微囊藻毒素化學(xué)分析方法研究進(jìn)展

劉 群

1 微囊藻毒素結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

微囊藻毒素(Microcystins，簡寫為MCs)，是帶有特征的共軛二烯芳香族氨基酸支鏈的一類環(huán)狀七肽化合物，主要由淡水藻類銅銹微囊藻(Microcystisaeruginosa)產(chǎn)生，其他很多種類的微囊藻也可以產(chǎn)生，如顫藻屬(Oscillatoria)、魚腥藻屬(Anabaena)等[1]。

MCs的結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中X，Z為兩種可變的L-氨基酸。由于X和Z的不同，藻毒素有100多種異構(gòu)體，其中存在最普遍、含量相對較多且毒性較大的是MC-LR、MC-RR和MC-YR[2](L、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸、酪氨酸)。有毒性的藍(lán)藻主要有以下幾種，微囊藻(microcystis)、 魚腥藻(Anabaena)、浮絲藻(Plankthotrix)等，產(chǎn)生微囊藻毒素、擬柱胞藻毒素等眾多毒素[3]，MC-LR是MCs中最為常見、已知毒性最強、危害最大的一種，其半致死劑量(LD50)僅為50μg/kg[4]。

圖1 微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)

由圖1可見，雖然微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)相似，但理化性質(zhì)卻不同。微囊藻毒素含苯環(huán)、共軛雙鍵等結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，一般條件下無法去除，而側(cè)鏈含羧基、氨基和酰胺基，在不同的pH 條件下，會有不同的離子化傾向。由于微囊藻毒素的正辛醇-水分配系數(shù)較小，在爆發(fā)藍(lán)藻期間MC-LR 的生物富集效應(yīng)較小，微囊藻毒素在陽光照射下依然能保持穩(wěn)定，但暴露于紫外線時即可被水解或失活，一般條件下，當(dāng)紫外線波長接近其吸收峰周圍( 即238～254 nm) 時，微囊藻毒素可被迅速降解[5]。目前我國許多湖泊、水庫等大中型水體都發(fā)現(xiàn)含有微囊藻毒素[6]，這些被污染的水體大多還作為飲用水源，對飲水人群構(gòu)成了潛在的健康危害。流行病理學(xué)調(diào)查研究表明，人體如果長期攝入微囊藻毒素，將具有潛在的致癌可能[7]。微囊藻毒素是以動物肝臟為作用靶器官的一類肝毒素，并且能夠特異性地抑制蛋白磷酸酶活性從而誘發(fā)癌癥等一系列病變，是世界各國廣泛存在同時危害很大的一種藍(lán)藻毒素。分析報告還顯示，MCs 與腸、胃等其他消化道器官腫瘤也有著千絲萬縷的關(guān)系[8]。鑒于MCs的極大危害，國際衛(wèi)生組織(WHO)建議將飲用水中的MC-LR控制為1.0 μg/L[9]，我國新生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)( GB 5749-2006) 的飲用水中MC-LR 限值也為1.0 μg/L。目前，富營養(yǎng)化是我國湖庫面臨的共性問題，藻類水華造成的藻毒素污染嚴(yán)重威脅到湖庫型飲用水源地的供水安全。因此，綜合研究國內(nèi)外微囊藻毒素的分析方法，對人類的生存環(huán)境有著十分重要的意義，本文著重綜合微囊藻毒素的化學(xué)分析方法的研究進(jìn)展。

2 微囊藻毒素的分析方法

2.1 微囊藻毒素的一般檢測方法

表1 微囊藻毒素的檢測方法

由表1可見，目前，國內(nèi)外關(guān)于微囊藻毒素的檢測方法主要為三大類，此外，化學(xué)檢測方法還有毛細(xì)管電泳等檢測方法，可以對其進(jìn)行定量分析。下面將結(jié)合目前的分析手段，進(jìn)行綜合評述化學(xué)檢測方法在微囊藻毒素中的應(yīng)用和發(fā)展。

2.2 化學(xué)分析方法綜合研究進(jìn)展

目前薄層層析色譜(TLC)、化學(xué)分析方法主要有高效液相色譜(HPLC)、高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MC)、氣相-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MC)、毛細(xì)管電泳(CE)等方法，萃取-液相色譜、硅藻土吸附微囊藻毒素等方法在進(jìn)一步的研究發(fā)展中，幾種分析方法的優(yōu)勢劣勢分析如表2所示。

表2

2.2.1 高效液相色譜分析法 在化學(xué)分析方法中，HPLC是應(yīng)用最為廣泛的一種[10]，是利用微囊藻毒素的理化性質(zhì)，對其進(jìn)行定性分析和定量分析。因HPLC重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高和靈敏度高等優(yōu)點，能對不同的MCs同分異構(gòu)體分析，研究集中在前處理(對樣品)、色譜分析條件、淋洗液、洗脫液、SPE柱等。

如今，對微囊藻毒素的化學(xué)分析方法基本以Harada方法[11]為參考依據(jù)，沈強等人[12]提出微囊藻毒素的HPLC快速檢測方法，建立了一種快速檢測微囊藻毒素的檢測體系，MC-RR，MC-LR的保留時間大大縮短，在0.4-100 ug/mL的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

龔黎明[13]利用梯度洗脫技術(shù),根據(jù)流動相(甲醇和水)的不同配比，添加三氟乙酸(TFA)，優(yōu)化高效液相色譜法去檢查分析環(huán)境樣品中的微囊藻毒素的含量，通過實驗表明，高效液相色譜法梯度洗脫法分析MCs，時間短、靈敏度高，線性定量范圍在0.1～5 mg/L。

高效液相法分析微囊藻毒素需要大型貴重儀器設(shè)備，檢測過程比較耗時，分析時需MC標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，只能以MC-LR為參考物質(zhì)，由于各個實驗室的檢測流程和分析條件的差異，對分析結(jié)果有一定的偏差和影響，這也是HPLC分析MCS的缺點之一。

2.2.2 高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法 液質(zhì)聯(lián)用(HPLC-MS)又叫液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，綜合了液相色譜的分離系統(tǒng)和質(zhì)譜的檢測系統(tǒng)，在環(huán)境樣品分析、食品分析和藥物分析方面得到廣泛的應(yīng)用。此法用于分析微囊藻毒素，可以有效的對含有多種藻毒素的樣品進(jìn)行有效分離和檢測，因此在環(huán)境水質(zhì)檢測時可以使用。

由于只有少數(shù)的藻毒素有與之相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品，如被檢測的標(biāo)準(zhǔn)品為已知，可通過檢測物的結(jié)構(gòu)信息對其進(jìn)行定性分析，再對藻毒素定量分析時確保達(dá)到更高的精確度。

楊立新等[14]采用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(UPLC-MS/MS)，建立了水樣過0.22 μm濾膜，直接進(jìn)樣測定自來水、地下水及地表水中8種有機污染物(草甘膦、呋喃丹、滅草松、莠去津、2,4-滴、丙烯酰胺、微囊藻毒素-RR和微囊藻毒素-LR)的分析方法。此法的優(yōu)點是簡便快捷、檢測靈敏度高，無需提純處理，直接進(jìn)入儀器分析，但是缺少各種微囊藻毒素的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，實驗成本較高。

2.2.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)用于MCs的測定，檢出限在達(dá)ng /L。Tsuji[15]等發(fā)明了2-甲基-3-甲基氨-4-氨基鉻酸檢測方法，用NaIO3與KMnO4對提取后樣品進(jìn)行氧化的原理。利用GC測定2-甲基-3-甲基氨-4-氨基鉻酸的含量，即可間接分析微囊藻毒素的總量。此法的優(yōu)點是可以準(zhǔn)確、快速的對痕量微囊藻毒素進(jìn)行定量分析，劣勢為儀器設(shè)備昂貴，一般實驗室無法采用，因此無法普及。同時技術(shù)含金量較高，操作較復(fù)雜，無專業(yè)技術(shù)背景的研究人員無法進(jìn)行操作，另外在缺少標(biāo)準(zhǔn)品的情況下，不能對微囊藻毒素定性分析，前處理過程復(fù)雜，綜合以上劣勢，會導(dǎo)致實驗結(jié)果和分析有差別。需要注意的是，藻毒素本身含有毒性，在進(jìn)行分析的時候，應(yīng)該盡量避免MCs氣化進(jìn)入空氣中對人體造成傷害。

2.2.4 其他化學(xué)檢測方法 毛細(xì)管電泳法和薄層色譜法都是檢測微囊藻毒素的方法，前者是用毛細(xì)管區(qū)帶電泳、膠束電動毛細(xì)管與紫外、熒光等串聯(lián)分析微囊藻毒素的分析，具有自動進(jìn)樣、待檢測樣品量多優(yōu)點，同時具有柱上富集的功能。但由于重視差，目前毛細(xì)管電泳法還暫時不能作為水體檢測MCs的常規(guī)手段。

薄層色譜法，是利用MCs及其衍生物與有色或熒光物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的一種分析手段，該法優(yōu)點是具有較高靈敏度及分辨率，快速分離，操作簡便，預(yù)處理簡單。但是其無法達(dá)到最高檢出限，定量準(zhǔn)確性有待提高。

此外，還有固相萃取-液相色譜也在測定環(huán)境水樣中痕量的MCs，目前，有用磁性膨脹土作為吸附劑研究環(huán)境樣品的MCs的含量，力求建立一種穩(wěn)定性好、綠色環(huán)保的環(huán)境水樣痕量分析方法，連麗麗等人[16]提出用CoFe2O4磁性納米材料，用于取出水中的微囊藻毒素，通過優(yōu)化洗脫條件，結(jié)合高效液相色，建立微囊藻毒素的有效檢測手段，此法在進(jìn)一步研究之中。

3 結(jié) 論

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題越來越凸顯出來。水體富營養(yǎng)化的加劇，淡水湖泊水華現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)，微囊藻毒素在藍(lán)藻水華時，由于其特殊毒性，以及其對人有致癌和潛在危害，因此掌握微囊藻毒素的檢測方法十分必要，以便及時監(jiān)控水中微囊藻毒素的含量。近年來，微囊藻毒素的檢測技術(shù)逐漸增多，分析手段也越來越多，不同的分析方法有自身不同的優(yōu)缺點，結(jié)合檢測目的，選擇合適的適宜方法。本文主要對微囊藻毒素的化學(xué)檢測方法進(jìn)行綜合評述，旨在給相關(guān)科研工作者相關(guān)理論，對分析者有所幫助，同時能對水體富營養(yǎng)化進(jìn)行實時監(jiān)測，并作出相應(yīng)的風(fēng)險分析，共同致力于保障大眾的飲用水安全，不受微囊藻毒素的危害。以人為本，確保飲用水安全是水污染治理與環(huán)境保護(hù)的首要任務(wù)。湖庫富營養(yǎng)化和藻類水華的產(chǎn)生與發(fā)展是一個長期漸進(jìn)演化的過程，其治理也非一日之功。但我們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活時刻離不開水，有效解決藻毒素污染飲用水源就具有緊迫的現(xiàn)實意義。

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