CN101419203B

CN101419203B - 一种分离富集环境中痕量四环素类抗生素的方法

Info

Publication number: CN101419203B
Application number: CN2008101550450A
Authority: CN
Inventors: 闫永胜; 王良; 李华明
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: CN101419203A

Abstract

本发明涉及一种分离富集环境中抗生素残留的方法，该方法是在样品中加入La(NO₃)₃溶液、缓冲溶液配制成待浮选液，然后在待浮选液中加入体积比1：1的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF₆)和乙酸乙酯(EA)混合液，通入N₂进行气浮溶剂浮选。本发明与现有溶剂萃取方法相比，具有富集倍数大、选择性好、无毒、无污染、分离效果好等优点，在处理废水时试剂用量少、分离效果显著、处理成本低。

Description

一种分离富集环境中痕量四环素类抗生素的方法

技术领域

本发明涉及一种分离富集环境中抗生素残留的方法，特指以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF₆)为浮选剂，基于气浮溶剂浮选法分离富集环境中四环素类抗生素残留的方法。

背景技术

抗生素类药物在环境中残留，引发的环境污染问题，近年来倍受关注。在养殖业中广泛使用的四环素类(TCs)抗生素如：土霉素(OTC)、四环素(TC)、金霉素(CTC)，由于具有水溶性较好、体内代谢后大部分以原形排出以及在环境中不易生物降解等特点，使其容易在水环境中储存和蓄积，是环境中主要抗生素污染源，由于其含量极低(10^-9～10^-12级)，因此，建立相应的分离富集技术及检测方法十分必要。目前对环境样品中的抗生素分析常用固相萃取分离富集，液相色谱检测的方法，分析难度大、成本高，且用大量有机溶剂，易形成二次污染。

离子液体(Ionic Liquids，ILs)是一种新的绿色溶剂，由特定阳离子和阴离子构成，在室温或近于室温下呈液态的熔盐体系，其主要特点在于：没有蒸汽压、低熔点、高热容、高稳定性、溶解范围宽、无毒；可以和有机溶剂、水混溶或不溶形成两相或多相反应体系；其极性、亲水、亲脂性可以通过烷基碳链的长短和不同的负离子进行调节，因此被称为“可设计的溶剂”。作为一类新型的绿色溶剂，离子液体具有非常广泛的应用前景，离子液体用于分离时不会因蒸馏等单元操作导致溶剂损失和环境污染，是液-液萃取及液-固萃取的良好介质，被广泛应用于萃取分离，包括液液萃取、液相微萃取、固相微萃取、超临界CO₂萃取等。气浮溶剂浮选(Gas-solvent flotation)分离富集技术是近年来发展起来的一种新型分离富集技术，被广泛的应用于水中痕量金属离子和有机物的分离富集，但完全用有机溶剂做浮选剂，在一定程度上限制了其应用。

发明内容

本发明提出了一种新的浮选方法，该方法富集倍数大、选择性好、无毒、无污染、分离效果好。

本发明采用的技术方案是：

一种分离富集四环素类抗生素残留的方法，是在样品中加入La(NO₃)₃溶液、缓冲溶液配制成待浮选液，然后在待浮选液中加入体积比1：1的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF₆)和乙酸乙酯(EA)EA混合液，通入N₂进行气浮溶剂浮选。

上述所说的方法，还可以在待浮选液中加入中性电解质，如NaCl、KCl等，优选加入30％NaCl盐溶液。

上述所说的方法中，待浮选液的pH值优选7.6。

本发明的一个具体的方案是：准确移取样品5mL，于100mL烧杯中，加入6mL1.0×10^-4mol/L的La(NO₃)₃溶液，加入pH7.6Clark-Lubs缓冲溶液，搅拌，静止后，加入70mL30％的NaCl溶液，搅拌均匀，转入100mL的浮选池，继续加30％的NaCl溶液定容至100mL，充分混合，加5mL[Bmim]PF₆和EA混合液(1：1体积比)于液面上，通入N₂，50min后，停止通气，静止片刻，浮选池内无微气泡后，用滴管取出[Bmim]PF₆和EA混合层，即完成了分离富集。

其原理如下：

四环素类抗生素分子结构中由于存在羟基、氧和氮等不同的电子给体，能与稀土离子La(III)形成疏水性络合物，该络合物是由极性端基(-S)和非极性端基(-R)构成的(R-S)，特别容易在两相界面上定向排列而吸附。当惰性气体(如N₂)通过含有被测物质络合物溶液时，N₂气泡和水溶液形成无数水-气两相界面，气泡内为非极性体系，气泡外水溶液为极性体系，大量络合物分子在气泡表面定向排列，极性端(S-)在水溶液中，非极性端在气泡内(R-)，借助于气泡本身动力和浮力将疏水性络合物携入离子液体相中，根据相似相容原理使物质溶解在离子液体相中。这样借助于气泡媒介使被测物质在两相中重新分配，直至达到平衡为止。

本发明与现有溶剂萃取方法相比，具有富集倍数大、选择性好、无毒、无污染、分离效果好等优点，在处理废水时试剂用量少、分离效果显著、处理成本低。

附图说明

图1四环素、土霉素、金霉素吸收光谱图

图2四环素类抗生素浮选前后吸收光谱图

其中：1浮选前水相吸收光谱；2浮选后水相吸收光谱；3ILs-EA吸收光谱；4浮选后ILs-EA相吸收光谱

图3离子液体中加入有机溶剂对浮选效率的影响

图4溶液酸度对络合物形成的影响

图5La加入量对络合物形成的影响

图6气体流速对浮选效率的影响

图7浮选时间对浮选效率的影响

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1：

准确移取样品(TC、OTC、CTC工作液各2mL)，于100mL烧杯中，加入5mL1.0×10^-4mol/L的La(NO₃)₃溶液，加入pH7.6Clark-Lubs缓冲溶液，搅拌，静止10分钟后，加入约70mL30％的NaCl溶液，搅拌均匀，转入100mL的浮选池，继续加30％的NaCl溶液定容至100mL处，充分混合，加5mL[Bmim]PF₆和EA混合液(1：1体积比)于液面上，通入N₂，50min后，停止通气，静止片刻，浮选池内无微气泡后，用滴管取出[Bmim]PF₆和EA混合层于1cm比色皿中，在最大波长处测定吸光度(以试剂空白为参比)。

稀土元素La(III)与TC、OTC、CTC在弱碱性介质中均生成1：2组成比的络合物，光谱特征相似，最大吸收波长分别为390、388、386(见图1)。用紫外可见分光光度计在300～700nm范围内，以水作参比，测定浮选前后水溶液中La(III)与TCs络合物的吸收光谱以及空白离子液相和浮选后离子液相的吸收光谱，如图2。结果表明，La(III)与TCs络合物的最大吸收波长为389nm，浮选前后水相中络合物的吸光度变化较大，浮选后水相中络合物的吸光度几乎为0，空白离子液体相在300-700nm处无最大吸收，而浮选后的离子液体相在389nm处有最大吸收，说明TCs-La(III)络合物已被浮选至离子液相。以389nm为最大吸收波长，优化浮选条件。

实施例2

浮选溶剂的选择：

气浮溶剂浮选是将一层有机溶剂加在待分离物质试液的表面，该溶剂应具有能很好地溶解被浮选捕集成分，挥发性低，与水不相混溶，比水密度小等特点，而离子液体的密度大都在1.1-1.6g.cm^-3之间，黏度与传统的有机溶剂相比，通常要高出1-3个数量级，离子液体的密度大、黏度高的性质使其不能直接用于气浮溶剂浮选。研究发现有机溶剂的加入会使离子液体的密度和黏度有不同程度的降低。本发明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TCs-La(III)络合物)，如：乙酸乙酯(Ethylacetat)、丙酮(Acetone)、乙腈(Acetonitril)、甲醇(Methanol)、醋酸丁酯(Butylacetat)、苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、石油醚(Petroleumet)等，只改变离子液体中有机溶剂添加的种类和比例，其它实验条件按实施例1不变，对TCs-La(III)络合物进行浮选，浮选后离子液体-有机溶剂(ILs-VOS)相吸光度与其比例变化如图3，发现有机溶剂的加入均能不同程度的增大浮选后ILs-VOS相的吸光度，说明离子液体中加入有机溶剂后，降低了其黏度和密度，这有利于溶剂浮选，随着离子液体加入量的增多，黏度和密度增大，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)5mL气浮溶剂浮选，并在浮选液中添加30％NaCl盐时，浮选效果最佳。

溶液酸度的影响

四环素类抗生素在弱碱性条件下易生成络合物，用盐酸和NaOH溶液调节试样，配成不同pH值的溶液，其余实验条件按实施例1进行，考察不同的pH值对La(III)与TC、OTC、CTC络合物形成的影响(见如图4)，结果表明，三种抗生素形成络合物最适宜的酸度为pH7.6，在此条件下体系疏水性好，易吸附气泡界面而上浮至离子液体相。

La(III)浓度的影响

按实施例1的方法，只改变La(III)的用量，考察La(III)浓度对浮选效率的影响，实验结果表明(见如图5)：随着La(III)用量的增加，络合物的吸光度也相应的增加，在优化实验条件下，当La(III)用量为5mL时，TCs反应完全，体系吸光度达到最大且恒定，超过5mL体系吸光度无明显变化。

气体流速的影响

按实施例1的方法，只改变气体流速，考察气体流速对浮选效率的影响，实验表明(见如图6)，在气体流速在20-50mL/min范围内，浮选效率随氮气流速的增加而增大；超过50mL/min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40-50mL/min时，浮选效果最佳。

浮选时间的影响

在实施例1实验条件下，只改变浮选时间，考察浮选时间对浮选效率的影响，结果表明(见如图7)，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50min时，TC的浮选率达到97％以上，继续增大浮选时间，浮选率无明显变化，故本实验浮选时间为50min。

浮选池体积的影响

按实施例1的方法，只改变浮选池的体积，分别选择50、100、200、300、400mL不同体积的浮选池进行浮选，考察浮选池体积对浮选效率的影响，实验结果表明，浮选池体积越大，线性范围越宽，灵敏度越高，但所需浮选时间长(500mL需浮选80min)；相反，浮选池越小，线性范围越窄，灵敏度越低，但浮选时间可缩短(50mL只需浮选20min)。综合考虑，本实验选择100mL浮选池，浮选时间为50min。

共存物质的影响

按实施例1的方法，在100mL溶液中对5mL1.0×10^-4mol/L的TCs溶液的多种共存成份进行考察(相对误差不超过±5％)，实验结果表明(以μg/L计)：Na⁺、Cl^-、K⁺、Sb³⁺、Pb²⁺、SO₄ ^2-、Mn²⁺(1000)、Cu²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺(120)等共存物质的存在，不影响络合物的形成，对浮选行为和测定亦无干扰。

方法检出限和线性范围

按实施例1的方法，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。线性回归方程A＝0.1178+2.435c(μg/mL)，相关系数r＝0.9996，线性范围0.0～13.0μg/mL，表观摩尔吸光系数ε＝3.5×10⁵L·mol^-1·cm^-1，检出限0.3μg/L。

实施例3：与溶剂萃取法的比较

在离子液体浮选的同时，我们也将同样比例的离子液体与乙酸乙酯的混合物应用于萃取TCs-La(III)络合物，并加以比较，结果见表1，可见，离子液体溶剂浮选法对四环素类抗生素的分离富集效果明显优于溶剂萃取法。其原理与有机溶剂浮选基本一致，是因为溶剂浮选不涉及溶剂萃取的分配平衡问题，只要上相离子液体-乙酸乙酯相不饱和，随气泡上浮的TCs-La(III)络合物就能转移到上相。因此，对TCs-La(III)络合物的分离富集，与溶剂萃取法相比，离子液体溶剂浮选法是一种高效、无毒、无污染的绿色分离富集方法，有广阔的应用前景。

表1 离子液体溶剂浮选与溶剂萃取法的比较

实施例4：样品测定

分别取辽河水和某鱼塘水样各100mL，用玻璃砂漏斗滤出杂物，按实施例1的方法进行浮选，结果见表2。

表2 样品中四环素类(TCs)抗生素含量的测定

Claims

1.一种分离富集四环素类抗生素残留的方法，其特征是：在待分离富集样品中加入La(NO₃)₃溶液、缓冲溶液配制成待浮选液，然后在待浮选液中加入体积比1∶1的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和乙酸乙酯混合液，通入N₂进行气浮溶剂浮选，用滴管取出1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和乙酸乙酯混合层，即完成了分离富集。

2.根据权利要求1所说的分离富集四环素类抗生素残留的方法，其特征在于，在待浮选液中加入中性电解质。

3.根据权利要求2所说的分离富集四环素类抗生素残留的方法，其特征在于，其中所说的中性电解质是NaCl或KCl。

4.根据权利要求1所说的分离富集四环素类抗生素残留的方法，其特征在于，待浮选液的pH为7.6。

5.根据权利要求1所说的分离富集四环素类抗生素残留的方法，其特征在于，具体是：移取待分离富集样品2mL于100mL烧杯中，加入6mL 1.0×10^-4mol/L的La(NO₃)₃溶液，加入pH7.6Clark-Lubs缓冲溶液，搅拌，静止后，加入70mL30％的NaCl溶液，搅拌均匀，转入100mL的浮选池，继续加30％的NaCl溶液定容至100mL，充分混合，加1∶1体积比的5mL1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和乙酸乙酯混合液于液面上，通入N₂，50min后，停止通气，静止片刻，浮选池内无微气泡后，用滴管取出1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和乙酸乙酯混合层，即完成了分离富集。