基于废弃PET衍生的UIO-66吸附剂结合HPLC-DAD技术实现水环境中头孢类抗生素的高效富集与检测

本研究针对水环境中痕量头孢类抗生素污染问题，开发了超声辅助分散固相萃取(UA-DSPE)结合高效液相色谱-二极管阵列检测(HPLC-DAD)的分析方法。采用废弃PET瓶合成的UIO-66金属有机框架材料作为吸附剂，通过优化实验条件实现了cefoperazone等5种头孢类抗生素的高效富集，检测限低至0.026-0.096 μg/L。该方法为环境水体抗生素监测提供了绿色、高效的解决方案。

　　

抗生素污染已成为全球性环境问题，特别是水环境中残留的β-内酰胺类抗生素对人类健康和生态系统构成严重威胁。头孢类抗生素(cephalosporins)作为临床常用药物，其广泛使用导致在水体中的检出率持续升高。这些药物残留不仅会破坏水生微生物群落平衡，还可能通过食物链传递，加速抗生素耐药基因(ARGs)的传播。然而，环境水体中抗生素浓度通常极低(ng/L-μg/L)，传统检测方法面临灵敏度不足、前处理复杂等挑战。

针对这一难题，来自University of Johannesburg的研究团队在《Green Analytical Chemistry》发表创新研究成果。他们巧妙利用废弃PET塑料瓶作为原料合成UIO-66型金属有机框架(MOF)材料，开发了超声辅助分散微固相萃取(UA-D-μ-SPE)结合高效液相色谱-二极管阵列检测(HPLC-DAD)的分析方法，实现了水样中五种头孢类抗生素的高灵敏度检测。这项研究不仅为环境监测提供了新方法，还为塑料废弃物高值化利用开辟了新途径。

研究团队采用三个关键技术方法：首先通过溶剂热法将废弃PET瓶转化为UIO-66吸附剂，并采用FTIR、XRD、SEM等技术表征材料特性；其次通过中心复合设计(CCD)优化UA-DSPE前处理条件；最后建立HPLC-DAD分析方法，采用C18色谱柱(4.6×150 mm，3.5 μm)，以甲醇-0.1%甲酸水为流动相进行梯度洗脱。研究采集了污水处理厂进出水及地表水等实际样品进行方法验证。

在材料表征方面，研究证实PET衍生的UIO-66具有732 m²/g的高比表面积和0.342 cm³/g的孔体积，FTIR显示材料表面存在丰富羧基和羟基。XRD证实其晶体结构与标准UIO-66一致，TEM显示颗粒直径约182±34 nm。这些特性为抗生素吸附提供了充足活性位点。

方法优化研究通过析因设计确定pH值、吸附剂用量和萃取时间为关键因素。响应面分析显示在pH 3.2、吸附剂用量43 mg、萃取时间25.5 min时效果最佳。吸附实验表明材料对cefaclor(CFCR)的吸附量最高(106 mg/g)，动力学符合伪二级模型，等温线符合Langmuir模型，证实吸附为单层化学吸附。

方法验证显示线性范围达0.1-700 μg/L，检测限为0.026-0.096 μg/L。实际水样加标回收率为71.4-99.3%，RSD<6%。与文献方法相比，该方法线性范围更宽，且采用废弃物原料更环保。绿色度评估显示Eco-Scale得分为80，AGREE得分为0.63，证实方法符合绿色分析化学原则。

讨论部分指出，PET衍生的UIO-66通过静电作用、氢键和π-π相互作用高效吸附头孢类抗生素。在pH低于材料等电点(pH_pzc=4.9)时，带正电的吸附剂与带负电的抗生素分子产生强静电吸引。该方法成功应用于实际水样分析，虽然目标抗生素浓度均低于定量限，但验证了方法的实用性。

该研究的创新价值体现在三方面：首次实现废弃PET塑料在抗生素吸附检测中的高值化利用；开发的UA-DSPE方法较传统SPE更绿色高效；为环境水体抗生素监测提供了可靠方案。研究团队由Andisiwe Bangani领衔，成员包括Mthokozisi Mnguni等多国学者，工作得到José Luis Capelo-Martínez和Carlos Lodeiro等资深专家的指导。这项成果不仅推动了环境分析技术的发展，也为循环经济理念在分析化学领域的应用提供了典范。