多壁碳纳米管对微量苯二氮卓类药物的吸附性能

【摘要】 　　研究了静态吸附条件下多壁碳纳米管（mwcnts）对地西泮、艾司唑仑、阿普唑仑和三唑仑 4种苯二氮卓类药物的吸附性能，10 min内能达到吸附平衡。mwcnts对药物的吸附容量随药物浓度的增加而增加，最小初始浓度时mwcnts对4种药物的静态吸附容量分别为7.95、7.88、7.99和7.73 mg/g，吸附容量较大。295、303和313 k温度下的吸附实验表明，吸附容量随温度的升高而减小，降低温度有利于药物的吸附。对不同温度下的吸附等温线采用freundlich和langmuir方程进行拟合，结果显示langmuir方程具有更好的拟合效果。在动态吸附条件下穿透体积的测定显示mwcnts对药物也具有大的吸附容量且萃取回收率高达90%以上。

【关键词】 多壁碳纳米管 苯二氮卓 吸附

　　1 引言

　　苯二氮卓类药物属于安眠镇静类药物，可作为兽医用药 [1,2]，同时也用作饲料添加剂，或在屠宰、检疫或转移之前，用以减少动物死亡率和降低伤害，减轻其紧张状态。长期食用此类动物食品对人体易产生危害。我国农业部2002年4月发布了公告第193号《食品动物禁用的兽药及其他化合物清单》，明令禁止将此类药物以抗应激、提高饲料报酬、促进动物生长为目的在食品动物饲养过程中使用，故必须建立其适宜的残留检测方法。在残留检测中，样品的前处理净化是关键。目前，固相萃取技术由于其本身的诸多优点而备受关注[3,4]。固相萃取技术取得成功的关键因素是吸附剂的选择，最常用的是c18键合硅胶，另外还有其他许多类型[5]。这些吸附剂虽可满足大部分的分析任务，但也有某些不足之处，有待于进一步发展完善。

　　近年来，纳米材料以它特有的性质得到了广泛的应用。纳米材料以其大的比表面积，作为固相萃取吸附剂对某些化合物进行有效萃取具有巨大潜力，值得研究探索。多壁碳纳米管（mwcnts）作为固相萃取吸附剂在环境污染物检测中的应用已多有报道[6,7]，但在兽药残留分析中还鲜有报道。为了考察mwcnts作为固相萃取吸附剂[8]应用于苯二氮卓类药物残留检测的适用性，本实验在静态和动态吸附条件下，考察了mwcnts对地西泮、艾司唑仑、阿普唑仑和三唑仑4种苯二氮卓类药物的吸附性能。

　　2 实验部分

　　2.1 仪器与试剂

　　6890n/5973i气质联用仪和7683型自动进样器（美国agilent公司）；hp5色谱柱（30 m×0.25 mm， 0.25 μm）；药物标准品(中国药品生物制品鉴定所，含量均大于99.0％)，准确称取适量标准品用甲醇配成标准储备液，地西泮、艾司唑仑、阿普唑仑和三唑仑的浓度分别为288、274、268和266 mg/l；甲醇、正己烷和乙酸乙酯均为农残级；其它试剂均为分析纯；0.05 mol/l k2hpo4缓冲溶液（ph 7）；多壁碳纳米管[9]（购自清华大学化学工程系)，使用前于130 ℃下干燥3 h，经测定比表面积为200～300 m2/g，采用丙烯在催化剂femo/al2o3的作用下催化裂解产生，产品形貌为大量碳管缠绕的三维空间团聚体结构。

　　2.2 药物测定方法

　　载气高纯he（1.1 ml/min）；不分流进样1 μl；进样口温度为300 ℃；柱温：100 ℃（1min）25 ℃/min310 ℃（4 min）；四极杆温度150 ℃；离子源温度230 ℃；电子轰击电离源(ei，70 ev)，选择离子模式（sim）：地西泮m/z 165、256、257、284；艾司唑仑m/z 239、259、294；阿普唑仑m/z 204、273、308；三唑仑m/z 238、279、313、342。

　　按标样试样试样标样次序进样，出峰时间和质谱结果定性，外标法定量。

　　2.3 静态吸附实验

　　从标准储备溶液中吸取1.5、1.2、0.9、0.6和0.3 ml分别加入到5个50 ml塑料离心试管中，吹干后加入20 ml磷酸盐缓冲溶液（ph 7）[10]，每个试管中加入10 mg mwcnts，在不同温度下快速振荡1 h。离心移取2 ml上清液，用5 ml乙酸乙酯提取药物，吹干定容到10 ml。同时做不加入mwcnts的空白对照。经稀释到适宜浓度后进gc/ms检测。按公式计算吸附量(qe)：qe=(c0－ce)v/m 。式中，v为药物溶液的体积（ml），c0为吸附前药物溶液的浓度（mg/l），ce为吸附平衡时药物溶液的浓度（mg/l），m为mwcnts的质量（g）。

　　2.4 动态吸附实验

　　2.4.1 mwcnts spe柱的制备 6.0 ml的spe柱管用水和甲醇清洗干净后，填入200 mg的mwcnts，使mwcnts的装填高度约1 cm，保持液流速度在通常的真空条件下为0.5～1 ml/min。将装填好的固相萃取小柱用5 ml丙酮、 5 ml甲醇、5 ml水预处理后待用。

　　2.4.2 mwcnts spe柱对4种药物穿透体积的测定 分别配制一定体积的500 μg/l的4种药物的标准磷酸盐缓冲溶液，然后将单个药物溶液通过预处理好的小柱，调节真空，保持液流速度在0.5～1 ml/min，柱出口溶液每3 ml接一次，将接收的溶液用相同体积的乙酸乙酯提取，吹干，定容至3 ml，gc/ms检测。

　　2.4.3 药物在mwcnts spe柱上的萃取回收率 将50 ml的100 μg/l的4种药物的标准磷酸盐缓冲溶液通过预处理好的小柱，调节真空，保持液流速度在0.5～1 ml/min。当溶液流过柱子后，通氮气将柱子吹干，然后分别用1～6 ml丙酮洗脱，洗脱液吹干后定容至5 ml，gc/ms检测。
　　

　　3 结果与讨论

　　3.1 静态吸附平衡时间的影响

　　分别取0.4 ml药物标准储备溶液，按2.3节中的实验过程，考察了在室温下分别振荡0～60 min后，mwcnts对药物的吸附量的变化，实验数据见表1。

　　表1 吸附时间影响药物吸附量的实验数据（略）

　　table 1 influence of time on benzodiazepines adsorption

　　结果表明，mwcnts对4种药物具有较快的吸附速度，约10 min即可达到吸附平衡。为了消除实验误差的影响，吸附实验中选择振荡吸附时间60 min。

　　3.2 吸附等温线

　　图1给出了不同温度（295、303 和313 k）下mwcnts对4种药物的吸附等温线。由图1可见，mwcnts对4种药物的吸附量均随药物浓度增加而增加，且在所测的浓度范围内并未达到饱和吸附，可见mwcnts对药物的吸附容量较大。在选定的实验条件下，最低初始浓度时mwcnts对地西泮、艾司唑仑、阿普唑仑、三唑仑4种药物的静态吸附容量分别为7.95、7.88、7.99和7.73 mg/g，且mwcnts对4种物质的吸附量均随温度的升高而降低。该吸附为放热过程，温度低时有利于4种物质的吸附。

　　图1 多壁碳纳米管对三唑仑（a）、艾司唑仑（b）、地西泮（c）和阿普唑仑（d）的吸附等温线（略）

　　fig．1 adsorption isotherms of triazolam (a)，estazolam (b)，diazepam (c) and alprazolam (d) on mwcnts

　　3.3 吸附等温线的数学拟合

　　吸附等温线可反映出mwcnts的吸附性能，由此可估算出实验中所需mwcnts的用量，是设计吸附装置的重要依据。吸附等温式则是表示吸附等温线的公式。通常，描述吸附平衡的吸附等温式有freundlich和langmuir两个方程[１1]，其直线方程如下：freundlich方程：
　　lnqe=lnkf+1／nlnce(1)

　　langmuir方程： 1／qe=1／xm+1／xmalce(2)式中：qe为平衡吸附量（mg/g）；ce为吸附平衡浓度（mg/l）；kf、n为freundlich常数，xm和al为langmuir常数。

　　mwcnts对4种药物的吸附采用freundlich和langmuir两个方程进行拟合，结果见表2，并给出了药物在22 ℃下实验测定值与根据freundlich和langmuir两个方程拟合所得拟合曲线，见图2。通常freundlich常数kf可用来表示吸附能力的相对大小，kf越大，表明吸附剂的吸附能力越强。n值是吸附剂对吸附质吸附优惠性的体现，n都大于1，表明是优惠吸附，说明mwcnts是一种合适的吸附剂。相关系数r的大小说明langmuir方程能更好地描述mwcnts对药物的吸附过程。

　　表2 多壁碳纳米管吸附苯二氮卓类药物的吸附等温式参数（略）

　　table 2 parameters of freundlich and langmuir isotherm models for adsorption of benzodiazepines compounds on mwcnts

　　图2 三唑仑（a）、艾司唑仑（b）、地西泮（c）和阿普唑仑（d）的实验测定值与不同等温线的拟合情况（略）

　　fig．2 ｒelationship of experimental data of triazolam (a), estazolam (b), diazepam (c) and alprazolam (d) with langmuir and freundlich isotherm

　　1. 实验测定值（experimental data）； 2. freundlich isotherm； 3. langmuir isotherm。

　　3.4 动态吸附实验中mwcnts装填量的影响

　　分别填装100、200和500 mg mwcnts材料，它们的装填高度分别约为0.5、1.0 和2 cm。一般实验中spe柱的操作流速为0.5～1 ml/min，通过真空调节，装有200 mg纳米材料的柱子流速能够控制在此范围内，100 mg纳米材料的柱子在不使用真空的条件下流速大于1 ml/min，不利于药物的吸附，而装有500 mg纳米材料的柱子在真空条件不能达到此流速，处理时间较长。故选择装填200 mg的纳米材料，流速控制在0.5～1 ml/min。

　　3.5 药物在mwcnts spe柱上的穿透体积

　　spe柱所能承受的样品量是有限的，当流出液浓度为初始浓度的5%时，此时的接收体积为药物的穿透体积[１2]，其值越大则吸附容量越大。地西泮、艾司唑仑、阿普唑仑和三唑仑在mwcnts spe柱上的穿透体积分别为120、150、180和180 ml。结果表明，在动态吸附实验中，mwcnts对药物的吸附容量是较大的。药物残留分析中，样品中所含有的药物量都很低，通常在μg/kg级以下，所处理的药物量远小于此动态吸附实验中的药物量。因此，可以将此spe小柱应用于4种苯二氮卓类药物的残留分析。

　　3.6 药物在mwcnts spe柱上的萃取回收率

　　图3 mwcnts spe柱对药物的萃取回收率（略）

　　fig.3 recovery of four drugs on mwcnts spe

　　(◆） 地西泮（diazepan）； （■）艾司唑仑（estazolam）； （▲）阿普唑仑（alprazolam）; （×) 三唑仑(trizaolam)。

　　固相萃取回收率是spe柱性能的一个重要指标，在spe柱上要求吸附剂能够快速大量的吸附物质，且能够用小量的溶剂将被吸附的物质解吸附，具有高的萃取回收率。因为药物为中等极性物质，在丙酮溶剂中具有很好的溶解性，故选用丙酮作为药物的洗脱溶剂来考察萃取回收率。图3给出了不同体积的丙酮对4种药物的洗脱回收率，从图3中可以看出洗脱溶剂体积在3～6 ml范围内，药物的萃取回收率均大于90%，可见mwcnts spe柱用于药物的固相萃取是适合的。

【参考文献】
　　1 huang qiyun(黄启云), wang youyi(王友义), chen guoying(陈国英). chinese journal of rabbit farming(中国养兔杂志), 1996, (2): 13～14

　　2 shen yongｚhou(沈泳舟), zeng mingｈua(曾明华). journal of animal sciaence and veterinary medicine(畜牧兽医杂志), 1997, 16(1): 8～10

　　3 hennion m c, cauditcownes c, pichon v. journal of chromatography a, 1998, 823(1／2): 147～161

　　4 green c e, abraham m h. journal of chromatography a, 2000, 885(1／2): 41～49

　　5 beriueta l a, gallo b, vicente f. chromatographia, 1995, 40: 474～483

　　6 cai ｙ ｑ, jiang ｇ ｂ, liu ｊ ｆ. anal. chem., 2003, (75): 2517～2521

　　7 cai ｙ ｑ, jiang ｇ ｂ, liu ｊ ｆ. anal. chim. acta, 2003, 494: 149～156

　　8 simpson, nigel j k. solidphase extraction: principles, techniques and aplications. new york: marcel dekker, 2000

　　9 yu h, zhang q f, wei f, qian w z, luo g h. carbon, 2003, 41: 2855～2863

　　10 inoue ｈ, maeno ｙ, iwasa ｍ. forensic sci. int., 2000, 113: 367～373

　　11 he bingｌin(何炳林), huang wenｑiang(黄文强). ion exchange and adsorbent adsorbent resins(离子交换与吸附树脂: 第一版）. shanghai(上海): shanghai science education press(上海科学教育出版社), 1992： 423

　　12 zhang xiaoｆeng(张晓风). sample pretreatment by insitu polymerized solid phase extraction on microfluidic chip（微流控芯片上原位聚合固相萃取样品预处理）. chongqing（重庆）: chongqing university（重庆大学）， 2004