浊点萃取在有机分析中的应用

浊点萃取在有机分析中的应用

云点萃取是一种新型液体萃取技术，以表面活性剂为萃取材料。该技术克服了传统的溶液萃取技术，如液液萃取、索氏提取、超声波提取等，能够快速提取溶液，解决临床萃取技术和亚甲基萃取等成本高、难以推广的问题。它在形状多样、系统复杂、含量低的水域、土壤、沉积物和生物样品的测定方面发挥着重要作用。国内有相关综述报道了浊点萃取在环境化学、食品工业、生物医药中的应用,本文综述浊点萃取在环境有机分析中的原理、影响因素、色谱联用及存在的主要问题。1带胶束-两性离子型表面活性剂的分离机理浊点萃取以表面活性剂水溶液和浊点现象为基础,通过改变理化条件实现胶束的产生,使疏水性物质分配到胶束中,然后通过引发相分离实现疏水物质的富集、浓缩和分离,其特点可参见文献。表面活性剂在水相浓度超过临界胶束浓度(CMC)后形成各式胶束,这些胶束能与水体中的溶质发生作用,其作用方式多样,受溶质疏水性、浓度以及表面活性剂性质的影响。以阳离子表面活性剂胶束为例,带胶束相反电荷的负离子型溶质可通过库仑力与胶束的带电位点紧密结合;带有可极化电子的弱极性溶质,如芳香类物质,趋向分布于胶束表面区域;只有强非极性的溶质,如饱和烃基化合物,才分配到疏水内核中;而两性离子型溶质的结合方式比较特殊,极性头向外对齐,尾部指向胶核,如图1所示。改变理化条件可以引发表面活性剂水溶液出现相分离现象。具体而言,非离子、两性离子型表面活性剂可通过调节温度实现相分离,该临界温度称浊点,它与表面活性剂的结构、浓度密切相关,另可同时加盐调节浊点;阴离子表面活性剂可通过加强酸使其质子化而产生两相分离;阳离子表面活性剂可通过加入惰性盐等使之形成界线分明的表面活性剂和水两相。BarbaraDelgado等研究发现多种非离子表面活性剂在混用状态下分子活性更大;同时可通过调节各种表面活性剂比例以获得合适的浊点、CMC等。Giokas等发现阴离子表面活性剂月桂酸钠溶液加入二价反离子和甲醇后形成复杂的双层或复合层晶体结构,出现固液两相的分离;相似的现象出现在阳离子表面活性剂溴化十六碳烷基三甲基铵(CTAB)、溴化十六碳烷基吡啶(HPyBr)中,加入六氟磷酸盐后形成了双层离子固体微结构,从而为实现离子型物质的萃取富集开辟新的途径。2影响待测物、表面活性剂性质的因素浊点萃取效率主要取决于表面活性剂和待测物性质,同时与诸多影响待测物、表面活性剂性质的试验条件有关,如pH值、离子强度、有机质含量等基质性质,以及萃取时间等。2.1非离子表面活性剂的动态各种表面活性剂都有一定适用对象。如以非离子型的聚氧乙烯月桂醚(POLE)、月桂醇聚氧乙烯醚X-080(GenapolX-080)萃取强极性的有机磷杀虫剂乐果,回收率低于30%;对同一种较低极性有机磷杀虫剂,POLE和GenapolX-080两种非离子型表面活性剂的萃取效率也有显著差异;非离子及阴离子表面活性剂胶束对电性物质甚至有排斥作用。分配系数(KD)反映了表面活性剂对化合物的富集能力,在一定条件下是常数,与表面活性剂与待测物的性质相关。非离子型表面活性剂与有机物主要存在疏水作用,如以TritonX-114富集三嗪类、氯酚类物质发现lgKD与待测物的辛醇-水分配系数(lgKow)有良好线性关系。Doroschuk等萃取甲基橙、金莲橙以及偶氮砷等染料物质时发现,分配系数取决于化合物的存在状态,尤其是电量,且与分子连接性指数X相关。Man等发现微囊藻毒素Microcystin-RR处于两性离子态时不能被阳离子表面活性剂Aliquat-336富集。目前离子型表面活性剂对化合物的分配系数研究还鲜见报道。表面活性剂用量显著影响相比、回收率、浓缩因子(Fc)等,用量少会出现回收率低、难收集、准确度和重现性欠佳等问题;用量过多,浓缩因子就减小,也可能出现回收率降低的现象,同时进入色谱柱后会带来负面影响,因此用量必须适中。2.2ph值对回收率的影响待测物与非离子表面活性剂胶束以疏水分配为主要方式,所以控制pH使待测物保持分子态能取得较好的萃取效率。如采用TritonX-114分析水体中防晒霜成分时,调节pH到弱酸性;采用POLE、GenapolX-080分析有机磷农药时,偏碱性条件对回收率更有利。pH对难电离或非电离物质,如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、二恶英(PCDFs和PCDDs)、增塑剂(DEHA和ATBC)等影响不显著。另外,强酸和强碱性条件将抑制非极性表面活性剂胶束的形成。离子态待测物与离子型表面活性剂胶束电性亲水基团之间的静电力使两者形成离子对紧密结合,所以应调整pH值使待测物带胶束外围相反电荷的状态。如用氯化三辛甲基铵(Aliquat-336)提取节球藻毒素(nodularin-R)时,调节pH到碱性条件使之呈负离子态,回收率超过90%,而酸性条件下回收率低于50%。2.3表面活性剂的回收率和萃取溶剂的选择表面活性剂水溶液中加入惰性盐(磷酸盐、硫酸盐)等物质可以促发相分离,同时可能存在其他特殊作用。如以TritonX-114萃取防晒霜成分以及毒性曙红染料时,发现氯化钠浓度为0.2mol·L-1时回收率最好;JLLi等发现在水相中加入硫酸钠可以增加PAHs在胶束中的分配;而氯化钠浓度对GenapolX-080、POLE萃取弱极性有机磷杀虫剂和苯并咪唑杀菌剂的回收率却没有影响。离子型表面活性剂溶液中一般都有较大离子强度以促进分离、提高回收率。基质中共存物质可能干扰测定,如阳离子表面活性剂Aliquat-336提取nodularin-R,共存的氯离子因与待测物竞争胶束表面的带电位点而显著降低回收率。环境样品中普遍存在高含量的可溶性有机质、腐殖酸等有机碳因为对待测物的增溶作用也会降低待测物质的回收率,同时对离子型表面活性剂胶束也存在竞争胶束表面带电点位的可能。2.4衡时间和温度浊点萃取中存在表面活性剂胶束/单体和待测物在水相/胶束相两个平衡作用过程。前者平衡时间与环境温度有关,如TritonX-100在高于浊点5℃时胶束/单体完全平衡时间约10～18h,高于浊点10℃时2d也不能达到完全平衡,离心可加速平衡;后者作用时间在10～20min之间,一般不会超过1h,如十二烷基硫酸钠(SDoS)萃取直链烷基苯磺酸盐(LASs),LASs在水/胶束之间平衡分配只需2min。如果样品基质是沉积物、土壤,时间就需40min到几个小时。温度升高会导致氢键破坏而发生脱水现象,使非离子表面活性剂相中水含量减少,从而提高浓缩倍数和回收率。过长时间和较高温度对回收率没有明显提高,甚至会因为待测物的挥发、水解而造成损失。2.5萃取过程的影响常见辅助手段有微波、超声、搅拌等。微波辅助浊点萃取由于在密闭容器、高温高压的条件下进行提取,所以效率提高、所需时间缩短。外加辅助手段必须考虑功率和时间问题,一般存在最佳温度、时间,以及最佳功率值。高温、长时间萃取可能促使待测物分解、易挥发物质损失等。如用非离子表面活性剂萃取沉积物中的PAHs,最佳温度在80～100℃;萃取PCBs和PCDFs过程中升高温度会使绝大部分挥发性物质损失;采用非离子表面活性剂POLE、GenapolX-080萃取有机磷农药成分时超过2min回收率就会随着时间的变长而逐步降低。3采用浊度萃取与色度成像联合技术和环境有机分析的应用3.1紫外-可见分离器表面活性剂一般溶于甲醇、乙腈等有机溶剂,可与液相色谱耦合联用,所以高效液相色谱(HPLC)是浊点萃取最主要的分析手段,应用到多种物质的测定(表1),检出限在μg·L-1及以下,甚至达到ng·L-1。表面活性剂进入色谱系统后在紫外可见检测器(UV/Vis)中有响应,尤其是非离子型表面活性剂,在反相液相色谱中保留时间长、背景响应大,易与待测物共流出,且可堵塞色谱柱。为克服该问题,可以将萃取提取液过层析柱,以合适有机溶剂洗脱去除大部分表面活性剂;或以硅氧化纤维过滤萃取提取液,除去部分表面活性剂以及其他杂质;或者更换检测器,如PAHs、PCBs可以采用荧光检测器,避免表面活性剂的干扰;或者改用紫外吸收小的离子型表面活性剂,如十二烷基磺酸钠(SDSA)、SDoS等。DLGEvangelosK等发现CTAB与作用后形成的双层离子对结构固体能吸附电性有机污染物,然后再用有机溶剂将其洗脱下来后进入液相色谱(LC)测定,可避免上述问题。3.2净化水相和土壤中pahs的萃取和分析AOhashi等人将萃取提取液经阳离子交换柱后,将气相色谱(GC)应用于检测血液中的吩噻嗪衍生物,如哌氰嗪(PC)、氯丙嗪(CP)和氟奋乃静(FUL)等,回收率在84%～95%。在萃取提取液中加入一种能溶待测物但不与表面活性剂互溶的有机溶剂后,有机溶剂能靠分配作用反萃取出待测物,如TheodosiosⅠ.Sikalos等分别采用两种不同类型的表面活性剂(TritonX-114和SDSA)萃取水相和土壤样品中6种PAHs,然后采用异辛烷将PAHs从浊点相中反萃取出,以气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)检测。结果表明,回收率在90%以上,检出限小于2ng,对标准参考样品的PAHs分析表明该方法可靠。该实验室还以相同方法用TritonX-114研究了两种商品增塑剂(DEHA和ATBC)在水体中的分布。浊点萃取与气相色谱-质谱检测器(GC-MS)联用技术也得到了发展。DLGiokas等采用TritonX-114萃取了洗澡水中的5种防晒霜成分,分别以液相色谱-紫外可见检测器(LC-UV)和正己烷反萃取后GC-MS测定。结果表明:GC-MS测定的检出限比LC-UV检出限低两个数量级,达到2.2～30ng。JCShen等以TritonX-114提取了烟草的尼古丁等7种烟碱物质,以二氯甲烷为反萃取溶剂、GC-MS分析,结果与工业标准方法分析结果比较完全吻合。3.3pahs的测定浊点萃取广泛应用于PAHs、PCBs、有机磷杀虫剂、藻毒素、酚类、氯酚类等的测定(表1)。其中PAHs是最常用的指标化合物,而其他的几类首批控制POPs,以及目前的新型有机污染物如溴化阻燃剂、环境内分泌干扰物等较少涉及;非离子型表面活性剂在浊点萃取中研究最深入,而阳离子表面活性剂研究相对薄弱。4去除表面活性剂浊点萃取把富集与净化同时完成,简单易行