《Analytica Chimica Acta》：Amino acid-based anionic surfactant as a novel amphiphile for sustainable green supramolecular solvent formation in liquid-phase microextraction: determination of penicillins in bovine milk
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本研究开发了一种基于生物可降解阴离子表面活性剂（sodium cocoyl glutamate）的超分子溶剂（SUPRAS），用于液相微萃取。通过pH调节和酸性上清液诱导的共沉淀机制，成功分离并浓缩头孢类抗生素（ampicillin和amoxicillin）从牛奶中的残留物，检测限分别为0.3和1 μg/kg，方法环保且操作简便。
Aleksei Pochivalov|Karipova Diana|Iurii Lodianov|Daria Frolova|Firuza Krekhova|Andrey Bulatov
圣彼得堡国立大学，Universitetskaya Emb. 7/9，199034，圣彼得堡，俄罗斯
摘要 背景 在选择一种环保、具有选择性和成本低的提取溶剂以实现高效且绿色的液相微萃取时，始终是一项具有挑战性的任务。作为传统萃取剂更安全替代品的超分子溶剂为此目标带来了希望。此外，这些溶剂还可以根据具体任务进行定制。然而，由于传统表面活性剂的持久性和毒性，它们仍可能对环境造成风险。为了解决这个问题，引入源自天然来源的生物基表面活性剂来制备超分子溶剂具有重要意义。
结果 提出了一种基于可生物降解的氨基酸类阴离子表面活性剂（椰油酰谷氨酸钠）的新型超分子溶剂，用于液相微萃取，以分离并富集牛奶样品中的青霉素（氨苄西林和阿莫西林）。在所开发的方法中，仅向样品相中添加了两种极性有机酸和该表面活性剂。极性有机酸发挥了双重作用：首先，醋酸和三氯乙酸用于沉淀牛奶基质中的蛋白质；其次，得到的酸性上清液诱导了两亲分子的胶束化。通过液相色谱-质谱法对不同脂肪含量的牛奶中的分析物进行了测定，证明了该微萃取技术的分析性能。氨苄西林和阿莫西林的检测限分别为0.3 μg kg-1 和1 μg kg-1 。
意义 本研究首次证明了在椰油酰谷氨酸钠作为两亲分子存在的情况下可以形成可持续的绿色超分子溶剂。研究表明，某些有机酸通过部分中和超分子聚集体的负电荷，从而诱导了其胶束化。
引言 液相微萃取（LPME）具有多种优势，如多功能性、环保性、溶剂用量少以及操作简便[1]。这使得它成为样品制备的一种有吸引力的选择，并成为分析化学中传统萃取方法的有前景的替代方案。然而，要开发符合绿色化学原则的可持续方法，需要用更环保的萃取剂（如由生物基表面活性剂形成的超分子溶剂SUPRAS）替代传统的有毒溶剂。这些溶剂不仅具有独特的性质，能够溶解包括药物[2]和毒素[3]在内的广泛分析物，而且由于其成分的可生物降解性，还提高了环保性。
用于LPME的SUPRAS形成的非离子生物基表面活性剂主要是脂肪醇[4]和羧酸[5]。在这种情况下，会在极性有机溶剂（通常是四氢呋喃）中形成反胶束。然后加入水样以诱导相分离，因为水在这种介质中对这些表面活性剂的溶解度较低，从而起到胶束化剂的作用。基于羧酸的胶束在酸性环境中形成，以保持两亲分子的未带电状态。基于这些表面活性剂的SUPRAS的主要缺点是微萃取需要大量的极性有机溶剂。
此外，本研究中还使用了鼠李糖脂[6]和月桂酰肉碱钠[7]作为可生物降解的阴离子表面活性剂。鼠李糖脂是一种由鼠李糖分子和脂肪酸尾部组成的糖脂类生物表面活性剂，由多种细菌产生。当向这种两亲分子的各向同性溶液中加入电解质（氯化钠）时，系统在宏观尺度上会分离成两个相，这是由于胶束的脱水作用。研究表明，所形成的SUPRAS在高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV）分析前，能有效富集食品基质中的拟除虫菊酯类杀虫剂[6]。月桂酰肉碱钠则由脂肪酸和肉碱（一种氨基酸）衍生而来。在样品溶液中，当其与合成阳离子表面活性剂（苯扎溴铵）的摩尔比为1:1时，会形成胶束。所提出的溶剂对合成食品染料具有较高的萃取能力，并已应用于饮料和废水样品中分析物的分光光度法和数字比色法测定[7]。
烷基多糖苷是另一类非离子生物来源的表面活性剂，它们由葡萄糖和脂肪醇制成。研究发现，中链脂肪酸[8]、长链醇[9]、深共晶溶剂[10]和伯胺[11]可以触发这些两亲分子在胶束溶液中的胶束化。
本研究首次证明了在可生物降解的氨基酸类阴离子表面活性剂（椰油酰谷氨酸钠，图S1）存在的情况下可以形成SUPRAS。与之前报道的由氨基酸衍生物（月桂酰肉碱[7]）制备的溶剂不同，所提出的SUPRAS是通过降低pH值获得的，且不需要额外的合成两亲分子来促进胶束化。
因此，本研究的目的是开发一种基于新型可持续绿色SUPRAS的LPME方法，该SUPRAS由生物基阴离子表面活性剂（椰油酰谷氨酸钠）形成。所开发的方法应用于从牛奶样品中分离和富集青霉素（氨苄西林和阿莫西林，图S2），随后通过高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）对其进行测定。在该方法中，仅向样品相中添加了两种极性有机酸和表面活性剂。极性有机酸发挥了双重作用：首先，醋酸和三氯乙酸用于沉淀牛奶基质中的蛋白质；其次，得到的酸性上清液诱导了两亲分子的胶束化。因此，该方法节省试剂且操作简单。
试剂和溶液 所有化学品和试剂均为分析级。阿莫西林购自Sigma-Aldrich（美国），氨苄西林（钠盐）由NeoFroxx（德国）生产。HPLC-MS/MS分析过程中使用了LiChrosolv LC/MS级水和甲醇（Merck，德国），以及LC/MS级甲酸（Carlo Erba Reagents，法国）。用于HPLC-UV测定酸的HPLC级乙腈由Cryochrom（俄罗斯）提供。椰油酰谷氨酸钠水溶液
椰油酰谷氨酸钠胶束系统的行为 椰油酰谷氨酸钠（图S1）是一种在水溶液中形成胶束的阴离子表面活性剂。该表面活性剂的临界胶束浓度取决于pH值，但通常在毫摩尔范围内[14]。本研究旨在探讨在特定条件下是否可以在该系统中引发SUPRAS的形成。第一组潜在的胶束化剂是电解质，已知它们可以通过盐析效应实现胶束相的分离。结论 本研究提出了一种利用可生物降解的绿色SUPRAS的有效微萃取方法。该方法包括简单的两步过程：蛋白质沉淀和将分析物分离到SUPRAS中，然后通过HPLC-MS/MS测定牛奶样品中的抗生素（氨苄西林和阿莫西林）。研究发现，蛋白质沉淀后得到的酸性上清液可用于诱导两亲分子的胶束化。
CRediT作者贡献声明 Aleksei Pochivalov： 撰写初稿、监督、资源管理、项目管理、方法学设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。Andrey Bulatov： 撰写与编辑、监督、方法学设计、概念构建。Iurii Lodianov： 撰写初稿、可视化设计、验证、方法学设计、研究实施、数据分析。Karipova Diana： 撰写初稿、验证、研究实施、数据分析。
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
数据获取 支持本研究结果的数据可向相应作者索取。
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢 作者衷心感谢
俄罗斯科学基金会 （项目编号25-73-00060，
https://rscf.ru/project/25-73-00060/
