稀土Eu3+熒光探針法測定飲用水中那氟沙星的含量

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(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院, 包頭 014010)

水環(huán)境中的抗生素有兩個主要的來源途徑:醫(yī)用和農(nóng)用抗生素[1]。喹諾酮類抗生素主要用于醫(yī)用,病人排泄物中的抗生素和醫(yī)藥企業(yè)制藥過程中流失的抗生素會經(jīng)過不同的途徑對水體造成污染。目前測定水體中抗生素含量的方法有高效液相色譜法、高效液相色譜-質(zhì)譜法[2]。這些方法雖然能夠有效地測定水中抗生素的含量,但操作復(fù)雜,儀器昂貴。而熒光光譜法具有檢出限低、靈敏度高等特點,建立抗生素的熒光光譜檢測方法非常有意義。

那氟沙星屬于喹諾酮類抗生素,目前那氟沙星的測定方法包括高效液相色譜法、非水和酸堿滴定法[3-4],未見熒光光譜法測定其含量的報道。有關(guān)喹諾酮類藥物與稀土絡(luò)合物的光譜性質(zhì)研究已有較多報道[5-8],未見那氟沙星與稀土熒光性質(zhì)的報道。本工作經(jīng)過體系的篩選,發(fā)現(xiàn)在表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉存在下那氟沙星與稀土銪形成配合物后可以激發(fā)出Eu3+的熒光,對其熒光特性進行了研究,建立了那氟沙星定量分析的方法,并且用于飲用水體中的那氟沙星含量的測定。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Waters e2695型高效液相色譜儀,F 4500型熒光光譜儀,RY-TQ-LC型超聲提取罐。

Eu3+溶液:2.0×10-3mol·L-1,稱取六水合硝酸銪0.089 2 g,用水溶解并定容至100 mL。

那氟沙星(NDFX)溶液:4.0×10-3mol·L-1。

十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液:1.8×10-2mol·L-1。

三羥甲基氨基甲烷(Tris)-鹽酸(HCl)緩沖溶液:pH 7.5,稱取Tris 1.211 4 g,加水溶解至100 mL,用6 mol·L-1HCl調(diào)節(jié)pH至7.5。

那氟沙星對照品純度大于97%,十二烷基苯磺酸鈉、三羥甲基氨基甲烷為光譜純,六水合硝酸銪、鹽酸、鄰苯二甲酸氫鉀、冰乙酸、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨、氯化鉀、硝酸鋁、磷酸二氫鈉、氯化鈉為分析純,乙腈、磷酸二氫銨、四氫呋喃為色譜純。

1．2 儀器工作條件

那氟沙星的熒光激發(fā)波長和發(fā)射波長分別為288,458 nm,Eu3+的熒光激發(fā)波長為335 nm,發(fā)射波長為594,618 nm。光譜通帶寬度均為5 nm,掃描速率為1 500 nm·min-1。

1．3 試驗方法

將飲用水用超聲濃縮儀濃縮5 000倍后,取2 mL,依次加入4.0×10-3mol·L-1NDFX溶液、2.0×10-3mol·L-1Eu3+溶液、1.8×10-2mol·L-1SDBS溶液、Tris-HCl緩沖溶液各2 mL,放置20 min后,在25 ℃下進行測定。

2 結(jié)果與討論

2．1 體系的光譜性質(zhì)

2．1．1 Eu3+與NDFX的特征光譜

不同溶液的熒光激發(fā)光譜和發(fā)射光譜見圖1。

1,1′-NDFX;2,2″-Eu3+;3,3″-Eu3+-SDBS; 4,4′,4″-NDFX-Eu3+;5,5′,5″-NDFX-Eu3+-SDBS 1～5-激發(fā)光譜;1′,4′,5′-NDFX的發(fā)射光譜; 2″～5″-Eu3+的發(fā)射光譜 cNDFX=5.0×10-5mol·L-1;cEu3+=4.0×10-4mol·L-1; cSDBS=3.6×10-3mol·L-1;cTris-HCl=5.0×10-3mol·L-1,pH 7.5圖1 體系的熒光光譜圖Fig. 1 Fluorescence sprectra of the system

由圖1可知:Eu3+單獨存在和在SDBS中均不發(fā)射熒光,其實在文獻報道中,Eu3+是有熒光性質(zhì)的,只是不具備發(fā)射熒光的條件。那氟沙星單獨存在時有熒光[2],其熒光激發(fā)波長和發(fā)射波長分別為288,458 nm。當Eu3+和那氟沙星在體系中共存時,那氟沙星的熒光和Eu3+的熒光均存在,Eu3+在波長為594,618 nm處存在特征熒光峰,分別對應(yīng)于銪的5D0-7F1和5D0-7F2躍遷,從熒光激發(fā)光譜來看,那氟沙星的一個特征峰變?yōu)閮蓚€峰。當加入表面活性劑SDBS后熒光激發(fā)強度和發(fā)射強度都明顯增大。

2．1．2 Eu3+和那氟沙星配合物的形成

對比圖1中曲線1和曲線4可知,那氟沙星與Eu3+共存時體系的熒光激發(fā)光譜由那氟沙星單獨存在時的一個特征峰變?yōu)閮蓚€特征峰,288 nm處的最大激發(fā)波長發(fā)生了紅移,335 nm處的熒光峰應(yīng)為Eu3+的熒光激發(fā)峰,說明了那氟沙星與Eu3+發(fā)生了相互作用。那氟沙星有羧基,其中氧原子具有空軌道,容易與稀土形成配合物,在稀土離子與藥物的相互作用中都見報道[9-10]。試驗通過連續(xù)等摩爾法確定兩者形成配合物的比例。Eu3+與那氟沙星的總濃度保持不變,兩者的物質(zhì)的量之比發(fā)生變化,以激發(fā)波長為288 nm和發(fā)射波長為618 nm進行熒光的測定,結(jié)果見圖2。

cEu3++cNDFX=1.0×10-3mol·L-1; cTris-HCI=5.0×10-3mol·L-1,pH 7.5圖2 Eu3+-NDFX配合物的組成比對熒光強度的影響Fig. 2 Effect of the component ratio of Eu3+-NDFX coordination complex on the fluorescence intensity

由圖2可知:隨著cEu3+/(cEu3++cNDFX)增大,體系的熒光強度開始時變化不大,隨后熒光強度急劇增大,在圖中出現(xiàn)了一個轉(zhuǎn)折點,該點所對應(yīng)的cEu3+/(cEu3++cNDFX)為0.33。說明Eu3+和NDFX物質(zhì)的量比為1∶2時,發(fā)生了配合作用導(dǎo)致熒光強度的增大,由此確定配合物中Eu3+與NDFX的物質(zhì)的量之比為1∶2。

2．1．3 表面活性劑的選擇

表面活性劑的濃度達到臨界膠團濃度后,對配合物發(fā)射熒光的熒光強度有增敏作用,從而提高分析的靈敏度。那氟沙星有羧酸根離子與帶正電的Eu3+以配位比2∶1形成配合物后帶有一個正電荷。按照同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原理,該配合物應(yīng)該增溶于帶負電的表面活性劑形成的膠團中,所以選擇兩種常見的陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)和SDBS作為增溶的表面活性劑。試驗發(fā)現(xiàn),由于SDS的臨界膠團濃度(cmc)值較大,需要的添加量較大,可能會與沒有參與形成配合物的Eu3+反應(yīng)形成沉淀。而SDBS本身不易沉淀,表面活性劑的cmc值又小,在反應(yīng)時沒有沉淀的生成,在SDBS形成的膠團溶液中體系的熒光強度明顯增強。如圖1中曲線5所示,試驗發(fā)現(xiàn)表面活性劑SDBS會使體系的熒光激發(fā)光譜和熒光發(fā)射光譜的熒光強度都有所增強,并且SDBS的濃度為3.6×10-3mol·L-1時體系的熒光強度最大。

2．2 那氟沙星的測定條件

2．2．1 濃度的影響

試驗發(fā)現(xiàn)Eu3+濃度為4.0×10-4mol·L-1時,熒光強度最大,由于那氟沙星與Eu3+以2∶1比例存在,那氟沙星的濃度控制為8.0×10-4mol·L-1。

2．2．2 酸度的影響

固定Eu3+的濃度為4.0×10-4mol·L-1,那氟沙星的濃度為8.0×10-4mol·L-1,SDBS的濃度為3.6×10-3mol·L-1,用不同的緩沖溶液調(diào)節(jié)體系的酸度,使pH在2.2～10.2內(nèi)變化,測定體系的熒光強度。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在pH為2.2～7.5時熒光強度逐漸增大;在pH=7.5時達到最大;當pH大于7.5時,熒光強度隨pH的增大而減小。所以試驗選擇體系的最佳pH為7.5,所用緩沖溶液是Tris-HCl。Tris-HCl是一種有機的堿性緩沖溶液,其穩(wěn)定性好,對體系干擾小,不與重金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng),常用作化學(xué)及生物反應(yīng)過程中的溶劑。

2．2．3 溶液加入順序與反應(yīng)時間的影響

固定Eu3+的濃度為4.0×10-4mol·L-1,那氟沙星的濃度為8.0×10-4mol·L-1,SDBS的濃度為3.6×10-3mol·L-1,pH為7.5,測定了NDFX、Eu3+、SDBS和Tris-HCl不同加入順序?qū)w系熒光強度的影響,當加入的4種物質(zhì)的順序為NDFX、Eu3+、SDBS和Tris-HCl時體系的熒光強度最大。

試驗考察了體系的反應(yīng)時間和溫度的影響。25 ℃下,溶液配制好后即可產(chǎn)生熒光,但是當溶液放置20 min后反應(yīng)完全,熒光強度會達到最大且穩(wěn)定。試驗分別測定了溫度為20,25,30,35,40 ℃時體系的熒光強度,發(fā)現(xiàn)25 ℃和30 ℃時,熒光強度基本上保持最大且一致。所以試驗中采用25 ℃作為反應(yīng)溫度。

2．3 干擾試驗

在NDFX-Eu3+-SDBS體系處于最佳測定條件下,分別加入Na+、K+、NH4+、La3+、Ce3+、Cl-、SO42-、NO3-、葡萄糖和淀粉等干擾物質(zhì)考察其對體系熒光強度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):400倍的Na+、K+、NH4+、La3+、Ce3+、Cl-、SO42-、NO3-和100倍的葡萄糖和淀粉不干擾測定。添加1倍的喹諾酮藥物巴洛沙星進行干擾試驗,發(fā)現(xiàn)體系的熒光強度增大,造成測定結(jié)果13.3%的誤差,說明其對那氟沙星的測定產(chǎn)生干擾,具體干擾程度需進一步研究證明。但作為飲用水中喹諾酮類藥物的總量分析不產(chǎn)生影響。

2．4 標準曲線與檢出限

以Eu3+的濃度為4.0×10-4mol·L-1、SDBS的濃度為3.6×10-3mol·L-1、pH 7.5的最佳測定條件下配制一系列那氟沙星呈濃度梯度變化的NDFX-Eu3+-SDBS溶液,靜置20 min,測定溶液的熒光強度。以熒光強度(I)對那氟沙星的濃度(c)進行線性回歸,得I=2.75c-3.89,相關(guān)系數(shù)為0.993 7,線性范圍為2.0×10-5～1.0×10-4mol·L-1。以3s/k(s為空白溶液連續(xù)測定8次的相對標準偏差,k為標準曲線的斜率)計算得方法的檢出限為4.0×10-6mol·L-1。

2．5 飲用水中那氟沙星的測定

將飲用水濃縮后,使用高效液相色譜儀進行那氟沙星的測定,對于質(zhì)量濃度為1.0 mg·L-1那氟沙星對照品的保留時間為7.54 min,濃縮后的飲用水在7.54 min處不存在特征峰,說明此飲用水中不存在那氟沙星。

以濃縮后的飲用水為溶劑,向其中加入不同質(zhì)量的那氟沙星對照品,配成一系列濃度的那氟沙星溶液,按試驗方法進行分析檢測,并進行精密度和回收試驗,測定結(jié)果見表1。

表1 精密度和回收試驗結(jié)果(n=5)Tab. 1 Results of tests for precision and recovery(n=5)

Eu3+-NDFX在SDBS溶液中能夠形成配合物,可以將Eu3+在618 nm處的特征熒光峰激發(fā)出來,并且Eu3+的熒光強度與NDFX濃度間呈線性關(guān)系,由此可以對那氟沙星的含量進行測定,也可以用于飲用水中那氟沙星含量的測定。

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