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        液相微萃取技術應用于中藥分析析的研究進展

        2024-05-25 00:00:00彭佳慶邵杰煉熊朝梅宋莉
        遼寧化工 2024年3期
        關鍵詞:檢測方法

        摘""""" 要: 中藥成分復雜,對樣品進行前處理時常采用傳統(tǒng)的提取方式,使用到大量的有機試劑,污染實驗環(huán)境,影響人員健康,且實驗廢液的處理耗費大量的人力物力和財力。液相微萃取技術操作快速高效,使用試劑環(huán)境友好、,成本低,此技術成為近年來研究的熱點。通過查閱文獻,從液相微萃取模式和液相微萃取溶劑兩兩個方面?zhèn)€方面對液相微萃取技術發(fā)展進行研究:一、液相微萃取模式的發(fā)展;二、液相微萃取溶劑的發(fā)展。通過其在分析檢測領域的研究,展望了液相微萃取技術在中藥分析方向的應用前景。

        關" 鍵" 詞:液相微萃取技術; 樣品前處理; 中藥分析及應用

        中圖分類號:O652.62"" TQ413""" 文獻標識碼: A"""" 文章編號:1004-0935(2024)03-0000394-06 0000-0000(0000)0×-0000-0×

        基質復雜的樣品,在通過精密儀器對其進行檢測之前,要進行樣品前處理,從而最大限度的地除去干擾物質,精密準確的地檢測出目標物質。液相萃取技術是傳統(tǒng)應用于樣品前處理的傳統(tǒng)方法,通過目標物質在萃取劑和樣品溶劑中分配系數的不同達到提純的目的。傳統(tǒng)萃取劑除了要求化學性質穩(wěn)定,、耐酸堿,、不易水解,、抗氧化等,還要求密度差異大,、有利于分層,、萃取過程中不容易產生乳化現象等。常用的萃取劑以有機試劑居多,而且操作工序復雜,需要經過反復多次萃取,。常用的有機試劑比例如三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、甲苯、異丙醇、石油醚等是有毒有害的易揮發(fā)溶劑,危害環(huán)境也危害實驗人員的健康,人們也在極力尋找能夠滿足樣品提純需要同時也可替代傳統(tǒng)萃取技術的方法。近幾年,“綠色化學”的概念被頻繁使用,液相微萃取技術因其高效經濟環(huán)保,、實驗過程安全無污染的特性,成為研究熱點。

        1" 液相微萃取模式

        液相微萃?。╨iquid-phase microextraction,LPME)是在1996年首次被提出的一種新型的樣品前處理技術,該項技術具有快速、簡便、環(huán)境友好型等優(yōu)點,已在各個領域有廣泛的使用,特別是應用于檢測樣品的前處理過程中[1]。液相微萃取基本原理是利用目標物和萃取劑的分配系數差異,快速達到目標物萃取濃縮的目的。液相微萃取的優(yōu)點如下:(1)操作簡便,高效,集采樣、萃取和濃縮于一體,且靈敏度高,便于實現儀器聯用化和自動化(2);有機溶劑的使用量少,因此適合復雜基質中低濃度分析物的測定;。液相微萃取技術目前可以分為如下六6類[2]。

        1.1" 單滴微萃取

        (1.1.1" 1)直接液相微萃取法(direct immersion-liquid-phase microextraction,DI-LPME),)

        將有機液滴直接滴入樣品溶液中,達到萃取平衡后,用注射器將有機液滴抽回再進儀器檢測的方法稱為直接液相微萃取法(DI-LPME)。該方法適用于基質為氣體或液體的樣品,不適合基質復雜的樣品,且操作過程中有機液滴在容易脫落,適用的萃取溶劑種類少。近年來相關的研究較少,主要應用于環(huán)境中水質檢測,比如。陳新苗[3]等將直接液相微萃取(LPME)和氣相色譜-氫火焰離子化檢測器(GC-FID)相結合,對廢水中酚類化合物進行了分析,并和國家標準方法進行了對比.。結果表明,優(yōu)化后的LPME-GC-FID不僅在相同的線性濃度范圍有很好的線性關系,而且具有操作簡單快速、經濟廉價、準確可行的優(yōu)點。毛如虎[4]等[4]采用直接液相微萃取法聯用高效液相色譜法,成功分析測定了水樣中的速滅威。

        (1.1.2" 2)頂空液相微萃取法(headspace-liquid phase microextraction,HS-LPME),)該方法適用于對揮發(fā)性或半揮發(fā)性目標物進行萃取。操作過程是將有機液滴懸掛在樣品溶液的上方,通過高速攪拌樣品溶液加速目標物的揮發(fā),從而完成萃取,該方法的萃取效果不受樣品基質的" 干擾。

        李敏霞[5]等建立了頂空液相微萃取-氣相色譜質譜法,將該方法應用于飲料中苯和甲苯的測定,方法簡便快捷,可以應用于飲料和水樣中苯和甲苯的快速檢測。NECHAEVA[6]等[6]建立了一種基于頂空液相微萃取和循環(huán)伏安法檢測的小型、廉價、選擇性和靈敏的燃料油樣品中硫化氫的分析方法,并成功應用于燃料油樣品的分析。

        1.2" 中空纖維膜液相微萃取

        中空纖維膜液相微萃取技術由瑞典科學家PEDERSEN-BJERGAARD[7]在1999年提出[7],基本原理是通過連接兩端的兩2個微量注射器,向中空纖維膜的膜內注入或導出溶劑,既可以用于疏水性較強的目標物萃取,也適于能解離的目標物或可形成絡合物的目標物的萃取。該方法在一定程度上克服了單滴微萃取模式下萃取液滴不穩(wěn)定、易損失,、萃取總量和萃取效率受限等缺點。其提取機制屬于目標物被動擴散,因此提取速度慢操作時間長,也制約了其發(fā)展,。文獻查閱發(fā)現,近幾年其研究熱度降低,其應用范圍集中于水樣檢測。比如,鐘佳勝[8]等[8]采用中空纖維膜液相微萃取水樣,同時結合高效液相色譜法測定水樣中4種頭孢菌素的含量。周靖雯[9]等[9]采用中空纖維膜液相微萃取結合毛細管電泳法測定水樣中的4種磺胺類藥物。

        1.3" 分散相液-液微萃取

        分散相液-液微萃取是2006年由REZAEE[10]等[10]提出的一種微提取技術,通過分散劑在水相內形成萃取劑微珠,加大接觸面積,快速達到萃取平衡,且萃取相可直接進行儀器分析,對目標化合物進行測定。此方法適用于痕量有機物或痕量無機金屬離子的分離富集[11]。其特點是集采樣、分離、濃縮為一體,是具有使用方便、易操作、高效、低成本的提取方法。然而分散相液-液微萃取也存在局限"" 性[12],比例如對萃取的有機溶劑有要求,要求密度大于水且不與水互溶,為滿足上述條件,通常會選用鹵代烴等毒性較大的有機試劑作為萃取溶劑;。除此之外,該方法對樣品溶液的潔凈度有要求,樣品溶液中不能含有顆?;蛘叽蠓肿樱绻麡悠啡芤哼_不到潔凈度的要求則會影響目標分析物的萃取效果。作為一種有發(fā)展前途的環(huán)境友好的分離富集技術,分散相液-液微萃取有著廣闊的應用前景。相關文獻針對其缺點也進行了改進,如HAO[13]等[13]建立了采用離子液體分散液相微萃取法快速測定軟飲料、糖果中含有的6種合成食用色素(檸檬黃、莧菜紅、日落黃、誘惑紅、胭脂紅和赤蘚紅)的方法。此方法對分散相液-液微萃取進行改進,提取過程未使用分散溶劑或其他化學試劑,也沒有采用加熱、超聲等處理手段。提取試劑1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽通過手動搖動的方式讓試劑以細液滴的形式分散在樣品水溶液中,使得分析物更容易遷移到離子液相中。結果顯示,該方法檢測靈敏度高,檢測限在0.015?~0.32 ng·/mL-1范圍內,加標回收率為95.8%?~104.5%,并能成功地應用于食品樣品的檢測分析中。

        1.3.1" 超聲輔助分散液-液微萃取

        超聲輔助分散液-液微萃取是對分散相液-液微萃取的一種改進,通過超聲作用增加分子運動的頻率,增加溶劑的穿透力,在無需加入分散劑的條件下,可以加速傳質、縮短平衡時間。如HUI[14]等[14]建立了同時測定三3種類胡蘿卜素的方法,采用兩相溶劑和超聲波輔助提取分離15種不同類型食品中的人工著色劑和天然著色劑,其回收率分別為80.5%?~97.2%和80.1%?~98.4%。這種采用超聲波輔助提取的樣品前處理方案相比更加靈敏可靠,可用于多種食品中紅色和黃色著色劑的同時鑒定和定量分析。陳秋葵[15]等[15]建立了測器超聲輔助分散液-液微萃取結合高效液相色譜熒光檢測9種熒光增白劑的方法,實現了對護膚水中熒光增白劑殘留量的檢測分析。劉曉英[16]等[16]成功采用了超聲輔助分散液-液微萃取結合氣相色譜-質譜法對水中16種多環(huán)芳烴進行了檢測。不同于傳統(tǒng)提取方法,需要大量有機試劑,操作較復雜,超聲輔助分散液-液微萃取呈現具有出操作簡單、快捷、靈敏,環(huán)境友好等優(yōu)點。

        1.3.2" 渦旋輔助液-液微萃取

        渦旋輔助液-液微萃取方法是由YIANTZI[17]等[17]開發(fā)的一種新型液-液微萃取方法,該方法與超聲輔助液-液微萃取方法一樣可以不用分散劑,而是直接將萃取劑加入到水樣中去,利用偏心旋轉使試管等容器中的液體產生渦流,從而將附在管壁上的試液全部混均,加快目標物的傳質速度,縮短分析時間。對于一些難溶解的藥物或染色液等也甚易混勻,效果顯著,該方法的特點是混合速度快、徹底,相較于超聲液-液微萃取方法,該方法時間相對較短,乳化過程相對溫和,可以避免目標物的降解。國內對渦旋輔助液-液微萃取的研究相對較少,此技術主要應用于食品檢測分析及環(huán)境水樣檢測,比如。,周韞璐[18]等[18]基于高密度疏水性低共熔溶劑的渦旋輔助-分散液液微萃取檢測了黃酒中黃曲霉毒素,;金超[19]等采用[19]渦旋輔助分散液液微萃取-數字成像比色法檢測了水體中的微量鐵。

        1.4" 氣流吹掃微注射器萃取

        氣流吹掃微注射器萃取[13]操作原理為:在樣品池中加熱樣品使目標物揮發(fā),氣態(tài)目標物在氣流的帶動下進入到微量注射器針筒內,由針筒內的萃取劑完成對目標物的萃取。此方法操作起來簡便快捷、檢測的靈敏度高、重現性好,適用于揮發(fā)性和半揮發(fā)性目標化合物的提取。目前此技術多應用于快速檢測香煙中的易揮發(fā)物質比如,趙錦花[20]等[20]采用氣流吹掃-微注射器萃取-氣相色譜/質譜法同時快速檢測香煙中香豆素和黃樟素。也有應用于半揮發(fā)環(huán)境污染物的研究,比如,何苗[21]采用氣流吹掃-微注射器萃取技術,檢測環(huán)境中半揮發(fā)的有機污染物:——多環(huán)芳烴和酞酸酯類化合物。

        2" 液相微萃取綠色溶劑的發(fā)展

        綠色化學[22]是指利用化學的方法和技術,盡可能的地減少和避免使用過程中對人類身體健康、自然生態(tài)環(huán)境有危害的原料、催化劑、溶劑、試劑等,同時減少有害物質的產生、副產物的生成。自從“綠色化學”的概念在1991年被正式提出以來,綠色溶劑開始備受關注,研發(fā)出了一批綠色溶劑,如離子液體、磁性離子液體以及低共熔溶劑等。

        2.1" 離子液體

        離子液體(ionic liquid)是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成的在室溫下呈液態(tài)的有機鹽,通過選用不同的陰陽離子和側鏈取代基改變離子液體的粘黏性、表面張力、溶解性、極性等,故又稱之為“設計溶劑”(designed solvents)。與傳統(tǒng)的有機溶劑相比,離子液體適用性更廣泛,被認為是21世紀最有希望的綠色溶劑和催化劑之一,在生物催化、分離科學及電化學等諸多領域都有應用。離子液體作為萃取溶劑在合成著色劑作色劑的檢測分析中也有應用,OU[23]等[23]建立了一種基于離子液體的雙水相微萃取體系快速、有效地同時測定食品樣品中五5種合成食用著色劑(檸檬黃、日落黃、莧菜紅、胭脂紅和亮藍)的分析方法。該方法以高效液相色譜結合可變波長紫外檢測器為分析儀器,以1-烷基-3-甲基咪唑溴化物為萃取試劑。系統(tǒng)優(yōu)化了影響萃取效率的參數,并用紫外-可見光譜研究了雙水相體系的相行為和萃取機理。在最佳條件下,""" 五5種著色劑的提取率均在95%以上,檢出限為" 0.051?~0.074 ng·/mL-1。該方法還被成功應用于實際食品的分析。

        2.2" 磁性離子液體

        磁性離子液體是在離子液體的基礎上研發(fā)出的一種新型綠色溶劑,具有傳統(tǒng)離子液體的物理化學特性,并在外加磁場的作用下表現出磁響應,在外加磁鐵的作用下快速實現兩相分離,達到萃取平衡,大幅大大縮短了樣品前處理時間,同時也簡化了樣品前處理的操作步驟。經查閱文獻發(fā)現,今近年來磁性離子液體在國內外研究熱度相對較高,比如應用于環(huán)境檢測,。郭振福[24]等采用[24]羥基離子液體磁性氧化石墨烯混合半膠束磁性固相萃取高效液相色譜測定環(huán)境水中的除草劑,利用具有大的表面積和較強的吸附能力的羥基功能化離子液體1-羥己基-3-甲基咪唑溴鹽包被磁性氧化石墨烯作為磁性固相萃取吸附材料,富集環(huán)境水的除草劑,對萃取效率的一些影響因素進行優(yōu)化,如磁性氧化石墨烯與離子液體的質量比、萃取時間、解吸條件、離子強度等,從而選擇最佳萃取條件,將建立的方法應用于實際環(huán)境水樣5種除草劑的測定。王濤[25]等[25]基于磁性納米材料修飾的離子液體萃取番茄中的過氧化氫酶,研究成果本試驗為萃取高活性過氧化氫酶及其它他蛋白酶類物質拓展了思路。

        2.3" 低共熔溶劑

        隨著對離子液體研究的不斷深入,離子液體的缺點也逐漸呈現,比例如合成過程復雜、提純困難,常常常使用的吡啶和咪唑類離子液體的毒性與傳統(tǒng)有機溶劑相當,與綠色化學的理念相背離。ABBOTT[26]等[26]于2003年首次提出低共熔溶劑(deep eutectic solvent,DES)的概念,是指由氫鍵受體(如鹽類)和氫鍵供體(如羧酸、酚類)按照一定的摩爾比混合均勻,在適合的溫度下溶合而成的兩組分或三組分低共熔混合物。低共熔溶劑與離子液體的物理化學性質非常相似,且凝固點低,也被稱為被稱之為新型離子液體或離子液體類似物。相較于傳統(tǒng)的離子液體,低共熔溶劑具有更加顯著的優(yōu)點:環(huán)保,易降解,制作成本低,原料價格便宜,易獲得。

        低共熔溶劑的制備方法主要有兩種2種:加熱法和蒸發(fā)法。加熱法的操作過程是:將一定摩爾比的氫鍵供體和氫鍵受體置于同一容器中,在水浴鍋上加熱混勻,直至形成透明液體。蒸發(fā)法的操作過程是:先將氫鍵供體和氫鍵受體各溶于水,置于旋轉蒸發(fā)儀中進行減壓蒸發(fā)而得到的透明液體。兩種2種方法均對實驗設備要求不高,且易于操作。

        低共熔溶劑具有的特性[27]:包括熔點低、蒸汽氣壓低,、化學性質穩(wěn)定,、溶解性導電性優(yōu)良等[27]??偨Y如下:(1)凝固點,低共熔溶劑的凝固點大多在-38-~150 ℃之間,顯著小于高溫熔鹽,是因為低共熔溶劑中的氫鍵供體與氫鍵受體形成了氫鍵,氫鍵功效越強,低共熔溶劑的凝固點一般越低。與構成低共熔溶劑的氫鍵供體和氫鍵受體的化學物質的熔點相比,低共熔溶劑的凝固點一般可下降20-~120 ℃。(2)粘度,大部分低共熔溶劑的粘黏度很大,不但超過基本分子結構溶劑,也超過了許多普遍的離子液體。低共熔溶劑的粘黏度顯著受到組分結構、混合比例、溫度等因素的影響。(3)電導率,因為季銨鹽是最普遍的低共熔溶劑組分之一,因而許多低共熔溶劑具備優(yōu)良的導電率,其電導率一般在0.1?~10 mS·/cm-1之間,并且電導率的大小與低共熔溶劑的構成有關。(4)熔點,熔點是指在一定壓力下,純物質的固態(tài)和液態(tài)達到平衡時的溫度。熔點與氫鍵供體和氫鍵受體間的作用力有很大的關系,作用力大小會對晶體結構產生影響,作用力越強,熔點越低,更有利于分離過程中介質的傳輸,快速達到萃取平衡。

        針對低共熔溶劑的物化特性,對其結構進行分析研究比如,,BRYANT[28]等[28]采用溶劑滲透實驗和小角X射線散射實驗,對低共熔溶劑進行了結構分析,溶解在深層低共熔溶劑中的磷脂在脂鏈熔化溫度以上自發(fā)自組裝成囊泡,這意味著低共熔溶劑是為數不多的能介導兩親分子自組裝的非水溶劑之一。

        雖然低共熔溶劑在分析化學的應用處于起步階段,但是因為其綠色化學的特性,已經越來越受實驗工作者的青睞,已被應用于目標物的樣品前處理。目前低共熔溶劑在藥物分析領域已有相關應用。比例如DO?AN[29]等[29]通過低共熔溶劑振蕩輔助液-液微萃取方法提取藥物樣品中和合成尿素中的撲熱息痛。BI[30]等[30]提出將低共熔溶劑應用于黃酮類化合物的提取和測定。PENG[31]等[31]合成氯化膽堿/甘油的低共熔溶劑,優(yōu)化了從槐米中提取蘆丁的工藝條件,并對純化蘆丁的DPPH、羥基的清除活性進行評價,結果顯示由合成的氯化膽堿/甘油低共熔溶劑提取的蘆丁具有良好的抗氧化活性,是一種優(yōu)良的自由基清除劑。應用于食品分析中比如,LIU[32]等[32]采用低共熔溶劑超聲輔助液-液微萃取/高效液相法測定了食用油中的三丁基對苯二酚,并將結果與以甲醇為溶劑的常規(guī)液-液萃取法結果進行了比對,結果證明采用低共熔溶劑能更快速高效的地提取目標物。MICHELE[33]等[33]通過合成一種基于葡萄糖和乳酸的天然低共熔溶劑用于測定橄欖油中的酚類化合物。FARAJI[34]等[34]采用疏水性低共熔溶劑渦旋輔助分散液-液微萃取-高效液相色譜法分析了面粉樣品中的葉酸。SHISHOV[35]等[35]提出了一種從復雜固相樣品中分離和預濃縮可電離分析物的簡單綠色方法,結合高效液相色譜聯用質譜技術應用于牛肝樣品中兩種2種非甾體抗炎藥(酮洛芬和雙氯芬酸)的測定?;し较虻膽茫琇I[36]等[36]以對羥基苯甲酸乙酯和甲基三辛基氯化銨為原料,制備了一種新型的疏水DES,將該DES用作聚二甲基硅氧烷(PDMS)纖維溶"" 膠-凝膠吸附劑涂層的有效添加劑;,研究發(fā)現,疏水DES的加入可以在PDMS纖維表面產生大量的純孔隙,從而顯著改善PDMS纖維涂層的性能;研究采用氣相色色譜-火焰離子化檢測器對頂空固相微萃取技術應用于揮發(fā)性有機化合物如甲苯、乙苯和鄰二甲苯的分析的可行性進行了評價,結果顯示,所提出的方法的LOD比商業(yè)的100米PDMS纖維涂層低得多。

        4" 3" 結 論結束語

        近幾年,隨著液相微萃取技術研究的深入,液相微萃取試劑的研究也在往綠色環(huán)保的方向上發(fā)展,液相微萃取模式同時也取得較大進步。在離子液體的基礎上優(yōu)化研發(fā)出來的低共熔溶劑是近年來研究的熱點,將低共熔溶劑與液相微萃取模式結合,規(guī)避傳統(tǒng)試劑的有毒害、不環(huán)保的缺點,以拓展液相微萃取技術的適用范圍,同時也與綠色節(jié)能環(huán)保的理念相符。比例如有相關研究將低共熔溶劑與不同的萃取模式相結合,以低共熔溶劑替代傳統(tǒng)試劑,從而擴展萃取模式的適用范圍。比如馬淑娜[37]以四丁基溴化銨和辛酸為原料合成的疏水性低共熔溶劑為萃取劑,以四丁基溴化銨和乙二醇為原料合成的親水性低共熔溶劑為分散劑,采用渦旋輔助液-液微萃取,使萃取劑和樣品溶液快速充分混合,成功提取啤酒中的酚酸。通過優(yōu)化實驗條件,探索萃取劑和分散劑的種類、比例、用量,、渦旋時間和樣品體積對萃取效果的影響,最終得到較低的檢出限5.36-~8.57 μg·/mL-1和較好的回收率83.6%-~119.4%。

        低共熔溶劑結合不同萃取模式的樣品前處理方式,適用于基質復雜樣品目標物的提取,中藥作為成分復雜的多組分樣品,前處理時間長,操作繁瑣且多用到大量的有機試劑,對檢驗員的身體和環(huán)境不利,因此中藥也成為低共熔溶劑應用研究的重點,。目前低共熔溶劑中藥分析方面的應用主要集中于黃酮類、苯丙素類、蒽醌類、糖類等活性成分的提""" 取[38],并未過多的地涉及中藥質量控制中安全性目標物的檢測。特別是中藥作為“抗疫”初期有效防控手段,而再次受到全社會關注的時候,作為一名中醫(yī)藥人,有著把控中藥質量關的責任,除了將新興技術應用于中藥有效成分的檢測,同時也要探索將其應用于中藥非法添加、非法染色、農藥殘留、黃曲霉毒素檢測等。

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        Research Progress of Application of Liquid Phase Microextraction Technology

        in Traditional Chinese Medicine Analysis

        PENG Jia-qing1, SHAO Jie-lian1, XIONG Chao-mei2, SONG Li1

        (1.Ezhou Food amp; Drug Inspection and Testing Center, Ezhou Hubei Ezhou 436000,,China;;

        2.Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei Wuhan 430000,,China)

        Abstract:" Traditional extraction methods are often used for sample pretreatment because of the complex components of traditional Chinese medicine, and a large amount of organic reagents are used, which pollutes the experimental environment and affects people's health, and the treatment of experimental waste liquid consumes a lot of manpower, material resources and financial resources. Liquid-phase microextraction has become a research hotspot in recent years because of its fast and efficient operation, friendly environment and low cost. By consulting literature, the development of liquid-phase microextraction technology is was described from two aspects: first, the development of liquid-phase microextraction mode; Second, the development of liquid phase microextraction solvent. Through its research in the field of analysis and detection, The application prospect of liquid phase microextraction technology in traditional Chinese medicine analysis is was prospected.

        Key words:" Liquid phase microextraction;" Sample pretreatment;" Analysis and application of traditional Chinese medicine

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