陳春香, 陳 文， 熊旭堯

(1.成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059; 2.四川省礦產資源化學高校重點實驗室，四川成都 610059)

呋喃西林(Nitrofurazone，NF)屬于硝基呋喃類藥物，它是一種人工合成的具有5-硝基呋喃基本結構的廣譜抗菌藥，曾經被廣泛應用于家禽、家畜、水產養(yǎng)殖動物傳染病的預防和治療，也曾用作飼料藥物添加劑[1]。研究發(fā)現，呋喃西林的代謝產物氨基脲具有致癌等作用，嚴重危害人體健康[2 - 4]。歐盟在1995年就規(guī)定禁止該類藥物在食物中使用，并于2003年確定水產品中硝基呋喃類藥物及其代謝產物的最大殘留限量為1.0 μg/kg[5]。我國農業(yè)部也在2002年公布的《食品動物禁用獸藥及其他化合物清單》中規(guī)定呋喃西林抗生素在所有動物源性食品中禁止使用，且對該類藥物的檢測標準也有明確的規(guī)定[6 - 7]。因此，出于對人們健康的考慮以及對水產品的質量監(jiān)督，建立一個對養(yǎng)殖水體中的呋喃西林進行快速、高效、靈敏檢測的方法具有一定的現實意義。

目前檢測呋喃西林的方法主要有：高效液相色譜法[3 - 4]、液相色譜-串聯(lián)質譜法[5 - 6]、分光光度法[7 - 8]、酶聯(lián)免疫吸附試驗法(ELISA)[9 - 10]以及電化學檢測法[11 - 14]。電化學方法具有檢測簡便、分析速度快、分析成本低、靈敏度高、易于實現現場和在線檢測的優(yōu)點。特別是極譜法具有檢測方便、操作費用低、靈敏度高等優(yōu)點。Reday等[11]使用直流極譜法、循環(huán)伏安法和差示脈沖極譜法研究了在pH為2.0到12.0的緩沖液中呋喃西林的電化學還原行為，并用于藥物制劑的分析。本研究在前人工作的基礎上，以養(yǎng)殖水體中的呋喃西林為分析對象，進行了更加詳細的研究，建立了檢測養(yǎng)殖水體中呋喃西林的極譜分析新方法，該方法其檢出限更低，檢測線性范圍更寬。同時，對電極反應機理進行了初步討論。

1 實驗方法

1.1 儀器與試劑

JP-303型示波極譜儀(成都儀器廠)，三電極體系：滴汞電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極；PXS-1離子活度計(成都世紀方舟科技有限公司)；BS 2245型電子分析天平(賽多利斯科學儀器有限公司)。

N′N - 二甲基甲酰胺(DMF)溶液(1.99%)的配制：準確移取2.0 mL DMF(純度為99%)于1 000 mL容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度。呋喃西林標準儲備溶液(200.0 μg/mL)的配制：準確稱取0.1023 g呋喃西林，溶解于20.0 mL DMF，然后移入1 000 mL容量瓶中，用蒸餾水定容。1.0 μg/mL呋喃西林標準工作溶液由儲備液用1.99%DMF逐級稀釋而成。B - R緩沖溶液、Na2HPO4- 檸檬酸緩沖溶液、H3PO4- NaH2PO4緩沖溶液、鄰苯二甲酸 - 鹽酸緩沖溶液、甘氨酸 - 鹽酸緩沖溶液，pH均為2.70。Triton X-100溶液、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)溶液、十二烷基磺酸鈉(SDS)溶液、聚乙二醇400溶液、聚乙烯吡咯烷酮K90溶液，濃度均為0.01%。實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 實驗方法

向25 mL比色管中，依次加入一定量的呋喃西林標準溶液或適量樣品溶液，7.0 mL B - R緩沖溶液(pH=2.70)，0.5 mL 0.01%SDS溶液，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。取適量溶液倒入小燒杯中，在JP-303型極譜儀上，于起始電位-0.666 V(vs.SCE)，以掃描速率0.900 V/s，在靜止時間12 s，汞柱高度46 cm，掃描次數4次，量程2.0×102～4.0×103nA的條件下進行測定，記錄其二階導數波峰的峰電位與峰電流。

2 結果與討論

2.1 底液的選擇

2.1.1 溶劑的種類及用量分別選擇乙醇[15]和DMF[11]作為溶劑，考察溶劑的種類對呋喃西林峰電流的影響。結果發(fā)現以DMF作溶劑，可以得到更為靈敏穩(wěn)定的還原峰，故本研究選擇DMF為溶劑。進一步以濃度為1.99%、7.96%、15.92%的DMF為溶劑配制濃度為0.2 μg/mL(低)和2.0 μg/mL(高)的呋喃西林溶液，按照實驗方法，在pH=2.52～2.89范圍內，測定其峰電流，考察DMF濃度的影響。結果表明，DMF濃度越低，呋喃西林的峰電流越大，當DMF濃度為1.99%時，高、低濃度的呋喃西林的峰電流響應均最大。但DMF用量越少，呋喃西林的溶解性變差。因此，本研究兼顧峰電流較大且配制方便而選擇1.99%的DMF作為最佳溶劑濃度用于后續(xù)的實驗。

圖1 pH對峰電流的影響Fig.1 The effect of pH on peak current

2.1.2 最佳pH分別配制0.2 μg/mL(低)和2.0 μg/mL(高)的呋喃西林溶液，使用0.01 mol/L HCl和0.01 mol/L NaOH溶液調節(jié)pH，考察體系酸度對呋喃西林峰電流的影響，如圖1。由圖1可知，溶液的酸度對高、低兩種濃度呋喃西林的峰電流影響大致相同。本實驗選擇pH=2.70為體系的最佳測定pH值。

2.1.3 緩沖溶液的種類及用量分別考察了pH=2.70的B - R緩沖溶液、甘氨酸 - HCl緩沖溶液、鄰苯二甲酸 - HCl緩沖溶液、H3PO4- NaH2PO4緩沖溶液、Na2HPO4- 檸檬酸緩沖溶液5種緩沖溶液對峰電流的影響。結果顯示呋喃西林在B - R緩沖溶液(pH=2.70)中，峰電流響應最好，故本實驗選擇pH=2.70的B-R緩沖溶液。配制0.2 μg/mL(低)和2.0 μg/mL(高)的呋喃西林溶液，分別加入不同體積的B - R緩沖溶液(pH=2.70)，考察緩沖溶液用量對峰電流的影響。結果顯示：用量為6.0～8.0 mL時，高、低濃度呋喃西林的峰電流較高且穩(wěn)定，本實驗選擇B - R緩沖溶液的加入量為7.0 mL。

2.1.4 表面活性劑的種類及用量檢測濃度較低的呋喃西林時，在檢測峰前出現極譜極大，對其峰形產生一定的干擾。在溶液中加入適量的極大抑制劑可以消除這個干擾。但研究發(fā)現，加入極大抑制劑的量會明顯改變峰電流的大小[16]。分別試驗濃度均為0.01%的Triton X-100、CTMAB、SDS、聚乙二醇400、聚乙烯吡咯烷酮K90 5種不同類型的表面活性劑，考察他們的用量對呋喃西林峰電流的影響。結果顯示，SDS是該實驗的最佳表面活性劑。SDS的加入量在0.40～0.60 mL之間時，峰電流穩(wěn)定且相對較高。高、低濃度的呋喃西林均能得到較穩(wěn)定的極譜峰。故選擇0.50 mL作為最佳的用量。

2.2 儀器條件的優(yōu)化

按照實驗方法，在最佳底液的條件下對0.2 μg/mL(低)和2.0 μg/mL(高)兩個濃度的呋喃西林標準溶液，分別考察了汞柱高度、掃描速率、起始電位、靜止時間對峰電流的影響，在31～46 cm范圍內改變汞柱高度，在0.5～0.8 V/s范圍內改變電極掃描速率，在0.1～-0.8 V范圍內改變起始電位，在2～12 s內改變滴汞靜止時間，選擇出本研究最佳的儀器及溫度條件為：汞柱高度：46 cm；掃描速率：0.900 V/s；起始電位：-0.666 V；靜止時間：12 s。

2.3 溫度與穩(wěn)定性實驗

在3～50 ℃范圍內，隨著溫度的升高，2.0 μg/mL(高)、0.2 μg/mL(低)濃度呋喃西林的峰電流整體呈下降趨勢。說明低溫對呋喃西林的分析有利。但是考慮常溫下的檢測靈敏度也能滿足分析的要求，本實驗選擇在室溫條件下進行測定。在不同的靜置時間測定敞開和密閉體系下呋喃西林的峰電流，發(fā)現標準溶液處于密閉容器中，在3 h內高、低濃度均能獲得準確穩(wěn)定的檢測值。分析在3 h內進行。

2.4 標準曲線與檢出限

按照實驗方法配制一系列濃度的呋喃西林標準溶液，分別測定其峰電流并對呋喃西林的濃度作圖，繪制標準曲線。呋喃西林在0.02～1.0 μg/mL濃度范圍內的峰電流與其濃度具有良好的線性關系，方程為：Ip″(×102nA)=17.957c(μg/mL)+0.6772(R2=0.9907)，而在0.02～6.0 μg/mL濃度范圍內，則成良好的多項式關系。擬合后的三次多項式方程為：Ip″(×102nA)=0.22099c3-3.34452c2+19.4922c(R2=0.99868)，可用于測定樣品中呋喃西林的含量。

在最佳條件下，按照實驗方法，配制濃度為0.02 μg/mL的呋喃西啉溶液，連續(xù)測定10次。根據檢出限(DL)公式，DL=kSb/|S|(k取常數3，Sb=0.007966，S為標準曲線的斜率)，計算可得，建立的測定呋喃西林含量的電化學新體系檢出限為0.0013 μg/mL。

2.5 精密度實驗

分別配制6份0.2 μg/mL(低)和2.0 μg/mL(高)的呋喃西林溶液，測定其峰電流。測定結果的相對標準偏差均在1.39%～1.63%范圍內，說明該方法的重現性較好，具有較高的精密度。

2.6 共存物質的影響

在最佳底液條件和儀器條件下，考察了一些可能共存的離子和幾種常見的治療魚類疾病的藥物等對0.2 μg/mL呋喃西林溶液測定的影響。在允許誤差±5%的范圍內，確定干擾物質的最大濃度(μg/mL)。由表1得出，陰離子對實驗的干擾較小。而陽離子Mg2+、Ca2+、Ba2+、Cu2+、Fe3+、Al3+、Ni2+、Zn2+、Cd2+和一些治療魚類疾病的藥物如呋喃唑酮、孔雀石綠對分析的干擾較大。對于陽離子干擾組分，進行EDTA 絡合掩蔽。呋喃唑酮的存在會使呋喃西林的峰電流增大，而其他物質則會抑制呋喃西林的峰電流，但是因其與呋喃西林具有同樣的作用，一般較難同時使用，其干擾可以忽略。

表1 共存物質的干擾

2.7 樣品分析

采集成都理工大學附近某兩超市水產品水池中水樣、戶外魚塘的水樣，對樣品進行前處理后進行測定。本實驗選擇0.01 mol/L EDTA作為掩蔽劑，采用絡合掩蔽的方法來減小某些干擾離子對測定結果造成的影響。

2.7.1 樣品前處理在某超市水產水池和成都理工大學旁的魚塘隨機采集250 mL水樣，靜置，離心以徹底使懸浮顆粒與水體分離。各取5.0 mL澄清水樣于比色管中，在超市水樣中加入1.5 mL 0.01 mol/L EDTA，在魚塘水樣中加入3.0 mL 0.01 mol/L EDTA，搖勻。

2.7.2 樣品的測定在最佳底液及儀器條件下，按照實驗方法對水樣進行加標回收實驗。由表2可知，6組樣品溶液中均未檢出呋喃西林。呋喃西林的加標回收率在95.71%～107.20%之間。說明本文方法測定呋喃西林含量，具有較高的準確度。

表2 加標回收試驗(n=3)

ND:not detecteld.

3 極譜波性質及機理

圖2 不同體系的二階導數極譜圖Fig.2 Second-order derivate polarograms of different systems

3.1 極譜行為

在最佳儀器條件下，檢測呋喃西林、B-R、SDS、DMF、呋喃西林+SDS與B-R+SDS都未見還原峰出現，但是呋喃西林+B-R出現了較強的還原峰，當加入SDS后峰形相同，峰電流略微有一些下降，因為SDS對峰電流有抑制作用(圖2)。由此說明檢測的是呋喃西林的還原峰，并且只有加入緩沖溶液后，呋喃西林才會出現還原峰，說明呋喃西林只有在一定酸度支持電解質的存在下，才可以還原。此峰為定量檢測呋喃西林含量的依據。

3.2 循環(huán)伏安圖

按照實驗方法，配制濃度為2.0 μg/mL的呋喃西林溶液，進行循環(huán)伏安掃描。結果顯示：正向掃描時發(fā)現在-0.101 V處出現一個還原峰，而反向掃描時無氧化峰出現，說明該還原過程完全不可逆。

3.3 電化學行為分析

3.3.1 掃描速率與峰電流的關系按照實驗方法，配制濃度為2.0 μg/mL的呋喃西林溶液，固定其它條件，在0.1～1.0 V/s范圍內改變掃描速率，結果顯示掃描速率與峰電流成良好的線性關系，其線性回歸方程為：Ip″(×102nA)=11.00679v(V/s)+3.90127(R2=0.94687)。峰電位與lnv呈負的線性關系，且掃速增加，峰電位負移，其線性回歸方程為：Ep(mV)=-23.14326lnv-993.11540(R2=0.95753)。測定過程中隨溫度的降低，峰電流升高，且加入少量的非離子表面活性劑Triton X-100及陽離子表面活性劑CTMAB，峰電流均下降，而加入少量的陰離子表面活性劑SDS后，峰電流增加，說明呋喃西林在電極上有吸附特性。掃描速率的平方根也與峰電流呈良好的線性關系，方程為：Ip″(×102nA)=15.16341v1/2-0.18750(R2=0.98897)。說明該電極反應過程既受吸附控制，也受擴散控制[11 - 17]。

3.3.2 pH值對極譜波的影響考察峰電位隨pH值的變化情況，發(fā)現呋喃西林的還原峰電位隨著溶液pH值的增加呈負移的趨勢，且成線性關系，線性方程為：Ep(mV)=-84.41344pH-739.62012(R2=0.98367)。說明在此酸度范圍內，電極反應過程中有質子參與反應[11]。

4 結論

本研究建立了新的檢測呋喃西林的線性掃描極譜新方法，呋喃西林的標準曲線的濃度范圍為0.02～6.00 μg/mL，檢出限為0.0013 μg/mL。該方法具有較高的精密度和穩(wěn)定性。其加標回收率在95.71%～107.20%之間，具有較高的準確度。