基于超分子深共晶溶剂的铁磁流体，用于通过涡流辅助的液-液微萃取技术从水和饮料样品中分离烷基酚

《Microchemical Journal》：Supramolecular deep eutectic solvents based ferrofluid for vortex-assisted liquid-liquid microextraction of alkylphenols from water and beverage samples

本研究首次开发了基于超分子深共熔溶剂（SUPRADES）的磁流体涡旋辅助液液微萃取（SUPRADES-FF-VA-LLME）新方法，用于高效富集水体和饮料中的烷基酚（APs）。通过Plackett-Burman和中心复合设计优化，方法在0.05-400 μg/L范围内实现高灵敏度检测（R2≥0.9990），快速磁分离（<2 min）且无需离心设备，回收率98.4-102.4%，结合DFT理论验证其分子识别机制，为污染物的绿色高效分离提供新策略。

　　本研究提出了一种新型的超分子深共熔溶剂（SUPRADES）为基础的磁性流体（SUPRADES-FF）用于涡旋辅助液液微萃取（VA-LLME）方法，以提取水和饮料样品中的烷基酚（APs）。该方法的创新之处在于结合了超分子深共熔溶剂的高选择性和磁性流体的快速相分离特性，从而提供了一种高效、绿色且简便的样品前处理技术。

烷基酚是一类基于苯酚的有机化合物，其分子结构中包含一个烷基链，主要包括壬基酚（NP）、辛基酚（OP）及其衍生物。由于其独特的化学性质，烷基酚在纺织、印染、农药乳化等工业领域具有重要应用，常被用作增塑剂、润滑剂添加剂和抗氧化剂。然而，烷基酚的广泛应用也导致其在环境和食品中的迁移和残留。例如，包装材料在生产过程中可能含有含有烷基酚的增塑剂，这些物质可能在运输过程中迁移到饮料中。此外，工业废水、生活污水和废弃物的排放使得烷基酚进入环境，同时其脂溶性和持久性使其在生物体内积累，成为重要的内分泌干扰物。烷基酚具有类似雌激素的效应，可能破坏水生生物和人类的内分泌系统。鉴于这些潜在的健康和环境风险，美国环境保护署（EPA）已经对水中壬基酚（4-NP）的浓度设定了限值（6.6 μg/L），因此，开发一种可靠、灵敏且选择性的方法用于分析水和饮料中的烷基酚显得尤为重要。

目前，用于分析烷基酚的仪器方法包括气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、竞争化学发光免疫酶分析（CCIA）等。然而，由于实际样品基质的复杂性和烷基酚含量较低，通常需要在仪器分析前对样品进行分离和富集。常用的样品前处理技术包括分散液液微萃取（DLLME）、超声辅助萃取（UAE）、涡旋辅助液液微萃取（VA-LLME）、空气辅助液液微萃取（AALME）以及磁性分散固相萃取（MD-SPE）。这些液液微萃取技术具有溶剂用量少、萃取溶剂与样品溶液接触面积大、萃取速度快以及操作简便等优点。然而，液液微萃取后，为了实现快速相分离，往往需要使用离心机、冰水浴等复杂设备，这不仅增加了操作难度，也延长了萃取时间。相比之下，磁性分散固相萃取技术可以通过外部磁铁实现快速相分离，简化了操作流程。因此，如果有一种新的微萃取技术能够结合液液微萃取和磁性分散固相萃取的优点，将是一种重大的技术突破。

巧合的是，磁性流体（ferrofluid）作为一种新型的液体功能材料，结合了液体的流动性与固体磁性材料的磁性特性，其主要由纳米级的铁磁性颗粒（如Fe?O?或钴/镍氧化物）悬浮在载体液体中组成。为了防止磁性颗粒聚集，这些颗粒通常被表面活性剂包裹。2010年，一种基于磁性流体的液相微萃取技术被开发出来，用于水样中多环芳烃的提取和富集。在液相微萃取后，借助外部磁铁可以快速完成相分离，从而大大缩短了萃取时间。研究表明，磁性流体的化学性质、密度和蒸气压等特性与其载体液体密切相关。近年来，各种溶剂被用作磁性流体的载体，包括水、油、有机溶剂和离子液体。然而，有机溶剂和咪唑基离子液体对环境和操作人员存在一定的危害，因此绿色分析化学通常不推荐使用这些溶剂。因此，选择具有高选择性和环境友好的绿色溶剂作为磁性流体的载体至关重要。

深共熔溶剂（DESs）是一种新型的绿色溶剂，通常由氢键受体（HBA，如季铵盐）和氢键供体（HBD，如酰胺、羧酸、多元醇）按一定摩尔比组成二元或三元低共熔混合物。深共熔溶剂不仅具有离子液体的诸多特性，如低熔点、宽液相范围、宽电化学窗口、低挥发性、良好的溶解性、良好的催化活性和结构可设计性，还具有原料易得、低毒、低成本、易于制备、制备过程中原子利用率高达100%以及可生物降解等显著优势。近年来，超分子深共熔溶剂（SUPRADESs）作为一种新的深共熔溶剂亚类，于2020年首次发表。SUPRADESs是一类含有环糊精的深共熔溶剂，环糊精作为一种宿主分子，能够形成包合物。与传统深共熔溶剂相比，SUPRADESs不仅共享相似的物理和化学性质，其超分子特性还使其能够选择性地结合多种化合物。在实际应用中，由于环糊精具有独特的内部疏水性和外部亲水性结构，能够通过氢键、范德华力和疏水相互作用等机制与多种化合物形成宿主-客体相互作用，因此SUPRADESs的提取回收率显著高于传统深共熔溶剂。

在本研究中，首次设计并合成了由薄荷醇（THY）、辛酸（CA）和羟乙基-β-环糊精（HE-β-CD）组成的新型超分子深共熔溶剂，并将其用作载体液体，通过超声法制备了基于油酸修饰的Fe?O?纳米颗粒（Fe?O?@OA）的磁性流体（SUPRADES-FF）。基于这些磁性流体，首次开发了一种新型的涡旋辅助液液微萃取方法（SUPRADES-FF-VA-LLME），用于烷基酚的提取。首先，通过Plackett-Burman设计（PBD）筛选影响提取回收率的参数，随后利用中心组合设计（CCD）对主要影响因素进行优化。结合高效液相色谱-荧光检测器（HPLC-FLD），该方法用于水和食品样品中烷基酚的定量分析。此外，还通过密度泛函理论（DFT）研究了提取机制，并对方法的绿色性进行了评估。

在实验过程中，使用了多种试剂，包括油酸（OA）、4-庚基酚（4-HP）、4-辛基酚（4-OP）、4-壬基酚（4-NP）、氯化铁六水合物（FeCl?·6H?O）、氯化亚铁四水合物（FeCl?·4H?O）、薄荷醇（THY）、羟乙基-β-环糊精（HE-β-CD）、辛酸（CA）、壬酸（NA）和癸酸（DA）等。这些试剂均从上海麦克莱恩生物化学试剂有限公司和阿拉丁试剂有限公司购买。此外，还使用了氨水（25-28%）等辅助试剂。

为了研究SUPRADES-FF中分子间的相互作用，采用了1H NMR和FT-IR等技术。1H NMR谱图显示，THY-CA-HE-β-CD的1H NMR谱与各组分的1H NMR谱相比，没有显著变化，表明THY-CA-HE-β-CD的形成并未产生新的化学键。FT-IR分析也证实了这一点，进一步说明了该超分子深共熔溶剂的结构特性。

在实验结果中，该方法对4-庚基酚、4-辛基酚和4-壬基酚的线性范围分别为0.3–400、0.2–400和5–400 μg/L，且R2值均≥0.9990，表明方法具有良好的线性响应。检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.05–1.5 μg/L和0.2–5 μg/L，显示出方法的高度灵敏性。日内和日间精密度（n=5）均≤2.1%，说明方法具有良好的重复性和稳定性。富集因子（EF）达到22–24，表明该方法能够有效富集目标化合物。在微萃取后，借助外部磁铁可以快速完成相分离，无需使用离心机等复杂设备，从而大大简化了操作步骤并缩短了萃取时间（约2分钟）。此外，由于引入了羟乙基-β-环糊精，其疏水性腔室与烷基酚之间的包合效应显著增强，提高了分子识别能力，使得该方法的提取效率比传统方法提高了19–29%。

通过结合高效液相色谱-荧光检测器（HPLC-FLD），该方法能够对水和食品样品中的烷基酚进行准确的定量分析。在加标回收实验中，回收率达到了98.4–102.4%，说明该方法具有较高的准确性和可靠性。同时，该方法的绿色性也得到了评估，显示出其在环境友好性和操作安全性方面的优势。

综上所述，本研究提出了一种基于超分子深共熔溶剂和磁性流体的新型涡旋辅助液液微萃取方法（SUPRADES-FF-VA-LLME），用于烷基酚的提取和富集。该方法不仅具有高选择性和高灵敏度，还具备快速相分离和简便操作的优势，为污染物的高选择性分离提供了一种新的技术手段。此外，该方法的绿色性也得到了充分验证，符合绿色分析化学的发展趋势。未来，该方法有望在食品分析和环境监测等领域得到广泛应用。