改性ZrO2/Fe3O4磁性纳米材料对蜂蜜中三种抗生素富集测定*

尚　峰, 赵开楼

(1 洛阳市质量技术监督检验测试中心, 河南　洛阳　471003；2 河南应用技术职业学院应用化学系，河南　郑州　450042)



改性ZrO2/Fe3O4磁性纳米材料对蜂蜜中三种抗生素富集测定*

尚峰1, 赵开楼2

(1 洛阳市质量技术监督检验测试中心, 河南洛阳471003；2 河南应用技术职业学院应用化学系，河南郑州450042)

合成了ZrO2/Fe3O4纳米吸附材料并对其表面进行疏水改性，并对其进行表征。结果表明ZrO2已成功包覆在纳米Fe3O4磁核且经过疏水改性后，具有较强的超顺磁性，可在外加磁场作用下实现从蜂蜜处理液中快速富集土霉素，四环素和金霉素。吸附在纳米材料上的抗生素经解吸附后进行色谱测定，而吸附剂可以循环利用。此种方法不仅节约了样品前处理成本，而且简化了前处理过程，在样品前处理领域具有广阔的应用前景。

纳米；四氧化三铁；二氧化锆；抗生素

四环素类抗生素是主要抑制细菌蛋白质合成的广谱抗生素，高浓度具有杀菌作用。由于其抗菌谱广，价格低廉，已被广泛应用于畜禽、水产和蜜蜂养殖中[1]。蜂蜜是具有丰富的营养价值，但长期食用抗生素残留超标的蜂蜜，会对人类身体健康造成很大影响[2]。世界食品法典委员会和世界各国对蜂产品中四环素族抗生素残留均有严格的限留量要求，我国农业部也对其限量有严格规定[3]。纳米材料是一类有着巨大应用前景的新型吸附材料，但其粒径很小，进入水体后很难分离回收,如果对纳米材料进行磁化，就可以利用外加磁场，简单的对其进行回收再利用，从而克服纳米材料难于分离回收的缺点[4]。本研究以纳米四氧化三铁为核，以硝酸锆为无机锆源，用沉淀沉积法将氧化锆包覆在四氧化三铁表面形成二氧化锆壳，然后对其进行疏水改性，用于富集蜂蜜处理液中的残留抗生素，然后进行反相色谱检测，取得了良好的效果。同时，吸附剂还可以再生重新进行利用，这样就大大节约了前处理中吸附剂的使用成本。

1　实　验

1.1仪器及工作参数

AL204电子天平，梅特勒一托利多仪器<上海)有限公司；LC-15C高效液相色谱仪，日本岛津公司；ODS C18反相色谱柱(4.6×150 mm，5 μm，美国)，安捷伦公司；JXDC-400氮吹仪，上海净信。

1.2试剂及标准溶液

土霉素、四环素、金霉素标准物质，Sigma公司；乙腈和甲醇(色谱纯)，其他试剂均为分析纯。蜂蜜样品为油菜浆，购于超市。

Mcllvaine-Na2EDTA缓冲液：称取磷酸氢二钠(Na2HPO4·2H2O)6.8 g、柠檬酸(C6H8O7·2H2O)6.5 g，配成500 mL溶液，并将pH调制4.0，然后加入18.6 g Na2EDTA·2H2O搅拌溶解。

1.3吸附材料合成

纳米Fe3O4磁核合成参照文献[5]，ZrO2/Fe3O4制备参照文献[6]。取ZrO2/Fe3O41 g，超声分散于50 mL甲苯中，在氮气保护下加入1 mL十八烷基三氯硅烷，回流反应24 h，反应完毕，冷却至室温，磁析分离，除去残留反应物，先用甲苯洗涤2次，再用甲醇洗涤2～3次，真空干燥，备用。

1.4标准样品吸附及洗脱试验

于3个10 mL比色管中分别加入一定体积的1 mg·mL-1的土霉素、四环素、金霉素标准溶液，加入20 mg吸附剂，定容至10 mL，震荡一定时间后，磁析分离，取上清液测定，计算平衡吸附量。将吸附土霉素、四环素、金霉素后的吸附材料分散至10 mL流动相中，震荡30 min，磁析分离，测定上清液中三种抗生素浓度，计算回收率。

1.5色谱工作条件

流动相：乙腈+甲醇+0.01 mol/L草酸溶液(2:1:7)，当天配置；流速：1.0 mL·min-1；检测波长：280 nm；进样量15 μL。标准混合液色谱图如图4所示。

1.6样品处理

准确称取蜂蜜样品3.57 g于100 mL具塞离心管中加入Na2EDTA-Mcllvaine缓冲液35 mL，于漩涡混合器上充分匀质，使试样完全溶解后以5000 r/min离心15 min，移出上清液，残渣再加该缓冲液15 mL，重复上述操作，合并两次提取液，然后加入30 mg吸附剂(使用前先用甲醇和水活化)，震荡 30 min 后磁析分离，再分别用5 mL 5%甲醇和5 mL水清洗吸附剂，再放于用5 mL乙腈中使抗生素解吸附，磁析分离，分离液在35 ℃氮吹近干，最后加入1 mL流动相溶解，供液相色谱分析用。

2　结果与讨论

2.1吸附剂表征

图1　吸附剂Fe3O4(a)和ZrO2/Fe3O4(b)的TEM图

Fe3O4包覆ZrO2改性前后磁化曲线如图 2所示，从图2中可以看出，当Fe3O4磁核的饱和磁强度为85 emu·g-1，当包覆ZrO2后，其饱和磁强度减小到了40 emu·g-1，虽然饱和磁强度减小，但吸附剂仍具有良好的超顺磁性，完全可以满足磁析分离的需要。

图2　吸附剂ZrO2/Fe3O4的磁滞曲线

2.2吸附动力学

当三种抗生素标准溶液质量浓度均为ρ=5.5 μg·mL-1时，分别加入20 mg吸附剂，测定了吸附时间对吸附率的影响结果如图3所示，对比这三种抗生素在吸附剂上的吸附行为可以发现，金霉素在吸附剂上吸附的速率最快，四环素次之，而土霉素吸附速率最慢，金霉素只需20 min吸附率几乎就可以达到100%，而四环素与土霉素分别需要40 min和45 min才几乎能达到100%。

图3　吸附时间值对三种抗生素在吸附剂上吸附率的影响

2.3洗脱剂的选择

将吸附抗生素的吸附剂分别使用甲醇和乙腈进行洗脱，结果发现乙腈的洗脱效果高于甲醇的洗脱效果，这说明乙腈的洗脱能力大于甲醇，色谱实验也表明，对于同一样品，当使用相同浓度的甲醇和乙腈做洗脱液时，前者的保留时间大于后者，且后者的分离效果更好。另外，吸附剂经洗脱后活化，可重复使用，这也大大节省了吸附剂的使用成本。

2.4标准样色谱分离

金霉素、四环素和土霉素均具有弱酸性，如果以纯甲醇做流动相，分离效果较好，但保留时间较长，而且峰形较宽，若以纯乙腈做流动相虽然峰形较好，但分离效果较差，综合考虑，实验选择甲醇-乙腈-草酸的混合物作为流动相较为合适，分离色谱图如图4所示，从图4中可以看出，三种抗生素均实现了良好的分离，且峰形较好，保留时间也合适。

图4　混合液标准色谱图

2.5标准曲线和线性关系

分别以峰面积对相应标准系列的金霉素、四环素和土霉素作图，可以看出当三种抗生素的浓度在5～100 μg·L-1时，峰面积与三种抗生素均成良好的线性关系，其线性方程与相关系数如表1所示。

表1　三种抗生素线性方程

2.6精密度与加标回收率

取三支具塞离心管分别加入3 g蜂蜜样品，然后各加5 μg的混合标准样品，按照1.6进行样品处理和测试，计算回收率和标准偏差，结果列于表2中，从表2中可以看出回收率范围在95%～97.8%之间，相对标准偏差低于3.1%(测定次数n=8)，均在测定允许的范围内。

表2　三种抗生素加标回收率及实验结果

3　结　论

以上结果说明疏水改性的ZrO2/Fe3O4磁性纳米吸附材料对金霉素、土霉素和四环素均有较强的吸附能力，将其作为吸附剂富集蜂蜜处理液中的抗生素，然后利用色谱进行测定，所得的加标回收率和标准偏差均在允许范围内，说明该方法具有较高的准确度与重现性，适用于蜂蜜中抗生素的测定，另外磁性纳米材料在预处理过程中磁析分离然后进行洗脱，洗脱后的吸附材料可以重复利用，这样不仅简化了前处理过程而且还节约了分离成本和时间，所以纳米磁性材料在样品预处理领域中具有广阔的应用前景。

[1]贾久满,要瑞莉.我国动物性产品中抗生素残留问题的现状及对策[J].安徽农业科学,2007, 35(7):1368-1370.

[2]杜红鸽.四环素类药物残留分析方法研究进展[J].河南畜牧兽医:综合版,2008,29(6):13-14.

[3]中华人民共和国农业部.农业部2002年235号公告动物性食品中兽药最高残留限量[S].北京:中国标准出版社,2002．

[4]杨梖,白雪.磁性吸附材料的制备及其在污水处理中的应用[J].环境工程,2015(4):25-29.

[5]符晓兰,卞学海.纳米Fe3O4颗粒及其磁流体的制备与研究[J].东华大学学报:自然科学版, 2011(3):341-345.

[6]彭花萍,梁汝萍.核-壳Fe3O4@ZrO2磁性纳米粒子/肌红蛋白生物膜的制备及其直接电化学[J].分析化学,2009(A02):22-22.

Enrichment and Determination of Three Antibiotics Using Modified Nanometer-size Magnetic ZrO2/Fe3O4*

SHANGFeng1,ZHAOKai-lou2

(1 Luoyang Quality and Technical Supervision and Inspection Center, Henan Luoyang 471003；2 Department of Applied Chemistry, Henan Vocational College of Applied Technology, Henan Zhengzhou 450042, China)

Magnetite ZrO2/Fe3O4nanoparticles were prepared which were modified with Octadecyltrichlorosilane. The adsorbents were used to enrich oxytetracycline, tetracycline, chlortetracycline in treating solution of honey. The results demonstrated the adsorbents could be readily separated and recovered under external magnetic field. This method lowed the cost of pretreatment of sample, simplified the progress of pretreatment of sample.

nanoparticle; ferroferric oxide; zirconium dioxide; antibiotics

河南省教育厅科技公关项目(13B150965)；河南省教育厅科技公关项目(15A150088)。

尚峰(1979-)，男，工程师，研究方向为仪器分析和与食品药品检测技术。

赵开楼。

TQ424,X703．1

A

1001-9677(2016)012-0073-03