荧光分光光度法测定水样中氧氟沙星的含量

荧光分光光度法测定水样中氧氟沙星的含量
张利文;董德明;郭志勇;宋娜;赵振豪
【摘要】The fluorescence characteristics of ofloxacin and its concentration in water samples were investigated by fluorescence spectrophotometry. The results illustrate that ofloxacin solution with pH value of 7 has the strongest fluorescence intensity at excitation wavelength 293 nm and emission wavelength 471 nm. The fluorescence intensity of ofloxacin decreases with the temperature increases from 20 ℃ to 35 ℃. When the substances in the water sam-ples do not interfere with the fluorescence characteristics of ofloxacin, the concentration of ofloxacin can be deter-mined at excitation wavelength 293 nm and emission wavelength 471 nm by a fluorospectro photometer. The fluores-cence intensity of ofloxacin solution with pH value of 7 is proportional to its concentration with the range of 0. 05~1. 0 mg/L at the temperature of 20 ℃. The detection limit is 0. 43 μg/L, the relative standard deviation is less than 1. 6 % ( n=6 ) , and the recovery range is 97. 5 % ~100. 9 %. The method is suggested to be used to deter-mine the ofloxacin in batch water samples.%采用荧光分光光度计分析了氧氟沙星的荧光特征及其在水样中含量。

研究发现,在激发波长293 nm和荧光发射波长471 nm处pH=7的氧氟沙星水溶液具有最大荧光强度；在20~35℃范围内,氧氟沙星水溶液的荧光强度随温度升高而降低。

当水样中无干扰氧氟沙星荧光特征的物质时,可在20℃、pH=7条件下,于激发波长293 nm和荧光发射波长471 nm处测定水样中氧氟沙星的含量,氧氟沙星的荧光强度与其浓度正相关,相关系数为0．9990,线性范围为0．05~1．0 mg/L,检出限为0．43μg/L,
相对标准偏差小于1．6%(n=6),加标回收率为97．5%~100．9%,该方法适用于
快速测定水样中氧氟沙星的含量。

【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2016(016)018
【总页数】5页(P111-115)
【关键词】荧光分光光度法;氧氟沙星;水样;批量样品;快速测定
【作者】张利文;董德明;郭志勇;宋娜;赵振豪
【作者单位】地下水资源与环境教育部重点实验室，水资源与水环境吉林省重点实验室，吉林大学环境与资源学院，长春130012;地下水资源与环境教育部重点实
验室，水资源与水环境吉林省重点实验室，吉林大学环境与资源学院，长春130012;地下水资源与环境教育部重点实验室，水资源与水环境吉林省重点实验室，吉林大学环境与资源学院，长春130012;地下水资源与环境教育部重点实验室，
水资源与水环境吉林省重点实验室，吉林大学环境与资源学院，长春130012;地
下水资源与环境教育部重点实验室，水资源与水环境吉林省重点实验室，吉林大学环境与资源学院，长春130012
【正文语种】中文
【中图分类】O657.3;X132.2
化学
氧氟沙星(ofloxacin，OFL)是第三代喹诺酮类抗菌药(即氟喹诺酮类)，被广泛地应用于人类医学及畜牧业[1]。

OFL的大量使用及持续排放，使其呈现出“假持久性”，并在地表水、地下水及土壤等环境中被频繁检出[2—5]。

OFL在环境中的
残留可导致产生耐药基因等不良的环境影响。

评估OFL的环境风险需了解其环境
行为，因此研究其在环境中的迁移转化行为成为目前环境领域研究的热点之一，而快速准确地测定OFL是研究其环境行为的重要前提。

目前，水体中OFL的测量方法多为液相色谱法[6—8]，液相色谱法通常需要使用
大量有机试剂，且测试时间较长。

与之相比，荧光光谱法可以避免使用大量有机试剂，且测试时间短[9]。

OFL的核心部分为喹啉，具有共轭结构和刚性，导致OFL
可以产生较强的荧光，故适合采用荧光分光光度法测定OFL的含量[10]。

基于OFL可以产生荧光的特性，为了快速测定水样中OFL的含量，本文在参考医药学
领域中使用荧光分光光度法分析氧氟沙星胶囊中OFL的基础上[10—12]，探讨了
环境领域中荧光分光光度法测定水样中OFL含量的测试条件，包括最佳测试波长
的确定、pH和温度对OFL测定的影响；同时还分析了该方法的检出限、精密度、回收率及适用范围。

1.1 试剂与仪器
实验所用化学试剂主要有OFL，HNO3，NaOH，NaN3，所用试剂均为分析纯。

为防止微生物对OFL的分解作用，实验中使用的溶液均用100 mg/L NaN3水溶
液配置。

准确称取0.010 0 g OFL，定容于100 mL容量瓶中，得浓度为100 mg/L的OFL 储备液，放于冰箱内保存。

分别取0.05 mL，0.1 mL，0.5 mL，0.8 mL，1.0 mL OFL储备液于100 mL容量瓶中，用NaN3水溶液定容，得浓度分别为0.05
mg/L，0.1 mg/L，0.5 mg/L，0.8 mg/L，1.0 mg/L的OFL使用液。

实验所用仪器主要有荧光分光光度计(F—2700，日立高新技术公司)，pH计，集
热式恒温加热磁力搅拌器，分析天平。

1.2 氧氟沙星三维荧光光谱的测定
对0.5 mg/L的OFL溶液进行荧光扫描。

扫描条件如下：光源为氙灯，激发波长
Ex扫描范围为220～600 nm，扫描间隔为5 nm，发射波长Em扫描范围为220～600 nm，扫描间隔为5 nm，狭缝宽均为5 nm，扫描速度为3 000
nm/min。

通过测定OFL的三维荧光光谱确定OFL荧光峰的位置，以此作为后续
测定的最佳激发波长和荧光发射波长。

所有样品在进行荧光测试前需经0.45 μm
混合纤维素滤膜过滤。

1.3 pH、温度对氧氟沙星溶液荧光强度的影响
用0.1 mol/L NaOH和HNO3溶液调节0.5 mg/L OFL溶液的pH分别为5.5、6.0、7.0、8.0，控制温度恒定，在选定的荧光测试条件下测量不同pH值的OFL
溶液的荧光强度，分析OFL溶液荧光强度随pH的变化情况。

分别取0.5 mg/L OFL溶液20 mL于4个50 mL具塞磨口锥形瓶中，将其分别置于集热式恒温加热磁力搅拌器内，设置仪器温度分别为20 ℃、25 ℃、30 ℃、
35 ℃。

待温度恒定后，测量不同温度条件下OFL的荧光强度，并分析荧光强度随温度的变化情况。

1.4 氧氟沙星溶液的荧光强度和其浓度的相关性
在选定的激发波长和荧光发射波长条件下，分别测量0.05 mg/L，0.1 mg/L，0.5 mg/L，0.8 mg/L，1.0 mg/L OFL溶液的荧光强度，并分析OFL荧光强度与其溶液浓度间的关系。

1.5 荧光光谱法测定氧氟沙星含量的适用范围的确定
为了确定荧光光谱法测定OFL含量的适用范围，实验测定分析了人工配制水样和
自然水体水样中OFL的加标回收率及其荧光发射光谱。

人工配制水样包括空白溶
液(即100 mg/L NaN3水溶液)、一定浓度的OFL水样(即0.08 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L OFL溶液)；自然水体水样为采自不同水体的天然湖水或河水，即长春南湖、长春净月潭、长春伊通河、东辽河(拦河闸、气象站、河清)、松花江吉林段(吉化东10号、铁合金厂、哈龙桥、清源桥)。

通过计算各自的加标回收率，并分
析样品加标后荧光发射光谱的变化情况确定该方法的适用范围。

2.1 氧氟沙星溶液荧光强度测试条件的确定
OFL溶液的三维荧光光谱如图1所示。

OFL的荧光峰位于Ex/Em=293 nm/471 nm处。

因此可设定荧光分光光度计的激发波长为293 nm，测量OFL的荧光发
射光谱。

同时，在此激发波长下，NaN3溶液并无荧光峰干扰OFL的测定(图2)，故选择OFL的荧光测试条件为：在激发波长293 nm条件下，扫描350～550
nm范围内OFL的荧光发射光谱，扫描速度为3 000 nm/min。

2.2 pH对氧氟沙星荧光强度测量结果的影响
溶液的pH对OFL的荧光光谱及荧光强度具有很大的影响，在定量分析时应选择
最佳的pH范围[12]。

实验研究了pH值分别为5.5、6.0、7.0、8.0时0.5 mg/L OFL溶液的荧光强度(表1)。

从表中可以看出pH为7.0时，OFL溶液的荧光强度最大，这是由于在中性溶液中OFL以双极离子形式存在，此时OFL的荧光量子产率最高[13]。

因此实验选定pH=7.0条件下测定样品的荧光强度。

2.3 温度对氧氟沙星荧光强度测量结果的影响
实验测定了20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃条件下0.5 mg/L OFL溶液的荧光强度，结果表明，随着温度增加荧光强度有下降的趋势(图3)。

这是由于随着温度上升，
荧光物质与分子的碰撞频率增加，使去活化几率增加，导致荧光强度下降[14]。

为了便于温度的控制及保证测量结果的准确，实验于20 ℃室温条件下进行。

2.4 标准曲线的绘制
在激发波长293 nm和荧光发射波长471 nm处，分别测量获取0.05 mg/L，0.1 mg/L，0.5 mg/L，0.8 mg/L，1.0 mg/L OFL溶液的荧光强度，得到标准曲线方程。

F=75.09+7 268.14C
2.5 方法检出限及精密度
按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的规定，检出限可按下式计算得出。

根据方法的检出限和线性范围，选择低、中、高三个浓度的OFL溶液分别进行6
次平行测定，结果见表2，相对标准偏差低于1.6%。

2.6 方法回收率及适用范围
实验测定了人工配制水样和自然水体水样中OFL的加标回收率及其荧光发射光谱。

人工配制水样中OFL加标回收率为97.5%～100.9%，相对标准偏差为1.4%，见表3。

自然水体水样中OFL加标回收率为77.2%～102.9%，相对标准偏差为
11.5%，回收率变动幅度较大，这可能与自然水体中复杂的组分有关，见表4。

例如自然水体中的一些金属离子可对OFL的荧光强度产生影响，已有研究表明一定
浓度的Al3+可以增强OFL的荧光强度[16]，而Fe3+可以降低OFL的荧光强度[17]。

此外，已有研究还发现金属离子与OFL结合后，其最大荧光发射波长会发
生蓝移。

在本实验中也观察到OFL溶液加入自然水体水样后其最大荧光发射波长
从471 nm处发生3～13 nm的蓝移(图4)，这说明自然水体中的物质会对OFL
的荧光特征产生影响。

虽然不同水体间的OFL加标回收率存在较大差异，但同一
流域内不同采样点的OFL加标回收率相对稳定(东辽河：77.9%～81.3%，相对标
准偏差2.2%；松花江吉林段：94.9%～102.9%，相对标准偏差3.9%)，因此应用该方法测量自然水体水样中OFL浓度时，应根据实际水体中测定的回收率及荧光
发射光谱特征做好相关的数据校正，保证数据的真实可靠。

考虑到OFL在不同水
样中加标回收率及OFL荧光发射光谱的差异，该方法更适用于人工配制水样，即
当水样温度为20 ℃、pH=7，且水样中不存在影响OFL荧光特征的物质时，该方法适用。

当测试水样中不存在影响OFL荧光特征的物质时，可采用荧光分光光度法在
20 ℃、pH=7条件下，于激发波长293 nm和荧光发射波长471 nm处测定水中OFL的含量。

该方法操作简单、快速，适用于实验室内研究OFL环境行为批量样
品的测定。

1 Van Wieren E M, Seymour M D, Peterson J W. Interaction of the fluoroquinolone antibiotic, ofloxacin, with titanium oxide nanoparticles in water: adsorption and breakdown. Science of the Total Environment, 2012; 441: 1—9
2 Segura P A, Francois M, Gagnon C, et al. Review of the occurrence of anti-infectives in contaminated wastewaters and natural and drinking waters. Environ Health Perspect, 2009; 117(5): 675—684
3 王冰, 孙成, 胡冠九. 环境中抗生素残留潜在风险及其研究进展. 环境科学与技术, 2007; 30(3): 108—111
4 Tamtam F, Mercier F, Le Bot B, et al. Occurrence and fate of antibiotics in the Seine River in various hydrological conditions. Science of the Total Environment, 2008; 393(1): 84—95
5 陈淼, 唐文浩, 葛成军, 等. 氧氟沙星在热带土壤中的吸附行为研究. 广东农业科学, 2015; 42(10): 146—152
6 谭建华, 唐才明, 余以义, 等. 高效液相色谱法同时分析城市河水中的多种抗生素. 色谱, 2007; 25(4): 546—549
7 Zhou D, Chen B, Wu M, et al. Ofloxacin sorption in soils after long-term tillage: The contribution of organic and mineral compositions. Science of the Total Environment, 2014; 497: 665—670
8 Pan B, Wang P, Wu M, et al. Sorption kinetics of ofloxacin in soils and mineral particles. Environmental Pollution, 2012; 171: 185—190
9 邰玲, 弓巧娟, 孙鸿, 等. 荧光光谱法在水质监测中的应用. 光谱实验室, 2011; 28(2): 940—945
10 屠一锋, 柳玲宝. 荧光光度法测定抗生素氧氟沙星. 光谱学与光谱分析, 2000; 20(6): 880—882
11 徐瑞云, 刘璇昕, 孙梅佳, 等. 环丙沙星和氧氟沙星的荧光光谱法测定. 上海应用技术学院学报, 2005; 5(1): 4—7, 10
12 鲍霞. 荧光光度法直接测定氧氟沙星的含量. 光谱实验室, 2001; 18(2): 265—267
13 刘翠格, 徐怡庄, 魏永巨, 等. 氧氟沙星的荧光光谱与质子化作用研究. 光谱学与光谱分析, 2005; 25(4): 584—587
14 崔志成, 刘文清, 赵南京, 等. 水体的温度变化对测定溶解有机物浓度的影响. 光谱学与光谱分析, 2006; 26(6): 1127—1129
15 陈兰化, 沈求一. 关于荧光分析法灵敏度和检出限的讨论. 淮北煤师院学报, 1995; 16(4): 52—54
16 周德均, 李贵荣, 王永生, 等. Al(Ⅲ)增敏同步荧光-双波长法测定牛奶中的诺氟沙星和氧氟沙星残留. 应用化工, 2013; 42(1): 161—165, 170
17 马红燕, 陈小利, 孙雪花, 等. 铁(Ⅲ)-氧氟沙星-SDS三元体系的荧光特性及应用. 分析科学学报, 2005; 21(2): 161—163。