用于多环芳烃分析的分散液-液微萃取方法：综述

《Microchemical Journal》：Dispersive liquid–liquid microextraction methods for the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons: Review

　　

• 回顾了基于DLLME方法测定PAHs的最新进展 • 比较了改良DLLME方法以提高灵敏度和可持续性 • 重点介绍了绿色萃取溶剂，包括离子液体和低毒性溶剂 • 讨论了影响DLLME性能和萃取效率的因素 • 明确了自动化和环保型DLLME方法的未来发展方向 引言 多环芳烃（PAHs）是一类含有两个或多个稠合芳环的疏水性有机化合物的集合。由于其持久性、广泛分布以及对人类健康和生态系统的潜在不利影响，它们成为普遍存在的环境污染物[1]，[2]。PAHs通常根据分子大小或芳环数量被分为低分子量组和高分子量组。然而，这些组之间的界限在不同研究中可能有所不同[3]。它们的物理化学性质，包括疏水性、水溶性、蒸气压和辛醇-水分配系数，随分子结构的变化差异较大。一般来说，低分子量PAHs挥发性较强且在水中相对更易溶，而高分子量PAHs挥发性较低、疏水性更强，且与悬浮颗粒、沉积物和富含有机质的基质结合更为紧密[4]，[5]。这些差异影响其环境迁移、分布、持久性及分析行为。 PAHs来源于自然源和人为源。自然源包括森林火灾和火山活动，而主要的人为源包括化石燃料和生物质不完全燃烧、石油相关活动、工业过程以及意外溢油[6]，[7]，[8]，[9]。根据其来源，PAHs被大致分为热解型或石油型，尽管环境样品中通常同时含有两种来源的贡献。一旦释放，PAHs可通过大气传输并沉积到土壤、水体和沉积物中，而地表径流和工业排放会进一步增加其在水环境中的出现[10]。美国环境保护署（EPA）和欧盟将十六种PAHs列为优先污染物，反映了对其毒性和对人体健康潜在危害的关注[11]。多种PAHs，特别是某些高分子量化合物，与致突变性、遗传毒性和致癌性效应相关。因此，它们在复杂环境基质中以痕量水平存在，需要在仪器分析之前进行有效的样品前处理，以实现足够的萃取、净化和预浓缩[12]。 PAHs的测定尤其具有挑战性，因为它们通常以极低浓度存在于复杂的样品基质中。其强疏水性促进了与有机物和悬浮颗粒的相互作用，而同提取的基质成分可能干扰后续的仪器分析[13]。因此，样品前处理是PAHs分析的关键环节，它直接影响整个分析程序的选择性、灵敏度、准确度和可靠性[14]。多种样品前处理方法已被用于从样品基质中分析PAHs；其中最广泛使用的样品前处理方法包括常规液-液萃取（LLE）[15]，[16]和固相萃取（SPE）[17]，[18]。LLE相对简单且对疏水性化合物有效，但常规操作通常需要使用大量有机溶剂、多次萃取步骤以及大量的时间和手工操作。乳化现象也会使相分离复杂化。SPE通常消耗较少的溶剂，并能提供有效的净化和预浓缩；然而，它可能需要相对昂贵的吸附剂、柱子活化、多个操作步骤以及仔细优化以避免穿透和过量的基质效应[19]，[20]。 在过去几十年中，人们开发了各种微型化样品前处理方法，以减少或消除LLE和SPE的缺点。例如，由Pawliszyn及其同事于1990年开发的固相微萃取（SPME），可被视为固相萃取（SPE）的微型化形式，而液相微萃取（LPME），也称为溶剂微萃取（SME），代表了液-液萃取（LLE）的微型化，于20世纪90年代中期被引入[21]，[22]。SPME使用纤维作为萃取相。所用纤维昂贵、易碎、使用寿命有限，且存在样品残留问题[23]。LPME是一种最小化的样品前处理程序，使用极少量的溶剂，从而将有毒有机溶剂暴露降至最低。已开发了多种LPME方法，如中空纤维（HF）基LPME[24]、溶剂棒LPME[25]、连续流LPME[26]和单滴微萃取（SDME）基LPME[27]，[28]。SDME的局限性包括液滴不稳定、精度相对较低和灵敏度有限[29]。HF-LPME的一个缺点是需要进行手工纤维制备，这可能导致不同萃取之间的变异并导致萃取时间相对较长[30]。 在过去十五年中，另一种新型LPME方法——分散液-液微萃取（DLLME）被开发出来，解决了旧版LPME方法的许多缺点[31]。DLLME具有萃取时间短、操作简便和使用少量萃取溶剂等优点。多篇综述已描述了DLLME的原理、发展及其在有机和无机分析物领域的广泛应用[32]，[33]，[34]，[35]，[36]。多篇综述研究了DLLME的发展和应用。Ojeda和Rojas回顾了其在从环境样品中萃取和预浓缩痕量有机污染物和金属离子方面的使用[32]。Rezaee及其同事[34]讨论了DLLME的演变，包括其与不同分析技术的结合以及额外的样品前处理步骤。Anthemidis和Ioannou回顾了DLLME在测定无机元素方面的最新发展[38]，而Herrera-Herrera及其同事则关注其在有机分析物领域的应用[39]。Nuhu等人[40]进一步回顾了DLLME在生物分析中的应用。这些研究表明了DLLME的广泛适用性和持续发展，然而，针对其应用于PAHs的专门综述，特别是改良和联用方法的发展，仍然十分必要。 因此，本综述批判性地考察了DLLME在各种样品基质中萃取和/或预浓缩PAHs的应用。特别关注了改良和联用DLLME方法，并从萃取效率、富集因子、检出限、精密度、回收率、溶剂消耗和基质效应等方面对其性能进行了评估。 DLLME是一种微型化液相微萃取（LPME）技术，其中萃取溶剂通常以微升级使用[41]。该方法由Rezaee及其同事于2006年引入，用于从水样中萃取和预浓缩PAHs[32]。DLLME基于三元溶剂体系，由水样和两种有机溶剂组成：萃取溶剂和分散溶剂。在萃取过程中，萃取溶剂和分散溶剂的混合物被快速注入含有目标分析物的水样中，通过形成萃取溶剂的细微液滴而产生浑浊溶液。分散溶剂必须与萃取溶剂和水样均互溶。其作用是促进萃取溶剂在样品中快速分散成细微液滴，从而增加萃取相与水相之间的接触面积并促进分析物的高效传质[40]，[42]。常用的分散溶剂包括丙酮、甲醇和乙腈[43]。另一方面，萃取溶剂应具备萃取目标分析物的能力、在水中溶解度低、在分散溶剂存在下形成微小液滴，并且密度与水相不同以实现相分离[32]，[44]。 在DLLME优化过程中，方法的萃取效率通过分析物的富集因子和/或萃取回收率来评估。富集因子（EF）可定义为[32]： EF = C_sed / C_0 其中，C_sed为沉积相中分析物的浓度，C_0为样品中分析物的初始浓度。 萃取回收率（ER）定义为被萃取到沉积相中的总分析物量（n_0）的百分比，即（n_sed）[32]： ER = n_sed / n_0 × 100 = C_sed × V_sed / (C_0 × V_0) × 100 其中，n_sed为沉积相中分析物的量，n_0为样品中分析物的初始量，V_sed为沉积相体积，V_0为初始样品体积。 式2可简化为： ER = (V_sed / V_0) × EF × 100 在DLLME中，与水和样品以及萃取溶剂均互溶的分散溶剂与萃取溶剂混合后快速注入含有目标分析物的水样中。这种快速注入产生了浑浊溶液，其中萃取溶剂的细微液滴分散在整个样品中。由此产生的萃取相与水相之间巨大的接触面积促进了分析物快速转移到萃取溶剂中。萃取后，通常通过离心分离各相，沉积的萃取相中富集的分析物可直接分析或经进一步处理后使用适当的分析技术进行分析[38]。DLLME的萃取步骤如图1所示。 LPME技术与常规LLE萃取相比具有多项优势，包括操作简便、溶剂和样品消耗少以及成本相对较低。在该类别中，常规DLLME提供了若干额外优势[40]：由分散在整个水相中的细小萃取溶剂液滴产生的大界面面积实现快速传质和达到萃取平衡；萃取时间短；由于萃取溶剂用量小而可能获得高富集因子；以及与其他LPME技术相比操作相对简单。特别是，DLLME不需要像SDME那样手工形成和稳定有机液滴，也不需要像HF-LPME那样制备和操作中空纤维。 尽管具有上述优势，但常规DLLME存在一些重要局限性。它通常依赖潜在有毒和昂贵的卤代有机溶剂（如氯仿、二氯甲烷和氯苯）作为萃取溶剂。它使用大量分散溶剂，这通常会降低分析物的分配系数。常规DLLME通常还需要离心以促进相分离并方便收集沉积的萃取相，这增加了操作步骤[45]。 已提出多种常规DLLME的改良方法来克服上述缺点并开发高效、安全和更环保的方法。最具代表性的改良之一是使用替代萃取溶剂，如密度小于水的溶剂、离子液体（ILs）和深度共晶溶剂（DESs）[46]。使用毒性较低、不含氯且密度小于水的溶剂需要开发新的策略来在相分离后收集富集的有机相。其他进一步改良包括消除分散溶剂并显著减少萃取溶剂用量，如基于均相液-液萃取的DLLME（HLLE-DLLME）[47]；使用替代溶剂类型，如浮起有机液滴固化DLLME（SFO-DLLME）[48]；基于低毒性溶剂的DLLME（LT-DLLME）[49]；在减少有机溶剂消耗的同时提高萃取效率，如基于超临界流体萃取的DLLME（SFE-DLLME）[50]；以及通过磁搅拌辅助破乳DLLME（MSA-DLLME）消除耗时的离心步骤[51]。 常规DLLME通常使用氯代有机溶剂作为萃取介质，引发了环境担忧并降低了方法的绿色程度。因此，人们越来越关注用更安全、更环保的替代品取代这些常规溶剂，包括离子液体、深度共晶溶剂和低毒性有机溶剂。在这些替代品中，离子液体因其独特且可调节的物理化学性质以及其在分析化学中的广泛应用而引起了极大关注，特别是在样品前处理领域[52]，[53]。 离子液体是一类熔点低于100°C的离子性、非分子性有机盐。它们具有多种独特的物理化学性质，包括可忽略的蒸气压、高热和化学稳定性、不可燃性、高离子电导率和宽电化学窗口。其物理化学性质可通过改变阳离子-阴离子组合或引入特定官能团来轻松调节，从而使其极性、疏水性、粘度、水混溶性和选择性可根据特定应用进行定制[54]。这些特性在分析化学中产生了极大的兴趣，特别是在萃取和分离过程中，离子液体可作为传统挥发性有机溶剂的替代品。因此，离子液体的可调性和低挥发性促进了其在微萃取技术中的日益广泛应用，包括DLLME[55]。 IL-DLLME涉及将离子液体（IL）萃取溶剂和适当的分散溶剂直接加入水样中，随后搅拌形成浑浊分散液以促进目标分析物快速转移到离子液相中。富集后的离子液相随后被分离（通常通过离心）并收集进行分析。水溶性有机溶剂通常用作分散溶剂。

总体而言，IL-DLLME遵循传统DLLME的基本原理，但以离子液体（ILs）替代了潜在有毒的有机萃取溶剂，从而减少了挥发性及有害有机溶剂的使用[56]。Pena等人开发了一种IL-DLLME方法，利用1-辛基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐（[C?MIM][PF?]）作为萃取溶剂，对水样中的多环芳烃进行同时测定[57]。在优化后的方案中，将10 mL含10%（v/v）2-丙醇的水样，用50 μL的[C?MIM][PF?]和1 mL丙酮（作为分散剂）进行萃取。经4000 rpm离心5 min后，将沉降的离子液相用0.5 mL甲醇稀释，并通过荧光检测的高效液相色谱（HPLC）进行分析。该方法的萃取回收率为90.3%–103.8%，富集因子（EF）为301–346，相对标准偏差（RSD）为1.2%–5.7%，检测限（LOD）为0.04–2 ng/L。这些结果表明，IL-DLLME在水样中多环芳烃的测定中具有较高的富集因子和较好的精密度，同时替代了氯化萃取溶剂的使用。DLLME主要适用于液体样品，当用于固体基质时，通常需要额外的萃取步骤将目标分析物转移到合适的液相中[58]。因此，DLLME已与多种萃取技术结合，以扩展其在固体样品中的应用。在这些方法中，将超临界流体萃取（SFE）与DLLME联用已被证明在从复杂固体基质中提取和预富集有机化合物方面非常有效。在此联用方法中，SFE首先将分析物从固体基质中提取到少量的收集溶剂中，然后对收集液进行DLLME以进一步富集。这种组合可以最大限度减少溶剂蒸发的需要，同时提高分析物的预富集效果，使SFE-DLLME成为处理土壤和沉积物等复杂基质的有效方法[59]。在SFE中，超临界二氧化碳（CO?）是最常用的萃取流体，这得益于其良好的物理化学性质。其溶解能力可通过调节压力和温度轻松控制，必要时可加入适当的改性剂以提高对极性较强化合物的萃取效果。CO?还具有多种实用优势，包括价格低廉、不可燃、毒性相对较低，且在萃取物中残留极少。此外，它可以通过降压轻松去除，从而最大限度地减少额外溶剂蒸发步骤的需要。这些优势使SFE成为传统溶剂萃取的有力替代方法，并支持其在从复杂固体基质中提取多种有机化合物中的应用[60]。Naeeni等人开发了一种SFE-DLLME方法，用于测定海洋沉积物中的多环芳烃[50]。具体而言，对1.2 g沉积物进行SFE，将萃取物收集在1.0 mL乙腈中，随后乙腈在DLLME步骤中用作分散剂溶剂。氯苯作为萃取溶剂，并加入甲醇作为改性剂。然后将SFE萃取物快速引入水相，形成DLLME特征性的云雾状分散体系。离心后，收集沉降的萃取相并通过气相色谱-氢火焰离子化检测器（GC-FID）进行分析。该方法实现了0.2 mg/kg的检测限、1.3%–10.3%的相对标准偏差以及67.8–98.9的富集因子。结果表明，SFE与DLLME的联用可以实现从海洋沉积物等复杂固体基质中多环芳烃的有效萃取和预富集。在HLLE-DLLME联用方法中，多环芳烃通过两步连续操作实现萃取和预富集[61]。首先，将8 mL水样与0.7 mL环己胺混合形成均相溶液，然后加入盐诱导相分离，产生富含环己胺的含萃取多环芳烃的富集相。该富集相随后用于DLLME步骤以实现进一步预富集。为此，向环己胺富集相中加入60 μL 1,1,2-三氯乙烷（1,1,2-TCE），然后将所得混合物快速注入水醋酸溶液中。在此酸性条件下，环己胺被质子化并转移到水相中，而1,1,2-TCE形成细小液滴并分散在整个溶液中。分散液滴提供的巨大界面面积促进了多环芳烃向有机相的快速转移。随后将混合物在5000 rpm下离心3 min以促进有机液滴的聚并和沉降，得到体积微小但高度富集的萃取物用于GC-FID分析。采用1 μL进样量，该方法实现了616–752的高富集因子，具有良好的精密度（RSD为4%–5%）和低检测限（0.08–0.20 μg/L）。这些结果表明，HLLE-DLLME联用方法对水样中多环芳烃的痕量灵敏测定非常有效。为解决传统DLLME的溶剂相关局限性，研究人员开发了一种基于溴代和碘代溶剂的低温DLLME（LT-DLLME）方法[49]。所选溶剂的毒性基于其中位致死剂量（LD??）进行评估，LD??是指预计导致50%受试动物死亡的剂量[62]。该方法还引入了有机酸作为替代分散剂溶剂。所研究的溴代和碘代溶剂的毒性特征如表1所示。在所考察的溶剂中，1-溴-3-甲基丁烷被选中，因为它显示出相对较低的急性毒性，同时保持了令人满意的萃取性能[63]。Leong等人开发了一种LT-DLLME方法用于测定水样中的多环芳烃。在优化方案中，用10.0 μL 1-溴-3-甲基丁烷作为萃取溶剂和10.0 μL丙酸作为分散剂溶剂，对7 mL水样进行萃取。经5000 rpm离心3 min后，取2 μL沉降萃取物通过GC-MS进行分析。该方法产生的富集因子范围为372–1308，具有令人满意的精密度（RSD为5.1%–10.0%）和低检测限（0.0003–0.0078 μg/L）。与传统DLLME相比，LT-DLLME方法通过用低毒溴代溶剂替代氯化萃取溶剂，有可能减少与氯化萃取溶剂相关的环境和人体健康风险。丙酸作为分散剂溶剂的使用也有助于进一步降低溶剂相关危害。在分析性能方面，高富集因子表明使用少量萃取溶剂即可有效预富集多环芳烃，而可接受的精密度表明具有良好的重现性。低的检测限也表明该方法为环境水样中多环芳烃的痕量测定提供了足够的灵敏度。然而，该方法仍然依赖卤代有机溶剂。虽然溴代溶剂可能比传统氯化溶剂毒性较低，但其使用并不能消除环境和毒理学方面的担忧。因此，LT-DLLME可被视为对传统DLLME的相对改进，但不应被视为完全环保的萃取方法。Khalili-Zanjani等人开发了一种基于浮起有机液滴固化的新颖液-液微萃取方法（LLME-SFO）[66]，[67]。该萃取技术使用少量密度小于水且熔点接近室温的萃取溶剂，通常介于10至30 °C之间。在萃取过程中，有机溶剂浮在水相表面。萃取后，将溶剂冷却并固化，使富集相更易于收集以进行后续分析[68]。基于此原理，Leong和Huang于2008年引入了基于浮起有机溶剂固化的DLLME（DLLME-SFO）[69]。在此方法中，传统DLLME中使用的高密度氯化溶剂被低密度溶剂（如1-十一醇）所替代，这些溶剂的熔点接近室温[70]。萃取和离心后，将浮起的有机相在冰浴中冷却直至固化，便于收集萃取物进行分析。因此，DLLME-SFO将SFO原理扩展至DLLME，简化了萃取物收集过程，同时为传统DLLME中使用的氯化溶剂提供了替代方案[71]。DLLME-SFO的一般萃取流程如图2所示。选择合适的萃取溶剂对DLLME-SFO的成功至关重要。理想的溶剂应具备接近室温的熔点（10–30 °C）、与水不互溶、密度小于水以实现浮起、蒸气压低以减少蒸发损失，并对目标分析物具有高亲和力[72]。1-十一醇、1-十二醇、2-十二醇和正十六烷等溶剂满足这些标准中的大多数，已成功应用于多种有机物和无机物的萃取[73]。SFO中常用的一些有机溶剂列于表2。（见表3。）DLLME-SFO被应用于10 mL水样中多环芳烃的测定，使用100 μL 1-十二醇作为萃取溶剂，200 μL甲醇作为分散剂溶剂[48]。萃取后，将各相在4000 rpm下离心2 min进行分离，收集的有机相再用额外50 μL甲醇稀释后进行HPLC分析。该方法的富集因子为88–118，精密度良好（RSD为1.1%–4.4%），检测限为0.045–1.1 ng/mL，表明预富集效果显著且分析性能令人满意。尽管少量1-十二醇的使用和可固化浮起有机相的采用减少了萃取溶剂消耗并便于相回收，但该程序仍需要200 μL甲醇作为分散剂溶剂、额外50 μL用于稀释以及离心进行相分离。此外，该方法仅在水样中得到验证，限制了其在其他环境基质中的应用。传统DLLME的主要局限性之一是需要通过离心实现萃取相与水相之间的快速相分离。这一额外步骤增加了萃取时间，需要专用设备，并可能限制该技术在快速分析中的适用性。为解决这一局限性，研究人员开发了免离心DLLME变体，如低密度溶剂辅助破乳DLLME（LD-DMDLLME），以实现无需离心的有效相分离[74]，[75]。作为一项进展，Zhang等人[76]引入了磁搅拌辅助DLLME（MSA-DLLME），在该方法中，萃取溶剂直接加入水样中，磁搅拌增强了两相之间的接触，促进分析物向萃取溶剂中的传质。与传统DLLME不同，无需分散剂溶剂或离心。搅拌后，低密度萃取溶剂在短暂的静置期内通过重力与水相分离，便于收集富集的有机相。该方法简化了操作流程并减少了设备需求，但仍需要磁搅拌和后续的沉降时间。MSA-DLLME被应用于烤猪肉样品中多环芳烃的测定[51]。样品前处理包括用10 mL含2 mol/L KOH的乙醇溶液对1 g样品进行碱水解，然后在45 °C下超声处理5 min，以4000 rpm离心15 min，用3 mL萃取溶剂再次萃取，并在?18 °C下冷冻1 h进行去脂。然后取10 mL萃取物进行MSA-DLLME处理，使用75 μL 1-十二醇作为萃取溶剂，500 μL乙腈同时作为分散剂和破乳剂。萃取物中含2.0 g NaCl（20%，w/v），以1500 rpm的磁搅拌促进分散和传质。加入乙腈诱导破乳并实现快速相分离，随后有机相通过HPLC进行分析。该方法展现出0.0005–1.0 mg/L的线性范围、0.0001–0.0005 μg/L的检测限、0.0003–0.0005 μg/L的定量限，以及60–67的富集因子。优化结果表明，1-十二醇的萃取性能优于1-十一醇，而1-辛醇的相分离效果令人不满意。乙腈作为分散剂和破乳剂的效果优于乙醇、丙酮和甲醇，2.0 g NaCl的用量可获得最高萃取效率。尽管MSA-DLLME避免了微萃取步骤中的离心操作，但由于广泛的样品前处理（包括水解、超声、离心、再萃取和冷冻去脂），整体程序仍然相对繁琐。此外，500 μL乙腈的使用增加了有机溶剂的负担。因此，进一步简化样品前处理并采用更绿色的溶剂有望提高该方法的总体可持续性。**结论与展望**本综述重点强调了DLLME作为一种有用的微型化样品前处理技术，在从各种样品基质中提取和预富集多环芳烃方面的应用。传统DLLME具有多项重要优势，包括操作简单、传质快速、溶剂消耗低、富集因子高，以及在仪器测定前有效预富集痕量水平分析物。这些特点使DLLME成为传统液-液萃取（LLE）的有吸引力替代方案。其低溶剂消耗……**人工智能使用声明**作者声明，人工智能（AI）语言工具仅用于改善论文的语法、拼写、清晰度和改写。AI工具未用于生成科学内容、分析数据、解释结果或得出结论。

作者对所有AI辅助生成的文本进行了仔细审阅、核实和编辑，并对本手稿的准确性、原创性和完整性承担全部责任。

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Bereket Tesfaye：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、方法论、概念化。

**未引用参考文献 [37]**

**利益冲突声明**

作者声明，不存在任何已知的利益冲突（包括财务利益或个人关系）可能会影响本文所报告的工作。

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