疏水性天然深共晶溶剂作为从固体吸附剂中脱附对羟基苯甲酸酯的绿色介质：一项概念验证研究

《Journal of Chromatography A》：Hydrophobic Natural Deep Eutectic Solvents as a Green Desorption Media for Parabens from Solid Sorbents: A Proof-of-Concept Study

一种基于超声波辅助的天然深共晶溶剂（H-NADES）脱附技术用于人体尿液中四种苯甲酸酯的绿色高效检测。摘要：本研究开发了一种可持续的固相萃取（SPE）方法，使用C18反相柱结合超声波辅助脱附（UAD）实现高效样品前处理。通过 Box-Behnken设计优化H-NADES（薄荷醇与醋酸1:2摩尔比）体积、超声时间、温度及磷酸盐缓冲液体积等关键参数，最终建立200 μL H-NADES超声30分钟（40℃）的脱附条件，检测限低至0.006 μg/mL，回收率稳定（RSD<10%），且绿色化学指标（AGREE 0.70，ChlorTOX 1.42 g）显著优于传统有机溶剂方法。

　　这项研究旨在开发一种可持续的样品制备方法，用于测定人类尿液中四种对羟基苯甲酸酯类防腐剂（即甲基对羟基苯甲酸酯、乙基对羟基苯甲酸酯、正丙基对羟基苯甲酸酯和正丁基对羟基苯甲酸酯）的浓度。随着对这些物质在环境和人体中广泛存在及其潜在健康风险的认识不断加深，研究者们正在寻找更加环保和高效的分析方法。传统的样品制备技术通常依赖于大量有机溶剂，这不仅增加了环境负担，还对操作人员的健康构成威胁。因此，研究团队尝试引入一种基于天然深共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvent, NADES）的绿色替代方案，以减少溶剂使用量并提升分析过程的可持续性。

研究团队首先评估了三种常见的固相萃取（Solid-Phase Extraction, SPE）吸附剂，即C18、PSA和Florisil?，并结合不同的甲醇与水（MeOH:H?O）洗脱策略进行实验。经过初步测试，C18吸附剂搭配80:20（体积比）的MeOH:H?O洗脱液，以500微升的体积进行洗脱，表现出了最佳的性能。这一组合被选为参考方法，作为传统样品制备技术的基础。随后，研究者们重新设计了该方法，引入了一种由DL-薄荷醇和醋酸组成的新型H-NADES（Hydrophobic Natural Deep Eutectic Solvent），并采用超声辅助洗脱技术，以实现更高效、更环保的样品处理。

为了优化关键变量，研究团队采用响应面方法（Response Surface Methodology, RSM）进行实验设计，重点评估了H-NADES的体积、超声时间、提取温度以及磷酸缓冲液的体积。此外，研究者们还通过单变量方法对HPLC-UV的条件和吸附剂类型进行了评估。最终的实验条件为使用200微升的H-NADES，并在40摄氏度下进行30分钟的超声处理，该条件实现了较高的回收率，同时有效减少了溶剂的使用量和对环境的影响。

研究结果显示，H-NADES方法在分析性能方面表现出良好的线性范围（0.017–50微克/毫升），较高的精密度（RSD < 10%），以及较低的检测限（0.006–0.022微克/毫升）。这些结果表明，H-NADES不仅能够提供与传统方法相当的分析效果，还能在减少溶剂用量和环境负担方面发挥重要作用。为了进一步评估该方法的绿色程度，研究者们引入了AGREE、AGREEprep和ChlorTOX等绿色化学指标，这些指标分别从试剂毒性、废物生成、能量需求和程序步骤等方面对分析过程进行了量化评估。结果显示，该方法在这些绿色化学指标上的表现良好，证明了其环境友好性。

对羟基苯甲酸酯类物质的环境和健康影响已引起了广泛关注。这些物质由于其抗菌特性、成本低廉和较长的保质期，被广泛用于个人护理产品、药品和加工食品中。然而，长期接触这些物质可能与内分泌干扰、生殖毒性、肥胖和致癌性等健康问题相关，尤其是在其结构与雌激素相似的情况下。因此，监管机构如欧洲委员会和美国食品药品监督管理局（FDA）已对这些物质在消费品中的浓度进行了限制，特别是在儿童用品或皮肤接触产品中。

对羟基苯甲酸酯类物质的广泛存在也促使了它们在环境和人体中的监测需求。这些物质已被检测到存在于废水、地表水和饮用水中，表明它们在生态系统中的扩散范围。在人体生物监测研究中，尿液是最常用的生物基质之一，因为其采集方式相对无创，并且能够反映近期接触的母体化合物及其结合代谢物的情况。然而，尿液中对羟基苯甲酸酯类物质的浓度通常较低，并且嵌入在复杂的基质中，因此需要高选择性和高灵敏度的分析方法。在这一过程中，样品制备技术的优化显得尤为重要。

固相萃取（SPE）作为一项传统的样品前处理技术，被广泛用于从液态基质中分离和浓缩目标分析物。在SPE方法中，C18反相吸附剂因其对疏水或中等极性化合物的高捕获能力而被广泛使用。然而，传统的SPE方法往往依赖于大量有机溶剂，如甲醇或乙腈，用于洗脱步骤。这些溶剂不仅具有挥发性、易燃性和高毒性，还对环境造成较大负担。因此，寻找更环保的替代方案成为当前分析化学领域的重要研究方向。

绿色分析化学（Green Analytical Chemistry, GAC）倡导使用更可持续的替代溶剂来取代传统有害溶剂，以减少对环境和人类健康的负面影响。在此背景下，天然深共熔溶剂（Natural Deep Eutectic Solvents, NADES）作为一种新兴的环保溶剂，因其由氢键供体（Hydrogen Bond Donors, HBDs）和受体（Hydrogen Bond Acceptors, HBAs）自组装而成，而受到广泛关注。这些溶剂具有可调节的极性、低挥发性和高生物降解性，并且由廉价、天然来源的物质组成，使其在分析化学中具有较高的应用潜力。疏水型NADES（H-NADES）在提取和溶解中等非极性分析物方面表现出良好的性能，为传统溶剂提供了一种绿色替代方案。

虽然H-NADES在分析化学中的应用主要集中在作为提取介质，但其在固相萃取过程中的洗脱或脱附潜力尚未被充分研究。目前，仅有一些研究报道了H-NADES在脱附过程中的应用，例如使用DL-薄荷醇与醋酸1:1的组合，用于从磁性活性炭中脱附对羟基苯甲酸酯类物质，以及使用DL-薄荷醇与薄荷醇1:1的组合，用于从石墨氮化物土壤样品中脱附硝基甲苯。这些研究为H-NADES在样品前处理中的应用提供了初步的证据。

结合H-NADES与传统商业可用的吸附剂，如C18，可以在不牺牲分析性能的前提下实现与传统方法相当的分析效果。与先进的吸附材料相比，如功能化相、纳米复合材料或磁性吸附剂，这些材料通常需要复杂的合成过程、多种试剂和产生额外的化学废物，而使用商业可用的吸附剂则可以简化操作流程，降低实验操作的复杂性。从绿色化学的角度来看，这无疑是一个被忽视的机会。如果H-NADES能够有效从固相吸附剂中脱附分析物，同时保持方法的分析性能，那么它将极大地减少分析过程对环境的影响，尤其是在高通量应用如生物监测中。

在本项概念验证研究中，研究团队评估了使用由DL-薄荷醇和醋酸组成的H-NADES作为绿色溶剂，在从C18吸附剂中脱附四种对羟基苯甲酸酯类物质方面的可行性。该方法基于传统的微固相萃取（μ-SPE）技术，适用于从人体尿液样本中提取目标分析物。脱附过程在超声辅助条件下进行，以提高质量传递效率并减少溶剂的使用量。研究团队对H-NADES的物理化学性质进行了表征，以确认其氢键形成情况，并评估其作为绿色洗脱/脱附溶剂的相关性质。此外，研究者们还通过响应面方法优化了脱附条件，并对分析方法的回收率、基质效应和检测限进行了评估。最终，研究团队使用AGREE、AGREEprep和ChlorTOX等绿色化学指标对该方法的环保性进行了评价。

该研究成功开发并验证了一种基于超声辅助脱附和H-NADES的替代样品制备方法，用于测定人体尿液中四种对羟基苯甲酸酯类物质的浓度。研究结果显示，MAc（DL-薄荷醇与醋酸1:2的组合）系统在脱附性能方面表现出最佳效果，这得益于其适宜的极性和较低的粘度。多变量优化进一步确认了该方法在温和条件下的高效性。该方法在分析性能方面表现出良好的线性范围、较高的精密度和较低的检测限，表明其在实际应用中具有较高的可行性。

此外，该方法在绿色化学指标上的表现良好，证明了其环境友好性。AGREE、AGREEprep和ChlorTOX等工具分别从试剂毒性、废物生成、能量需求和程序步骤等方面对分析过程进行了量化评估。这些指标的综合应用有助于全面衡量分析方法的环保性，为未来的研究提供了参考依据。通过引入H-NADES，研究团队不仅实现了对传统有机溶剂的替代，还减少了实验过程中的环境负担，为分析化学领域的绿色化发展提供了新的思路。

本项研究的意义在于，它为分析化学中样品制备技术的绿色化提供了实际案例。通过结合H-NADES和传统的固相萃取技术，研究团队开发了一种简单且环保的样品处理方法，适用于复杂生物基质中的对羟基苯甲酸酯类物质的监测。这种方法不仅能够提高分析效率，还能降低实验成本和环境影响，为未来的生物监测研究提供了新的方向。此外，研究团队还强调了在分析化学中引入绿色替代方案的重要性，特别是在高通量应用中，如生物监测，这些替代方案能够显著减少对环境和人类健康的负面影响。

研究团队的贡献不仅体现在方法的开发和验证上，还在于其对绿色化学指标的应用和推广。通过使用AGREE、AGREEprep和ChlorTOX等工具，研究团队能够全面评估分析方法的环保性，为未来的分析化学研究提供了重要的参考。此外，研究团队还通过单变量方法对HPLC-UV的条件和吸附剂类型进行了评估，进一步确认了该方法的可行性。这种方法的推广不仅有助于提高分析过程的可持续性，还能推动分析化学领域的绿色化发展。

在本项研究中，研究团队还对实验材料和标准溶液进行了详细说明。甲基对羟基苯甲酸酯、乙基对羟基苯甲酸酯、正丙基对羟基苯甲酸酯和正丁基对羟基苯甲酸酯（纯度≥99%）从Sigma-Aldrich获得，DL-薄荷醇从Parafarm获得，而冰醋酸、无水乙醇和甲酸则从Sintorgan（阿根廷）获得。乙腈和甲醇也从Sigma-Aldrich获得，超纯水（18 MΩ cm）则通过Milli-Q水纯化系统（Millipore，巴黎，法国）获得。常见的固相萃取吸附剂如C18、PSA和Florisil?也被用于实验过程中。

为了进一步确认H-NADES的物理化学性质，研究团队进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，以验证其氢键形成情况。此外，研究团队还评估了H-NADES的其他性质，如粘度、密度和表面张力，以确保其在分析过程中的适用性。通过这些实验，研究团队能够全面了解H-NADES的性能，并为其在样品制备中的应用提供科学依据。

在实验过程中，研究团队还对超声辅助脱附的条件进行了优化。通过调整超声时间、温度和溶剂体积，研究团队能够提高脱附效率，同时减少溶剂的使用量。此外，研究团队还评估了不同缓冲液的使用效果，以确保分析方法的稳定性和准确性。这些优化措施不仅提高了分析方法的性能，还进一步降低了其对环境的影响。

研究团队的成果表明，基于H-NADES的绿色样品制备方法不仅能够提供与传统方法相当的分析效果，还能在减少溶剂使用量和环境负担方面发挥重要作用。这种方法的简单性和环保性使其在生物监测研究中具有较高的应用价值。此外，该方法的推广也有助于推动分析化学领域的绿色化发展，为未来的环境和健康监测研究提供新的思路和方法。

研究团队还强调了在分析化学中引入绿色替代方案的重要性。通过使用H-NADES，研究团队能够有效减少对传统有机溶剂的依赖，从而降低实验过程中的环境影响。这种方法的推广不仅有助于提高分析过程的可持续性，还能推动绿色化学理念在分析化学中的应用。此外，该方法的简单性和环保性使其在实际应用中具有较高的可行性，为未来的生物监测研究提供了重要的参考。

研究团队的实验结果表明，H-NADES在分析化学中的应用具有广阔的前景。通过优化脱附条件和使用绿色化学指标，研究团队能够全面评估该方法的环保性和分析性能，为未来的分析化学研究提供了重要的参考依据。此外，该方法的推广也有助于推动绿色化学理念在分析化学中的应用，为环境和健康监测研究提供新的思路和方法。

在本项研究中，研究团队还对实验材料和标准溶液进行了详细说明，以确保实验的准确性和可重复性。此外，研究团队还对实验条件进行了优化，以确保分析方法的稳定性和准确性。通过这些措施，研究团队能够全面评估该方法的可行性，并为其在生物监测研究中的应用提供科学依据。

总的来说，这项研究为分析化学领域提供了一种新的绿色样品制备方法，具有较高的应用价值和推广前景。通过引入H-NADES和优化脱附条件，研究团队能够有效减少对传统有机溶剂的依赖，从而降低实验过程中的环境影响。这种方法的简单性和环保性使其在生物监测研究中具有较高的可行性，为未来的环境和健康监测研究提供了重要的参考依据。此外，该方法的推广也有助于推动绿色化学理念在分析化学中的应用，为分析化学领域的可持续发展提供新的思路和方法。