通过基于移液器尖端的提取方法,使用疏水性深共晶溶剂对土壤中的苯并[a]芘进行现场样品制备,并直接进行高效液相色谱-火焰光度检测(HPLC-FLD)分析

《Talanta》:On-site sample preparation for benzo[a]pyrene in soils via pipette-tip based extraction with hydrophobic deep eutectic solvents and direct HPLC-FLD analysis

【字体: 时间:2026年05月02日 来源:Talanta 6.1

编辑推荐:

  Firuza Krekhova|Daria Meshcheva|Polina Petrova|Egor Nizov|Andrey Shishov|Andrey Bulatov分析化学系,圣彼得堡国立大学化学研究所,俄罗斯圣彼得堡Universitetskaya街7/9号,邮编19

  
Firuza Krekhova|Daria Meshcheva|Polina Petrova|Egor Nizov|Andrey Shishov|Andrey Bulatov
分析化学系,圣彼得堡国立大学化学研究所,俄罗斯圣彼得堡Universitetskaya街7/9号,邮编199034

摘要

本文提出了一种新型的现场样品制备策略,用于测定土壤中的苯并[a]芘。该策略基于使用疏水性深共晶溶剂(DES)的移液器尖端辅助提取技术,随后进行分散液-液微萃取(DLLME)和高性能液相色谱-荧光检测(HPLC-FLD)分析。这种方法结合了现场采样和实验室检测。具体操作如下:将1000毫克土壤放入装有多孔滤膜的一次性移液器尖端中,然后用6.0毫升甲醇稀释的百里酚:己醇DES(1000毫克,1:1,摩尔比)对样品进行七次抽取和分配,从而实现快速高效的现场提取。提取物被运输到实验室后,加入水即可发生相分离,将分析物浓缩到适合直接注入HPLC-FLD的疏水性DES相中,无需蒸发或净化步骤。
提取过程耗时不到10分钟,不涉及加热、超声处理或机械搅拌。该方法在5至100微克/千克的浓度范围内表现出线性响应,决定系数R2为0.999,检测限为2微克/千克,定量限为5微克/千克。日内和日间精密度均不超过7%, spiked样品和认证参考样品的回收率在88%至113%之间。实验结果与GC–MS参考方法在95%置信水平下无统计学差异。
该方法是首次将疏水性深共晶溶剂应用于现场土壤中多环芳烃(PAHs)提取的技术。通过将采样与实验室分析分离,并允许提取物运输而非整个土壤样本,该方法显著减少了物流限制、污染风险和溶剂消耗,为快速监测致癌性PAHs提供了新的平台。

引言

多环芳烃(PAHs)是一类由两个或多个芳香环组成的非极性有机化合物。它们是普遍存在的环境污染物,在空气[1]、水[2]、土壤[3]和食物[4]中都能检测到。由于某些PAHs被归类为致癌物、致突变物和遗传毒性物质[5,6],因此其广泛存在具有重要意义。大量毒理学和环境研究表明,即使是在微量浓度下,这些物质也对人类健康和生态系统构成严重威胁[7,8]。最近的分析研究进一步强调了在环境样品中高度敏感和可靠地监测PAHs的必要性,因为它们具有持久性和生物累积潜力[9]。
土壤是PAHs的主要储存库之一,因为这些疏水性化合物会强烈吸附在有机物和矿物表面[10]。一旦沉积在土壤中,PAHs可以长期存在,并可能重新释放到大气中或渗入水生系统,导致二次污染[11]。因此,对土壤中PAHs的分析测定对于环境风险评估、污染控制和修复策略至关重要。然而,正如近期研究所示,高有机质含量的土壤属于特别具有挑战性的样品类型,需要高效的预浓缩和净化步骤才能进行色谱分析。特别是,确定这些样品中的PAHs时,通常需要复杂的多步骤提取和富集方法[12]。
从土壤中提取微量PAHs仍然是一项具有挑战性的分析任务[13]。传统的固液提取方法包括索氏提取[14, [15], [16]、机械振荡[17]、超声辅助提取[18,19]、微波辅助提取[20,21]和加速溶剂提取[22]。这些技术通常使用非极性或弱极性有机溶剂(如己烷[16]、二氯甲烷[17]或环己烷[23]),虽然对疏水性PAHs具有高亲和力,但需要大量溶剂、较长的提取时间和后续的溶剂蒸发或净化步骤。在现代方法中,超声辅助微萃取因传质效率提高和提取时间缩短而受到关注。然而,这些方法仍需要专门的实验室设备,限制了其在现场或野外样品制备中的应用[24]。
随着新型提取技术的发展,小型化和便携式的样品制备格式越来越受到重视。特别是基于一次性移液器尖端的提取技术,包括移液器尖端固相提取和一次性移液器提取,已成为快速、低溶剂消耗样品制备的理想工具。在这些方法中,分析物通过放置在移液器尖端内的吸附材料在多次抽取和分配过程中被提取或保留。这些技术已广泛应用于液体样品,并显示出高效性、简便性和与绿色分析化学原理的兼容性。然而,它们在固体样品中的应用仍然非常有限,因为大多数报道的方法依赖于吸附剂和液体基质,而非直接从颗粒固体中提取分析物[25]。
与此同时,深共晶溶剂(DESs)作为一种新型的绿色、可调且多功能提取介质应运而生[26]。DESs通过结合氢键供体和受体形成熔点远低于各组分熔点的液体,具有几乎为零的蒸气压、低毒性、良好的生物降解性和高度可调的物理化学性质[27,28]。在分析化学中,DESs已成功应用于液-液微萃取、超声辅助微萃取和其他预浓缩技术中,显示出高效的提取效果和作为传统有机溶剂替代品的巨大潜力[29,30]。特别是,最近将DES改性的吸附剂集成到基于移液器尖端的微SPE格式中,用于复杂液体样品的分析,突显了DES化学与微型提取平台的兼容性[31,32]。
尽管取得了这些进展,但尚未有将疏水性DESs与基于移液器尖端的提取技术直接结合用于固体环境样品的报道。特别是,目前还没有描述能够在采样现场直接从土壤中使用基于DES的移液器尖端格式提取PAHs的方法。
本研究提出了一种新型的现场样品制备策略,用于测定土壤中的苯并[a]芘,结合了使用疏水性深共晶溶剂的移液器尖端辅助提取技术,随后进行DLLME型相分离和HPLC-FLD分析。该工作流程旨在实现现场采样和实验室检测的结合。提取步骤在采样现场使用便携式移液器尖端完成,而后续的DLLME相分离和HPLC-FLD分析则在实验室进行。对于现场应用,土壤样品以原始状态使用,无需任何热处理,进一步简化了工作流程;最终测定受益于实验室仪器分析的灵敏度和稳健性。该方法实现了从土壤中快速提取苯并[a]芘,将提取物而非整个样品运输到实验室,并进行高效预浓缩,无需溶剂蒸发,为PAHs监测提供了一种新的、可现场应用且环保的方法。
该方法的分析性能已通过实际土壤样品的分析得到验证,同时使用两种具有不同物理化学性质的土壤(沙质土壤(有机碳含量约1.2%,pH 6.8)和泥炭土壤(有机碳含量约18.5%,pH 4.1)评估了土壤基质组成对提取效率的影响。

章节片段

化学试剂

所有化学试剂均为分析级。实验过程中使用了Millipore Milli-Q RG系统(Millipore,美国)生产的超纯水(电阻率>18.2 MΩ·cm)。己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇从Komponent-Reactiv公司(俄罗斯)购买;乙腈和甲醇来自J.T. Baker Chemical Company(美国);百里酚、薄荷醇、四氢呋喃、乙醇来自Vekton公司(俄罗斯);苯并[a]芘从Sigma-Aldrich购买。

初步研究

苯并[a]芘是一种非极性化合物,其提取效率受萃取剂选择的影响。常用的萃取剂包括萜类化合物(如薄荷醇[2]、百里酚[34]和樟脑[35])以及脂肪酸[36]等疏水性溶剂。本研究采用了天然萜类化合物(薄荷醇和百里酚)作为氢键受体,与中链醇(己醇、庚醇、辛醇、壬醇和癸醇)共同作为萃取剂。

结论

本研究提出了一种全新的土壤样品制备方法,用于测定苯并[a]芘,通过结合移液器尖端辅助提取和基于深共晶溶剂的相分离技术,再结合HPLC–FLD分析进行验证。优化的DES配方由百里酚和己醇组成,并加入甲醇作为共溶剂,在常温条件下实现了快速、选择性和高效的苯并[a]芘提取。

CRediT作者贡献声明

Firuza Krekhova:概念设计、监督、初稿撰写。Daria Meshcheva:实验研究。Polina Petrova:实验研究。Egor Nizov:实验研究。Andrey Shishov:概念设计、资金获取、监督、审稿与编辑。Andrey Bulatov:概念设计、监督、初稿撰写。

利益冲突声明

作者声明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

作者感谢圣彼得堡国立大学(项目编号:103753335)的支持。研究使用了SPbSU研究园区(化学分析与材料研究中心)的仪器设备。
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