孔雀石绿的污染治理及样品中残留物的分离检测方法2

孔雀石绿的污染治理及样品中残留物的分离检测方法 王邃、陈丹峰、李海龙 （宁波市新型功能材料及制备科学国家重点实验室培育基地，宁波大学材料科学与化学工 程学院 浙江 宁波 315211） 摘要：孔雀石绿是一种三苯甲烷类化合物，作为一种重要的化工原料、碱性染料、杀真菌 剂、生物染色剂得到了广泛的应用。由于其毒性和可致癌性已经被禁止用于水产品生产和 运输过程中。本文综述了孔雀石绿污染物的治理和样品中孔雀石绿残留物的分离检测方法。 关键词：孔雀石绿，毒害物，处理，分离，测定 The treatment of malachite green and the methods of separation and determination CHEN Dan-feng、 LI Hai-long、WANG Mei-li、WANG Sui* (State Key Laboratory Base of Novel Functional Materials and Preparation Science, Faculty of Materials Science and Chemical Engineering Ningbo University, Ningbo 315211) Abstract：Malachite green is a triphenylmathane compound which is widely used as an important chemical raw materials, basic dye, fungicide, colouringsubstance. Because of its toxicity and carcinogenicity ，it has been banned for aquatic production and transport. In this paper the treatment of malachite green and the methods of separation and determination are introduced. Keywords: malachite green, hazardous material, treatment, separation, determination 作者简介：王邃（1971） ，男，副教授，从事富集分离高分子材料的合成及其在分析化学和环境领域的应 用。E-mail: 。 基金支持：宁波市自然科学基金（2007A610032）浙江省新苗人才计划（2007R40G2070022）宁波大学人才 基金（2005414）和宁波大学学科基金（XK200571） 孔雀石绿（malachite green，MG）是一种合成的三芳基甲烷工 业染料，分子式为 C23H25N2Cl（结构式见图一） ，分子量为 365，易 溶于水和乙醇，呈弱碱性，为深绿色结晶状固体，因外观颜色为孔 雀的绿色而得名。它有几个常见的商品名称，即碱性绿、盐基块绿、 孔雀绿等。孔雀石绿过去常被用于制陶业、纺织业、皮革业、食品 颜色剂和细胞化学染色剂，1933 年起其作为驱虫剂、杀虫剂、防腐 剂在水产中使用，被广泛用于预防与治疗各类水产动物的水霉病、 鳃霉病和小瓜虫病。除此之外，孔雀石绿还被用于水产品的运输、 暂养、销售、保鲜、防腐等。 孔雀石绿在水生生物体中的主要代谢产物为无色孔雀石绿（也称 隐形孔雀石绿） （leucomalachite green，LMG ） （结构式见图二） ，无 色孔雀石绿由于其不溶于水，残留毒性比孔雀石绿更强。 图一 孔雀石绿（malachite green，MG）结构 图二 无色孔雀石绿（ leucomalachite green，LMG）结构 从上世纪 90 年代开始，国内外学者陆续发现，孔雀石绿及其代 谢产物无色孔雀石绿具有高毒素、高残留、高致癌和高致畸、致突 变等副作用。鉴于此，美国、加拿大、日本、欧盟等许多国家都将 其列为水产养殖禁用药物。我国也于 2002 年 5 月将孔雀石绿列入 食品动物禁用的兽药及其化合物清单中，但是由于孔雀石绿抗 菌效果好、价格低廉、对其毒副作用的宣传力度不够等原因，在水 产养殖中仍有违规使用的情况。2005 年 6 月 5 日在英国超市出售的 鲑鱼体内检出孔雀石绿后，许多国家和地区也相继在水生动物中发 现其残留，并迅速做出反应，孔雀石绿成为继“苏丹红 1 号” 之后食 品安全的又一热点问题，造成我国水产品出口损失巨大。因此，对 孔雀石绿污染进行治理以及对其残留物的检测势在必行。 1. 在孔雀石绿生产和使用过程中产生的含有孔雀石绿废水的处理 孔雀石绿作为一种重要的化工原料、碱性染料、杀真菌剂、生 物染色剂，广泛地被引用于工、农业的生产和使用，对环境造成了 很大的污染。 国内外，许多专家、教授也对孔雀石绿废水的处理进行了研究， 并取得了一定的成果。张彤晴等 1对孔雀石绿水溶液自然降解进行 了初步研究，研究结果表明：孔雀石绿水溶液自然降解受温度、光 照的影响，温度升高、紫外线强度增强有利于孔雀石绿的分解。闻 瑞梅等 2通过改变污染物初始浓度、体积、流量、pH值以及添加无 机离子来讨论185nm紫外光对孔雀石绿的降解效果，探讨了降解的 最佳条件，用这种方法降解水中二苯甲酮和孔雀石绿，去除率能够 达到99. 9%以上，是一种非常有效的治理污染方法。 光催化降解孔雀石绿也被国内外专家们关注着。夏金虹等 3将 SiO2负载TiO 2膜应用于光催化降解亚甲基蓝、孔雀石绿，实验结果 表明：在光催化剂的用量为10 g/L、光照时间为 2 h、pH = 7 时，亚 甲基蓝、孔雀石绿脱色率可以达到90 %以上。 Sayilkan H4在紫外线 和可见光下也对Sn 4+负载TiO 2薄膜应用于光催化降解孔雀石绿进行 了研究。这些TiO 2膜具有较高的光催化活性，并易回收和重复利用。 郑怀礼等 5还对光助Fenton催化氧化反应降解孔雀石绿进行了试验研 究，通过研究获得了降解孔雀石绿染料溶液的优化实验条件。研究 表明：太阳光照能够有效地促进孔雀石绿染料的降解脱色，且大大 缩短反应时间；在引入阳离子交换树脂后，可增强Fenton试剂氧化 反应的活性，降解效果更好。 同时，国内外很多专家也在利用碳基吸附剂对孔雀石绿进行吸 附的实验，而且取得了一定的成果。Gupta V K6等就利用热电厂废 品“底灰”对孔雀石绿废水处理条件进行了初步研究。谢复青等 7利用 吸附微波辐照的方法对孔雀石绿染料废水进行降解处理实验， 实验结果表明：钢渣对孔雀石绿有很强的吸附能力，吸附量可高达 1128g/g；染料的微波降解快速，吸附剂的再生效率高。Mendez A 等 8使用造纸工业中的废原料和树皮分别做成碳基吸附剂在 650对 孔雀石绿溶液进行吸附实验，搅拌吸附 1 小时后，孔雀石绿的吸附 率分别达到接近 90%和 69.3-94.5%。这些方法简单有效，废物利用， 成本低廉，对孔雀石绿污染的治理具有良好的应用前景。 还有，生物吸附、降解的方法处理孔雀石绿污染也在不断研究 中。Jadhav J P 等 9对利用微生物降解方法处理孔雀石绿溶液进行了 研究，研究得到了几种主要的生化酶对孔雀石绿生物降解的影响， 表明了生物降解方法处理孔雀石绿废水的可行性。Godbole P T 等 10 对利用酵母细胞来吸附孔雀绿水溶液的方法进行了研究，实验表明 该吸附过程符合 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温线，且 R2 分别达 到了 0.9993 和 0.9998，最大吸附量可以达到 17mg/g。Vasanth K K 等 11利用淡水藻作为生物吸附剂，对孔雀石绿水溶液进行吸附实验， 通过实验证实了淡水藻能吸附水中的孔雀石绿，吸附过程符合 Freundlich 吸附等温线，该吸附过程中被认为是表面扩散，有效的扩 散系数为 0.011361cm2/s。可见，利用生物吸附、降解处理孔雀石绿 废水仍将是以后处理孔雀石绿污染的一项重要课题方向。 总体来讲，光催化降解孔雀石绿、利用碳基吸附剂吸附孔雀石 绿以及生物吸附降解孔雀石绿是目前孔雀石绿治理研究的主要方向。 2. 孔雀石绿的常规测定方法 对于常量和微量、不需要进行特殊的富集分离和使用大型分析 仪器的孔雀石绿检测物检测，一般有薄层层析法 9、分光光度法分 析 12, 13等。 采用薄层层析法分离检测孔雀石绿，主要用于孔雀石绿药物的 鉴定和具有高残留量基质中孔雀石绿的定性测定。该方法灵敏度低、 定量误差范围大,要求被检样液中的目标化合物浓度较高,不适于动物 源性食品中孔雀石绿残留量的检测要求。 采用分光光度法分离检测孔雀石绿，主要应用于水样的检测。 该方法灵敏度低，且没有对目标化合物进行分离定量的功能，在低 浓度水平的复杂基质中，检测结果假阳性概率高。 3. 样品中痕量孔雀石绿残留物的富集分离和测定 对于样品中痕量的孔雀石绿残留物的测定，一般先要进行富集 分离预处理，再进行测定。预处理一般采用采用萃取方法，如液液 萃取、固相萃取等。 目前，液液萃取仍然是最通用的方法，详见参考文献 14, 15。 固相萃取（SPE）是一种用途广泛而且越来越受欢迎的样品前 处理技术，它建立在传统的液-液萃取基础之上，结合物质相互作用 的相似相溶机理和目前广泛应用的 HPLC、 GC 中的固定相基本知识 逐渐发展起来的。SPE 具有有机溶剂用量少、便捷、安全、高效等 特点。SPE 根据其相似相溶机理可分为四种：反相 SPE、正相 SPE、离子交换 SPE、吸附 SPE。对于固相萃取，由于它具有的有 机溶剂用量少、便捷、安全、高效等优点，也正在不断地被国内外 专家应用于痕量孔雀石绿样品的预处理中。Mitrowska K16等就利用 SCX 阳离子固相整体小柱浓缩孔雀石绿应用于痕量孔雀石绿的测定。 目前，有更多的固相萃取柱 17, 18也不断的应用于样品中痕量孔雀石 绿的预处理。 3.1 光谱分析法 孔雀石绿在 620nm 处有吸收峰，可采用紫外可见检测器检测。 无色孔雀石绿的吸收峰在 267nm，同时也有荧光特性（激发 265nm、发射 360nm） 15。基于孔雀石绿和无色孔雀石绿的这种光 学特性，Mitrowska K16等采用紫外或荧光检测器成功地检测了孔雀 石绿和隐形孔雀石绿。孔雀石绿和隐形孔雀石绿的检测限（CC ） 分别达到了 0.15g/kg 和 0.13 g/kg，而检测能力（CC）分别为 0.37 g/kg 和 0.32 g/kg。 孔雀石绿不具有荧光特性。根据它的这种这种光学特性，Tsai 等 19采用毛细管电泳拉曼光谱法，以 532 nm，300 mW 的钇铝石榴 石激光作为光源，检测孔雀石绿。这种检测手段的最低检测限度达 到了 1.6 105到 1.1 105 mol/L，改进后更能达到 3.4 107 到 5.3 109 mol/L。此外，共振瑞利散射法 20也被应用于孔雀石绿的 检测。 3.2 色谱分析法 孔雀石绿的沸点高，不易挥发，其色谱分析法多采用液相色谱 法。据 Hajee21研究，采用正相的 CN 柱或反相的 C8、C18 柱都可 以实现分离，反相柱的柱效和分离度较好。目前，大多采用 C18 反 相柱分离。 此外，电色谱法 22, 23也有被研究应用于孔雀石绿及其残留物的 检测，不过最低检测线都还是偏高。目前，液相色谱检测仍然是最 常用的色谱分析法，也是最理想的色谱分析法，具体详见参考文献 18, 24。 3.3 联用技术 气质联用 25曾被研究应用于孔雀石绿的检测。不过，目前，液 质联用也是最常见的检测手段，它是以液相色谱质谱联用检测孔雀 石绿, 目标化合物分离与高压液相色谱法原理相同, 都是应用反相色 谱柱分离, 运用质谱检测的目的是通过质谱的高选择性, 进一步提高 检测结果定性、定量的准确性和灵敏度; 另外, 以质谱为检测器, 可 以用氘代孔雀石绿和氘代无色孔雀石绿为内标, 应用内标法检测, 降 低由于前处理过程中目标化合物的损失所带来的定量结果的偏差, 提高定量的准确性。目前很多鱼类的体内的孔雀石绿及其残留物以 及被研究检测了，具体详见参考文献 14, 17, 26。 4. 其他检测手段 目前，孔雀石绿的免疫学检测方法 27, 28和运用分子印迹整体材 料检测孔雀石绿及其残留物的方法 29, 30也在被国内外专家不断研究 中。 酶联免疫法（enzyme-link immunosorbentassay，ELISA)： ELISA方法的基本原理是将酶分子与抗体或抗抗体分子共价结合， 结合产物不会改变抗体的免疫学特性，也不影响酶的生物学活性。 孔雀石绿的ELISA检测主要是采用的是间接竞争抑制法，是用人工 抗原包被酶反应板后加入抗血清和待测药物进行竞争性结合反应， 洗涤后板上只留有与包被抗原结合的抗体（一抗） ，再加酶标记物的 二抗与一抗结合，洗涤后加入酶的底物。酶催化反应的产物量与被 结合的一抗和二抗量呈正比，与待测样品中相应的药物量呈反比。 其特点在于一个一抗可结合多个二抗，放大待测物的量, 提高了方 法的灵敏度。 分子印迹整体材料检测是采用分子印迹技术，以孔雀石绿为模 板，优化单体、乳化剂等反应条件，制备分子印迹整体材料，从而 对孔雀石绿吸附检测。制备的分子印迹整体材料对孔雀石绿吸附性 强，重复性好，能达到我国国家标准标准方法的水平，同时具有可 再生、操作简便快速，易于推广等优点。 结论 目前，高残留、高毒性和高致癌的孔雀石绿对人们的健康构成 了潜在的巨大威胁。同时，孔雀石绿污染对我国的水产品出口造成 了巨大的损失。针对这些威胁，政府应该加强孔雀石绿市场监管力 度，控制一些企业乱排污水的现象，同时大力提倡健康、生态、安 全的水产养殖模式；积极研制新型、低廉、高效和无毒的渔药或生 物制剂来代替目前市场上有毒的渔药；同时，针对目前孔雀石绿污 水的治理，需要加紧研制其高效的治理方法，减少甚至避免孔雀石 绿对人们的潜在危害；利用碳基吸附剂吸附孔雀石绿和生物吸附降 解孔雀石绿还将是今后孔雀石绿治理研究发展的重要方向。 同时还要改进水产品中孔雀石绿及其残留物检测手段。目前， 液相色谱分析法和液质联用是检测孔雀石绿及其残留物最理想的检 测手段，也是最常用的检测手段。但是这类分析方法普遍比较复杂， 需要昂贵的分析仪器和受过专门训练的实验操作人员，需要消耗大 量的时间和经费。因此，应采用固相萃取，同时结合分子印迹技术， 降低样品预处理后的溶液中基体干扰物种类和浓度，获得更好的预 处理产品。这样就降低了检测难度，提高了检测效率，从而减少检 测时间和经费，可以大大地减少孔雀石绿污染对我国的水产品出口 造成的损失。 参考文献: 1 张彤晴, 周刚, 林海. 孔雀石绿溶液水体自然降解初步研究J. 江苏农业科学. 2007(1): 211-214. 2 闻瑞梅, 葛伟伟. 用185nmUV降解水中二苯甲酮和孔雀石绿J. 环境科学学报. 2007, 27(4): 587-594. 3 夏金虹 , 唐郁生. 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