Tài liệu 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 – 2017 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: 1. GS.TS Huỳnh Trung Hải 2. PGS.TS Nguyễn Quang Trung Hà Nội – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Huỳnh Trung Hải và PGS.TS Nguyễn Quang Trung. Các số liệu, kết quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được cá nhân hay tổ chức khoa học nào công bố trên bất kỳ công trình nào khác trong và ngoài nước. Hà Nội, ngày …… tháng ……. Năm 2017 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 lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Huỳnh Trung Hải, PGS.TS Nguyễn Quang Trung đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thanh Thảo, anh chị em tại phòng Độc Chất Học Môi Trường – Viện Công Nghệ Môi Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ về trang thiết bị, chuyên môn kỹ thuật trong quá trình thực hiện các nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo đã hướng dẫn và đưa ra những ý kiến đóng góp trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các phòng ban, khoa Công nghệ Hóa trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày …. tháng …. năm 2017 Phạm Thị Thanh Yên MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................................. i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................................... IV DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. VI DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................................. VIII MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 3 1.1.Tổng quan về thuốc kháng sinh ................................................................................... 3 1.1.2. Thuốc kháng sinh họ sulfornamides và trimethoprim ................................................. 3 1.1.3. Thuốc kháng sinh họ quinolones ................................................................................. 6 1.2. Tổng quan về hồ Hà Nội và động vật thủy sinh ......................................................... 9 1.2.1. Tổng quan về năm hồ Hà Nội ...................................................................................... 9 1.2.2. Động vật thủy sinh ..................................................................................................... 10 1.3. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh....................................................................... 11 1.3.1. Hiện trạng sử dụng kháng thuốc sinh trên thế giới .................................................... 11 1.3.1.1. Kháng sinh sử dụng cho người ............................................................................... 11 1.3.1.2. Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp .................................................................. 12 1.3.2. Hiện trạng sử dụng thuốc kháng sinh ở Việt Nam .................................................... 13 1.3.2.1. Kháng sinh dùng trong điều trị bệnh ở người ......................................................... 13 1.3.2.2. Kháng sinh sử dụng trong nông nghiệp .................................................................. 14 1.4. Ô nhiễm thuốc kháng sinh và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái ..................... 15 1.4.1. Thuốc kháng sinh trong môi trường .......................................................................... 15 1.4.1.1. Kháng sinh trong môi trường nước ........................................................................ 16 1.4.1.2. Sự tích tụ kháng sinh trong sinh vật, trong đất và trầm tích ................................... 16 1.4.2. Ảnh hưởng của kháng sinh trong môi trường............................................................ 18 1.5. Đánh giá nguy hại môi trường................................................................................... 19 1.5.1. Tích lũy sinh học ....................................................................................................... 19 1.5.2. Độc tính sinh học và thương số nguy hại.............................................................. 20 1.6. Các phương pháp loại bỏ kháng sinh ....................................................................... 23 1.7. Phân tích kháng sinh .................................................................................................. 24 1.7.1. Kỹ thuật xử lý mẫu .................................................................................................... 24 1.7.2. Các phương pháp phân tích kháng sinh ..................................................................... 25 1.7.2.1. Phương pháp ELISA............................................................................................... 25 1.7.2.2. Phương pháp von - ampe ........................................................................................ 26 1.7.2.3. Phương pháp điện di mao quản (CE) ..................................................................... 26 1.7.2.4. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)................................................... 27 1.7.2.5. Phương pháp sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) ...................................... 28 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 30 I 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................. 30 2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ..................................................................................... 31 2.2.1. Hóa chất ..................................................................................................................... 31 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .................................................................................. 32 2.3. Lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu .............................................................................. 32 2.4. Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời kháng sinh quinolones, sulfonamides và trimethoprim trong nước, trầm tích và cá rô phi ...................................................... 35 2.4.1. Khảo sát điều kiện tối ưu cho sắc ký lỏng hai lần khối phổ (LC/MS/MS) ............... 35 2.4.2. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nước xác định đồng thời các kháng sinh ................ 38 2.4.3. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời các kháng sinh .......... 39 2.4.4. Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu cá rô phi xác định đồng thời các kháng sinh .......... 40 2.5. Hàm lượng và sự phân bố kháng sinh quinolones, sulfonamides và trimethoprim trong các hồ của Hà Nội ............................................................................................... 41 2.6. Đánh giá sự nguy hại của kháng sinh ....................................................................... 42 2.6.1. Xác định hệ số tích tụ kháng sinh trong trầm tích và động vật thủy sinh của hồ Hà Nội .................................................................................................................................. 42 2.6.2. Ảnh hưởng của kháng sinh tới quần thể sinh vật ...................................................... 42 2.7. Thẩm định phương pháp ........................................................................................... 43 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 45 3.1. Tối ưu hóa quy trình phân tích kháng sinh quinolones, sulfonamides và trimethoprim trong nước, trầm tích và cá.................................................................. 45 3.1.1. Khảo sát pha động sử dụng cho LC/MS/MS ............................................................. 45 3.1.2. Quy trình xử lý mẫu nước hồ xác định đồng thời các kháng sinh ............................... 46 3.1.2.1.Tối ưu hóa quá trình chiết........................................................................................ 46 3.1.2.2. Thẩm định phương pháp phân tích ......................................................................... 48 3.1.3. Quy trình xử lý mẫu trầm tích xác định đồng thời các kháng sinh ........................... 51 3.1.3.1. Tối ưu hóa quá trình chiết....................................................................................... 51 3.1.3.2. Thẩm định phương pháp ......................................................................................... 54 3.1.4. Quy trình xử lý mẫu cá xác định đồng thời kháng sinh............................................. 57 3.1.4.1. Tối ưu hóa quá trình chiết kháng sinh .................................................................... 57 3.1.4.2. Thẩm định phương pháp phân tích ........................................................................ 60 3.1.5. Kết quả phân tích mẫu đối chứng .............................................................................. 64 3.2. Hàm lượng kháng sinh trong nước, trầm tích và động vật thủy sinh ở năm hồ của Hà Nội ............................................................................................................................ 65 3.2.1. Hàm lượng kháng sinh trong nước hồ ....................................................................... 65 3.2.2. Hàm lượng kháng sinh trong trầm tích ...................................................................... 71 3.2.3. Hàm lượng kháng sinh trong động vật thủy sinh ...................................................... 75 3.3. Sự phân bố nồng độ kháng sinh theo không gian và thời gian............................... 80 II 3.3.1 Sự phân bố nồng độ kháng sinh trong nước hồ .......................................................... 80 3.3.2. Sự phân bố nồng độ kháng sinh trong trầm tích ........................................................ 87 3.4. Đánh giá sự nguy hại của kháng sinh ....................................................................... 92 3.4.1. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với quần thể sinh vật trong nước ............................. 92 3.4.2. Ảnh hưởng của kháng sinh tới quần thể sinh vật trong trầm tích .............................. 96 3.4.3. Sự tích tụ sinh học của kháng sinh trong động vật thủy sinh .................................... 97 3.5. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm kháng sinh trong các hồ Hà Nội ......... 99 3.5.1. Giải pháp quản lý....................................................................................................... 99 3.5.2. Giải pháp kỹ thuật ................................................................................................... 101 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 109 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 124 PHỤ LỤC……………………………………………………………………………..….132 III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 1 A2O Anaerobic Anoxic Oxic Công nghệ gồm 3 quá trình yếm khí, thiết khí, hiếu khí 2 AF Assessment factor Hệ số đánh giá 3 AOPs Advanced oxidation processes Phương pháp oxy hóa tiến tiến 4 BAF Bioaccumulation factor Hệ số tích lũy sinh học 5 BOD5 Biological Oxygen Demand 6 CAS Convetional Activated Sludge Công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính truyền thống dạng liên tục 7 CE Capillary electrophoresis Điện di mao quản 8 CIP Ciprofloxacin Ciprofloxacin 9 EC50 Effective concentration Nồng độ ảnh hưởng 50% 10 EMEA European Medicines Evaluation Agency Tổ chức đánh giá y học Châu Âu 11 ENR Enrofloxacin Enrofloxacin 12 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học 13 FDA Food and Drug Administration Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ 14 HNK 15 HQ 16 HT Hồ Tây 17 HTB Hồ Trúc Bạch 18 HTL Hồ Thủ Lệ 19 HYS Hồ Yên Sở 20 KOW 21 LC50 22 Nhu cầu oxy hóa sinh học sau 5 ngày 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 23 LLE Liquid–liquid extraction Chiết lỏng – lỏng 24 m/z Mass to charge ratio 25 MEC Measured environmental concentration IV Tỷ số giữa khối lượng trên điện tích Nồng độ chất ô nhiễm đo được STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt 26 MDL Method detection limits Giới hạn phát hiện của phương pháp 27 MQL Method quantification limits Giới hạn định lượng của phương pháp MRL Maximum residue limit Giới hạn dư lượng tối đa 28 MSPD Matrix solid-phase dispersion Phân tán mẫu pha rắn 29 Nd Not detected Không phát hiện thấy 30 NOEC No observed effect concentration Nồng độ ảnh hưởng không quan sát được 31 NOR Norfloxacin Norfloxacin 32 OFL Ofloxacin Ofloxacin 33 OHTBL Ốc hồ Trúc Bạch cỡ lớn 34 OHTBN Ốc hồ Trúc Bạch cỡ nhỏ 35 PEC Predicted environmental concentration Nồng độ môi trường được dự đoán 36 PLE Pressurised liquid extraction Chiết lỏng áp cao 37 PNEC Predicted no effect concentration Nồng độ không gây tác động được dự đoán 38 QNS Quinolones Nhóm kháng sinh quinolone 39 R2 Correlation coefficients Hệ số tương quan 40 RSD Relative standard deviation Độ lệch chuẩn tương đối 41 SAS Sulfonamides Nhóm kháng sinh sulfonamide 42 SMR Sulfamerazine Sulfamerazine` 43 SMX Sulfamethoxazole Sulfamethoxazole 44 SMZ Sulfamethazine Sulfamethazine 45 SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ 46 SPE Solid phase extraction Chiết pha rắn 47 STZ Sulfathiazole Sulfamethiazole 48 TN Nồng độ N tổng số (nitơ Kjeldahl) 49 TP Nồng độ photpho tổng số 50 TRI Trimethoprim Trimethoprim 51 USE Ultrasonic-assisted extraction Chiết siêu âm 52 U Measurement uncertainty Độ không đảm bảo đo của phương pháp 53 VSV Vi sinh vật V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của kháng sinh họ SAs và TRI ........................... 5 Bảng 1.2. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của các kháng sinh họ quinolones ...................... 8 Bảng 1.3. Tên các cống thải và lưu lượng nước thải vào hồ Tây ......................................... 9 Bảng 2.1. Diện tích,cống tiêu và thoát nước của 5 hồ Hà Nội ............................................ 30 Bảng 2.2. Bảng tổng hợp số mẫu lấy tại năm hồ Hà Nội .................................................... 33 Bảng 2.3. Thời gian lưu, thông số khối phổ của các kháng sinh họ SAs, QNs và TRI ...... 37 Bảng 3.1. Chế độ chạy gradien pha động đối với kháng sinh QNs, SAs và TRI ............... 46 Bảng 3.2. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan của các kháng sinh SAs, TRI và QNs trên nền mẫu nước ........................................................... 49 Bảng 3.3. Độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo của các kháng sinh trong nước ....................................................................................................................... 50 Bảng 3.4. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác định kháng sinh trong nước ............................................................................................ 50 Bảng 3.5. Hiệu suất thu hồi của kháng sinh ở trạng thái mẫu trầm tích khác nhau ............ 52 Bảng 3.6. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn và hệ số tương quan của kháng sinh SAs, TRI và QNs trên nền trầm tích ....................................................................... 55 Bảng 3.7. Hiệu suất thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, ảnh hưởng của nền mẫu, độ không đảm bảo đo của kháng sinh nghiên cứu trong trầm tích ................................................. 56 Bảng 3.8. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác định kháng sinh trong trầm tích ...................................................................................... 57 Bảng 3.9. Khảo sát dung dịch hòa tan cặn và loại bỏ chất béo ........................................... 59 Bảng 3.10. Khoảng tuyến tính, phương trình đường chuẩn, bình phương hệ số tương quan và ảnh hưởng nền mẫu của các kháng sinh nghiên cứu trên nền mẫu cá ....................... 60 Bảng 3.11. Bảng tổng hợp độ thu hồi, độ lệch chuẩn tương đối, độ không đảm bảo đo của kháng sinh SAs, QNs, TRI thêm chuẩn trên nền mẫu cá trắng nồng độ 1 μg/kg; 5 μg/kg; 10 μg/kg .......................................................................................................................... 61 Bảng 3.12. Giới hạn phát hiện của phương pháp, giới hạn định lượng của phương pháp xác định kháng sinh trong cá ................................................................................................. 62 Bảng 3.13. Kết quả phân tích đối chứng tổng nồng độ kháng sinh trong nước, cá, trầm tích và ốc ................................................................................................................................ 63 Bảng 3.14. Sự chênh lệch giữa nồng độ kháng sinh NCS phân tích với nồng độ kháng sinh đo ở phòng thí nghiêm khác............................................................................................ 64 Bảng 3.15. Bảng tổng hợp nồng độ và tần suất phát hiện kháng sinh CIP, ENR, OFL, NOR trong các hồ Hà Nội ........................................................................................................ 68 Bảng 3.16. Bảng tổng hợp nồng độ kháng sinh và tần suất phát hiện SMX, STZ, SMZ, SMR, TRI trong các hồ ................................................................................................... 69 Bảng 3.17. Nồng độ kháng sinh trong trầm tích của hồ Tây .............................................. 71 VI Bảng 3.18. Nồng độ kháng sinh trong trầm tích hồ Trúc Bạch .......................................... 72 Bảng 3.19. Nồng độ kháng sinh trong cá rô phi, ốc của hồ Trúc Bạch .............................. 76 Bảng 3.20. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh trong ốc theo thời gian .................................. 76 Bảng 3.21. Nồng độ kháng sinh trong cá rô phi tại hồ Ngọc Khánh, hồ Thủ lệ, hồ Yên Sở và hồ Tây của Hà Nội ..................................................................................................... 77 Bảng 3.22. Hệ số octanol - nước (KOW), hệ số hấp phụ (Kd) của các kháng sinh nghiên cứu trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch ......................................................................... 87 Bảng 3.23. Nồng độ kháng sinh trong mẫu trầm tích lấy vào tháng 6 năm 2015 tại hồ Tây (μg/kg) ............................................................................................................................ 90 Bảng 3.24. Nồng độ kháng sinh nghiên cứu trong mẫu bùn lấy tháng 6 năm 2015 tại hồ Trúc Bạch (μg/kg bùn khô) ............................................................................................. 91 Bảng 3.25. Giá trị EC50 (mg/L) ở vi khuẩn, tảo, động vật không xương sống và cá của các kháng sinh họ QNs, SAs và TRI ..................................................................................... 94 Bảng 3.26. Thương số nguy hại của các kháng sinh nghiên cứu trong nước HT và HTB . 95 Bảng 3.27. Thương số nguy hại (HQs) của các kháng sinh trong trầm tích HT, HTB ....... 96 Bảng 3.28. Hệ số tích tụ sinh học trung bình (BAF) của các kháng sinh ........................... 98 VII DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Tổng lượng kháng sinh tiêu thụ ở một số quốc gia năm 2000 và 2010 .............. 12 Hình 1.2.Tổng kháng sinh sử dụng tại 15 bệnh viện Việt Nam năm 2008 ......................... 14 Hình 2.1. Công thức cấu tạo của vật liệu làm cột Oasis HLB ............................................ 31 Hình 2.2. Cột chiết pha rắn Water Oasis® PlusHLB ......................................................... 31 Hình 2.3. Cột chiết pha rắn Water Oasis HLB 6cc, 200mg ................................................ 31 Hình 2.4. Thiết bị LC/MS-MS TSQ Quantum Access của hãng Thermo .......................... 32 Hình 2.5. Vị trí lấy mẫu nước ở hồ Ngọc Khánh, hồ Thủ Lệ và hồ Yên Sở ..................... 34 Hình 2.6. Vị trí lấy mẫu nước và trầm tích của hồ Tây và hồ Trúc Bạch ........................... 34 Hình 2.7. Sắc đồ khối phổ ion mẹ của kháng sinh ciprofloxacin ....................................... 36 Hình 2.8. Sắc đồ khối phổ ion con của kháng sinh TRI .................................................... 37 Hình 2.9. Sơ đồ xác định đồng thời kháng sinh QNs, SAs, TRI trong nước ...................... 39 Hình 2.10. Quy trình phân tích kháng sinh trong trầm tích ................................................ 40 Hình 2.11. Sơ đồ xác định đồng thời kháng sinh QNs, SAs, TRI trong động vật thủy sinh ............................................................................................................................. 41 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn cường độ tín hiệu của kháng sinh họ QNS, SAS, TRI ở điều kiện pha động khác nhau với nồng độ chất chuẩn là 25 µg/L .................................... 45 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thể tích mẫu chiết đến cường độ tín hiệu kháng sinh SAs, TRI 47 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thể tích mẫu chiết đến cường độ tín hiệu kháng sinh QNs ....... 47 Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH mẫu tới hiệu suất thu hồi kháng sinh họ SAS ..................... 48 Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH mẫu tới hiệu suất thu hồi kháng sinh họ QNS và TRI ........ 48 Hình 3.6. Quy trình phân tích kháng sinh trong nước hồ ................................................... 51 Hình 3.7. Ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất thu hồi kháng sinh ................................ 53 Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất chiết kháng sinh SAs, TRI và QNs trong mẫu trầm tích .............................................................................................................. 54 Hình 3.9. Sắc đồ phân tích kháng sinh SMX và TRI trong trầm tích nồng độ 0,5 μg/L .... 55 Hình 3.10. Sơ đồ phân tích đồng thời kháng sinh SAs, QNs, TRI trong trầm tích ............ 57 Hình 3.11. Ảnh hưởng của môi trường axit tới hiệu suất thu hồi kháng sinh trong cá rô phi ............................................................................................................................. 58 Hình 3.12. Quy trình phân tích kháng sinh trong cá ........................................................... 62 Hình 3.13. Nồng độ trung vị của các kháng sinh trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch 73 Hình 3.14. Mối quan hệ giữa nồng độ kháng sinh trong nước với trầm tích của hồ Tây ... 75 Hình 3.15. Mối quan hệ giữa tổng nồng độ kháng sinh trong nước với trầm tích của HTB ............................................................................................................................. 75 Hình 3.16. Mối quan hệ giữa tổng nồng độ kháng sinh trong nước và trong cá của HTL . 78 Hình 3.17. Mối quan hệ giữu tổng kháng sinh trong nước với kháng sinh trong cá và ốc của HTB .............................................................................................................. 79 VIII Hình 3.18. Mối quan hệ giữu tổng kháng sinh trong trầm tích với kháng sinh trong cá và ốc của HTB ......................................................................................................... 79 Hình 3.19. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tổng nồng độ kháng sinh trong nước theo vị trí lấy mẫu của hồ Tây vào T9/2014, T11/2014, T3/2015 và T6/2015 ......................... 80 Hình 3.20. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi tổng nồng độ kháng sinh trong nước theo vị trí lấy mẫu của hồ Trúc Bạch vào T9/2014, T11/2014, T3/2015 và T6/2015 ............... 81 Hình 3.21. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của Hồ Tây ............................. 82 Hình 3.22. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Trúc Bạch ................... 83 Hình 3.23. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Thủ Lệ ........................ 83 Hình 3.24. Sự biến đổi nồng độ kháng sinh theo thời gian của hồ Ngọc Khánh ................ 83 Hình 3.25. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và nồng độ từng kháng sinh trong nước hồ Tây .... 84 Hình 3.26. Mối quan hệ giữa nhiệt độ với tổng nồng độ kháng sinh trong nước hồ Tây ... 85 Hình 3.27. Mối quan hệ giữa nồng độ các kháng sinh trong nước hồ Tây với lượng mưa 86 Hình 3.28. Sự biến đổi kháng sinh trong trầm tích hồ Tây theo thời gian.......................... 89 Hình 3.29. Sự biến đổi kháng sinh trong trầm tích hồ Trúc Bạch theo thời gian ............... 91 Hình 3.30. Tổng nồng độ kháng sinh trong trầm tích hồ Tây và hồ Trúc Bạch ................. 92 Hình 3.31. Thương số nguy hại trong nước của các kháng sinh ở hồ Hà Nội .................... 95 Hình 3.32. Thương số nguy hại trong trầm tích của các kháng sinh ở hồ Tây và hồ Trúc Bạch .................................................................................................................... 97 Hình 3.33. Mối quan hệ giữa logBAF trong cá rô phi và ốc với logKow của các kháng sinh ở HTB.................................................................................................................. 98 Hình 3.34. Mối quan hệ giữa logBAF trong cá rô phi với logKow của các kháng sinh ở HNK .................................................................................................................... 99 Hình 3.35. Sơ đồ cải tạo hệ thống xử lý nước thải đô thị của thành phố Hà Nội ............. 102 Hình 3.36. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải đô thị tại Hà Nội ........................................... 106 IX MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Kháng sinh đóng vai trò vô cùng quan trọng, nhờ có kháng sinh mà con người đã thoát khỏi nhiều bệnh tật hiểm nghèo, còn với động vật chúng không chỉ được dùng trong phòng và điều trị bệnh tật mà còn dùng để kích thích tăng trưởng. Tuy nhiên với sự hạn chế về hiểu biết và nhận thức, kháng sinh được xem là thần dược, nên con người đã sử dụng kháng sinh quá mức, với lượng tiêu thụ hàng năm trên thế giới khoảng 100.000 đến 200.000 tấn [58]. Kháng sinh sau khi đi vào cơ thể người sẽ có khoảng 30 - 90% các chất được đào thải qua phân hoặc nước tiểu [161]. Đối với động vật khoảng 50 - 90% lượng dùng sẽ được đào thải, trong đó thành phần thuốc ban đầu là 9 - 30% tùy thuộc vào hình thức sử dụng thuốc, tuổi và loài động vật [57]. Trong môi trường tự nhiên một số kháng sinh dễ dàng bị phân hủy như penicillin, nhưng một số nhóm lại khó bị phân hủy như fluoroquinolones và tetracyclines, do đó chúng tồn tại lâu, lan truyền trong môi trường hoặc có thể được tích lũy trong sinh vật và trầm tích. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện thấy sự có mặt của kháng sinh trong môi trường nước (nước thải, nước mặt, nước ngầm và nước uống), trong phân thải của động vật, trong đất, trong trầm tích và trong động vật thủy sinh có những nơi nồng độ lên đến vài trăm mg/L hoặc mg/kg trọng lượng khô. Kháng sinh tồn lưu trong môi trường, thậm chí ở nồng độ thấp chưa gây ảnh hưởng tức thời tới sinh vật, nhưng sự tiếp xúc lâu dài của sinh vật với kháng sinh và các chất chuyển hóa của chúng có thể dẫn đến sự tích tụ trong các mô và gây tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến quần thể sinh vật. Đặc biệt là sự tiếp xúc lâu dài với kháng sinh sẽ dẫn đến sự tiến hóa của các vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn thông thường, sự biến đổi di truyền và chuyển giao kháng thuốc kháng sinh (ARGs). Đây là vấn đề được các nhà khoa học trên thế giới cũng như Việt Nam quan tâm, nó đã được Tổ chức Y tế Thế giới xếp là một trong ba mối đe dọa nghiêm trọng nhất đối với sức khoẻ cộng đồng trong thế kỷ 21. Trong số các nhóm ô nhiễm hóa học mới nổi, kháng sinh được xếp vào nhóm nguy cơ ưu tiên. Sulfonamides (SAs), trimethoprim (TRI) và quinolones (QNs) là những kháng sinh phổ rộng, chúng được sử dụng phổ biến trong y học ở người, thú y và nuôi trồng thuỷ sản, nhằm mục đích ngăn ngừa hoặc điều trị nhiễm khuẩn [90, 150]. Chúng được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam bởi giá thành rẻ, có khả năng chống lại một số bệnh nhiễm khuẩn thông thường và có hiệu quả cao trong việc thúc đẩy tăng trưởng ở động vật. Các kháng sinh này có thời gian bán hủy dài nên chúng đã được phát hiện thấy ở nồng độ cao trong nhiều môi trường khác nhau trên thế giới như Trung quốc, Địa Trung Hải, Ý, Việt Nam. Do đó luận án đã lựa chọn kháng sinh SAs, QNs và TRI làm đối tượng nghiên cứu. Hà Nội với mạng lưới các hồ dày đặc, chúng tạo nên cảnh quan đặc trưng của thành phố và góp phần không nhỏ trong việc điều hòa khí hậu vùng. Bên cạnh đó các sông hồ Hà Nội được đánh giá là rất phong phú và đa dạng về các chủng loại sinh vật, nơi đây tập trung hàng trăm nghìn các nguồn gen quí hiếm của đất nước. Nhưng theo kết quả báo cáo 1 về hồ Hà Nội năm 2015 cho thấy trong 30 hồ nghiên cứu có 6 hồ ô nhiễm rất nặng, 8 hồ ô nhiễm nặng và 11 hồ có dấu hiệu ô nhiễm [8], mà nguyên nhân chính là do các hồ thường xuyên tiếp nhận nước thải. Các nguồn nước thải này gồm nước thải bệnh viện, nước thải sinh hoạt và một phần nước thải chăn nuôi chưa được xử lý hoặc xử lý không triệt để nên đã và đang là nguy cơ ô nhiễm kháng sinh trong các hồ. Chính vì vậy nghiên cứu đã tiến hành đánh giá dư lượng một số chất kháng sinh trong nước, trầm tích, cá rô phi đen (Oreochromis mossambicus) và ốc nhồi (Pila polita) trong một số hồ Hà Nội. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Tối ưu hóa quy trình phân tích đồng thời ba nhóm kháng sinh quinolones, sulfonamides và trimethoprim trong nước, trầm tích và cá rô phi. - Xác định hàm lượng kháng sinh trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc tại hồ Tây, hồ Trúc Bạch, hồ Thủ Lệ, hồ Ngọc Khánh và hồ Yên Sở. - Bước đầu đánh giá sự nguy hại của kháng sinh với sinh vật trong nước, trầm tích. - Đề xuất phương pháp xử lý nước thải có chứa kháng sinh và các chất dược phẩm khác. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là hàm lượng kháng sinh SAs, QNs và TRI trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc tại 5 hồ của Hà Nội - Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường (lấy mẫu, bảo quản mẫu, khảo sát hiện trạng các hồ), trong phòng thí nghiệm (xử lý mẫu và phân tích trên sắc ký lóng hai lần khối phổ LC/MS/MS) để xác định hàm lượng kháng sinh trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc tại 5 hồ của Hà Nội; sử dụng phương pháp thống kê để xử lý số liệu phân tích; phương pháp kế thừa các số liệu thu thập được trong các tài liệu và các kết quả đã được nghiên cứu; phương pháp đánh giá dựa trên các số liệu thực nghiệm đo được để rút ra các kết luận. Ý nghĩa khoa học và 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 và trimethoprim. - Đánh giá được hiện trạng ô nhiễm kháng sinh trong 5 hồ Hà Nội, trên cơ sở đó xác định nguyên nhân và đề xuất một số biện pháp giảm thiểu nồng độ kháng sinh vào hồ. - Bước đầu nghiên cứu khả năng tích tụ kháng sinh trong ốc và cá rô phi qua hệ số tích lũy sinh học để đưa ra các khuyến cáo với người dân trong sử dụng ốc và cá rô ở các hồ có nguồn nước thải vào làm thực phẩm. - Dự đoán được loại kháng sinh có nguy cơ ảnh hưởng mạnh tới quần thể sinh trong năm hồ Hà Nội thông qua thương số nguy hại HQ. Những điểm mới của luận án - Đây là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam đưa ra những kết quả về ô nhiễm một số họ kháng sinh QNs, SAs, TRI trong nước, trầm tích, cá rô phi và ốc ở các hồ Hà Nội. - Đã đưa ra kết quả dự báo về mức độ ảnh hưởng của các kháng sinh QNs, SAs, TRI đối với quần thể sinh vật trong nước và trầm tích của 5 hồ Hà Nội. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan về thuốc kháng sinh Kháng sinh được phát hiện đầu tiên vào năm 1928 do Alexander Flemming, sau này các nhà khoa học đã nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng chúng trong phòng và điều trị bệnh. Năm 1942 Waksman đã đưa ra khái niệm đầu tiên về kháng sinh “Một chất kháng sinh hay một hợp chất có tính kháng sinh là một chất do các vi sinh vật sản xuất ra, có khả năng ức chế sự phát triển hoặc thậm chí tiêu diệt các vi khuẩn khác”. Hiện nay kháng sinh không chỉ được chiết tách từ động vật hoặc thực vật mà còn được tổng hợp, vì vậy giới y học đã đưa ra một khái niệm kháng sinh hoàn chỉnh hơn “Thuốc kháng sinh là những chất có nguồn gốc vi sinh vật, được bán tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học. Với liều thấp có tác dụng kìm hãm hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh” [6]. Cơ chế tác động của kháng sinh là ức chế quá trình tổng hợp của vi khuẩn (vỏ); ức chế chức năng của màng tế bào; ức chế quá trình sinh tổng hợp protein; ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic; ức chế tổng hợp acid folic (kháng chuyển hóa) [26, 85]. Có nhiều cách phân loại kháng sinh khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu và cách sử dụng nhưng phổ biến hơn cả là dựa vào cấu tạo hóa học. Dựa vào cấu trúc hóa học kháng sinh được chia thành 9 nhóm sau [6]: Kháng sinh -lactam; Kháng sinh aminoglycosid (gọi tắt là aminosid); Kháng sinh tetracyclin; Nhóm phenicol; Kháng sinh macrolid; Kháng sinh lincosamid; Kháng sinh peptid; Kháng sinh quinolones; Nhóm Co – trimoxazol. Ở Việt Nam, trong các nhóm kháng sinh sử dụng cho người thì -lactam được sử dụng nhiều nhất chiếm tới 87,5% tổng lượng kháng sinh kế đến là ST-mixture 5,7%, SAx và QNs là 2 họ kháng sinh tồn dư nhiều nhất trong thực phẩm [16]. Trong môi trường các kháng sinh họ -lactam dễ bị phân hủy còn các kháng sinh sulfonamides, quinolones và TRI có độ bền cao. Vì vậy nghiên cứu đã lựa chọn kháng sinh TRI và một số kháng sinh họ QNs (CIP, ENR, NOR, OFL), SAs (SMX, SMZ, STZ, SMR) để đánh giá nồng độ trong nước, trầm tích và động vật thủy sinh của các hồ Hà Nội. 1.1.2. Thuốc kháng sinh họ sulfornamides và trimethoprim Kháng sinh họ sulfonamides (SAs) là những kháng sinh nằm trong nhóm Co – trimoxazol, có tác nhân kháng khuẩn tổng hợp. Các dẫn xuất của sulfanilamide không chỉ được sử dụng chủ yếu trong nuôi trồng thủy sản và chăn nuôi thâm canh mà còn được dùng để chữa bệnh cho con người. Trước kia sulfonamides là một trong những họ kháng khuẩn tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, đứng thứ hai sau kháng sinh họ tetracycline được sử dụng trong thú y ở các nước Châu Âu với lượng tiêu thụ khoảng 11-23% [97]. Hiện nay nhiều loại vi khuẩn trước đây nhạy cảm với SAs nhưng đã kháng lại thuốc và việc tìm ra những kháng sinh hiệu quả hơn đã làm giảm bớt sự hữu dụng của các sulfonamides. Ở các nước phát triển sulfonamides ít được sử dụng trên người, nhưng ở các quốc gia phát triển 3 như Việt Nam chúng vẫn được sử dụng thường xuyên do giá thành rẻ (Macrolides là 1-3 USD/viên, trong khi sulfonamides là 2 cent/viên tại Việt Nam) [131]. Sulfonamides bài tiết ra từ người và động vật dưới dạng hóa chất ban đầu hoặc các chất chuyển hóa chủ yếu là N-acetyl hóa (với acetyl hóa xảy ra ở nhóm amin thơm) [150]. Chúng cũng như các kháng sinh khác khi tồn dư trong môi trường gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng ở người như có khả năng gây dị ứng, tạo các phản ứng độc hại, sinh ra các vi khuẩn kháng thuốc hay SAs còn được dự báo là chất có nguy cơ gây ung thư [141]. Cấu trúc phân tử của kháng sinh họ sulfornamides tương tự như axít p-aminobenzoic (PABA) gồm có một nhóm amin (-NH2) và một nhóm sulfonamide (-SO2NH-) [26]. Do đó chúng là những chất lưỡng tính với đặc điểm của axit yếu và kiềm yếu, giá trị pKa1 trong khoảng từ 2 đến 2,5 và pKa2 từ 5 đến 8, tương ứng với nhận proton ở nhóm anilin và khử proton của nhóm sulfonylamido. Như vậy SAs tích điện dương khi môi trường axit (pH <2), trung tính khi pH từ 2 đến dưới 5, điện tích âm ở pH trên 5 [150]. Tính chất của một số kháng sinhh SAs: Sulfathiazole (STZ) tan ít trong nước, methylen cloride, khó tan trong ethanol 96% và chloroform, tan trong dung kiềm và dung dịch axít vô cơ loãng. Nó ổn định, không tương thích với các tác nhân oxy hóa mạnh, nhạy cảm với nhiệt, không khí và ánh sáng trong thời gian lưu trữ lâu dài. Ngày nay, thỉnh thoảng STZ vẫn còn được sử dụng kết hợp với sulfabenzamide và sulfacetamise để điều trị cho gia súc nhưng không còn được sử dụng trong con người. Sulfamethazine (SMZ) khó tan trong ethanol 96%, tan nhiều trong nước, aceton và dung dịch axít vô cơ loãng, độ tan tăng lên khi tăng pH. Nó bị phân hủy 20% sau 180 ngày trong trầm tích [19]. Sulfamethoxazole (SMX) tan trong nước và ít tan chloroform, ethanol 96%, tan tự do trong aceton, dung dịch kiềm và axít loãng. Ở các quốc gia đang phát triển nó thường được sử dụng để điều trị bệnh ở người và khi đào thải ra bên ngoài có khoảng 15% SMX ở dạng ban đầu [29]. Kháng sinh SMX tồn lưu lâu trong môi trường, có thời gian bán hủy là trên 365 ngày [146] Sulfamerazine (SMR) là một sulfonamid thường được sử dụng trong thuốc thú y, để điều trị và ngăn ngừa bệnh truyền nhiễm như tiêu hóa và hô hấp nhiễm trùng và thúc đẩy tăng trưởng của vật nuôi và cá [85]. Sulfamerazine bị hấp thụ mạnh trong tubuli thận và lượng bài tiết qua nước tiểu là rất ít, nên khả năng đào thải ra của sulfamerazine là rất chậm. Vì vậy các nghiên cứu hiện nay đã được chỉ định để điều tra tác động của sulfamerazine về gan, thận và huyết thanh học [136]. Trong thực tế, một số sulfonamides thường được kết hợp với diaminopyrimidines tổng hợp (nhóm Co – trimoxazol ) như baquiloprim, ormetoprim đặc biệt là trimethoprim để làm giảm độc tính và tăng khả năng hoạt động. Kháng sinh TRI là chất tĩnh khuẩn khi dùng một mình, khi phối hợp với sulfonamides cho tác dụng sát khuẩn, nó rất ít tan trong nước (độ tan trong nước khoảng 0,04%), tan tốt trong ethanol, tan vừa trong methanol. Nó 4 được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiễm trùng đường hô hấp, nhiễm trùng đường tiểu nặng và nhiễm khuẩn đường ruột [130]. Trimethoprim chuyển hóa ở gan và thải trừ qua thận khoảng 50% ở dạng hoạt chất ban đấu [146]. Nó có độ bền tương đối cao với thời gian bán hủy trong môi trường 20 – 100 ngày [146], loại bỏ không đáng kể trong hệ thống xử lý nước thải, vì vậy đây cũng là một chất đáng lo ngại đối với môi trường sinh thái. Bảng 1.1. Bảng tổng hợp tính chất hóa lý của kháng sinh họ SAs và TRI [19, 129, 135, 136] Tên kháng sinh Công thức cấu tạo Sulfathiazole 4-amino-N-(1,3-thiazol-2-yl) benzenesulfonamide Tính chất hóa lý Công thức hóa học: C9H9N3O2S2 (M =255,319) Độ hòa tan trong nước: 373mg/L pKa1=2,01-2,08; pKa2=7,07-7,50 logKow = 0,05 Công thức hóa học: C12H14N4O2S Sulfamethazine 4-amino-N-(4,6dimethylpyrimidin-2-yl) benzenesulfonamide. (M=278,34 g/mol) Độ hòa tan: 1500 mg/L pKa1=2,65; pKa2=7,65 log Kow=0,89 Công thức hóa học: C10H11N3O3S; (M=253,279 g/mol ) Độ hòa tan trong nước 1382 mg/L pKa1=1,4±0,1;pKa2=6,4±0,5 logKow = 0,89 Sulfamethoxazole 4-amino-N-(5-methylisoxazol3-yl)-benzenesulfonamide. Sulfamerazine 4-methyl-2sulfanilamidopyrimidine4 5 Công thức hóa học: C11H12N4O2S (M=264,30358 g/mol) Độ hòa tan trong nước: 202 mg/L pKa1=1,58-2,22; pKa2=6,77-7,15 logKow =0,14; Tên kháng sinh Công thức cấu tạo Tính chất hóa lý Công thức hóa học: C14H18N4O3 (M = 290,3 g/mol) Độ hòa tan trong nước 400 mg/L pKa1 = 3,23; pKa2 =6,76 Log Kow=0,91 Trimethoprim 5-(3,4,5-trithoxybenzyl) pyrimidine-2,4-diamane 1.1.3. Thuốc kháng sinh họ quinolones Kháng sinh họ quinolones (QNs) không có nguồn gốc tự nhiên, được điều chế bằng phương pháp tổng hợp. Hoạt động của chúng được dựa trên sự ức chế sự hoạt động của các enzyme DNA gyrase hoặc topoisomerase II, topoisomerase IV trong vi khuẩn [66, 67, 68]. Cơ chế này cũng có thể ảnh hưởng đến nhân bản tế bào ở động vật có vú. Nghiên cứu gần đây đã chứng minh sự tương quan giữa khả năng gây độc tế bào động vật có vú của các quinolones và cảm ứng của micronuclei, nhưng cơ chế gây độc như thế nào thì vẫn chưa được biết. Ngoài ra chúng còn có khả năng gây sẩy thai khi sử dụng cho động vật mang thai, rối loạn phát triển sương, sụn (gót asin ở người). Trong cấu trúc phân tử, các kháng sinh quinolones thế hệ thứ nhất gồm chủ yếu là axít oxolinic và axít nalidixic (chứa nhóm cacboxyl) nên các hợp chất có tính axít, có hiệu lực chống lại các vi khuẩn gram âm. Còn đối các kháng sinh QNs thế hệ thứ hai trong phân tử có chứa một nguyên tử flo ở vị trí C-3 và một nhóm piperazinyl ở vị trí C-7 nên có tính bazơ, chúng có khả năng chống lại các vi khuẩn gram dương và gram âm [106]. Như vậy, QNs có thể được chia thành hai nhóm theo tính chất axít-bazơ. Quinolones có tính axít giá trị pKa trong khoảng từ 6,0 đến 6,9 và ở môi trường axít chúng ở dạng trung tính. Ngược lại, các quinolones piperazinyl có hai hằng số phân ly pKa1 và pKa2 nằm trong khoảng 5,5 6,3 và 7,6 - 8,5, tương ứng [26]. Trong môi trường axít fluoroquinolone tồn tại ở dạng cation, đó là điều quan trọng để giữ chúng trong các cột chiết, còn các quinolone có tính axit không tích điện trong dung dịch và ít được giữ lại trên cột C18. Trong môi trường kiềm, dạng anion của cả hai nhóm quinolones được giữ lại trong cột HLB kém hơn so với dạng cation, zwitterionic và trung tính, nhưng chúng có thể được giữ lại trên cột SAX tốt. Điều này quan trọng để thực hiện quá trình chiết mẫu ở môi trường axit mạnh, xa giá trị pKa của các chất kháng sinh và đảm bảo dạng tồn tại của chúng theo ý muốn. Tuy nhiên ở môi trường axit quá mạnh thì không thích hợp cho quá trình làm giàu mẫu [46]. Các kháng sinh QNs hấp thụ không hoàn toàn trong cơ thể sinh vật và con người, nên sau khi sử dụng chúng sẽ bị đào thải ra ngoài qua đường nước tiểu và phân dưới dạng ban đầu từ 30 – 85% [63]. Trong môi trường tự nhiên, kháng sinh QNs tương đối bền 6 nhiệt, ít bị thủy phân và khó bị phân hủy bởi sinh vật nhưng bị phân hủy bởi ánh sáng tử ngoại ( <330nm) [45], một số chất không bền trong không khí ẩm, thời gian bán hủy trong nước tinh khiết đối với CIP và NOR là 90 phút và 105 phút tương ứng. Tuy nhiên, trong trầm tích floquinonol tương đối ổn định do chúng có thể bị hấp phụ lên các hạt rắn, như axít oxolinic và flumequine có thể được giữ lại trong trầm tích từ 9,5 - 15 và 3,6 - 6,4 ngày tương ứng [131]. Trong môi trường pH từ 6 đến 8 chúng hòa tan trong nước ít nhưng tan tốt trong chất béo và dung môi hữu cơ, do đó có thể thâm nhập vào các mô [54]. Trong hệ thống xử lý nước thải, fluoroquinolones được loại bỏ một lượng lớn (79-87%) do chúng có khả năng hấp phụ mạnh và liên kết với bùn thải [48]. Mặc dù hoạt tính của thuốc kháng sinh có thể bị giảm khi hấp phụ trên đất sét và các chất humic nhưng chưa có nghiên cứu nào công bố về vấn đề này. Tính chất của một số kháng sinh quinolones: Norfloxacin là một kháng sinh phổ rộng hoạt động với cả vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm. Nó thường được sử dụng để chữa các bệnh về đường tiết niệu thông thường như viêm bàng quang, viêm bể thận, viêm tuyến tiền liệt, …, viêm dạ dày-ruột non cấp. Kháng sinh NOR bài tiết qua đường nước tiểu dưới dạng ban đầu là 30%, thời gian bán hủy trong môi trường 101 – 364 ngày [146] Enrofloxacin (ENR) hấp thu nhanh chóng từ đường tiêu hóa và thâm nhập vào tất cả các mô của cơ thể. Nó được dùng rộng rãi trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, không sử dụng trên người [123]. Việc sử dụng kháng sinh này cho thực vật (rau, cỏ) sẽ làm cho cơ thể của con người rất dễ bị nhờn thuốc. Ciprofloxacin (CIP) tan tốt trong dung dịch axít acetic loãng, tan một phần trong nước ở pH = 7, tan rất ít trong ethanol, methylen chloride. Nó được sử dụng phổ biến trong y học ở con người trên toàn thế giới và được phép sử dụng trong thú y. Trong nuôi trồng thủy sản CIP được sử dụng để dự phòng và có xu hướng ngày càng tăng đặc biệt là ở các quốc gia như Chile, Trung Quốc [61]. Khi đi vào cơ thể người qua đường uống thì có khoảng 40 - 50% đào thải dưới dạng không đổi qua nước tiểu nhờ lọc ở cầu thận và bài tiết ở ống thận, khoảng 75% liều tiêm tĩnh mạch đào thải dưới dạng không đổi qua nước tiểu và 15% theo phân. Theo kết quả nghiên cứu của Esther Turiel và cộng sự (2004) cho thấy thời gian bán hủy của CIP phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường, trong môi trường nước tinh khiết có ánh sáng là 90 ngày, trong nước sông có ánh sáng là 275 ngày [46] Ofoxacin là thuốc kháng sinh diệt khuẩn phổ rộng, có tác dụng mạnh hơn ciprofloxacin, đào thải qua đường nước tiểu ở dạng ban đầu là 75% và thời gian bán hủy trong môi trường 101 – 364 ngày [146]. 7