⑶蟮?種土壤對(duì)恩諾沙星的吸附方程如表2所示。 圖5 1#土壤對(duì)恩諾沙星的解吸曲線 Fig. 5 Desorption curve of soil 1# to enrofloxacin 圖3 2#土壤對(duì)恩諾沙星的吸附曲線 Fig. 3 Absorption curve of soil 2# to enrofloxacin 由圖可知，不同來(lái)源的土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量不同，差異顯著（P<0.05）。其中以2#土壤對(duì)恩諾沙星的吸附性最強(qiáng)，1#土壤次之，3#土壤吸附性最弱

17、。但3種土壤對(duì)恩諾沙星的吸附量均占水相中恩諾沙星總量99%以上。水相中恩諾沙星質(zhì)量濃度小于7.5 mg·L-1時(shí)，土壤對(duì)恩諾沙星的吸附率達(dá)到100%，這表明土壤對(duì)恩諾沙星吸附性非常強(qiáng)。 2.3 土壤對(duì)恩諾沙星的解吸 3種土壤對(duì)恩諾沙星的解吸試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。由解吸曲線可以看出，土壤對(duì)恩諾沙星的解吸量與土壤中恩諾沙星的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系，相關(guān)性顯著（P<0.05）。 圖6 2#土壤對(duì)恩諾沙星的解吸曲線 Fig. 6 Desorption curve of soil 2# to enrofloxacin 土壤不同，對(duì)恩諾沙星的解吸能力不同，3者間差異顯著（P<

18、0.05）。但與吸附性能不同的是，1#土壤對(duì)恩諾沙星的解吸能力最強(qiáng)，2#土壤次之，3#土壤最弱，但3種土壤對(duì)恩諾沙星的解吸量均僅為其吸附量的1×10-3左右，這表明土壤對(duì)恩諾沙星解吸能力弱。 3 討論 圖7 3#土壤對(duì)恩諾沙星的解吸曲線 Fig. 7 Desorption curve of soil 3# to enrofloxacin 陸生生態(tài)系統(tǒng)是化合物進(jìn)入環(huán)境后的歸宿之一?；衔镌谕寥乐械奈脚c解吸特性是化合物一個(gè)重要的環(huán)境化學(xué)參數(shù)，直接影響化合物在土壤環(huán)境中降解、遷移和轉(zhuǎn)化等行為，可用于預(yù)測(cè)化合物在陸生生態(tài)系統(tǒng)中的潛在危害[9, 10]。通常有3種吸附公式來(lái)描述化

19、合物在土壤中的吸附行為，分別是Langmuir吸附等溫方程，F(xiàn)reundlich吸附等溫方程和Linear吸附等溫方程。其中，F(xiàn)reundlich吸附等溫方程可以解釋大多數(shù)化合物在土壤中的吸附行為[8]。本研究也表明，不同來(lái)源的土壤對(duì)恩諾沙星的吸附均能用Freundlich平衡吸附方程wS= kfρe1/n來(lái)解釋?zhuān)彝寥缹?duì)恩諾沙星吸附性非常強(qiáng)。這說(shuō)明當(dāng)恩諾沙星進(jìn)入土壤環(huán)境中時(shí)，會(huì)很快被土壤吸附，而且濃度分布不均勻，這將加大其潛在的危害性，而且恩諾沙星一旦被土壤吸附，很難被洗脫出來(lái)。由此可知，進(jìn)入土壤中的恩諾沙星，在土壤中的遷移能力弱，不易污染地下水，但由于其生物富集性較強(qiáng)[3]，而且恩諾沙星

20、對(duì)土壤的呼吸作用、氨化作用和硝化作用均有不同程度的抑制作用，可能會(huì)影響到土壤的特性和土壤中的一些生態(tài)過(guò)程[11]，因此可能會(huì)對(duì)陸生環(huán)境產(chǎn)生一定的危害效應(yīng)。 參考文獻(xiàn)： [1] 王連生. 有機(jī)污染化學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1990: 3－65. WANG L SH. Chemistry of Organic Pollution[M]. Beijing: Science Press, 1990: 3－65. [2] 孫鐵珩, 周啟星. 污染生態(tài)學(xué)研究的回顧與展望[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 13(2): 221－223. SUN T H, ZHOU Q X.

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29、aboratory for Veterinary Drug Development and Safety Evaluation, South China Agricultural University, Guangzhou 510642 Abstract: Enrofloxacin was the first fluoroquinolones special for animal. It was widely used in animal husbandry. After application, enrofloxacin and its active metabolite would

30、not only remain in animal products, but also enter soil with the excrement. So it would have bad effect on environment organisms. The absorption and desorption of soil to enrofloxacin were studied in this paper, in order to provide evidence for the ecological risk assessment of enrofloxacin. Three g

31、roups were divided, experimental soil of each group was picked from vegetable pardon, rice field and fruit pardon respectively. One gram of soil sample was weighed out and filled in centrifugal tube. Then the series of standard solution of enrofloxacin was joined. The centrifugal tubes were shaking

32、automatically at 25 ℃. The concentration of enrofloxacin in aquatic phase was determined by high-performance liquid chromatography (HPLC) with fluorescence detection. The balanceable time and the quantity of the absorption and desorption of soil to enrofloxacin were educed. The results indicated: Th

33、e balanceable time of absorption and desorption of soil to enrofloxacin was 34 h and 44 h respectively. Enrofloxacin could be absorbed by soil strongly and the proportion of soil absorption was 99% to total enrofloxacin in aquatic phase. The absorption regulation data were fitted to the Freundlich e

34、quation wS=kfρe1/n. The desorption of soil to enrofloxacin depended on the concentration and the quantity of desorption was only 1‰ of the absorption. According to the characteristics of strong absorption and feeble desorption, enrofloxacin was difficult to transfer in soil. Key words: enrofloxacin; soil; absorption; desorption