离子液体[ Bmim] PF6 溶剂浮选分离富集2光度法测定

2010-8-20 17:03 来源: 微谱分析
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  离子液体[ Bmim] PF6 溶剂浮选分离富集2光度法测定

  环境中痕量四环素抗生素的研究

  王 良1 ,2 , 马春宏1 ,2 , 李华明2 , 闫永胜3 2

  (1. 吉林师范大学化学学院,吉林四平136000 ;

  2. 江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013)

  摘 要:建立了离子液体溶剂浮选四环素类( TCs) 抗生素的新方法。以12丁基232甲基咪唑六氟磷酸盐( [Bmim] PF6 ) 和乙酸乙酯( EA) 的混合溶剂(V / V = 1) 为浮选剂,以Al ( Ⅲ) 为捕集剂,在p H = 6. 7 条件下,分离富集环境水样中四环素( TC) 、土霉素(O TC) 、金霉素(CTC) 三种四环素类抗生素,并用紫外2可见分光光度法测定总含量。方法线性范围为0. 2~10. 3 μg•mL - 1 ,表观摩尔吸光系数ε380 = 3. 8 ×105 L •mol- 1 •cm- 1 ,加标回收率达到94. 5 %~102. 2 %,相对标准偏差RSD < 3. 76 %( n = 5) 。该方法适合于环境水样中痕量TC、OTC、CTC 抗生素总含量的分离分析。

  关键词:离子液体;溶剂浮选;四环素;Al ( Ⅲ)

  中图分类号:O658. 6+ 6   文献标识码:A   文章编号:100626144(2010) 0120039204

  土霉素(OTC) 、四环素( TC) 、金霉素(CTC) 属四环素类( TCs) 抗生素,由于价格便宜和广谱抗菌性被广泛用于养殖业,是环境中抗生素残留主要来源,常以痕量级存在[1 ] ,因此,建立相应的分离分析方法十分必要。目前对环境样品中抗生素分析常用液2液萃取[2 ] 分离富集,液相色谱检测[ 3 ] ,方法富集倍数有限,分析成本高,且使用大量易挥发有毒的有机溶剂,易形成二次污染。

  离子液体( Ionic Liquids , ILs) [425 ] 是常温下为液体的有机盐,无毒、不挥发、不易燃、对热稳定,有良好的溶解性,非常适合作分离提纯的溶剂,是传统挥发性有机溶剂的理想替代。 Huddleston 等[6 ] 用12丁基232甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6 ) 从水中萃取甲苯、苯胺、苯甲酸、氯苯等一系列苯的衍生物;Soto 等[7 ] 用12甲基232辛基咪唑四氟硼酸盐( [Omim]BF4 ) ,从水溶液中提取了阿莫西林和氨苄西林2 种抗生素;赵文岩等[8 ] 用离子液体12甲基232已基咪唑六氟磷酸盐( [ Hmim]PF6 ) 作为溶剂萃取水中典型污染物多环芳烃。

  本研究集离子液体萃取与溶剂浮选两种技术优势,建立了离子液体溶剂浮选TCs 抗生素的新方法,研究结果表明:以Al ( Ⅲ) 为捕集剂, TCs 能与Al ( Ⅲ) 反应生成疏水性配合物,以离子液体[Bmim] PF6 和乙酸乙酯( EA) 的混合溶剂(V / V = 1) 为浮选剂能定量浮选。该类配合物均在380 nm 波长处有最大吸收,可用紫外2可见光谱法对其总量进行测定。该方法具有无毒、无污染、富集倍数高、挥发性有机溶剂用量少等优点,为环境水样中痕量/ 超痕量四环素类抗生素的分离富集提供了一种新方法。

  1  实验部分

  1. 1  主要仪器与试剂

  UV22500 型紫外2可见分光光度计(日本,岛津公司) ;p HS23C 酸度计(上海精密科学仪器有限公司) 。离子液体12丁基232甲基咪唑六氟磷酸盐( [Bmim] PF6 ,上海成捷化工公司) ,乙酸乙酯( EA ,沈阳国__药) 。Al ( Ⅲ) 溶液:准确称取一定量Al (NO3 ) 3 (沈阳国药,纯度≥99. 99 %) ,加水配成1. 0 ×10 - 2 mol•L - 1的储备液,工作液浓度为1. 0 ×10 - 4 mol•L - 1 。TC、OTC、CTC(中国生物样品检定所) 溶液:分别用水配成1. 0 ×10 - 3 mol•L - 1 的储备液,临用时稀释至1. 0 ×10 - 4 mol•L - 1 的工作液。Mcllvain缓冲溶液:将100mL 0. 1 mol•L - 1 柠檬酸溶液与65 mL 0. 2 mol•L - 1 磷酸氢二钠溶液混合,配成p H = 4. 1 的缓冲溶液;0. 1mol•L - 1 Na2 EDTA2Mcllvaine 缓冲溶液:称取6. 0 g 乙二胺四乙酸二钠(Na2 EDTA•2H2O) 倒入0. 1 mol•L - 1 Mcllvaine缓冲溶液中,使其充分溶解。试剂均为分析纯,实验用水为二次蒸馏水。

  1. 2  实验方法

  准确移取TC、OTC、CTC 工作液各2 mL 于100 mL 烧杯中,加入6 mL 1. 0 ×10 - 4 mol•L - 1 的Al ( Ⅲ)溶液,搅拌,静止10 min 后,加入约70 mL 30 %的NaCl溶液,搅拌均匀后,转入100 mL 的浮选池,继续加30 %的NaCl溶液定容至100 mL 处,充分混合,加5 mL [Bmim] PF6 和EA 混合液(体积比1∶1) 于液面上,通入N2 ,流速保持在40 mL•min - 1 ,30 min 后,停止通气,静止片刻,当浮选池内无微气泡后,用滴管取出[Bmim]PF6 和EA 混合层于1 cm 比色皿中,以试剂空白为参比,在最大波长处测量吸光度。

  2  结果与讨论

  2. 1  吸收光谱

  图1 是在250~700 nm 波长范围内的吸收光谱。从图中看到,四环素有2 个吸收带分别在275 nm 和355 nm ,而其配合物的吸收光谱在355 nm 处的吸收带红移到380 nm ,表明形成配合物后,在配位场的作用下吸收带红移了25 nm。空白[Bmin ] PF62EA 相和浮选后[Bmin ] PF6

  2EA 相的吸收光谱表明,空白[Bmin ] PF62EA 相在250~700 nm 处无最大吸收,而浮选后的[Bmin ] PF62EA 相配合物的最大吸收波长没有发生变化,仍在380 nm 处,说明TCs2 Al ( Ⅲ) 配合物已被浮选至[Bmin ] PF62EA 相,而且配合物没有和离子液体发生反应,只是溶解于[Bmin ] PF62EA 相。实验选择380 nm 为最大吸收波长,优化浮选条件。

  2. 2  浮选溶剂的选择

  离子液体的密度大都在1. 1~1. 6 g•cm- 3 之间,粘度与传统的有机溶剂相比通常要高出1~3 个数量级[9210 ] ,不能直接用于溶剂浮选。Seddon等[11 ] 研究发现少量杂质的存在会导致离子液体的粘度明显降低,Wang 等[12 ] 研究了离子液体[Bmim] PF6 与有机化合物混合后的性质,发现有机溶剂的加入会使离子液体的密度和粘度有不同程度的降低。本实验考察了在离子

  液体中分别加入不同比例的有机溶剂(该有机溶剂本身不能浮选TCs2Al ( Ⅲ) 配合物) ,如:乙酸乙酯、丙酮、乙腈、甲醇、乙酸丁酯、苯、甲苯等,对TCs2Al ( Ⅲ) 配合物进行浮选(图2) ,发现有机溶剂的加入均能不同程度的增大浮选后IL s2VOCs 相的吸光度,说明离子液体中加入有机溶剂后,降低了其粘度和密度,这有利于溶剂浮选,但有机溶剂加入比例过大,浮选率下降,吸光度变小。同时还试验了在待浮选液中分别加入一定浓度的NaCl、KCl等中性电解质,发现不影响浮选效果,且能增大试液的密度,有利于离子液体浮于上相。本实验选择 [Bmim]PF6 与低毒、价廉的乙酸乙酯( EA) 的混合溶剂(体积比1∶1) 5 mL 为浮选剂,并在浮选液中添加30 % NaCl。

  2. 3  溶液酸度的影响

  在近中性条件下四环素类抗生素与Al ( Ⅲ) 均形成1∶1黄色配合物[13 ] ,改变溶液的p H 值,其它条件同实验方法,考察p H 值对Al ( Ⅲ) 与TC、OTC、CTC 配合物形成的影响,见图3 。实验表明,p H 为6. 0~6. 7 时体系吸光度逐渐增大,p H 在6. 7 时吸光度最大且恒定,在此条件下体系疏水性好,易吸附气泡表面而上浮至离子液体相。

  2. 4  Al( Ⅲ) 浓度的影响

  只改变Al ( Ⅲ) 的用量,按实验方法考察Al ( Ⅲ) 的用量对浮选效果的影响,结果表明:体系中随着Al ( Ⅲ) 浓度的增大,配合物的吸光度也相应的增加,当Al ( Ⅲ) 用量为6 mL 时, TCs 反应完全,体系吸光度达到最大且恒定,超过6 mL 体系吸光度无明显变化。

  2. 4  气体流速的影响

  改变气体流速,其它条件固定不变,结果表明:气体流速在20~40 mL•min - 1范围内,浮选效率随氮气流速的增加而增大;超过40 mL•min - 1 ,气体流速过快,浮升物易从气泡表面脱落,浮选效率下降。本实验气体流速在40 mL•min - 1时,浮选效果最佳。

  2. 5  浮选时间的影响

  改变浮选时间,其它条件固定不变,结果表明:在一定范围内,浮选效率随浮选时间增加而增大,当浮选时间为30 min 时,浮选率最高,继续增大浮选时间,浮选率无明显变化,故本实验浮选时间选择30 min 。

  2. 6  共存物质的影响

  在优化实验条件下,在100 mL 溶液中对5 mL 1. 0 ×10 - 4 mol•L - 1 的TCs 溶液的多种共存成分进行考察(相对误差在±5 %之内) ,实验结果表明:500μg•L - 1 Na + 、Cl- 、K+ 、SO2 -4 、NO-3 、PO3 +4 ;10μg•L - 1Mg2 + 、Co2 + 、Cd2 + 、Hg2 + 、Ca2 + ;5μg•L - 1 Mn2 + 、Cu2 + 、Fe3 + 等共存物质的存在,不影响TCs2Al ( Ⅲ) 配合物的形成,对浮选行为和测定亦无干扰。

  2. 7  方法检出限和线性范围

  按实验方法,准确移取一系列TCs 标准溶液,显色、浮选后测定吸光度,绘制工作曲线。实验表明在0. 2~10. 3μg•mL - 1 范围内,吸光度与浓度呈良好线性关系,线性回归方程为: A = 0. 2412 + 1. 788c (μg•mL - 1 ) ,相关系数r = 0. 9976 ,表观摩尔吸光系数ε380 = 3. 8 ×105 L•mol- 1 •cm- 1 ,按3s/ k 计算本方法的检出限为0. 081μg•mL - 1 。

  3  样品测定

  取3 个养殖场水样各50 mL ,加入p H = 4. 1 的EDTA2Mcllvaine 缓冲溶液10 mL ,磁力搅拌15 min ,静置后用0. 45μm 玻璃纤维滤膜过滤。按实验方法对四环素含量进行测定,结果见

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