多波长可见吸收光谱法测定畜禽肉中残留卡马西平

江虹*,吴小燕,胡金来

(长江师范学院 化学化工学院,武陵山片区绿色发展协同创新中心,重庆 408100)

建立了测定畜禽肉中残留卡马西平的多波长可见吸收光谱法。在pH值3.59 Tris-HCl介质中,固绿FCF与卡马西平反应生成具有3个明显负吸收峰的绿色离子缔合物,出现褪色现象。最大负吸收峰位于660 nm,另2个负吸收峰分别位于558 nm和424 nm,线性范围均为0.05~3.8 mg/L,遵从比尔定律,它们的表观摩尔吸光系数(κ)分别为 6.74×104(660 nm)、5.71×104(558 nm)和5.13×104(424 nm)L/(mol·cm),定量限为0.11 mg/kg(660 nm)和 0.10 mg/kg(424 nm和558 nm)。当用双波长叠加(660 nm+558 nm)法测定时,其灵敏度为1.25×105 L/(mol·cm),定量限为0.053 mg/kg。当用三波长叠加(660 nm+558 nm+424 nm)法测定时,其灵敏度达1.76×105 L/(mol·cm),定量限为0.036 mg/kg。用灵敏度最高的三波长法测定生鲜畜禽肉中残留卡马西平含量,回收率为98.4%~102%,相对标准偏差(n=5)为2.4%~3.2%。

关键词 多波长;可见吸收光谱法;固绿FCF;畜禽肉;残留;卡马西平

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.017216

第一作者:学士,教授(本文通讯作者,E-mail: jianghongch@163.com)。

基金项目:重庆市教委科技基金资助项目(KJ1401226);长江师范学院科技基金资助项目(2017CXX158)

收稿日期:2018-03-08,

改回日期:2018-04-07

卡马西平是一种神经系统类药物,具有抗惊厥、抗外周神经痛、抗利尿、抗心律失常等作用,临床上广泛应用。但卡马西平副作用很大,如:胃部不适反应、过敏反应、头晕嗜睡、发热、恶心、呕吐、乏力、再生障碍性贫血和中毒性肝炎等。当用药过量时,卡马西平还可透过胎盘屏障,通过乳汁分泌,对孕妇和哺乳人体造成不良影响,对老年人,则可引起精神错乱、焦虑、激动不安、房室传导阻滞或心动过缓等。可见合理使用卡马西平对人体健康有着重要意义。

畜牧业中,为了预防和治疗畜禽疫病,促进畜禽快速增重、催肥,有的甚至为了达到谋取更多经济利益的目的,广泛使用各种药物,其中包括使用大量的抗生素、磺胺类及镇静、抗惊厥药物等。这些药物使用后,部分药物被分解或直接排出体外,另一部分将残留在畜禽体内,残留的药物将对食用者造成不良影响,若长时间食用含这些残留药物的食品,这些药物会在体内蓄积,当达到一定浓度,则会对机体产生毒性作用;使某些细菌产生抗药性,当发生疾病时,再用药物治疗则会相当困难;过敏反应,严重者可造成休克;造成菌群平衡失调,导致长期腹泻或引起维生素缺乏;有的残留药物还具致癌作用等。我国农业部176 号公告规定,严禁在动物饲料和饮用水中添加镇静、抗惊厥药物,在动物源食品中也不得检出此类药物。鉴于此,研究动物源性食品中残留的镇静、抗惊厥药物——卡马西平具有一定意义。目前,国内外检测卡马西平的方法主要有:高效液相色谱法[1-9]、液质联用[10-13]、荧光法[14]、分光光度法[15]、电化学法[16-19] 等。已报道的分光光度法中,文献[15] 的表观摩尔吸光系数只有1.9×103 L/(mol·cm),灵敏度较低。本工作以固绿FCF作探针,采用多波长可见吸收光谱法(表观摩尔吸光系数为5.13×104~1.76×105 L/(mol·cm))来研究畜禽肉中残留卡马西平的含量,尚未见文献报道。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

三羟甲基氨基甲烷(Tris):99.9%,齐一生物科技(上海)有限公司;卡马西平对照品:99.7%,中国食品药品检定研究院,批号:100142-201105;固绿FCF:99%,上海如吉生物科技发展有限公司;盐酸:AR级,重庆川东(化工)集团有限公司;猪肉(1#)、兔肉(2#)、鸭肉(3#):市售。

Tris-HCl溶液:pH值3.0~9.5(用0.20 mol/L Tris与0.10 mol/L HCl混合,酸度计测定);卡马西平(carbamazepine,简写为CAM)标准贮备液:准确称取适量卡马西平对照品,加少量甲醇溶解,转移至100 mL容量瓶中,用水定容,即配成质量浓度为236.3 mg/L的溶液,冰箱4℃ 保存,临用时稀释10倍;固绿FCF(fast green FCF,简写为FCF)溶液:准确称取适量固绿FCF,用水溶解后配成1.00×10-3 mol/L;二次蒸馏水;试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

精密酸度计:pHS-3C型,上海虹益仪器仪表有限公司;紫外-可见-近红外分光光度计:U-4100型,日本日立公司。

1.3 样品处理

取市场采购的猪(1#)、兔(2#)、鸭(3#)生鲜肉样品洗净、去皮、切条、搅碎成肉末。分别准确称取样品1# 15.000 6 g,2# 15.000 2 g,3# 15.000 5 g于离心试管中,加入10 mL甲醇,搅拌均匀后超声提取40 min(使卡马西平充分溶出),再以4 000 r/min离心20 min,取上清液,再重复提取1次,2次上清液合并,加甲醇20 mL,超声提取30 min,以4 000 r/min离心30 min(使蛋白质变性沉淀),上清液转入100 mL烧杯中,在通风橱内100 ℃恒温水浴中浓缩至3 mL左右,即为待测样品溶液。各平行处理5份。

1.4 实验方法

取10 mL具塞比色管,准确加入0.50 mL pH 3.59 Tris-HCl溶液、适量23.63 mg/L CAM标准溶液及2.00 mL 1.00×10-3 mol/L FCF溶液,用水定容,摇匀,静置10 min后,以试剂空白作参比,在分光光度计上扫描吸收光谱,记录可见光区3个明显负吸收峰处的吸光度A424A558A660,用单波长、双波长或三波长法作显色条件及样品分析。

2 结果与分析

2.1 二元缔合物的吸收光谱特征

由图1可见,CAM基本无吸收;FCF的酸性溶液有强吸收,λmax=625 nm,A=2.33;FCF在pH值3.59 的溶液中加入不同浓度的CAM标准溶液后,体系溶液颜色变浅,发生褪色现象,光谱曲线上出现3个明显的负吸收峰,最大、次大和相对最小的负吸收峰分别位于660 nm(红移35 nm)、558 nm(蓝移67 nm)和424 nm(紫移201 nm)。波移表明,CAM和FCF在酸性Tris-HCl介质中确实生成了新物质;再从CAM和FCF的结构看,FCF是1种三苯甲烷类的酸性染料,结构中含有3个磺酸根离子,CAM结构中有含孤对电子的氮原子,可以接受质子形成阳离子,因此,这二者间可以静电引力结合,这进一步表明CAM和FCF之间确实可以反应生成新物质。从曲线3~10 可知,随着CAM质量浓度的增加,3个负吸收波长处的负吸光强度呈线性增大,即一定质量浓度范围的CAM与新物质的吸光度绝对值(│A│)在424 nm、558 nm及660 nm处呈线性关系,服从朗伯-比尔定律。由于吸光度具有加和性,可用双波长(558 nm+660 nm)或三波长(424 nm+558 nm+660 nm)叠加法测定CAM,并服从朗伯-比尔定律,其灵敏度以可见光(visible light, VIS)区单波长法(single wavelengh method, SWO)、双波长法(double wavelength method, DWO)到三波长法(three wavelength method, TWO)依次增大。故单波长、双波长及三波长法均可用于CAM的定量测定。

1-CAM(2.36 mg/L), 水作参比;2-FCF (2.00×10-5 mol/L), 水作参比; 3~10-CAM(0.473, 0.945, 1.42, 1.89, 2.36, 2.84, 3.31, 3.78 mg/L)-FCF(2.00×10-4 mol/L), 试剂空白作参比;pH 3.59

图1 CAM-FCF的吸收光谱

Fig.1 The absorption spectra of CAM-FCF

2.2 反应条件

2.2.1 反应介质及pH值的选择

室温下,按实验方法考察了HAc-NaAc、Tris-HCl、HCl、NaOH溶液对体系在可见光区424、558及660 nm 3个波长处的吸光度绝对值(│A│),结果表明,体系在Tris-HCl溶液中,│A│较大且重现性较好,故实验用Tris-HCl作介质。继而考察了不同pH值的Tris-HCl溶液在3个负吸收波长处的│A│,如图2所示。结果表明,pH 3.59时,│A│最大,体系有高灵敏度。实验选用pH值3.59 Tris-HCl溶液,最佳用量为0.50 mL。图2表明,TWO-VIS法的灵敏度最高,DWO-VIS次之。

1-424 nm; 2-558 nm; 3-660 nm; 4-(558+660) nm;5-(424+558+660) nm

图2 pH值对│A│的影响

Fig.2 Effect of buffer pH on │A

2.2.2 FCF溶液浓度的选择

室温下,按实验方法考察了1.00×10-3 mol/L FCF溶液在不同用量时对可见光区424、558及660 nm 3个负吸收波长处的│A│,图3所示。

1-424 nm; 2-558 nm; 3-660 nm; 4-(558+660) nm;5-(424+558+660) nm

图3 固绿FCF 溶液浓度对│A│的影响

Fig.3 Effect of fast green FCF concentration on │A

结果表明,FCF溶液用量为2.00 mL时,│A│最大,灵敏度最高,即FCF溶液浓度为2.00×10-4 mol/L时,体系│A│最大。故实验用2.00 mL 1.0×10-3 mol/L FCF溶液。图3表明,TWO-VIS法的灵敏度最高,DWO-VIS次之。

2.2.3 试剂加入顺序的选择

按实验方法考察了试剂加入顺序对可见光区3个负吸收波长处的│A│。结果表明,加入顺序为Tris-HCl、CAM、FCF时,体系│A│相对最大,灵敏度最高。故实验按试剂最佳加入顺序进行。

2.2.4 反应时间的选择

在最优条件下,考察了时间对体系在可见光区3个负吸收波长处的│A│。结果表明,10 min内,反应即可进行完全。反应开始至10 min前,随着反应时间的增加,可见光区3个负吸收波长处的│A│逐渐增大,│A│- t曲线为一条斜线,说明此段时间内反应并未完全。10 min后,随着反应时间的增加,│A│不再增大,│A│- t曲线处于平稳状态,这说明10 min后反应即已完全,稳定时间至少1.0 h。故实验选在10 min后进行测定。

2.3 标准曲线

在最优条件下,按实验方法配制CAM标准系列溶液,并扫描吸收光谱,作 A -ρ标准曲线,如图4所示。标准曲线相关参数见表1。

图4 卡马西平标准曲线

Fig.4 Standard curve of carbamazepine

表1 标准曲线相关参数

Table 1 Related parameters of standard curves

方法波长λ/nm回归方程ρ/(mg·L-1)相关系数/r线性范围ρ/(mg·L-1)表观摩尔吸光系数κ/(L·(mol·cm)-1)检出限ρ/(mg·L-1)定量限ρ/(mg·kg-1)SWO-VIS424A=0.002 21-0.219 4 ρ 0.999 60.05~3.85.13×1040.0500.11SWO-VIS558A=0.002 04-0.245 2 ρ0.999 70.05~3.85.71×1040.0480.11SWO-VIS660A=0.003 01-0.288 0 ρ0.999 80.05~3.86.74×1040.0460.10DWO-VIS558+660A=0.005 05-0.533 2 ρ0.999 00.05~3.81.25×1050.0240.053TWO-VIS424+558+660A=0.007 26-0.752 6 ρ0.999 90.05~3.81.76×105 0.0160.036

2.4 干扰试验

以660 nm为例,在室温下,考察了相对误差≤±5%时,可能存在的干扰物质对2.36 mg/L CAM测定的影响。结果表明,150倍的赖氨酸、L-色氨酸、L-谷氨酸、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖;100 倍的组氨酸、L-白氨酸、甘氨酸、L-亮氨酸、D-果糖;60倍的倍的抗坏血酸、淀粉;8倍的Cu2+、Al3+、Fe3+等不干扰CAM的测定。可见方法有良好的选择性。

2.5 样品分析

取1#~3# 待测液(代替1.4 节中的CAM标准溶液),分别用三波长叠加法(灵敏度相对最高)按实验方法进行分析,求待测样液中卡马西平的含量,并与高灵敏的共振瑞利散射(resonance rayleigh scattering, RRS)法测定结果相比较。同时以空白猪肉样、兔肉样及鸭肉样为样品,分别进行3个不同加标水平的回收试验,每个加标水平平行测定5份,分别计算回收率和相对标准偏差,并以此判断方法的准确度和精密度,结果见表2。

表2 样品分析结果及回收试验(n=5)

Table 2 Analytical results and recovery tests of samples(n=5)

样品样品中CAM含量/(mg·kg-1) TWORRS加标量/(10-3mg)测得平均值/(10-3mg)回收率/%相对标准偏差/%1#NDND1.182.363.311.202.413.381011021023.22.72.82#NDND4.739.4514.24.679.3114.098.998.598.82.62.53.02#NDND11.818.926.011.718.625.698.798.698.42.42.83.1

注:ND为未检出

如表2所示,三波长法测定结果与RRS一致,其准确度(98.4%~102%)和精密度(2.4%~3.2%)较高,符合定量分析要求。

3 结论

以FCF作探针的SWO-VIS、DWO-VIS及TWO-VIS法均可用于肉食品中残留卡马西平含量的测定,方法有较高的灵敏度和选择性,准确度和精密度满足定量分析要求,操作简便、快速,所用仪器价廉易于普及。方法适于批量畜禽肉中残留卡马西平的测定。

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Determination of residual carbamazepine in livestock and poultry meat by multi-wavelength visible absorption spectroscopy

JIANG Hong*, WU Xiaoyan, HU Jinlai

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Collaborative Innovation Center for Green Development in Wuling Mountain Areas, Yangtze Normal University, Chongqing 408100,China)

ABSTRACT A new multi-wavelength visible absorption spectroscopy method for determining residual carbamazepine in livestock and poultry meat was established. In Tris-hydrochloric acid medium of pH=3.59, fast green FCF reacted with carbamazepine formed a green ion association complex with obvious three negative absorption peaks, and a faded phenomenon appeared in visible area. The maximum negative absorption peak was located at 660 nm, and the other two negative absorption peaks located at 558 nm and 424 nm, respectively. Their linear range were within 0.05-3.8 mg/L. Within this range, Beer's law was obeyed. Their apparent molar absorptivity (κ) were 6.74×104 (660 nm), 5.71×104 (558 nm), and 5.13×104 (424 nm) L/(mol·cm), respectively, with the quantitation limits being 0.11 mg/kg (660 nm) and 0.10 mg/kg (424 nm and 558 nm), respectively. When the double wavelength (660 nm+558 nm) superposition negative absorption spectrometry was used to determine the concentration of carbamazepine, its sensitivity attained 1.25×105 L/(mol·cm) and its quantitative limit was 0.053 mg/kg. When three-wavelength (660 nm+558 nm+424 nm) superposition negative absorption spectrometry was used to determine the concentration of carbamazepine, its sensitivity attained 1.76×105 L/(mol·cm) and its quantitative limit was 0.036 mg/kg. When the most sensitive three-wavelength method was applied to determine the content of residual carbamazepine in the livestock and poultry meat with spiked recoveries, the recovery and RSD% (n=5) were found to be in the ranges of 98.4%-102% and 2.4%-3.2%, respectively.

Key words multi-wavelength; visible absorption spectroscopy; fast green FCF; livestock and poultry meat; residual; carbamazepine