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(廣東藥科大學(xué) 藥學(xué)院, 廣州 510006)

磺胺甲噁唑(SMZ)是一種廣譜抗生素,對(duì)大多數(shù)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌都有抑制作用,主要用于敏感菌引起的尿路感染、呼吸系統(tǒng)感染、腸道感染、膽道感染及局部軟組織或創(chuàng)面感染等,臨床上多與甲氧芐啶制成復(fù)方制劑使用。由于性質(zhì)穩(wěn)定、不易變質(zhì),而且價(jià)格便宜,SMZ被廣泛用于獸藥臨床、動(dòng)物及水產(chǎn)飼養(yǎng)中?？股貫E用不僅會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生抗性基因,抗生素還會(huì)與其他污染物結(jié)合對(duì)水生生物和人類產(chǎn)生復(fù)雜的復(fù)合毒性效應(yīng)[1]。養(yǎng)殖業(yè)廢水和城市污水已成為抗生素濫用的最高污染源頭,抗生素濫用所造成的環(huán)境污染問題也日益受到人們的重視?；前芳讎f唑在環(huán)境和水樣中被檢出率已居榜首[2]。目前,磺胺甲噁唑的測定方法較多,有高效液相色譜法[3-5]、高效液相色譜-質(zhì)譜法[6-8]、毛細(xì)管電泳法[9-10]、近紅外光譜法[11]、原子吸收光譜法[12]、分光光度法[13]等,但是這些方法存在操作繁瑣、儀器設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。近年來采用電化學(xué)方法測定磺胺甲噁唑已有報(bào)道[14-16]。碳納米管由于具有較強(qiáng)的電催化性能已廣泛用于電極修飾材料[17-19]。文獻(xiàn)[14]在中性環(huán)境下,利用多壁碳納米管-Nafion修飾玻碳電極測定磺胺甲噁唑。利用碳納米管和十二烷基苯磺酸鈉修飾碳糊電極測定磺胺甲噁唑的研究未見報(bào)道。本工作制備了碳納米管和十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極,該方法用于廢水和復(fù)方磺胺甲噁唑片的分析,結(jié)果滿意。

1 試驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

Ingsen 4030型電化學(xué)工作站;pHS-25型酸度計(jì)。三電極系統(tǒng):碳糊電極和修飾碳糊電極為工作電極,鉑絲為對(duì)電極,飽和甘汞電極為參比電極。

磺胺甲噁唑標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.0×10-2mol·L-1,稱取磺胺甲噁唑標(biāo)準(zhǔn)品0.129 2 g,加適量乙酸溶解后,用水定容于50 mL容量瓶中,置于冰箱4 ℃保存,使用時(shí)用水逐級(jí)稀釋。

所用試劑均為分析純,試驗(yàn)用水為超純水。

1．2 工作電極的制備

將質(zhì)量比為7∶2∶1的石墨粉、石蠟和硅油放入研缽中混勻,研磨呈糊狀,在內(nèi)徑3 mm塑料管的一端內(nèi)填入碳糊,管的另一端插入銅絲作為導(dǎo)線,將制備好的電極在稱量紙上拋光后備用,即得碳糊電極(CPE)。

先移取1 g·L-1多壁碳納米管黑色懸浮液2 μL滴涂在電極表面,待溶劑揮發(fā)后,即得多壁碳納米管修飾的碳糊電極(MWCT-CPE)。在MWCT-CPE表面滴涂1 g·L-1十二烷基苯磺酸鈉溶液2 μL,即得多壁碳納米管-十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極(MWCT-SDBS-CPE)。更新電極表面時(shí),擠出碳糊1～2 mm切除后再重新修飾即可。

1．3 試驗(yàn)方法

在含有0.005 mol·L-1硝酸鈉的pH 5.0的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中,以碳糊電極或者修飾碳糊電極為工作電極,加入一定量的磺胺甲噁唑標(biāo)準(zhǔn)溶液,采用三電極系統(tǒng),在一定的電位范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安法(CV)和微分脈沖伏安法(DPV)掃描。

2 結(jié)果與討論

2．1 不同修飾電極的電化學(xué)交流阻抗

采用電化學(xué)交流阻抗法考察了碳糊電極、多壁碳納米管修飾的碳糊電極及多壁碳納米管-十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極在5.0×10-3mol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液中的交流阻抗,結(jié)果見圖1。

(a) 原圖

(b) 部分放大圖1-CPE;2-MWCT-CPE;3-MWCT-SDBS-CPE圖1 不同修飾電極的電化學(xué)交流阻抗圖Fig. 1 Electrochemical impedance curves with different modified electrodes

電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻(Ret)在數(shù)值上等于阻抗譜圖半圓的直徑。由圖1可知:碳糊電極的電阻最大,多壁碳納米管修飾碳糊電極的電阻次之,多壁碳納米管-十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極的電阻最小。這說明電極表面修飾上表面活性劑和多壁碳納米管后,電極阻礙電子傳遞的能力減小,修飾電極的電催化性能提高。

2．2 磺胺甲噁唑在不同修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)

在含有0.005 mol·L-1硝酸鈉的pH 5.0的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中,磺胺甲噁唑在碳糊電極、多壁碳納米管修飾的碳糊電極、多壁碳納米管-十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極上的循環(huán)伏安圖見圖2。

(a) 原圖

(b) 部分放大圖1-CPE;2-MWCT-CPE;3-MWCT-SDBS-CPE圖2 不同修飾電極的循環(huán)伏安圖Fig. 2 CVs with different modified electrodes

由圖2可知:SMZ在碳糊電極和修飾碳糊電極上均產(chǎn)生兩個(gè)氧化峰和一個(gè)還原峰,在CPE上(曲線1),氧化峰電位分別為1.16,0.48 V,還原峰電位為0.30 V,0.48 V處的峰電流為1.52 μA;在MWCT-CPE上,氧化峰電位分別為1.12,0.40 V,還原峰電位為0.34 V,與CPE相比,SMZ的氧化峰電位均發(fā)生了負(fù)移,還原峰電位發(fā)生了正移,0.40 V處的峰電流為1.87 μA,說明在MWCT-CPE上,SMZ的電子傳遞被加快了;在MWCT-SDBS-CPE上,氧化峰電位分別為1.13,0.38 V,還原峰電位為0.28 V,與CPE相比,SMZ的氧化峰電位均發(fā)生了負(fù)移,0.38 V處的氧化峰電流為12.16 μA,氧化峰電流較MWCT-CPE及CPE均增加,比CPE增大了約7倍,較MWCT-CPE增大了約6倍,且該氧化峰較穩(wěn)定。這可能主要基于以下兩個(gè)原因:一是十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)是陰離子表面活性劑,磺胺甲噁唑在試驗(yàn)條件下以帶正電荷的形態(tài)存在,由于靜電吸附作用達(dá)到增敏作用;二是多壁碳納米管能加速電子傳遞。由于SDBS和多壁碳納米管的協(xié)同作用,更加增大了電極的靈敏度。試驗(yàn)選擇SMZ的0.38 V的氧化峰作為研究對(duì)象,MWCT-SDBS-CPE電極為工作電極。

2．3 測定條件的選擇

2．3．1 基底碳糊電極

用石墨粉作為電極材料,以液體石蠟、硅油、甘油為黏合劑制備碳糊電極,在相同的條件下進(jìn)行測定。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),用液體石蠟和硅油為黏合劑,石墨粉作為電極材料制備的碳糊電極效果最好,且石墨粉、石蠟和硅油的質(zhì)量比為7∶2∶1時(shí),峰電流最大,峰形最好。試驗(yàn)選擇石墨粉、石蠟和硅油的質(zhì)量比為7∶2∶1的混合物作為基底碳糊電極。

2．3．2 酸度及緩沖溶液

酸度對(duì)峰電流的影響見圖3。

csmz=5.0×10-5mol·L-1圖3 酸度對(duì)峰電流的影響Fig. 3 Effect of acidity on peak current

由圖3可知:pH為2.0～4.0時(shí),磺胺甲噁唑的峰電流隨pH的增大而增大;pH為5.0～6.0時(shí),峰電流達(dá)到最大值且基本不變;繼續(xù)增加pH峰電流減小。試驗(yàn)選擇測定底液的pH為5.0。

試驗(yàn)考察了乙酸-乙酸鈉、草酸-草酸鈉、磷酸氫二鈉-檸檬酸、甲酸-甲酸鈉等緩沖溶液對(duì)磺胺甲噁唑測定的影響。結(jié)果表明:在乙酸-乙酸鈉緩沖體系中磺胺甲噁唑的峰形最好,峰電流最大。試驗(yàn)選擇乙酸-乙酸鈉為緩沖溶液。

pH為2.0～6.0時(shí),磺胺甲噁唑的峰電位與酸度呈線性關(guān)系,線性回歸方程為y=0.525 8-0.033 7x,相關(guān)系數(shù)為0.990 5。即峰電位隨pH的增大而減小,說明質(zhì)子參與了整個(gè)反應(yīng)。根據(jù)斜率及公式(1)計(jì)算質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)之比。

Ep=K-(0.059m/n)pH(1)

式中:Ep為峰電位;K為常數(shù);m為轉(zhuǎn)移的質(zhì)子數(shù);n為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)。

計(jì)算得m/n=0.57。說明磺胺甲噁唑在電極上反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)之比為1∶2。

2．3．3 支持電解質(zhì)

試驗(yàn)考察了硝酸鉀、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉀等支持電解質(zhì)對(duì)SMZ測定的影響。結(jié)果表明:在硝酸鈉溶液中測定的峰形好,靈敏度高。當(dāng)硝酸鈉的濃度為0.005 mol·L-1時(shí),峰電流最大。試驗(yàn)選擇0.005 mol·L-1硝酸鈉溶液作為支持電解質(zhì)。

2．3．4 表面活性劑

試驗(yàn)考察了吐溫-20、吐溫-60、吐溫-80、SDBS、十二烷基硫酸鈉(SDS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)等表面活性劑修飾電極對(duì)SMZ測定的影響。結(jié)果表明:用SDBS修飾的電極峰電流最大。試驗(yàn)中工作電極采用SDBS修飾的多壁碳納米管碳糊電極。

2．3．5 掃描速率

試驗(yàn)考察了掃描速率為50～500 mV·s-1時(shí)對(duì)磺胺甲噁唑測定的影響,結(jié)果見圖4。

曲線1～10所對(duì)應(yīng)的掃描速率依次為50,100,150,200,250,300,350,400,450,500 mV·s-1圖4 掃描速率對(duì)磺胺甲噁唑測定的影響Fig. 4 Effect of scanning rate on determination of SMZ

由圖4可知:隨掃描速率的增加,氧化峰電位正移,氧化峰電流增大。峰電流(ip)與掃描速率(v)成正比,線性回歸方程為ip=0.066 30v+5.915,相關(guān)系數(shù)為0.995 5。說明磺胺甲噁唑在修飾碳糊電極上的電化學(xué)過程主要受吸附控制。氧化峰電位隨掃描速率的增加發(fā)生正移,且與lgv成正比關(guān)系,得到線性回歸方程為Ep=0.360 4 lgv-0.368 3,相關(guān)系數(shù)為0.992 4。試驗(yàn)選擇掃描速率為100 mV·s-1。

2．4 干擾試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法考察了常見無機(jī)離子對(duì)磺胺甲噁唑測定的干擾。結(jié)果表明:當(dāng)相對(duì)誤差在±5%以內(nèi)時(shí),100倍的K+、NH4+、Ba2+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cl-、SO42-等對(duì)測定均不產(chǎn)生干擾,50倍的磺胺二甲嘧啶、氯霉素,100倍的加替沙星、左氧氟沙星對(duì)測定幾乎無影響。說明該修飾電極對(duì)磺胺甲噁唑的測定具有較好的選擇性。

2．5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按試驗(yàn)方法采用差分脈沖伏安法對(duì)2.0×10-9,2.0×10-8,4.0×10-8,6.0×10-8,8.0×10-8,1.0×10-7,8.0×10-7,2.0×10-6,4.0×10-6,6.0×10-6,1.0×10-5mol·L-1的SMZ標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定,并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:磺胺甲噁唑的濃度在2.0×10-9～1.0×10-7mol·L-1,1.0×10-7～1.0×10-5mol·L-1內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的峰電流呈線性關(guān)系,線性回歸方程分別為I=7.107×10-6c+7.535×10-1,I=4.340×10-7c+1.521,相關(guān)系數(shù)分別為0.994 3,0.996 3,檢出限為1.0×10-9mol·L-1。

2．6 電極的重現(xiàn)性、精密度和穩(wěn)定性

按試驗(yàn)方法連續(xù)測定6.0×10-6mol·L-1SMZ標(biāo)準(zhǔn)溶液5次,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為4.9%,表明電極具有較好的重現(xiàn)性。用平行制作的5支修飾電極測定同一濃度的磺胺甲噁唑溶液,RSD為3.2%,表明電極具有較好的精密度。室溫放置電極,用同一支電極連續(xù)測定相同濃度的磺胺甲噁唑溶液11 d,RSD為4.0%,表明電極具有良好的穩(wěn)定性。

2．7 樣品分析

取復(fù)方磺胺甲噁唑片5片研細(xì)后,稱取磺胺甲噁唑細(xì)粉適量,加乙酸溶解并定容至25 mL。按試驗(yàn)方法用差分脈沖伏安法進(jìn)行測定,同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。結(jié)果表明:每片中平均含磺胺甲噁唑0.395 g,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.8%～5.5%,回收率為98.0%～110%。

將取回的廢水放置3 d后,取上層清液適量,按試驗(yàn)方法采用差分脈沖伏安法進(jìn)行測定,同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果見表1。

本工作采用簡單滴涂法制備了多壁碳納米管-十二烷基苯磺酸鈉修飾的碳糊電極,該電極對(duì)磺胺甲噁唑的氧化具有很強(qiáng)的電催化能力。采用電化學(xué)交流阻抗法和循環(huán)伏安法研究了該修飾電極的電化學(xué)特性及對(duì)磺胺甲噁唑的電化學(xué)響應(yīng),該修飾電極穩(wěn)定、重現(xiàn)性好、選擇性好、靈敏度高,方法的線性范圍寬,檢出限低。

表1 樣品分析結(jié)果(n=3)Tab. 1 Analytical results of samples(n=3)

[1] 章強(qiáng),辛琦,朱靜敏,等.中國主要水域抗生素污染現(xiàn)狀及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué), 2014,33(7):1075-1083．

[2] 張凡,薛罡,陳紅.不同離子對(duì)鐵銅雙金屬微電解處理磺胺甲惡唑的影響[J].水處理技術(shù), 2016,42(7):17-20．

[3] 劉宏程,劉家富,黎其萬,等.HPLC同時(shí)測定牛蛙中的己烯雌酚、呋喃唑酮、磺胺類藥物殘留量[J].分析試驗(yàn)室, 2008,27(4):44-47．

[4] 朱曉華,翁棋蘭,王靜,等.高效液相色譜同時(shí)檢測魚肉組織中4種磺胺與甲氧芐啶的殘留量[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009,32(4):138-142．

[5] 許旭,肖遠(yuǎn)燦,耿丹丹,等.在線柱后衍生-高效液相色譜-熒光檢測法同時(shí)測定牛肉中16種磺胺類藥物殘留[J].色譜, 2016,34(4):422-428．

[6] 檀笑昕,李楠,李享,等.在線凈化-高效液相色譜雙檢測器法測定土壤中多菌靈、磺胺類、新煙堿類農(nóng)獸藥殘留[J].分析試驗(yàn)室, 2016,35(8):874-879．

[7] 楊路平,焦燕妮,邵立君,等.飲用水中12種抗生素殘留的固相萃取-超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜快速測定法[J].環(huán)境與健康雜志, 2016,33(7):625-628．

[8] 郭欣妍,王娜,郝利君,等.超高效液相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)測定水、土壤及糞便中25種抗生素[J].分析化學(xué), 2015,43(1):13-20．

[9] 張寅艷,靳淑萍,李自成,等.毛細(xì)管電泳-電化學(xué)檢測法測定飼料中的磺胺類藥物[J].分析試驗(yàn)室, 2010,29(3):1-5．

[10] 楚清脆,田秀慧,江蓮梅,等.毛細(xì)管電泳-安培法測定復(fù)方磺胺甲噁唑片中的有效成分[J].分析化學(xué), 2008,36(3):292-296．

[11] 張經(jīng)碩,徐乃玉,陳雨,等.近紅外光譜快速測定復(fù)方磺胺甲噁唑藥效成分[J].化學(xué)研究與應(yīng)用, 2006,18(7):788-790．

[12] 潘樂.微波消解-原子吸收光譜法測定藥品中的磺胺甲惡唑[J].光譜實(shí)驗(yàn)室, 2012,29(6):3662-3665．

[13] 李全民,楊占軍.1,2-萘醌-4-磺酸鈉體系分光光度法測定磺胺甲噁唑[J].分析化學(xué), 2006,34(1):83-86．

[14] 孫玉琴,猶衛(wèi),高作寧.磺胺甲噁唑在多壁碳納米管-Nafion修飾電極上的電催化氧化及電分析方法[J].藥學(xué)學(xué)報(bào), 2008,43(4):396-401．

[15] 林洪,李德良,黃慶斌.磺胺甲噁唑的示波極譜測定及其電化學(xué)行為[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2004,20(2):217-218．

[17] 金黨琴,周祥祥,陳慶娣,等.多壁碳納米管-十二烷基磺酸鈉修飾玻碳電極測定乙草胺[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊, 2016,52(1):56-60．

[18] 焦翠玲,王學(xué)亮,同元輝,等.殼聚糖/DNA/血紅蛋白/多壁碳納米管復(fù)合膜修飾玻碳電極的制備及其電化學(xué)行為的研究[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊, 2013,49(1):15-18．

[19] NIU X L, YANG W, GUO H, et al. Highly sensitive and selective dopamine biosensor based on 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic acid functionalized graphene sheets/multi-wall carbon nanotubes/ionic liquid composite film modified electrode[J]. Biosens Bioelectron, 2013,41:225-231．