天津市地表水体54种PPCPs分布特征

尹承南, 谢培, 焦萌, 郭宝元, 于彩虹. 天津市地表水体54种PPCPs分布特征[J]. 环境化学, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
引用本文: 尹承南, 谢培, 焦萌, 郭宝元, 于彩虹. 天津市地表水体54种PPCPs分布特征[J]. 环境化学, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
YIN Chengnan, XIE Pei, JIAO Meng, GUO Baoyuan, YU Caihong. Distribution characteristics of 54 kinds of PPCPs in surface water in Tianjin[J]. Environmental Chemistry, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
Citation: YIN Chengnan, XIE Pei, JIAO Meng, GUO Baoyuan, YU Caihong. Distribution characteristics of 54 kinds of PPCPs in surface water in Tianjin[J]. Environmental Chemistry, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901

天津市地表水体54种PPCPs分布特征

    通讯作者: E-mail: guoby@rcees.ac.cn E-mail: caihongyu2013@126.com
  • 基金项目:
    十三五重大专项(2017ZX07107-001-002)资助

Distribution characteristics of 54 kinds of PPCPs in surface water in Tianjin

    Corresponding authors: GUO Baoyuan, guoby@rcees.ac.cn ;  YU Caihong, caihongyu2013@126.com
  • Fund Project: Major Projects for the 13th Five-Year Plan(2017ZX07107-001-002)
  • 摘要: 本研究采用高效液相色谱串联三重四极杆质谱仪器对天津市范围内44个点位的地表水体中54种PPCPs化合物进行了分析,并对PPCPs在天津市范围内的分布特征进行了研究。结果表明,18种PPCPs在天津市范围内被检出,浓度范围为0—9574.27 ng·L−1;8种喹诺酮类抗生素均有检出,检出率在43.18%—100%之间;大环内酯类抗生素红霉素,检出浓度偏高,主要在天津市医疗集中区域;双酚A检出率为93.18%,检出浓度最高为9574.27 ng·L−1,高浓度区域集中在天津市工业区;在天津水体入境点处检测到避蚊胺,说明来自北京、河北等地的水体受到生活污水污染。对检出的PPCPs化合物中16种物质进行风险评估,结果表明诺氟沙星、氧氟沙星、红霉素、克拉霉素和双酚A等5种药品在部分位点的RQ值大于1,存在生态风险。
  • 加载中
  • 图 1  天津市采样点布设位置及采样点类型

    Figure 1.  Sampling points arrangement and sampling point tyeps.of Tianjin

    图 2  水样中双酚A的检出浓度

    Figure 2.  The detected concentration of bisphenol A in water samples

    图 3  独流减河新增点位分布示意图

    Figure 3.  Map of additional site distribution in Duliujianhe River

    表 1  PPCPs信息

    Table 1.  The information of PPCPs

    化合物 Compounds英文名 English nameCAS号 CAS number分子式 Molecular formula
    磺胺类磺胺甲恶唑Sulfamethoxazole723-46-6C10H11N3O3S
    磺胺嘧啶Sulfadiazine68-35-9C10H10N4O2S
    磺胺吡啶Sulfapyridine144-83-2C11H11N3O2S
    磺胺噻唑Sulfathiazole72-14-0C9H9N3O2S2
    磺胺喹恶啉Sulfaquinoxaline59-40-5C14H12N4O2S
    甲氧苄啶Trimethoprim738-70-5C14H18N4O3
    喹诺酮类诺氟沙星Norfloxacin70458-96-7C16H18FN3O3
    氧氟沙星Ofloxacin82419-36-1C18H20FN3O4
    环丙沙星Ciprofloxacin85721-33-1C17H18FN3O3
    依诺沙星Enoxacin74011-58-8C15H17FN4O3
    诺美沙星Lomefloxacin98079-51-7C17H19F2N3O3
    恶喹酸Oxolinic acid14698-29-4C13H11NO5
    萘啶酸Nalidixic acid389-08-2C12H12N2O3
    恩诺沙星Enrofloxacin93106-60-6C19H22FN3O3
    四环素类四环素Tetracycline60-54-8C22H24N2O8
    土霉素Oxytetracycline79-57-2C22H24N2O9
    金霉素Chlorotetracycline57-62-5C22H23ClN2O8
    大环内酯类阿奇霉素Azithromycin83905-01-5C38H72N2O12
    大环内酯类红霉素Erythromycin114-07-8C37H67NO13
    克拉霉素Clarithromycin81103-11-9C38H69NO13
    罗红霉素Roxithromycin80214-83-1C41H76N2O15
    竹桃霉素Oleandomycin phosphate7060-74-4C35H64NO16P
    克林霉素Clindamycin18323-44-9C18H33ClN2O5S
    其他抗生素甲硝唑Metronidazole443-48-1C6H9N3O3
    激素地塞米松Dexamethasone0050-2-2C22H29FO5
    氟米松Flumethasone2135-17-3C22H28F2O5
    雄烯二酮Androstenedione0063-05-8C19H26O2
    己烯雌酚Diethylstilbestrol56-53-1C18H20O2
    消炎止痛药萘普生Naproxen22204-53-1C14H14O3
    双氯芬酸Diciofenac15307-86-5C14H9Cl2NO
    布洛芬Ibuprofen15687-27-1C13H18O2
    吲哚美辛Indometacin53-86-1C19H16ClNO4
    酮基布洛芬Ketoprofen22071-15-4C16H14O3
    安替比林Antipyrine60-80-0C11H12N2O
    非那西丁Phenacetin62-44-2C10H13NO2
    氟康唑Fluconazole86386-73-4C13H12F2N6O
    降压药缬沙坦Valsartan137862-53-4C24H29N5O3
    氢氯噻嗪Hydrochlorothiazide58-93-5C7H8ClN3O4S2
    降血脂药氯贝酸Clofibric acid882-09-7C10H11ClO3
    苯扎贝特Bezafibrate41859-67-0C19H20ClNO4
    吉非罗齐Gemfibrozil25812-30-0C15H22O3
    抗精神病药可铁宁COTININE486-56-6C10H12N2O
    卡马西平Carbamazepine298-46-4C15H12N2O
    阿咪舒必利Amisulpride71675-85-9C17H27N3O4S
    抗组胺剂苯海拉明Diphenhydramine58-73-1C17H21NO
    抗溃疡药利多卡因Lidocaine137-58-6C14H22N2O
    西咪替丁Cimetidine51481-61-9C10H16N6S
    血清素再吸收抑制剂文拉法辛Venlafaxine93413-69-5C17H27NO2
    Β-受体阻断药阿替洛尔Atenolol29122-68-7C14H22N2O3
    美托洛尔Metoprolol37350-58-6C15H25NO3
    索他洛尔Sotalol3930-20-9C12H20N2O3S
    消毒杀菌剂三氯卡班Triclocarban101-20-2C13H9Cl3N2O
    驱虫剂避蚊胺DEET134-62-3C12H17NO
    塑料添加剂双酚ABisphenol A80-05-7C15H16O2
    化合物 Compounds英文名 English nameCAS号 CAS number分子式 Molecular formula
    磺胺类磺胺甲恶唑Sulfamethoxazole723-46-6C10H11N3O3S
    磺胺嘧啶Sulfadiazine68-35-9C10H10N4O2S
    磺胺吡啶Sulfapyridine144-83-2C11H11N3O2S
    磺胺噻唑Sulfathiazole72-14-0C9H9N3O2S2
    磺胺喹恶啉Sulfaquinoxaline59-40-5C14H12N4O2S
    甲氧苄啶Trimethoprim738-70-5C14H18N4O3
    喹诺酮类诺氟沙星Norfloxacin70458-96-7C16H18FN3O3
    氧氟沙星Ofloxacin82419-36-1C18H20FN3O4
    环丙沙星Ciprofloxacin85721-33-1C17H18FN3O3
    依诺沙星Enoxacin74011-58-8C15H17FN4O3
    诺美沙星Lomefloxacin98079-51-7C17H19F2N3O3
    恶喹酸Oxolinic acid14698-29-4C13H11NO5
    萘啶酸Nalidixic acid389-08-2C12H12N2O3
    恩诺沙星Enrofloxacin93106-60-6C19H22FN3O3
    四环素类四环素Tetracycline60-54-8C22H24N2O8
    土霉素Oxytetracycline79-57-2C22H24N2O9
    金霉素Chlorotetracycline57-62-5C22H23ClN2O8
    大环内酯类阿奇霉素Azithromycin83905-01-5C38H72N2O12
    大环内酯类红霉素Erythromycin114-07-8C37H67NO13
    克拉霉素Clarithromycin81103-11-9C38H69NO13
    罗红霉素Roxithromycin80214-83-1C41H76N2O15
    竹桃霉素Oleandomycin phosphate7060-74-4C35H64NO16P
    克林霉素Clindamycin18323-44-9C18H33ClN2O5S
    其他抗生素甲硝唑Metronidazole443-48-1C6H9N3O3
    激素地塞米松Dexamethasone0050-2-2C22H29FO5
    氟米松Flumethasone2135-17-3C22H28F2O5
    雄烯二酮Androstenedione0063-05-8C19H26O2
    己烯雌酚Diethylstilbestrol56-53-1C18H20O2
    消炎止痛药萘普生Naproxen22204-53-1C14H14O3
    双氯芬酸Diciofenac15307-86-5C14H9Cl2NO
    布洛芬Ibuprofen15687-27-1C13H18O2
    吲哚美辛Indometacin53-86-1C19H16ClNO4
    酮基布洛芬Ketoprofen22071-15-4C16H14O3
    安替比林Antipyrine60-80-0C11H12N2O
    非那西丁Phenacetin62-44-2C10H13NO2
    氟康唑Fluconazole86386-73-4C13H12F2N6O
    降压药缬沙坦Valsartan137862-53-4C24H29N5O3
    氢氯噻嗪Hydrochlorothiazide58-93-5C7H8ClN3O4S2
    降血脂药氯贝酸Clofibric acid882-09-7C10H11ClO3
    苯扎贝特Bezafibrate41859-67-0C19H20ClNO4
    吉非罗齐Gemfibrozil25812-30-0C15H22O3
    抗精神病药可铁宁COTININE486-56-6C10H12N2O
    卡马西平Carbamazepine298-46-4C15H12N2O
    阿咪舒必利Amisulpride71675-85-9C17H27N3O4S
    抗组胺剂苯海拉明Diphenhydramine58-73-1C17H21NO
    抗溃疡药利多卡因Lidocaine137-58-6C14H22N2O
    西咪替丁Cimetidine51481-61-9C10H16N6S
    血清素再吸收抑制剂文拉法辛Venlafaxine93413-69-5C17H27NO2
    Β-受体阻断药阿替洛尔Atenolol29122-68-7C14H22N2O3
    美托洛尔Metoprolol37350-58-6C15H25NO3
    索他洛尔Sotalol3930-20-9C12H20N2O3S
    消毒杀菌剂三氯卡班Triclocarban101-20-2C13H9Cl3N2O
    驱虫剂避蚊胺DEET134-62-3C12H17NO
    塑料添加剂双酚ABisphenol A80-05-7C15H16O2
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    表 2  方法1的高效液相色谱洗脱程序

    Table 2.  High performance liquid chromatography elution procedure of Method 1

    时间/min
    Time
    A流动相/%
    A mobile phase
    B流动相/%
    B mobile phase
    0.01090
    0.51090
    3.53070
    4.54060
    7.59010
    8.51000
    8.61090
    10.01090
    时间/min
    Time
    A流动相/%
    A mobile phase
    B流动相/%
    B mobile phase
    0.01090
    0.51090
    3.53070
    4.54060
    7.59010
    8.51000
    8.61090
    10.01090
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    表 3  方法2和方法3的高效液相色谱洗脱程序

    Table 3.  High performance liquid chromatography elution procedure of Method 2 and 3

    时间/min
    Time
    A流动相/%
    A mobile phase
    B流动相/%
    B mobile phase
    0.03070
    0.53070
    4.58020
    5.01000
    5.13070
    93070
    时间/min
    Time
    A流动相/%
    A mobile phase
    B流动相/%
    B mobile phase
    0.03070
    0.53070
    4.58020
    5.01000
    5.13070
    93070
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    表 4  天津地表水样中PPCPs浓度及检出率

    Table 4.  The concentrations and detection frequencies of individual PPCPs in water samples of Tianjin

    化合物
    Compounds
    检出率/%
    The detection rate
    浓度范围/(ng·L−1)
    Concentration range
    喹诺酮类诺氟沙星45.450—141.61
    氧氟沙星43.180—73.45
    环丙沙星59.090—152.42
    依诺沙星52.270—303.61
    诺美沙星63.640—10.42
    恶喹酸100.0080.22—140.86
    萘啶酸86.360—13.86
    恩诺沙星54.550—31.83
    四环素类四环素63.640—9.74
    土霉素54.550—34.50
    金霉素4.550—3.47
    大环内酯类红霉素2.270—722.04
    克拉霉素95.450—20.57
    罗红霉素100.0010.11—30.06
    竹桃霉素56.820—6.16
    降血脂药吉非罗齐50.000—78.31
    个人护理品避蚊胺38.640—173.76
    双酚A93.180—9574.27
    化合物
    Compounds
    检出率/%
    The detection rate
    浓度范围/(ng·L−1)
    Concentration range
    喹诺酮类诺氟沙星45.450—141.61
    氧氟沙星43.180—73.45
    环丙沙星59.090—152.42
    依诺沙星52.270—303.61
    诺美沙星63.640—10.42
    恶喹酸100.0080.22—140.86
    萘啶酸86.360—13.86
    恩诺沙星54.550—31.83
    四环素类四环素63.640—9.74
    土霉素54.550—34.50
    金霉素4.550—3.47
    大环内酯类红霉素2.270—722.04
    克拉霉素95.450—20.57
    罗红霉素100.0010.11—30.06
    竹桃霉素56.820—6.16
    降血脂药吉非罗齐50.000—78.31
    个人护理品避蚊胺38.640—173.76
    双酚A93.180—9574.27
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    表 5  独流减河新增点位PPCPs化合物检出情况(ng·L−1

    Table 5.  The detected concentartions of PPCPs at the additional sites in Duliujianhe River(ng·L−1

    化合物
    Compounds
    良王庄村
    Liangwangzhuang
    village
    西琉城大桥
    Xiliuyu bridge
    津文线杨成庄大桥
    Jinwenxianyangchengzhuang
    bridge
    马厂减河闸
    Machangjianhe
    sluice
    独流减河大桥
    Duliujianhe
    bridge
    喹诺酮类诺氟沙星145.60NFNFNF145.33
    氧氟沙星NFNF69.84NF69.61
    环丙沙星149.29148.56NFNF150.51
    依诺沙星NF142.84NFNF143.15
    诺美沙星8.567.6210.7710.917.89
    恶喹酸87.51107.37108.3396.7986.03
    萘啶酸1.761.530.012.47NF
    恩诺沙星31.6231.54NF31.14NF
    四环素类四环素NF6.89NFNF8.05
    土霉素NFNFNFNFNF
    金霉素NFNFNFNFNF
    大环内酯类红霉素NFNFNFNFNF
    克拉霉素12.9514.1217.7518.19NF
    罗红霉素10.1514.0217.0119.4610.12
    竹桃霉素5.52NF5.395.55NF
    降血脂药吉非罗齐NF55.2333.9334.5774.17
    个人护理品避蚊胺24.4335.67163.11NFNF
    双酚A146.39196.16120.8391.88115.50
      *NF:未发现,该物质未检出或低于定量限.
      *NF:Not found. The substance has not been detected or is below the limit of quantity.
    化合物
    Compounds
    良王庄村
    Liangwangzhuang
    village
    西琉城大桥
    Xiliuyu bridge
    津文线杨成庄大桥
    Jinwenxianyangchengzhuang
    bridge
    马厂减河闸
    Machangjianhe
    sluice
    独流减河大桥
    Duliujianhe
    bridge
    喹诺酮类诺氟沙星145.60NFNFNF145.33
    氧氟沙星NFNF69.84NF69.61
    环丙沙星149.29148.56NFNF150.51
    依诺沙星NF142.84NFNF143.15
    诺美沙星8.567.6210.7710.917.89
    恶喹酸87.51107.37108.3396.7986.03
    萘啶酸1.761.530.012.47NF
    恩诺沙星31.6231.54NF31.14NF
    四环素类四环素NF6.89NFNF8.05
    土霉素NFNFNFNFNF
    金霉素NFNFNFNFNF
    大环内酯类红霉素NFNFNFNFNF
    克拉霉素12.9514.1217.7518.19NF
    罗红霉素10.1514.0217.0119.4610.12
    竹桃霉素5.52NF5.395.55NF
    降血脂药吉非罗齐NF55.2333.9334.5774.17
    个人护理品避蚊胺24.4335.67163.11NFNF
    双酚A146.39196.16120.8391.88115.50
      *NF:未发现,该物质未检出或低于定量限.
      *NF:Not found. The substance has not been detected or is below the limit of quantity.
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    表 6  入境点位PPCPs化合物检出情况(ng·L−1

    Table 6.  The detected concentartions of PPCPs at the entry sites(ng·L−1

    化合物
    Compounds
    小河闸
    Xiaohe sluice
    台头
    Taitou
    九宣闸
    Jiuxuan sluice
    土门楼
    Tumenlou
    罗古判水文站
    Luogupan hydrological
    station
    喹诺酮类诺氟沙星NF*NF145.24NFNF
    氧氟沙星69.9772.88NFNF69.79
    环丙沙星137.19NF150.04NF149.63
    依诺沙星147.27144.36NF145.49NF
    诺美沙星7.879.259.307.917.80
    恶喹酸80.2284.3990.54140.8689.30
    萘啶酸NF3.410.895.612.27
    恩诺沙星NF31.8331.1231.2831.67
    四环素类四环素7.23NFNFNF8.42
    土霉素10.24NF11.05NF32.37
    金霉素NFNFNFNF2.38
    大环内酯类红霉素NFNFNFNFNF
    克拉霉素NF13.4812.8120.5713.31
    罗红霉素10.1112.0210.4323.1810.48
    竹桃霉素5.295.496.165.55NF
    降血脂药吉非罗齐29.91NF55.91NFNF
    个人护理品避蚊胺NFNFNF173.75NF
    双酚ANF83.3094.43391.86125.59
      *NF:未发现,该物质未检出或低于定量限.
      *NF:Not found. The substance has not been detected or is below the limit of quantity.
    化合物
    Compounds
    小河闸
    Xiaohe sluice
    台头
    Taitou
    九宣闸
    Jiuxuan sluice
    土门楼
    Tumenlou
    罗古判水文站
    Luogupan hydrological
    station
    喹诺酮类诺氟沙星NF*NF145.24NFNF
    氧氟沙星69.9772.88NFNF69.79
    环丙沙星137.19NF150.04NF149.63
    依诺沙星147.27144.36NF145.49NF
    诺美沙星7.879.259.307.917.80
    恶喹酸80.2284.3990.54140.8689.30
    萘啶酸NF3.410.895.612.27
    恩诺沙星NF31.8331.1231.2831.67
    四环素类四环素7.23NFNFNF8.42
    土霉素10.24NF11.05NF32.37
    金霉素NFNFNFNF2.38
    大环内酯类红霉素NFNFNFNFNF
    克拉霉素NF13.4812.8120.5713.31
    罗红霉素10.1112.0210.4323.1810.48
    竹桃霉素5.295.496.165.55NF
    降血脂药吉非罗齐29.91NF55.91NFNF
    个人护理品避蚊胺NFNFNF173.75NF
    双酚ANF83.3094.43391.86125.59
      *NF:未发现,该物质未检出或低于定量限.
      *NF:Not found. The substance has not been detected or is below the limit of quantity.
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    表 7  16种PPCPs毒性数据,PNEC值及RQ最大值

    Table 7.  Toxicity data of 16 kinds of PPCPs, PNEC value and RQ maximum

    化合物Compounds物种名Species nameL(E)C50/(mg·L−1)PNEC/(ng·L−1)RQMAX来源Sources
    喹诺酮类诺氟沙星Microcystis wesenbergii0.038383.89[26]
    氧氟沙星Microcystis aeruginosa0.021213.50[27]
    环丙沙星Lemna gibba0.6976970.22[28]
    诺美沙星Lemna gibba0.097970.11[28]
    恶喹酸Microcystis aeruginosa0.181800.78[29]
    萘啶酸Dugesia japonica1001060.13[30]
    恩诺沙星Microcystis aeruginosa0.049490.65[27]
    四环素类四环素Microcystis aeruginosa0.09900.11[31]
    土霉素Pseudokirchneriella subcapitata0.171700.20[20]
    金霉素Lemna gibba0.2192190.02[28]
    大环内酯类红霉素Anabaena sp.0.0222232.82[32]
    克拉霉素Pseudokirchneriella subcapitata0.002210.28[20]
    罗红霉素Lemna gibba110000.03[28]
    降血脂药吉非罗齐Ceriodaphnia dubia0.535300.15[33]
    个人护理品避蚊胺Daphnia magna110000.17[34]
    双酚ADugesia japonica1.2512507.66[35]
    化合物Compounds物种名Species nameL(E)C50/(mg·L−1)PNEC/(ng·L−1)RQMAX来源Sources
    喹诺酮类诺氟沙星Microcystis wesenbergii0.038383.89[26]
    氧氟沙星Microcystis aeruginosa0.021213.50[27]
    环丙沙星Lemna gibba0.6976970.22[28]
    诺美沙星Lemna gibba0.097970.11[28]
    恶喹酸Microcystis aeruginosa0.181800.78[29]
    萘啶酸Dugesia japonica1001060.13[30]
    恩诺沙星Microcystis aeruginosa0.049490.65[27]
    四环素类四环素Microcystis aeruginosa0.09900.11[31]
    土霉素Pseudokirchneriella subcapitata0.171700.20[20]
    金霉素Lemna gibba0.2192190.02[28]
    大环内酯类红霉素Anabaena sp.0.0222232.82[32]
    克拉霉素Pseudokirchneriella subcapitata0.002210.28[20]
    罗红霉素Lemna gibba110000.03[28]
    降血脂药吉非罗齐Ceriodaphnia dubia0.535300.15[33]
    个人护理品避蚊胺Daphnia magna110000.17[34]
    双酚ADugesia japonica1.2512507.66[35]
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-29
  • 刊出日期:  2021-09-27
尹承南, 谢培, 焦萌, 郭宝元, 于彩虹. 天津市地表水体54种PPCPs分布特征[J]. 环境化学, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
引用本文: 尹承南, 谢培, 焦萌, 郭宝元, 于彩虹. 天津市地表水体54种PPCPs分布特征[J]. 环境化学, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
YIN Chengnan, XIE Pei, JIAO Meng, GUO Baoyuan, YU Caihong. Distribution characteristics of 54 kinds of PPCPs in surface water in Tianjin[J]. Environmental Chemistry, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901
Citation: YIN Chengnan, XIE Pei, JIAO Meng, GUO Baoyuan, YU Caihong. Distribution characteristics of 54 kinds of PPCPs in surface water in Tianjin[J]. Environmental Chemistry, 2021, 40(9): 2820-2831. doi: 10.7524/j.issn.0254-6108.2020042901

天津市地表水体54种PPCPs分布特征

    通讯作者: E-mail: guoby@rcees.ac.cn;  E-mail: caihongyu2013@126.com
  • 1. 中国矿业大学(北京),北京 100083
  • 2. 中国科学院生态环境研究中心,北京, 100085
  • 3. 国家粮食和物质储备局科学研究院,北京, 100037
  • 4. 中国环境科学研究院,环境基准与风险评估国家重点实验室,北京, 100012
基金项目:
十三五重大专项(2017ZX07107-001-002)资助

摘要: 本研究采用高效液相色谱串联三重四极杆质谱仪器对天津市范围内44个点位的地表水体中54种PPCPs化合物进行了分析,并对PPCPs在天津市范围内的分布特征进行了研究。结果表明,18种PPCPs在天津市范围内被检出,浓度范围为0—9574.27 ng·L−1;8种喹诺酮类抗生素均有检出,检出率在43.18%—100%之间;大环内酯类抗生素红霉素,检出浓度偏高,主要在天津市医疗集中区域;双酚A检出率为93.18%,检出浓度最高为9574.27 ng·L−1,高浓度区域集中在天津市工业区;在天津水体入境点处检测到避蚊胺,说明来自北京、河北等地的水体受到生活污水污染。对检出的PPCPs化合物中16种物质进行风险评估,结果表明诺氟沙星、氧氟沙星、红霉素、克拉霉素和双酚A等5种药品在部分位点的RQ值大于1,存在生态风险。

English Abstract

  • 药物和个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products, PPCPs),是由Daughton等于1999年首次提出概念的一类新型污染物[1]。近年来,PPCPs化合物在水体环境、沉积物、土壤污染检测等领域的相关研究备受关注,成为新型污染物方向的研究热点[2-4]。国内外多处水体均有不同程度的PPCPs检出报道,例如美国密苏里州、英国塔夫河和伊利河、法国塞纳河、意大利波河流域等水体,有报道咖啡因、磺胺甲恶唑、布洛芬、甲氧苄啶、卡马西平等多种药物被检出[5-8],我国的长江中下游、珠江、太湖等地也有20种以上药物在地表水及沉积物相中检出[9-11]

    虽然PPCPs在自然界的检出浓度多为ng·L−1—μg·L−1数量级,但该类物质普遍具有较强的生物活性,部分PPCPs具有持久性和生物累积性,对水生生物的生长发育及繁殖有显著影响。例如土霉素会干扰等鞭金藻的叶绿素合成,抑制光合作用,从而影响等鞭金藻的生长代谢[12],而布洛芬、萘普生、磺胺甲基异恶唑、咖啡因等常见药物可以干扰细胞色素酶P450的活性,进而使虹鳟鱼肝细胞的代谢规律受到干扰,对虹鳟鱼产生肝损伤[13]。麝香酮对斑马鱼的胚胎存活率、平均存活时间有不利影响,对斑马鱼生殖能力产生损害[14].

    天津市处于华北平原东北位置,属海河流域,东临渤海湾,是京津冀经济圈的重要组成部分,近年来随着滨海新区的开发,经济发展速度迅猛。但由于工业发展,海河流域在全国水污染防治考核中处于较差水平,多处河段常年处于劣五类水体,水污染问题十分严重[15]。工业区、农业区和城市区的密集和混杂,使得本地处于PPCPs化合物污染的风险之中。本研究以天津市水体为研究对象,分析天津市PPCPs化合物污染状况,为天津市水体污染物控制目标提供建议。

    • 根据取样点设置原则,结合研究区域实际情况,本研究在天津市辖区内多条主要河流中拟定44个采样点进行采样。采样点种类分为9个入境点、11个国控断面点、16个市控断面点及在独流减河和临港新区设置的8个新增位点。具体的采样点信息及位置见图1。本研究于2018年9月,在以上采样点采集水样。采样用配有玻璃塞的2 L棕色玻璃瓶,棕色玻璃瓶事先经过铬酸溶液、自来水、蒸馏水洗涤后烘干待用。采样时先用采集点的河水洗涤采样瓶2—3次,采满不留顶空。样品运回实验室后,在4 ℃条件下保存。

    • 主要仪器:赛默飞TSQ Quantum Access Max液相色谱质谱联用仪,配有电喷雾离子源,赛默飞Hypersil GOLDTM C18 选择液相色谱柱(200 mm×2.1 mm,1.9 μm),旋转蒸发仪,圆底烧瓶,1 mL注射器,0.22 μm针头式过滤器。

      主要试剂:乙腈、甲醇和甲酸均为色谱纯,购自北京迪马欧泰科技发展中心;超纯水使用屈臣氏蒸馏纯净水;54种PPCPs标准品,均购自天津阿尔塔科技有限公司,具体信息见表1。标准物质称取适量质量(液态物质吸取一定体积)定容于10 mL甲醇溶剂中作为目标物化合物的单标母液。再通过计算配比,分别从单标母液中吸取适量体积配成每种单标浓度为1 mg·L−1混合标准溶液母液。

    • 因目标化合物种类较多,化合物之间性质差异较大,本研究尝试了多种流动相梯度洗脱程序,选择在正负两种电喷雾离子源模式下分别进行仪器分析测定。最终,根据流动相洗脱程序、电喷雾离子源模式,制定3种仪器工作方法,将药剂分成3组进行检测。

      (1)方法1

      高效液相色谱条件:流动相为乙腈(A相),含0.05%甲酸的超纯水(B相);流速0.25 mL·min−1,进样量10 μL;进样梯度见表2

      质谱条件:电喷雾离子源(ESI+);毛细管温度:320 ℃;毛细管电压3500 V;离子源温度:350 ℃;鞘气:35 psi;辅助气10 arb,采用选择离子扫描模式(SIM)。

      本方法适用的28种目标化合物为:磺胺甲恶唑、磺胺喹恶啉、氧氟沙星、环丙沙星、诺美沙星、恶喹酸、萘啶酸、恩诺沙星、阿奇霉素、红霉素、克拉霉素、罗红霉素、竹桃霉素、克林霉素、地塞米松、非那西丁、氟康唑、缬沙坦、苯扎贝特、卡马西平、阿咪舒必利、苯海拉明、利多卡因、西咪替丁、文拉法辛、阿替洛尔、美托洛尔、索他洛尔。

      (2)方法2

      高效液相色谱条件:流动相为乙腈(A相),含0.05%甲酸的超纯水(B相);流速0.25 mL·min−1,进样量10 μL;进样梯度见表3。质谱参数保持不变。

      本方法适用的16种目标化合物为:磺胺嘧啶、磺胺吡啶、磺胺噻唑、甲氧苄啶、诺氟沙星、依诺沙星、四环素、土霉素、金霉素、甲硝唑、氟米松雄、烯二酮、吲哚美辛、酮基布洛芬、安替比林、避蚊胺。

      (3)方法3

      高效液相色谱条件:流动相为乙腈(A相),超纯水(B相);流速0.25 mL·min−1,进样量10 μL;进样梯度见同表3,质谱条件保持不变。

      本方法适用的9种目标化合物为:双酚A、己烯雌酚、萘普生、双氯芬酸、布洛芬、氢氯噻嗪、氯贝酸、吉非罗齐、三氯卡班。

    • 本研究使用乙腈液液萃取法,对水样进行预处理。量取200 mL水样过滤后置于1000 mL分液漏斗中,加入6 g氯化钠固体,再加入20 mL乙腈混合,振摇5 min,静止待混合相分层,利用分液漏斗分离水相和有机相,收集有机相于圆底烧瓶中,置于40 ℃恒温水浴旋转蒸发仪上蒸干至液体消失。加入分析纯甲醇溶液复溶瓶底固体,定容至1 mL。将5 mL注射器针头取下,装上滤膜孔径为0.22 μm的针头式过滤器,将甲醇复溶溶液过滤,滤液上机分析。

    • 本研究使用外标法进行定量,将混合标准溶液母液加入空白溶剂甲醇中,配置成每种单标浓度为10、25、50、100、250、500 μg·L−1的标准工作溶液,与样品在同样的仪器工作条件下,同批进行上机检测,以标准工作溶液的峰面积值进行线性回归,拟合得出标准曲线方程。然后,检测上机样品中的PPCPs浓度,依据浓缩倍数,计算得到实际水体中PPCPs的浓度。各个PPCPs化合物的工作曲线线性关系良好,相关系数R2均在0.99以上。水样回收率为72%—141%,相对标准偏差为5%—24%,方法检出限LOD为信噪比为3时的样品浓度,方法定量限LOQ为信噪比为10时的样品浓度,各PPCPs化合物LOD为0.01—0.20 ng·L−1,LOQ为0.05—0.45 ng·L−1

    • 54种PPCPs化合物中有18种被检出且定量,具体结果见表4,其中24种抗生素类物质中检出并定量15种,占拟定目标的62.5%,30种其他药类检出并定量3种,占拟定目标的10%。18种药品中存在多种检出率在90%以上的高频检出药物。所有检出PPCPs化合物在地表水体中的检出率范围为2.27%—100%,检出率在50%以上的有13种之多,说明这些药物在当地的使用较为普及。PPCPs种间的检出浓度差异较大,单种物质最大值从3.47 ng·L−1到9754.27 ng·L−1不等。

    • 抗生素类药物检出种类较多,按抗生素结构分类来看,6种磺胺类抗生素虽在大部分位点有检出结果,但浓度较低,无法定量分析;8种喹诺酮类抗生素均有检出,检出率在43.18%—100%之间,整体上检出浓度喹诺酮类>大环内酯类>四环素类>磺胺类,一定程度上可以反映出天津地区抗生素类药物使用及环境残留特点,有文献表明天津地区水体的磺胺类药物检出浓度远低于国内长江、太湖和法国的塞纳河地区,而喹诺酮类抗生素检出率则较高[16]。此外,恶喹酸和罗红霉素的检出率高达100%,44个取样点都有检出。各点位检出的18种PPCPs总浓度范围为296.54—10038.03 ng·L−1,最高点为临港科学进口,位于临港工业区内,受工业污水影响较大;最低点为沧浪渠翟庄子及子牙河入境点小河闸,位于天津市西南部农业区。

      本研究中红霉素的检出浓度远高于其他抗生素类药物,达到722.04 ng·L−1,高于国内松花江(0—6.9 ng·L−1[17]、京杭运河(0—13.5 ng·L−1[18]的浓度水平,接近于广东珠江(40—560 ng·L−1[19]浓度水平。而本研究红霉素检出率低,仅有1个点位检出(海河三岔口)。查阅地图后可知,该采样点位于天津市市中心,附近驻有南开医院、天津市第二人民医院、天津市中医药大学第一附属医院、天津医科大学总医院等众多医院及医学科研机构,因此该点位的红霉素可能来自周围医疗机构的抗生素使用及医疗废水排放。长久保持红霉素高浓度环境将对水环境中藻类、轮虫等生物具有毒性效应,对生态平衡产生严重影响[20]。建议发达城市医疗区需要做好废水和固体废物处理工作,减少PPCPs化合物的排放。

      本研究中非抗生素类药物及个人护理品物质检出种类较少。其中双酚A是整体水样检测结果中检出浓度最高的目标化合物,在43号点位(临港科学进口)检出浓度高达9574.27 ng·L−1,是其他药品平均检出水平的几十倍甚至几百倍。该位点位于临港工业区,区域内化工产业较为发达且密集,推测该点位附近可能有一家或多家化工企业生产活动,向环境水体中高强度排放双酚A。

      图2可以看到,除临港工业园区外,9号点位(成林道),10号点位(新老米店闸),11号点位(李家排桥),21号点位(大套桥),27号点位(北运河土门楼)和41号点位(东堤头村)等多个点位也检出较高浓度水平,浓度在338.60—732.54 ng·L−1之间,明显高于其他物质在本点位的检出浓度。同时双酚A的检出率高达93.18%,可见双酚A的污染在天津地表水体中十分广泛。双酚A在水体中会产生雌激素效应,影响水生鱼类的性发育,导致鱼类无法正常繁殖。对雌激素类物质敏感的爬行类,则会导致性别比例失调,影响种群繁殖能力[21]。例如双酚A对斑马鱼早期生命发育阶段有明显抑制效应,可造成胚胎发育畸形,72 h畸形EC50为2.9 mg·L−1[22]。双酚A的检出浓度和检出率双高,需要引起本地环保部门及化工企业格外关注。

    • 本研究选取独流减河作为河流研究对象进行分析。拟定的44个检测点位,其中有5个新增位点位于独流减河河段内,从上游到下游按顺序分别为良王庄乡、西琉城大桥、津文线杨成庄大桥、马厂减河闸以及独流减河大桥,具体点位分布位置见图3

      独流减河5个点位的PPCPs化合物检出结果如表5所示。5个点位的PPCPs化合物检出种类均在9—12种以内,在整体检测结果中属于平均水平。其中,诺美沙星、罗红霉素、恶喹酸和双酚A等4种化合物在5个点位全部检出,土霉素、金霉素、红霉素的3种药物均未检出。总体来说,5个点位检出药物种类的情况有一定的相似性。

      恶喹酸在独流减河新增点位中,良王庄村、津文线杨文村大桥、西琉城大桥和独流减河大桥点位恶喹酸检出浓度水平接近,浓度范围为86.03—108.33 ng·L−1之间。恶喹酸在水产养殖业中多有应用,其在天津地区的广泛检出可能与天津的水产养殖业较为发达有关,其滥用现象曾让我国鳗鱼出口贸易受到严重的影响,1989年出现过对日出口鳗鱼检疫不合格被迫销毁的事件[23]。推测恶喹酸来源于独流减河自身上流沿岸的水产养殖加工业,与独流减河相接的其他支流没有输入,在马厂减河闸点位,独流减河与马厂减河相交,不同河水之间的融合,导致恶喹酸浓度在此处降低,而在出海口处,水体与海水混合,恶喹酸浓度再次降低。

      双酚A在独流减河5个点位中也均有检出,浓度范围在91.88—196.16 ng·L−1之间,总体来说浓度不高,处于本研究的平均水平。其中在西琉城大桥点位处达到本河段内最高值,接近上游津文线杨成庄大桥点位浓度的2倍,比下游马厂减河闸点位检出浓度的2倍还高,较为突出。因双酚A主要来源于塑料、树脂等化工生产过程,因此西琉城大桥点位附近可能存在规模较小的化工企业。同理,马厂减河点位的浓度降低同样印证了支流汇入带来的稀释作用。

    • 天津河网系统极其复杂,海河水系支流众多,呈扇状分布,主要支流有北运河、永定河、子牙河、大清河及南运河,众多上游大中型城市的向河道中排放的污染物通过海河水系进入天津境内,最终排入渤海,故天津地表水系面临的上游污染威胁很大[24]。对天津地区地表水入境点位检测结果的分析具有重要意义,有助于天津市与临省协同工作,合作治理海河水污染问题。

      本研究拟定的44个检测点位中有5个入境点位位于五大支流上,各点位与对于入境河流分别是:小河闸(子牙河)、台头(大清河)、九宣闸(南运河)、土门楼(北运河)、以及罗古判水文站(永定河)。5个入境点位的PPCPs化合物检出结果如表6所示。5个点位的PPCPs化合物检出种类均在10—12种之间,在整体检测结果中属于平均水平。其中,诺美沙星、恶喹酸和罗红霉素3种化合物在5个点位全部检出,只有红霉素1种药物未检出,5个点位检出药物种类的情况存在一定差异性。

      入境点中避蚊胺的浓度高达173.75 ng·L−1,也是避蚊胺这种药物在本研究中检出结果中浓度的最高值。检出点位只有土门楼(北运河)点位,其他4条支流入境点均未检出该物质,这一结果说明了在天津地表水系主要支流中,避蚊胺的外来输入全部来自北运河。避蚊胺广泛用于驱蚊液、驱蚊花露水、驱蚊脂膏等生活用品中,通过人们洗涤、沐浴等清洁行为进入生活污水[25]。本研究取样时间为2018年9月,正值夏秋交接时期,避蚊胺的消耗量较大,驱蚊品的大量使用已经反应于地表水中PPCPs浓度中。来自北京、河北等地的水体可能受到生活污水污染。

    • 本研究运用风险熵(RQ)评估法对天津地表水体中检出的PPCPs化合物进行风险评价。毒性数据EC50和LC50的值从生态毒理学数据库(ecotoxicology database,ECOTOX)中选择最敏感生物产生生态毒性的最小浓度计算,物种以藻类、水蚤和扁虫类为主。基于毒性数据的可获得性,选择16种检出的PPCPs进行评价。各PPCPs化合物毒性数据及预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)值及RQ最大值见表7

      结果表明,16种PPCPs化合物中,金霉素和罗红霉素2种药物在所有检测点位的RQ值均小于0.1,对天津地表水体生态环境基本没有危害;有9种PPCPs化合物部分位点的RQ值介于0.1—1之间,可能在部分水系已经产生中度风险危害;而诺氟沙星、氧氟沙星、红霉素、克拉霉素和双酚A这5种药品的RQ值存在部分位点大于1的情况,其中红霉素最高浓度点位(海河三岔口)的RQ值高达32.820,对以项圈藻为代表的藻类生物有高生态风险。

    • 通过对天津市地表水体整体PPCPs浓度及检出率数据分析可得,54种目标PPCPs中有18种被检出。抗生素检出种类较多,其他药物检出种类较少。药物检出率整体较高,检出浓度整体上维持在ng·L−1数量级水平,少数位点的药物浓度达到μg·L−1水平;通过对独流减河河段内5个点位进行分析可得,同河道点位的检测结果有一定相似性。恶喹酸是本河流具有代表性的污染物之一,与本地水产养殖业有密切关系;通过对海河5大支流的天津入境点位分析可得,不同河道的点位检测结果差异较大,5个入境点的避蚊胺检测仅在北运河这一支流的入境点土门楼检出,浓度水平为173.75 ng·L−1,表明来自北京、河北等地的水体受到生活污水污染。对16种被检出的PPCPs化合物进行生态风险评估,诺氟沙星、氧氟沙星、红霉素、克拉霉素和双酚A这5种药品在部分位点的RQ值大于1,存在生态风险。

    参考文献 (35)

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