Nghiên cứu đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước và động vật thủy sinh trong một số hồ hà nội

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC 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 môi trường Mã số: 62520320 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS Huỳnh Trung Hải PGS.TS Nguyễn Quang Trung Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học GS.TS Huỳnh Trung Hải PGS.TS Nguyễn Quang Trung Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cá nhân hay tổ chức khoa học cơng bố cơng trình khác nước Hà Nội, ngày …… tháng …… Năm 2018 Giáo viên hướng dẫn I Giáo viên hướng dẫn II Tác giả GS.TS Huỳnh Trung Hải PGS.TS Nguyễn Quang Trung Phạm Thị Thanh Yên Lời cảm ơn Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Huỳnh Trung Hải, PGS.TS Nguyễn Quang Trung hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô Viện Khoa học Công nghệ Môi trường trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thanh Thảo, anh chị em phịng Độc Chất Học Mơi Trường – Viện Cơng Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ trang thiết bị, chuyên môn kỹ thuật trình thực nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo hướng dẫn đưa ý kiến đóng góp trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phịng ban, khoa Cơng nghệ Hóa trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ động viên q trình thực luận án Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới người thân gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ tơi hồn thành luận án Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Phạm Thị Thanh Yên MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan thuốc kháng sinh 1.1.1 Thuốc kháng sinh họ sulfornamides trimethoprim 1.1.2 Thuốc kháng sinh họ quinolones 1.2 Tổng quan hồ Hà Nội động vật thủy sinh 10 1.2.1 Tổng quan năm hồ Hà Nội 10 1.2.2 Động vật thủy sinh 11 1.3 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh 12 1.3.1 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh giới 12 1.3.1.1 Kháng sinh sử dụng cho người 12 1.3.1.2 Kháng sinh sử dụng nông nghiệp 13 1.3.2 Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh Việt Nam 14 1.3.2.1 Kháng sinh dùng điều trị bệnh người 14 1.3.2.2 Kháng sinh sử dụng nông nghiệp 15 1.4 Ô nhiễm thuốc kháng sinh tác động đến môi trường 16 1.4.1 Thuốc kháng sinh môi trường 16 1.4.1.1 Kháng sinh môi trường nước 17 1.4.1.2 Sự tích tụ kháng sinh sinh vật, đất trầm tích 18 1.4.2 Ảnh hưởng kháng sinh môi trường 19 1.5 Đánh giá nguy hại môi trường 20 1.5.1 Tích lũy sinh học 20 1.5.2 Độc tính sinh học thương số nguy hại 21 1.6 Các phương pháp loại bỏ kháng sinh 24 1.7 Phân tích kháng sinh 25 1.7.1 Kỹ thuật xử lý mẫu 25 1.7.2 Các phương pháp phân tích kháng sinh 27 1.7.2.1 Phương pháp ELISA 27 1.7.2.2 Phương pháp von - ampe 27 1.7.2.3 Phương pháp điện di mao quản (CE) 28 1.7.2.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) 28 1.7.2.5 Phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) 29 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 v 2.1 Đối tượng nghiên cứu 31 2.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 2.2.1 Hóa chất 32 2.2.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 33 2.3 Lấy mẫu, bảo quản xử lý mẫu 33 2.4 Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim nước, trầm tích cá rô phi 37 2.4.1 Khảo sát điều kiện tối ưu cho sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) 37 2.4.2 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nước xác định đồng thời kháng sinh 39 2.4.3 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời kháng sinh 40 2.4.4 Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu cá rô phi xác định đồng thời kháng sinh 41 2.5 Hàm lượng phân bố kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim hồ Hà Nội 42 2.6 Đánh giá nguy hại kháng sinh 43 2.6.1 Xác định hệ số tích tụ kháng sinh trầm tích động vật thủy sinh hồ Hà Nội 43 2.6.2 Ảnh hưởng kháng sinh tới quần thể sinh vật 43 2.7 Đối chứng lại phương pháp 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Tối ưu hóa quy trình phân tích kháng sinh quinolones, sulfonamides trimethoprim nước, trầm tích cá 46 3.1.1 Khảo sát pha động sử dụng cho LC/MS/MS 46 3.1.2 Quy trình xử lý mẫu nước hồ xác định đồng thời kháng sinh 47 3.1.2.1.Tối ưu hóa q trình chiết 47 3.1.2.2 Đối chứng lại phương pháp phân tích 49 3.1.3 Quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời kháng sinh 52 3.1.3.1 Tối ưu hóa q trình chiết 52 3.1.3.2 Đối chứng lại phương pháp 55 3.1.4 Quy trình xử lý mẫu cá xác định đồng thời kháng sinh 58 3.1.4.1 Tối ưu hóa q trình chiết kháng sinh 58 3.1.4.2 Đối chứng lại phương pháp phân tích 61 3.1.5 Kết phân tích mẫu đối chứng 65 3.2 Hàm lượng kháng sinh nước, trầm tích động vật thủy sinh năm hồ Hà Nội 65 3.2.1 Hàm lượng kháng sinh nước hồ 65 3.2.2 Hàm lượng kháng sinh trầm tích 72 3.2.3 Hàm lượng kháng sinh động vật thủy sinh 76 3.3 Sự phân bố nồng độ kháng sinh theo không gian thời gian 80 3.3.1 Sự phân bố nồng độ kháng sinh nước hồ 80 vi 3.3.2 Sự phân bố nồng độ kháng sinh trầm tích 87 3.4 Đánh giá nguy hại kháng sinh 93 3.4.1 Ảnh hưởng kháng sinh quần thể sinh vật nước 93 3.4.2 Ảnh hưởng kháng sinh tới quần thể sinh vật trầm tích 97 3.4.3 Sự tích tụ sinh học kháng sinh động vật thủy sinh 98 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 117 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt A2O Anaerobic Anoxic Oxic Công nghệ gồm q trình yếm khí, thiết khí, hiếu khí AF Assessment factor Hệ số đánh giá AOPs Advanced oxidation processes Phương pháp oxy hóa tiến tiến BAF Bioaccumulation factor Hệ số tích lũy sinh học BSAF BOD5 Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh học sau ngày CAS Convetional Activated Sludge Công nghệ bùn hoạt tính truyền thống CE Capillary electrophoresis Điện di mao quản CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin 10 EC50 Effective concentration Nồng độ ảnh hưởng 50% 11 EMEA 12 ENR Enrofloxacin Enrofloxacin 13 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học 14 FDA Food and Drug Administration Cục Quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ 15 HNK 16 HQ 17 HT Hồ Tây 18 HTB Hồ Trúc Bạch 19 HTL Hồ Thủ Lệ 20 HYS Hồ Yên Sở 21 KOW 22 LC50 23 Biota-sediment accumulation factor European Medicines Evaluation Agency Hệ số tích lũy sinh học trầm tích Tổ chức đánh giá y học Châu Âu Hồ Ngọc Khánh Hazard quotients Thương số nguy hại Octanol - water partition coefficient Hệ số phân bố octanol - nước Lethal concentration Nồng độ gây chết 50% LC/MS/MS Liquid chromatography tandem mass spectrometry Sắc ký lỏng hai lần khối phổ 24 LLE Liquid–liquid extraction Chiết lỏng – lỏng 25 m/z Mass to charge ratio Tỷ số khối lượng điện tích 26 MEC Measured environmental Nồng độ chất ô nhiễm đo viii STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt concentration MDL Method detection limits Giới hạn phát phương pháp MQL Method quantification limits Giới hạn định lượng phương pháp 28 MRL Maximum residue limit Giới hạn dư lượng tối đa 29 MSPD Matrix solid-phase dispersion Phân tán mẫu pha rắn 30 Nd Not detected Không phát thấy 31 NOEC No observed effect concentration Nồng độ ảnh hưởng không quan sát 32 NOR Norfloxacin Norfloxacin 33 OFL Ofloxacin Ofloxacin 34 OHTBL Ốc hồ Trúc Bạch cỡ lớn 35 OHTBN Ốc hồ Trúc Bạch cỡ nhỏ 36 PEC Predicted environmental concentration Nồng độ mơi trường dự đốn 37 PLE Pressurised liquid extraction Chiết lỏng áp cao 38 PNEC Predicted no effect concentration Nồng độ khơng gây tác động dự đốn 39 QNS Quinolones Nhóm kháng sinh quinolone Correlation coefficients Hệ số tương quan 27 40 R 41 RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối 42 SAS Sulfonamides Nhóm kháng sinh sulfonamide 43 SMR Sulfamerazine Sulfamerazine` 44 SMX Sulfamethoxazole Sulfamethoxazole 45 SMZ Sulfamethazine Sulfamethazine 46 SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ 47 SPE Solid phase extraction Chiết pha rắn 48 STZ Sulfathiazole Sulfamethiazole 49 TN Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl) 50 TP Nồng độ photpho tổng số 51 TRI Trimethoprim Trimethoprim 52 USE Ultrasonic-assisted extraction Chiết siêu âm 53 U Measurement uncertainty Độ không đảm bảo đo phương pháp 54 VSV Vi sinh vật ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng tổng hợp tính chất hóa lý kháng sinh họ SAs TRI Bảng 1.2 Bảng tổng hợp tính chất hóa lý kháng sinh họ quinolones Bảng 1.3 Tên cống thải lưu lượng nước thải vào hồ Tây 10 Bảng 2.1 Diện tích,cống tiêu nước hồ Hà Nội 31 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số mẫu lấy năm hồ Hà Nội 34 Bảng 2.3 Thời gian lưu, thông số khối phổ kháng sinh họ SAs, QNs TRI 38 Bảng 3.1 Chế độ chạy gradien pha động kháng sinh QNs, SAs TRI 47 Bảng 3.2 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn hệ số tương quan kháng sinh SAs, TRI QNs mẫu nước 50 Bảng 3.3 Độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo kháng sinh nước 51 Bảng 3.4 Giới hạn phát hiện, phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh nước 51 Bảng 3.5 Hiệu suất thu hồi kháng sinh trạng thái mẫu trầm tích khác 53 Bảng 3.6 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn hệ số tương quan kháng sinh SAs, TRI QNs trầm tích 56 Bảng 3.7 Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, ảnh hưởng mẫu, độ không đảm bảo đo kháng sinh nghiên cứu trầm tích 57 Bảng 3.8 Giới hạn phát phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh trầm tích 58 Bảng 3.9 Khảo sát dung dịch hòa tan cặn loại bỏ chất béo 60 Bảng 3.10 Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn, bình phương hệ số tương quan ảnh hưởng mẫu kháng sinh nghiên cứu mẫu cá 61 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo kháng sinh SAs, QNs, TRI thêm chuẩn mẫu cá trắng nồng độ μg/kg; μg/kg; 10 μg/kg 62 Bảng 3.12 Giới hạn phát phương pháp, giới hạn định lượng phương pháp xác định kháng sinh cá 63 Bảng 3.13 Kết phân tích đối chứng tổng nồng độ kháng sinh nước, cá, trầm tích ốc 64 Bảng 3.14 Sự chênh lệch nồng độ kháng sinh NCS phân tích với nồng độ kháng sinh đo phịng thí nghiêm khác 65 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp nồng độ tần suất phát kháng sinh CIP, ENR, OFL, NOR hồ Hà Nội 67 Bảng 3.16 Bảng tổng hợp nồng độ kháng sinh tần suất phát SMX, STZ, SMZ, SMR, TRI hồ 68 Bảng 3.17 Nồng độ kháng sinh cá rô phi, ốc hồ Trúc Bạch 77 x Bảng 12.P2.Nồng độ kháng sinh mẫu trầm tích lấy vào tháng 11 năm 2014 hồ Tây (μg/Kg) Nồng độ kháng sinh (µg/kg) Mẫu 254-SMX 256-STZ 279-SMZ 291-TRI 320-NOR 332-CIP 362-OFL 265-SRM ENR-360 BHT1 0,40 nd nd nd nd nd nd nd