Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ Hà Nội (LA tiến sĩ)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM THỊ THANH YÊN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ DƯ LƯỢNG MỘT SỐ CHẤT KHÁNG SINH TRONG NƯỚC VÀ ĐỘNG VẬT THỦY SINH TRONG MỘT SỐ HỒ HÀ NỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 62520320 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS Huỳnh Trung Hải Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Nguyễn Quang Trung Phản biện 1: ……………………………………………… Phản biện 2: ……………………………………………… Phản biện 3: ……………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1.Phạm Thị Thanh Yên, Nguyễn Quang Trung (2012) Hiện trạng sử dụng kháng sinh tồn dư kháng sinh mơi trường nước Việt Nam Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, 13, pp 61-65 Phạm Thị Thanh Yên, Nguyễn Quang Trung (2013) Dư lượng kháng sinh chloramphenicol tôm số chợ Hà Nội Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, 15, pp 39-42 Nguyễn Quang Trung, Huỳnh Trung Hải, Phạm Thị Thanh Yên (2014) Sự xuất phân bố kháng sinh số hồ, sông Kim Ngưu sông Tô Lịch Hà Nội Tạp chí Hóa Học, 52(6A), pp 48 – 53 Phạm Thị Thanh Yên, Huỳnh Trung Hải, Nguyễn Quang Trung (2014) Xác định đồng thời kháng sinh họ quinolons, penicillins trimethoprim cá sắc ký lỏng hai lần khối phổ Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 30(6S), pp 246 - 254 Phạm Thị Thanh Yên, Nguyễn Quang Trung, Huỳnh Trung Hải (2015) Nghiên cứu xác định kháng sinh sulfathiazole, sulfamethazine, sulfamethoxazole, sulfamerazine nước mặt sắc ký lòng hai lần khối phổ Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, 20(2), pp 20 – 29 Phạm Thị Thanh Yên, Nguyễn Quang Trung (2016) Occurrence of antibiotics in lake in Hanoi Hội thảo Korra 25th birthday internation symposium proceeding Biomass world and up-cycle, Ngày 21-22 tháng 7/2016, Tại trường đại học Jungwon – Hàn Quốc Phạm Thị Thanh Yên, Nguyễn Quang Trung, Huỳnh Trung Hải (2016) Đánh giá xuất rủi ro tiềm kháng sinh quinonoles, sulfonamides trimethoprim môi trường nước trầm tích Hồ Tây hồ Trúc Bạch Tạp chí Hóa Học, 54(5), pp 620 – 625 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Kháng sinh có ý nghĩa quan trọng người vật nuôi, với hạn chế hiểu biết xem kháng sinh thần dược, người lạm dụng kháng sinh mức dẫn đến tồn dư môi trường Trong môi trường tự nhiên kháng sinh không dễ phân hủy, thêm chúng liên tục đưa vào từ hoạt động người nên kháng sinh coi chất gây ô nhiễm "giả liên tục" Nhiều chứng cho thấy tồn lưu kháng sinh môi trường dù nồng độ thấp có nguy ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái, đặc biệt sinh vi khuẩn kháng kháng sinh, chúng ngày nhận quan tâm nhà khoa học, phương tiện truyền thông Sulfonamides (SAs), trimethoprim (TRI) quinolones (QNs) kháng sinh phổ rộng sử dụng phổ biến Việt Nam y học người, nuôi trồng thủy sản gia súc Thêm thời gian tồn lưu môi trường lâu, nên nghiên cứu lựa chọn kháng sinh để đánh giá dư lượng nước, trầm tích, cá rơ phi ốc hồ Tây, hồ Trúc Bạch, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh hồ Yên Sở Hà Nội Mục tiêu nghiên cứu luận án - Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời ba nhóm kháng sinh QNs, SAs, TRI nước, trầm tích cá rơ phi - Xác định hàm lượng kháng sinh nước, trầm tích, cá rơ phi ốc hồ Tây, hồ Trúc Bạch, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh hồ Yên Sở - Bước đầu đánh giá nguy hại kháng sinh với sinh vật nước, trầm tích - Đề xuất phương pháp xử lý nước thải có chứa kháng sinh chất dược phẩm khác Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hàm lượng kháng sinh SAs, QNs TRI nước hồ, trầm tích, cá rơ phi ốc hồ Tây, hồ Trúc Bạch, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh hồ Yên Sở Hà Nội Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trường (lấy mẫu, bảo quản mẫu, khảo sát trạng hồ) phòng thí nghiệm (xử lý mẫu phân tích sắc ký lóng hai lần khối phổ LC/MS/MS); Phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu phân tích; Phương pháp kế thừa số liệu thu thập tài liệu kết nghiên cứu; phương pháp đánh giá dựa số liệu thực nghiệm đo để rút kết luận Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Đã ứng dụng sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) để phân tích hàm lượng kháng sinh họ quinolones, sulfonamides trimethoprim - Đánh giá trạng ô nhiễm kháng sinh hồ Hà Nội, sở xác định nguyên nhân đề xuất số biện pháp giảm thiểu nồng độ kháng sinh vào hồ - Bước đầu nghiên cứu khả tích tụ kháng sinh ốc cá rô phi qua hệ số tích lũy sinh học để đưa khuyến cáo với người dân sử dụng ốc cá rơ hồ có nguồn nước thải vào làm thực phẩm - Dự đốn kháng sinh có nguy ảnh hưởng mạnh tới quần thể sinh năm hồ Hà Nội thông qua thương số nguy hại HQ Những điểm luận án Đây nghiên cứu Việt Nam đưa kết nhiễm kháng sinh nước, trầm tích, cá rô phi ốc hồ Hà Nội Đã đưa kết dự báo mức độ ảnh hưởng kháng sinh QNs, SAs, TRI quần thể sinh vật nước trầm tích hồ Hà Nội Cấu trúc luận án gồm Luận án gồm 109 trang gồm mở đầu (2 trang), chương 1-Tổng quan tài liệu (27 trang), chương – Phương pháp nghiên cứu (15 trang), chương 3Kết thảo luận (63 trang), kết luận (2 trang), tài liệu tham khảo phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan thuốc kháng sinh Thuốc kháng sinh chất sử dụng để điều trị bệnh nhiễm khuẩn vi khuẩn vi sinh vật khác gây Dựa vào cấu trúc hóa học, kháng sinh chia thành nhóm: β-lactam, aminoglycosid, tetracyclin, phenicol, macrolid, lincosamid, peptid; quinolone, nhóm Co – trimoxazol Sulfonamides, trimethoprim quinolones kháng sinh phổ rộng sử dụng phổ biến để điều trị bệnh kích thích tăng trưởng cho người, chăn ni ni trồng thủy sản Việt Nam giá thành rẻ, hiệu xử lý cao Trên giới Việt nam kháng sinh phát với nồng độ tần suất lớn môi trường nước, trầm tích 1.2 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh Để đánh giá xác mức tiêu thụ tồn cầu tất loại thuốc kháng sinh khó khăn, nói khơng thể, nhìn chung tiêu thụ kháng sinh tồn giới sử dụng cho người gia tăng đặc biệt quốc gia có thu nhập thấp trung bình Hiện thị trường Việt Nam có khoảng 39.016 hiệu thuốc, hầu hết thuốc bán khơng có đơn thuốc kèm theo Người bệnh cần mô tả triệu chứng bệnh, người bán với kiến thức hạn chế y, dược đưa hướng dẫn lựa chọn.Trong chăn nuôi việc lựa chọn kháng sinh định liều dùng chủ yếu dựa kinh nghiệm chủ hộ 44%, 33% theo hướng dẫn bác sỹ thú y, 17% theo hướng dẫn nhà sản xuất Trong chăn nuôi phần lớn chủ hộ không tuân theo quy định việc ngừng sử dụng kháng sinh trước thu hoạch từ động vật 1.3 Ô nhiễm thuốc kháng sinh ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Con người động vật hấp thụ khơng hồn tồn hợp chất kháng sinh, chúng vào môi trường qua đường nước tiểu, phân dạng ban đầu dạng chất chuyển hóa Trong mơi trường kháng sinh tồn ổn định lâu dài, tồn phụ thuộc vào độ bền chúng với ánh sáng, khả hấp phụ, tốc độ phân hủy hòa tan vào nước Kháng sinh có tính hấp phụ mạnh, thường có xu hướng tích lũy đất trầm tích (như tetracylin, floquinonoles) ngược lại, kháng sinh có tính linh động cao (như SAs), bị phân hủy thường có xu hướng thấm vào nước ngầm vận chuyển với nước ngầm hay theo đường thoát nước chảy tràn vào nước mặt Kháng sinh tồn môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng như: Sinh vi khuẩn kháng kháng sinh, tăng cường sức đề kháng vi sinh vật kháng thuốc, tích tụ kháng sinh sinh vật có khả tác động tới sức khỏe người, gen kháng và/hoặc vi khuẩn kháng kháng sinh chuyển từ động vật sang người, có nguy gây ảnh hưởng tới môi trường sinh thái 1.4 Các phương pháp loại bỏ kháng sinh Trong tự nhiên kháng sinh tự loại bỏ khỏi mơi trường nhờ trình hấp phụ, phân hủy sinh học, phản ứng quang phân, phản ứng thủy phân Nhưng kháng sinh liên tục đưa vào môi trường hàm lượng kháng sinh đưa vào môi trường lớn so với khả tự phân hủy chúng dẫn đến tồn lưu kháng sinh vào môi trường Phương xử lý nước thải sinh học loại bỏ không hiệu kháng sinh, để loại bỏ kháng sinh triệt để cần phải sử dụng thêm phản ứng oxy hóa tiên tiến O3/H2O2, O3/UV, H2O2/UV, Fenton Fe2+/H2O2 Ngồi có số q trình khác clo hóa, chiếu tia UV, sử dụng màng siêu lọc, hấp phụ lên than hoạt tính loại bỏ kháng sinh CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị Các dung mơi hóa chất sử dụng để xử lý mẫu chạy sắc ký lỏng hai lần khối phổ dung mơi có độ tinh khiết cao chuyên dùng để phân tích chạy máy sắc ký Thiết bị sắc ký lỏng hai lần khối phổ LC/MS/MS hãng Thermo TSQ Quantum Access – Mỹ 2.2 Lấy mẫu bảo quản mẫu Mẫu nước, trầm tích, cá rơ phi rơ phi đen (Oreochromis mossambicus) ốc nhồi Pila polita lấy theo QCVN số tài liệu tham khảo Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số mẫu lấy năm hồ Hà Nội STT Tên hồ Nước Hồ Tây 144 Số lượng mẫu Trầm Cá rơ phi tích 108 10 Ốc Hồ Trúc Bạch Hồ Thủ Lệ Hồ Ngọc Khánh Hồ Yên Sở 59 30 30 30 44 14 10 10 10 12 2.3 Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời kháng sinh QNs, SAs, TRI nước, trầm tích cá rơ phi Khảo sát điều kiện tối ưu cho sắc ký lỏng hai lần khối phổ: ion mẹ, ion lượng bắn phá tối ưu thể bảng 2.3, pha động chế độ chạy pha động Bảng 2.3 Thời gian lưu, thông số khối phổ kháng sinh SAs, QNs TRI Tên chất STZ SMZ SMX SMR TRI CIP NOR OFL ENR Thời gian lưu (Phút) 6,91 8,48 8,77 6,55 8,34 8,61 8,62 8,53 8,33 Ion mẹ (m/z) Ion định lượng (Năng lượng) m/z (V) Ion định tính (Năng lượng) m/z (V) 256 279,1 254 265 291,2 332,2 320,2 362 360 256→156 (12) 279,1→186 (16) 254→156 (13) 265→156 (14) 291,2→230,1 (21) 332,2→288 (15) 320,2→275,6 (15) 362→261(28) 360→342 (20) 256→108 (20) 279,1→124 (20) 254→108,2 (20) 265→108 (18) 291,2→123 (22) 332,2→230,8 (33) 320, 2→302,3 (22) 362→318 (20) 360→245 (28) Tối ưu hóa quy trình phân tích nồng độ kháng sinh QNs, SAs, TRI nước với yếu tố khảo sát: thể tích mẫu chiết, giá trị pH mẫu chiết thẩm định lại phương pháp Tối ưu hóa quy trình phân tích nồng độ kháng sinh QNs, SAs, TRI trầm tích với yếu tố khảo sát: trạng thái mẫu, dung môi chiết, ảnh hưởng pH tới hiệu suất chiết kháng sinh thẩm định lại phương pháp Tối ưu hóa quy trình phân tích nồng độ kháng sinh QNs, SAs, TRI cá rô phi với yếu tố khảo sát: dung môi chiết, điều kiện loại chất béo thẩm định lại phương pháp 2.4 Hàm lượng phân bố kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim hồ Hà Nội Kháng sinh tồn dư môi trường nước có khả tích tụ trầm tích, động vật thủy sinh, để đánh giá tồn diện mức độ nhiễm kháng sinh hồ Hà Nội, nghiên cứu tiến hành lấy mẫu ba môi trường để xác định nồng độ kháng sinh Từ kết phân tích kháng sinh vị trí khác hồ thời gian lấy mẫu khác nhau, kết hợp với số liệu thời tiết (nhiệt độ, lượng mưa trung bình tháng), kết khảo sát tình hình ni cá hồ đưa kết luận nguyên nhân gây ô nhiễm kháng sinh hồ, quy luật phân bố kháng sinh theo không gian thời gian 2.5 Đánh giá nguy hại kháng sinh Đánh giá khả tích tụ kháng sinh trầm tích thơng qua hệ số hấp phụ Kd Đánh giá khả tích lũy kháng sinh động vật thủy sinh thơng qua hệ số tích lũy sinh học (BAF) Đánh giá ảnh hưởng kháng sinh tới quần thể sinh vật nước trầm tích thơng qua nồng độ gây ảnh hưởng trung bình EC50 thương số nguy hại HQ CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tối ưu hóa quy trình phân tích kháng sinh SAs, TRI, QNs nước, trầm tích cá 3.1.1 Khảo sát pha động sử dụng cho LC/MS/MS Thành phần chất, loại dung môi sử dụng pha động ảnh hưởng tới khả phân tách, hình dạng pic tín hiệu phát kháng sinh Kết khảo sát lựa chọn dung môi pha động axit focmic 0,2% v/v (pha động A), axetonitrit (pha động B) với chế độ chạy pha động là: 10% B phút, tăng từ 10% lên 90% B phút, 90% phút, giảm tử 90% xuống 10% phút, giữ ổn định 10% phút, tổng thời gian phân tích mẫu 18 phút 3.1.2 Quy trình xử lý mẫu nước hồ xác định đồng thời kháng sinh Kết khảo sát xác định điều kiện tối ưu cho trình chiết mẫu: - Thể tích mẫu chiết: 500mL - Mơi trường pH mẫu trước chiết kháng sinh: 3,5 - Kết thẩm định phương pháp: - Khoảng tuyết tính đường chuẩn từ 0,5 – 200 ng/L tùy kháng sinh, R2>0,99 - Độ thu hồi từ 67,2 – 91,2%; RSD từ 2,1 – 12,3%; MDL từ 0,16 – 1,14 ng/L; MQL từ 0,48 – 3,45 ng/L Hình 3.6 Sơ đồ phân tích đồng thời kháng sinh nước hồ Hình 3.10 Sơ đồ phân tích Hình 3.12 Sơ đồ phân đồng thờikháng sinh tích đồng thời kháng sinh trầm tích cá Quy trình phân tích kháng sinh nước thể hình 3.6 3.1.3 Quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời kháng sinh Kết khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho trình chiết mẫu: - Trạng thái mẫu chiết dạng ướt - Dung dịch thích hợp chiết kháng sinh khỏi trầm tích MeOH: đệm citrat (1:1, v/v; pH =4,0) SMZ SMR kháng sinh sử dụng nông nghiệp nên tần suất xuất nồng độ phát thấp Kết khảo sát cho thấy nơi tiếp nhận nguồn thải nồng độ kháng sinh cao nhiều so với khu vực khác, khẳng định ngun nhân nhiễm kháng sinh hồ nguồn nước thải chưa qua xử lý chảy vào hồ Nguồn nước hòa trộn chủ yếu nước thải sinh hoạt nước thải y tế, nước thải sinh hoạt ngun nhân nhiễm Bởi nồng độ kháng sinh đo cống thải sinh hoạt lớn lên đến 9840,17 ng/L, hàm lượng kháng sinh QNs, SAs, TRI nước thải bệnh viện Hà Nội kênh dẫn nước thấp, hệ thống xử lý loại bỏ tới 80% hàm kháng sinh QNs kháng sinh SAs, TRI kháng sinh sử dụng bệnh viện Nguyên nhân thứ hai ô nhiễm kháng sinh vào hồ từ nước thải qua xử lý, Hà Nội xây dựng số trạm xử lý nước thải đô thị hệ thống loại bỏ không hiệu kháng sinh Ngồi kháng sinh đưa vào từ việc nuôi thả cá lượng không đáng kể từ việc chảy tràn nước mưa ô nhiễm kháng sinh 3.2.2 Hàm lượng kháng sinh trầm tích Kết phân tích kháng sinh 108 mẫu trầm tích hồ Tây thể bảng 3.17 cho thấy nồng độ dao động từ nhỏ giới hạn phát đến 10,69 μg/kg bùn khơ, kháng sinh QNs có khả tích tụ trầm tích cao so với kháng sinh SAs TRI Đó phân tử QNs có cấu tạo càng, chúng có khả gắn kết dễ dàng với cation có trầm tích nên làm tăng khả hấp phụ làm chậm trình phân hủy sinh học Kháng sinh ENR, NOR, STZ, SMZ SMR đề cập kháng sinh sử dụng phổ biến chăn nuôi nuôi trồng thủy sản nên nồng độ phát trầm tích nhỏ, đặc biệt hai kháng sinh STZ SMR không phát thấy vị trí Bảng 3.17 Nồng độ kháng sinh trầm tích hồ Tây Kháng sinh SMX Nồng độ (μg/kg) Min < MDL Max 0,81 10 Mean < 0,07 Tần suất (%) 38,3 STZ SMZ SMR TRI CIP ENR OFL NOR < MDL < MDL < MDL < MDL < MDL < MDL < MDL < MDL < MDL