medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-4-310-317qiyezbmedlit-3975Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEИзучение процесса поглощения почвой тетрациклина и его трансформация при кислотной десорбцииStudy of the process of tetracycline absorption by soil and its transformation during acid desorptionhttps://orcid.org/0000-0002-9311-9910АнтроповаНаталья СергеевнаAntropovaNatalia S.

Мл. науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: natalia.antropova94@gmail.com

Junior researcher, Dept. of Physicochemical Research and Ecotoxicology, Center for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the FMBA, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: natalia.anthropova94@gmail.com

natalia.antropova94@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9611-8430АбрамовЕвгений ГеннадиевичAbramovEvgeniy G.

Науч. сотр. отд. физико-химических исследований и экотоксикологии ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: EAbramov@cspmz.ru

Researcher, Dept. of Physicochemical Research and Ecotoxicology, Center for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the FMBA, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: EAbramov@cspmz.ru

EAbramov@cspmz.ruФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияCenter for Strategic Planning and Management of Biomedical Health Risks of the FMBARussian Federation2024220520241034310317Copyright © Антропова Н.С., Абрамов Е.Г., 20242024Антропова Н.С., Абрамов Е.Г.Antropova N.S., Abramov E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/3975Введение

Введение. В настоящее время контроль за попаданием антибиотиков в почву при их использовании в сельском хозяйстве становится актуальной проблемой гигиены окружающей среды. Тетрациклин может попадать в почву с экскрементами домашних животных и воздействовать как на микробиологические, так и на растительные биологические объекты. Химическая форма нахождения тетрациклина в почве, варианты его трансформации, в частности при пробоподготовке для анализа, являются факторами, определяющими интенсивность этого воздействия и достоверность аналитического контроля. Отсутствие информации о трансформации препарата при химическом воздействии определило актуальность исследований.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием хроматографической системы «Стайер» с катионной колонкой Shodex IC YS-50 150/4,6 и ВЭЖХ колонкой Kromasil C18 с амперометрическим и кондуктометрическим детектированием. Объектами исследований были модельные образцы почвы с разным содержанием тетрациклина. При проведении исследований использована дерново-подзолистая почва с опытного поля «Немчиновка» (Московская область) и стандартный образец чернозёма.

Результаты

Результаты. Методами ВЭЖХ и ИХ (ионохроматографическими методами) изучены растворы, полученные после кислотно-метанольной десорбции тетрациклина из почвенных образцов. Установлено, что в результате десорбции в водную фазу переходят сложные формы веществ, включающие как природные органические вещества почвы, так и компоненты тетрациклина. Эти формы веществ фиксируются ионообменной катионной колонкой Shodex IC YS-50 и не фиксируются методом ВЭЖХ с колонкой Kromasil C18. Показана возможность выделения методом ионной хроматографии хроматографического сигнала, соответствующего тетрациклиновой компоненте.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Для создания методики измерений тетрациклина в почве необходимо провести тестирование большего количества видов почвы, различающихся содержанием органического вещества, с целью детального выявления мешающего влияния органической матрицы при хроматографическом анализе.

Заключение

Заключение. Исследования показали, что тетрациклин химически связывается с почвенным веществом, образуя катионные комплексы. После обработки почвы смесью концентрированной соляной кислоты и метанола тетрациклин количественно экстрагируется из почвы в сумме с природной почвенной органикой. Эти формы веществ фиксируются катионной колонкой Shodex IC YS-50 и не фиксируются методом ВЭЖХ с колонкой Kromasil C18. Возможен селективный анализ катионной формы, содержащей тетрациклиновую составляющую.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует предоставления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов:Антропова Н.С. — сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;Абрамов Е.Г. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста, концепция исследования.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила

Поступила: 15.02.2024 / Поступила после доработки: 11.03.2024 / Принята к печати: 09.04.2024 / Опубликована: 08.05.2024

Introduction

Introduction. Currently, control over the soil entry of antibiotics used in agriculture is becoming an urgent problem of environmental hygiene. Tetracycline can enter the soil with the excrement of domestic animals and affect biological objects, both microbiological and plant. The chemical form of tetracycline in the soil and the options for its transformation, in particular during sample preparation for analysis, are factors that determine the intensity of this effect and the reliability of analytical control. The lack of information about the transformation of the drug under chemical influence determined the relevance of the research.

Materials and methods

Materials and methods. The studies were performed using the Stayer chromatographic system with a Shodex IC YS-50 150/4.6 cation column and a Kromasil C18 HPLC column with amperometric and conductometric detection. The objects of research were model soil samples with different tetracycline contents. When conducting research, soddy-podzolic soil from the «Nemchinovka» experimental field (Moscow region) and GSO No. chernozem were used.

Results

Results. Solutions obtained after acid-methanol desorption of tetracycline from soil samples were studied using HPLC and IC (Ionochromatographic methods). As a result of desorption, complex forms of substances, including both natural organic substances of the soil and tetracycline components, were established to pass into the aqueous phase. These forms of substances are fixed with a Shodex IC YS-50 cation exchange column and are not fixed by HPLC with a Kromasil C18 column. The possibility of isolating a chromatographic signal corresponding to the tetracycline component using ion chromatography has been demonstrated.

Limitations

Limitations. To create a method for measuring tetracycline in soil, it is necessary to test a larger number of soil species that differ in the content of organic matter to identify in detail the interfering effect of the organic matrix during chromatographic analysis.

Conclusion

Conclusion. Research has shown tetracycline chemically to bind to soil matter, forming cationic complexes. After treating the soil with a mixture of concentrated hydrochloric acid and methanol, tetracycline is quantitatively extracted from the soil in combination with natural soil organic matter. These forms of substances are detected by a Shodex IC YS-50 cationic column and are not detected by HPLC with a Kromasil C18 column. Selective analysis of the cationic form containing the tetracycline moiety is possible.

Compliance with ethical standards. the conclusion of the biomedical ethics committee or other documents (in Russian and English) is not required.

Contribution

Contribution:Antropova N.S. — collection and processing of material, text writing, editing;Abramov E.G. — collection and processing of material, statistical processing, text writing, research concept.All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: February 15, 2024 / Revised: March 11, 2024 / Accepted: February 16 / Published: May 8, 2024

 

 

хроматографияпочватетрациклинchromatographysoilsoiltetracyclineReferencesCycoń M., Mrozik A., Piotrowska-Seget Z. Antibiotics in the soil environment – degradation and their impact on microbial activity and diversity. Front. Microbiol. 2019; 10: 338. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00338Cycoń M., Mrozik A., Piotrowska-Seget Z. Antibiotics in the soil environment – degradation and their impact on microbial activity and diversity. Front. Microbiol. 2019; 10: 338. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00338Wegst-Uhrich S., Navarro D., Zimmerman L., Aga D. Assessing antibiotic sorption in soil: A literature review and new case studies on sulfonamides and macrolides. Chem. Cent. J. 2014; 8(1): 5. https://doi.org/10.1186/1752-153x-8-5Wegst-Uhrich S., Navarro D., Zimmerman L., Aga D. Assessing antibiotic sorption in soil: A literature review and new case studies on sulfonamides and macrolides. Chem. Cent. J. 2014; 8(1): 5. https://doi.org/10.1186/1752-153x-8-5Europen Medicines Agency (EMA), Sales of veterinary antimicrobial agents in 31 European countries in 2021. Trends from 2010 to 2021 Twelfth ESVAC report; 2022. Available at: https://www.ema.europa.eu/en/documents/report/sales-veterinary-antimicrobial-agents-31-european-countries-2021-trends-2010-2021-twelfth-esvac_en.pdfEuropen Medicines Agency (EMA), Sales of veterinary antimicrobial agents in 31 European countries in 2021. Trends from 2010 to 2021 Twelfth ESVAC report; 2022. Available at: https://www.ema.europa.eu/en/documents/report/sales-veterinary-antimicrobial-agents-31-european-countries-2021-trends-2010-2021-twelfth-esvac_en.pdfKuppusamy S., Kakarla D., Venkateswarlu K., Megharaj M., Yoon Y.E., Lee Y.B. Veterinary antibiotics (VAs) contamination as a global agro-ecological issue: A critical view. Agric. Ecosyst. Environ. 2018; 257: 47–59. https://doi.org/10.1016/j.agee.2018.01.026Kuppusamy S., Kakarla D., Venkateswarlu K., Megharaj M., Yoon Y.E., Lee Y.B. Veterinary antibiotics (VAs) contamination as a global agro-ecological issue: A critical view. Agric. Ecosyst. Environ. 2018; 257: 47–59. https://doi.org/10.1016/j.agee.2018.01.026Гончарук В.В., Потапченко Н.Г., Вакуленко В.Ф. Озонирование как метод подготовки питьевой воды: возможные побочные продукты и токсикологическая оценка. Химия и технология воды. 1995; 17(1): 3–33.Goncharuk V.V., Potapchenko N.G., Vakulenko V.F. Ozonation as a method of preparing drinking water: possible by-products and toxicological assessment. Khimiya i tekhnologiya vody. 1995; 17(1): 3–33. (in Russian)Abramov E.G., Bezzubov A.A. Electrosorptive separation of humic substances. J. Water Chem. Technol. 2007; 29(3): 125–30. https://doi.org/10.3103/S1063455X07030022 https://elibrary.ru/lkktvdAbramov E.G., Bezzubov A.A. Electrosorptive separation of humic substances. J. Water Chem. Technol. 2007; 29(3): 125–30. https://doi.org/10.3103/S1063455X07030022 https://elibrary.ru/lkktvdМалышева А.Г., Абрамов Е.Г., Растянников Е.Г. Электрохимическая очистка природной воды от гуминовых соединений. Вестник Российской академии медицинских наук. 2006; (4): 27–31. https://elibrary.ru/hsynexMalysheva A.G., Abramov E.G., Rastyannikov E.G. Electrochemical purification of natural waters from humic compounds. Vestnik Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk. 2006; (4): 27–31. https://elibrary.ru/hsynex (in Russian)Абрамов Е.Г., Хамизов Р.Х. Способ сорбционной очистки воды и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2083500C1; 1997. https://elibrary.ru/zqkmaxAbramov E.G., Khamizov R.Kh. Method and apparatus for sorption treatment of water. Patent RU № 2083500 C1; 1997. (in Russian)Волков И.В. Реакции микроэлементов с гуминовыми кислотами как основа сорбционной дезактивации и очистки техногенных отходов: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Екатеринбург; 2016. https://elibrary.ru/zqcsjtVolkov I.V. Reactions of microelements with humic acids as the basis for sorption decontamination and purification of industrial waste: Diss. Ekaterinburg; 2016. https://elibrary.ru/zqcsjt (in Russian)National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 54675776, Tetracycline. Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/TetracyclineNational Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Summary for CID 54675776, Tetracycline. Available at: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/TetracyclineConde-Cid M., Ferreira-Coelho G., Núñez-Delgado A., Fernández-Calviño D., Arias-Estévez M., Álvarez-Rodríguez E., et al. Competitive adsorption of tetracycline, oxytetracycline and chlortetracycline on soils with different pH value and organic matter content. Environ. Res. 2019; 178: 108669. https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.108669Conde-Cid M., Ferreira-Coelho G., Núñez-Delgado A., Fernández-Calviño D., Arias-Estévez M., Álvarez-Rodríguez E., et al. Competitive adsorption of tetracycline, oxytetracycline and chlortetracycline on soils with different pH value and organic matter content. Environ. Res. 2019; 178: 108669. https://doi.org/10.1016/j.envres.2019.108669Wu L., Pan X., Chen L., Huang Y., Teng Y., Luo Y., et al. Occurrence and distribution of heavy metals and tetracyclines in agricultural soils after typical land use change in east China. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2013; 20(12): 8342–54. https://doi.org/10.1007/s11356-013-1532-1Wu L., Pan X., Chen L., Huang Y., Teng Y., Luo Y., et al. Occurrence and distribution of heavy metals and tetracyclines in agricultural soils after typical land use change in east China. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2013; 20(12): 8342–54. https://doi.org/10.1007/s11356-013-1532-1Qiao M., Chen W., Su J., Zhang B., Zhang C. Fate of tetracyclines in swine manure of three selected swine farms in China. J. Environ. Sci. (China). 2012; 24(6): 1047–52. https://doi.org/10.1016/s1001-0742(11)60890-5Qiao M., Chen W., Su J., Zhang B., Zhang C. Fate of tetracyclines in swine manure of three selected swine farms in China. J. Environ. Sci. (China). 2012; 24(6): 1047–52. https://doi.org/10.1016/s1001-0742(11)60890-5González Gaya B., Cherta L., Nozal L., Rico A. An optimized sample treatment method for the determination of antibiotics in seawater, marine sediments and biological samples using LC-TOF/MS. Sci. Total Environ. 2018; 643: 994–1004. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.079González Gaya B., Cherta L., Nozal L., Rico A. An optimized sample treatment method for the determination of antibiotics in seawater, marine sediments and biological samples using LC-TOF/MS. Sci. Total Environ. 2018; 643: 994–1004. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.079Черкашина К.Д. Микроэкстракционное выделение и концентрирование тетрациклинов из биологических жидкостей для их последующего хроматографического определения: Автореф. дисс. … канд. хим. наук. СПб.; 2021. https://elibrary.ru/emwgacCherkashina K.D. Microextraction isolation and concentration of tetracyclines from biological fluids for their subsequent chromatographic determination: Diss. St. Petersburg; 2021. (in Russian)Ришард Х., Барбара М., Йоланта С., Люсина М., Казимеж Ч., Мария С. Способ выделения тетрациклина. Патент SU № 1407402A3; 1988. https://elibrary.ru/xochjsRishard Kh., Barbara M., Jolanta S., Lyusina M., Kazimezh Ch., Mariya S. Method of extracting tetracycline. Patent SU № 1407402A3; 1988. (in Russian)Хайриддинов А.Б., Бобоноров Р.С., Хушмуродов Ж.П. Сохранение и повышение содержания гумуса в почве. Символ науки: международный научный журнал. 2017; 2(1): 133–5. https://elibrary.ru/ygwoizKhairiddinov A.B., Bobonorov R.S., Khushmurodov Zh.P. Preservation and increase of humus content in the soil. Simvol nauki: mezhdunarodnyi nauchnyi zhurnal. 2017; 2(1): 133–5. https://elibrary.ru/ygwoiz (in Russian)Абрамов Е.Г. Ионохроматографический амперометрический анализ как метод контроля малых концентраций веществ в водных объектах. В кн.: Сысинские чтения – 2021. Материалы II национального конгресса с международным участием по экологии человека, гигиене и медицине окружающей среды. М.; 2021: 9–11. https://elibrary.ru/ghfdnrAbramov E.G. Ionochromatographic amperometric analysis as a method for monitoring small concentration of substances in water objects. In: Sysin Readings – 2021. Proceedings of the II National Congress with International Participation on Human Ecology, Hygiene and Environmental Medicine [Sysinskie chteniya – 2021. Materialy II natsional’nogo kongressa s mezhdunarodnym uchastiem po ekologii cheloveka, gigiene i meditsine okruzhayushchei sredy]. Moscow; 2021: 9–11. https://elibrary.ru/ghfdnr (in Russian)Абрамов Е.Г., Малышева А.Г. Ионохроматографическое амперометрическое определение йодидов, нитритов и двухвалентного железа в воде. Гигиена и санитария. 2020; 99(11): 1307–12. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-11-1288-1293 https://elibrary.ru/wkrujiAbramov E.G., Malysheva A.G. Ionic chromatographic determination of iodides, nitrites and bivalent iron in water with amperometric detector. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99(11): 1307–12. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-11-1288-1293 https://elibrary.ru/wkruji (in Russian)Boxall A.B. Veterinary medicines and the environment. Handb. Exp. Pharmacol. 2010; (199): 291–314. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10324-7_12Boxall A.B. Veterinary medicines and the environment. Handb. Exp. Pharmacol. 2010; (199): 291–314. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10324-7_12Zheng W.L., Zhang L.F., Zhang K.Y., Wang X.Y., Xue F.Q. Determination of tetracyclines and their epimers in agricultural soil fertilized with swine manure by ultra-high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Integr. Agric. 2012; 11(7): 1189–98. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(12)60114-2Zheng W.L., Zhang L.F., Zhang K.Y., Wang X.Y., Xue F.Q. Determination of tetracyclines and their epimers in agricultural soil fertilized with swine manure by ultra-high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Integr. Agric. 2012; 11(7): 1189–98. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(12)60114-2Jia W.L., Song C., He L.Y., Wang B., Gao F.Z., Zhang M., et al. Antibiotics in soil and water: Occurrence, fate, and risk. Curr. Opin. Environ. Sci. Health. 2022; 32: 100437. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2022.100437Jia W.L., Song C., He L.Y., Wang B., Gao F.Z., Zhang M., et al. Antibiotics in soil and water: Occurrence, fate, and risk. Curr. Opin. Environ. Sci. Health. 2022; 32: 100437. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2022.100437Gu J., Chen C., Huang X., Mo J., Xie Q., Zeng Q. Occurrence and risk assessment of tetracycline antibiotics in soils and vegetables from vegetable fields in Pearl River Delta, South China. Sci. Total Environ. 2021; 776: 145959. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145959Gu J., Chen C., Huang X., Mo J., Xie Q., Zeng Q. Occurrence and risk assessment of tetracycline antibiotics in soils and vegetables from vegetable fields in Pearl River Delta, South China. Sci. Total Environ. 2021; 776: 145959. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145959Li M., Yang L., Yen H., Zhao F., Wang X., Zhou T., et al. Occurrence, spatial distribution and ecological risks of antibiotics in soil in urban agglomeration. J. Environ. Sci. (China). 2023; 125: 678–90. https://doi.org/10.1016/j.jes.2022.03.029Li M., Yang L., Yen H., Zhao F., Wang X., Zhou T., et al. Occurrence, spatial distribution and ecological risks of antibiotics in soil in urban agglomeration. J. Environ. Sci. (China). 2023; 125: 678–90. https://doi.org/10.1016/j.jes.2022.03.029

The authors declare that there are no conflicts of interest present.