水中頭孢類抗生素的光降解研究

孟慶玲，歐曉霞，王鑫茹，楊曉宇，趙可

（大連民族大學 環境與資源學院，遼寧 大連 11660）

頭孢菌素可通過在人類、牲畜和動物中的藥用作用后進入環境，也有大量的未使用或者過期的頭孢菌素因不適當處置而暴露在環境中，在地表水和城市污水中都有檢出[1-3]，對人類健康和水生態系統產生了不良影響。

有研究表明，抗生素類藥物可以通過生物降解、吸附作用和氧化降解的方式去除。GUO[1]等使用了活性污泥與藻類共同處理一系列典型的頭孢類抗生素，去除率超過90%，說明將藻類作為預處理手段確實有助于降解效率的提高。MELIA[2]表示生物炭作為一種由不同的底物裂解而成的吸附劑材料，對頭孢噻夫的去除效果能達到95%以上。去除磺胺類藥物和甲氧芐啶就可以通過臭氧氧化來實現[3]，臭氧質量濃度為7.1 mg·L-1時，河水在1.3 min 內的降解率可達95%以上。

光降解是一種有效的水處理技術，可以有效去除水體中的抗生素類污染物質，且不會產生二次污染[4-6]。本文研究了頭孢類抗生素（頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐）在室外太陽光、氙燈、汞燈3 種光源照射下的光降解行為，為更準確地預測它們在各種水體中的光降解行為提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試劑有標準品頭孢拉定、頭孢曲松鈉、頭孢羥氨芐；磷酸二氫鈉、磷酸、氫氧化鈉等均為分析純。試驗中均用超純水（18.2 MΩ·cm）配制溶液和進行反應。

室外太陽光降解實驗在實驗室樓頂進行，配制頭孢類抗生素反應液，盛放在石英試管中，在太陽光輻照強度保持相對穩定狀態的12:00至14:00期間進行。

1.2 試驗儀器

島津高效液相色譜儀LC-2030；CHF-XM-500W氙燈穩流電源，北京泊菲萊科技有限公司；CEL-LAM500 長弧汞燈穩流電源，北京中教金源科技有限公司；OHAUS 先行者CP 153 電子天平，奧豪斯國際貿易（上海）有限公司；pHS-3C 型數字酸度計，杭州東星儀器設備廠。

1.3 分析方法

采用高效液相色譜儀（島津LC-2030）測定3種頭孢類抗生素的質量濃度，色譜條件見表1。

1.4 實驗方法

頭孢拉定、頭孢曲松鈉、頭孢羥氨芐的光降解實驗在氙燈、汞燈、太陽光的照射下進行，在固定的取樣時間取出2.0 mL 反應樣品，通過0.45 μm 的濾膜過濾后，使用高效液相色譜儀分析每個試樣。所有光照實驗均以至少兩次或更多次重復進行，測量結果取平均值。計算降解率公式為：

式中：C0—頭孢類抗生素的初始質量濃度 mg·L-1；

Ct—t時刻頭孢類抗生素的質量濃度，mg·L-1。

2 結果與討論

2.1 太陽光照射下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解

在120 min內對質量濃度為5 mg·L-1的頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐水溶液分別進行太陽光照射，實驗結果如圖1 所示。

圖1 太陽光對頭孢類抗生素光降解率的影響

由圖1 可以看出，在太陽光照射下，頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐均發生了一定程度的光降解。在60 min 內光降解率較快上升，分別達到了70%、55%、50%左右的水平，在100 min 左右趨于平緩。太陽光照射120 min 時，光降解率的排序為：頭孢羥氨芐（81%）＞頭孢曲松鈉（77%）＞頭孢拉定（61%），這3 種頭孢類抗生素藥品并不能完全依靠自然環境的光降解來完成消化。其他抗生素如土霉素[7]、四環素[8]等也能在模擬太陽光和可見光下發生直接光解。

2.2 氙燈照射下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解

采用氙燈照射的方式在40 min內對質量濃度為5 mg·L-1的頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐樣品進行光降解處理，來考察氙燈下對頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解影響，實驗結果如圖2 所示。

由圖2 可以看出，在氙燈照射下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解率較太陽光處理顯著增大，氙燈對頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解有顯著的影響。氙燈照射下頭孢類藥品在20 min 內降解率較快上升，分別達到了75%、85%、88%左右的水平，其中降解率頭孢羥氨芐＞頭孢拉定＞頭孢曲松鈉，在30 min 左右趨于平穩且可以全部達到100%的降解率。這說明在氙燈條件下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的降解效果較好。常海莎[9]等研究了氙燈照射下螺旋霉素的光降解率，遠高于太陽光照射下的實驗結果。

圖2 氙燈對頭孢類抗生素光降解率的影響

2.3 汞燈照射下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解

采用汞燈照射的方式在20 min內對質量濃度為5 mg·L-1的頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐樣品進行光降解處理，來考察汞燈照射對頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解影響，實驗結果如圖3 所示。

圖3 汞燈對頭孢類抗生素光降解率的影響

由圖3 可以看出，在汞燈照射下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解顯著增大，汞燈對頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的光降解有顯著的影響。汞燈照射下頭孢類藥品在3 min 內降解率較快上升達到了90%、75%、65%左右的水平，其中降解速率頭孢曲松鈉＞頭孢拉定＞頭孢羥氨芐，在6 min左右趨于平穩且可以全部達到100%的降解率。這說明在汞燈條件下頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐的降解效果十分可觀。李圓杏[10]等研究頭孢曲松與頭孢噻肟鈉在汞燈照射下發生降解，20 min 的降解率分別為97.4%和96.8%，存在降解率差距的原因是初始質量濃度的不同以及汞燈輻射強度的差異。

3 結論

頭孢曲松鈉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐在3 種光源（實際太陽光、氙燈、汞燈）的照射下均能發生直接光降解，但降解速率有很大差異，表現為汞燈＞氙燈＞太陽光。