摘要】 将离子液体应用于气浮溶剂浮选分离/富集四环素类抗生素（tcs），建立了一种离子液体1丁基3甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]pf6）取代传统有机溶剂气浮溶剂浮选分离/富集四环素类抗生素的新方法。tcs与镧能形成疏水性络合物，易于浮选至离子液体相，考察了在离子液体中加入有机溶剂的种类和体积，试液的ph值、la的加入量、气体流速、浮选时间以及共存物质对浮选效率的影响，优化了浮选条件，与溶剂萃取方法相比，离子液体溶剂浮选四环素类抗生素富集倍数高，且无毒，无污染，试剂用量少，实测了鱼塘水和辽河水样，rsd分别为3.0%和4.3%（n=5），回收率为97%。本方法适合于环境水样中痕量四环素总量的分析检测。
【关键词】 离子液体 溶剂浮选 光度法 四环素 镧 络合物
1 引言
抗生素类药物在环境中残留，引发的环境污染问题，近年来备受关注。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[1]，由于其含量极低，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[2,3]，分析成本较高，且用大量有机溶剂，易形成二次污染。WWw.11665.CoM
离子液体（ils）[4,5]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[6]；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[7]，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[8,9]、液相微萃取[10,11]、固相微萃取[12]及超临界co2萃取[13]等。气浮溶剂浮选（gassolvent flotation）[14]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，已广泛地应用于水中痕量金属离子和有机物的分离/富集，将离子液体应用于气浮溶剂浮选分离四环素目前尚未见报道。
本研究利用稀土元素la(ⅲ)与四环素类抗生素在相似条件下形成疏水性络合物，以离子液体[bmim]pf6与乙酸乙酯( 1∶1，ｖ／ｖ) 的混合溶剂为浮选剂，对其络合物气浮溶剂浮选，实测了环境水样中的四环素类抗生素，用光度法对其总量进行测定，与溶剂萃取方法相比，具有富集倍数大，回收率高、污染小等优势，可应用于环境水样的监测。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
uv2500 型紫外可见分光光度计(日本岛津公司) ；phs3b酸度计(上海精密科学仪器有限公司)；ab204n 电子天平（瑞士梅特勒公司）；转子流量计（北京市宣武区仪表厂）；低速离心机（长沙市科纬仪器厂）；自制溶剂浮选池，溶剂浮选装置见图1。
离子液体1丁基3甲基咪唑六氟磷酸盐（[bmim]pf6, 上海成捷化工公司），乙酸乙酯（ethyl acetate，ea，沈阳国药）。la(ⅲ)溶液：准确称取适量la(no3)3(沈阳国药，纯度≥99. 99 %)，加水配成0.01 mol/l储备液；工作液浓度为: 0.1 mmol/l。tc、otc、ctc(中国药品生物制品检定所) 溶液：分别用水配成1. 0 mmol/l储备液；临用时稀释至0.1 mmol/l 的工作液。clarklubs 缓冲溶液：以0.2 mol/l ｈｂｏ３、0.2 mol/l kcl与0.2 mol/l naoh按一定比例混合, 配成不同ph 值的缓冲溶液, 并用酸度计校正ph值。试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。
图1 浮选装置（略）
fig.1 solvent sublation apparatus
2.2 实验方法
准确移取tc、otc、ctc工作液各2 ml，于100 ml烧杯中，加入6 ml 1.0×10－4 mol/l la(no3）3溶液，加入少量clarklubs 缓冲溶液，搅拌，静置10 min后，加入约70 ml 30% nacl溶液，搅拌均匀，转入100 ml的浮选池，继续加30% nacl溶液定容至刻度a（100 ml）处，充分混合，加5ml [bmim]pf6和ea混合液（1∶1, v/v）于液面上，通入n2，50 min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1 cm比色皿中，在最大波长处测定吸光度（以试剂空白为参比）。
3 结果与讨论
3．1 吸收光谱
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[15]，光谱特征相似，最大吸收波长分别为390、388、386 nm（见图2）。用紫外可见分光光度计在300～700 nm 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3)。结果表明，la（ⅲ）与tcs络合物的最大吸收波长为389 nm，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300～700 nm处无最大吸收，而浮选后的离子液体相在389 nm处有最大吸收，说明tcs la（ⅲ）络合物已被浮选至离子液相。以389 nm为最大吸收波长，优化浮选条件。
图2 tc、otc、ctc吸收光谱（略）
fig.2 absorption spectra of tetracycline(tc), oxytetracycline(otc) and chlortracycline(ctc)
图3 吸收光谱（略）
fig.3 absorption spectra
1. 浮选前水相吸收光谱(aqueous phase absorption spectrum before flotation process); 2. 浮选后水相吸收光谱(aqueous phase absorption spectrum after flotation process); 3. ilsea吸收光谱(ionic liquidsethyl acetate absorption spectrum); 4. 浮选后ilsea相吸收光谱(ionic liquidsethyl acetate absorption spectrum after flotation process)。
3．2 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1.1～1.6 g/cm3之间，粘度与传统的有机溶剂相比，通常要高1～3个数量级[16]，离子液体的密度大、粘度高的性质使其不能直接用于气浮溶剂浮选。seddon等[17]研究发现温度的微小升高或者少量杂质的存在，都会导致离子液体的粘度明显降低，wang等[18]研究了离子液体[bmim]pf6与有机化合物混合后的性质，发现有机溶剂的加入会使离子液体的密度和粘度有不同程度的降低。本实验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tcsla(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，对tcsla(ⅲ)络合物进行浮选，浮选后离子液体有机溶剂（ilsvocs）相吸光度与其比例变化如图4。结果表明，有机溶剂的加入均能不同程度的增大浮选后ilsvocs相的吸光度，说明离子液体中加入有机溶剂后，降低了其粘度和密度，这有利于溶剂浮选，随着离子液体加入量的增多，粘度和密度增大，浮选率下降，吸光度变小。同时还实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（1∶1，ｖ／ｖ）5 ml气浮溶剂浮选，并在浮选液中添加30% nacl时，浮选效果最佳。
3．3 溶液酸度和la(ⅲ)浓度的影响
四环素类抗生素在弱碱性条件下易生成络合物，不同的ph值对la(ⅲ)与tc、otc、ctc络合物形成的影响如图5所示。结果表明，3种抗生素形成络合物最适宜的酸度为ph 7.6，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。
图4 加入有机溶剂的影响（略）
fig.4 effect of adding organic solvent
（■）ethylacetat; (●) acetone; (▲)methanol; (）toluene.
图5 溶液酸度对络合物形成的影响（略）
fig.5 effect of ph on formation of tetracyclines(tcs)la complexes
（■）tc; (●) otc; (▲) ctc.
实验表明，随着la(ⅲ)用量的增加，络合物的吸光度也相应的增加。在本实验条件下，当la(ⅲ)用量为5 ml时，tcs反应完全，体系吸光度达到最大且恒定；超过5 ml体系吸光度无明显变化(见如图6)。
3．4 气体流速的影响
图6 la(ⅲ)加入量对络合物形成的影响（略）
fig.6 effect of added la(ⅲ) amount on formation of complexes
（■）tc; (●) otc; (▲) ctc.
实验表明，在气体流速在20～50 ml/min 范围内，浮选效率随氮气流速的增加而增大；超过50 ml/min 气体流速过快，浮升物易从气泡表面脱落，浮选效率下降(见图7)。本实验气体流速在40～50 ml/min 时，浮选效果最佳。
3．5 浮选时间的影响
实验结果表明，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50 min 时，tcs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(见图8)，故本实验浮选时间为50 min。
3．6 浮选池体积的影响
按实验方法，分别选择50、100、200、300和400 ml不同体积的浮选池进行浮选。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(500 ml需浮选80 min)；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(50 ml 只需浮选20 min)。综合考虑，本实验选择100 ml 浮选池，浮选时间为50 min。
图7 气体流速的影响（略）
fig.7 effect of gas flow rate
（■）tc; (●) otc; (▲) ctc.
图8 浮选时间的影响（略）
fig.8 effect of flotation time
（■）tc; (●) otc; (▲) ctc.
3．7 共存物质的影响
实验条件下，在100 ml溶液中对5 ml 0.1 mmol/l tcs溶液的多种共存成分进行考察（相对误差不超过±5 %），实验结果表明（以μg/l计）：na+、cl－、k+、cd2+、pb2+、so２－4、mn2+（1000）、cu2+、fe3+、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。
3．8 方法检出限和线性范围
按实验方法，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(mg/l)，相关系数r=0.9996，线性范围0.0～13.0 mg/l，表观摩尔吸光系数ε=3.5×105l／(mol·cm)，检出限0.3 μg/l。
3.9 样品测定
在离子液体浮选的同时，将同样比例的离子液体与乙酸乙酯的混合物应用于萃取tcsla(ⅲ) 络合物，并加以比较，结果见表1。分别取辽河水和某鱼塘水样各100 ml，用玻璃砂漏斗滤除杂物，按实验方法进行浮选，结果见表2。
表1 离子液体溶剂浮选与溶剂萃取法的比较（略）
table 1 ｃomparison of results between ionic liquids solvent sublation and solvent extraction
表2 样品中四环素类（tcs）抗生素含量的测定（略）
table 2 determination results of tcs in water
结果表明，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。对tcsla(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。
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