浊点萃取-高效液相色谱法测定食用油中的多环芳烃

浊点萃取-高效液相色谱法测定食用油中的多环芳烃

作为一种必需品，食用油的安全性一直是人们关注的话题。然而一些痕量级污染物,如多环芳烃(PAHs),由于其在植物原料和环境中的广泛存在,生产过程很难将其完全去除,此外由于其较强的亲油性,在运输过程中也易受环境污染而使食用油中最终依然含有微量的PAHs,因此对于食用油中PAHs含量的检测十分重要。国内外对于食用油中PAHs的含量均有严格的限制,然而由于其一般为10-9级,因此需要借助高效率的预浓缩手段进行检测。现有的预浓缩手段基于液液萃取较为繁杂,且效率较低,严重影响了最终的检测效果,且由于使用大量有机溶剂,成本较高,环境不友好。浊点萃取(cloudpointextraction,CPE)是一种新兴的分离技术,使用表面活性剂作为萃取介质,完全避免了有机溶解的使用,因此绿色环保,且价格低廉。之前的研究成功地将浊点萃取技术应用于食用油中PAHs的预浓缩,为痕量PAHs的HPLC分析提供了一种高效、简单、准确的样品制备方法。但由于浊点萃取技术基于表面活性剂胶束溶液的增溶作用,若将其直接作用于食用油体系会发生严重的乳化现象,而无法实现正常的表面活性剂富集过程。因此该方法依然首先需要液液萃取进行PAHs的粗提,而后用CPE对粗提液进行萃取。液液萃取步骤的存在降低了其最终的浓缩因子和环保优势。本实验通过引入多种方法抑制乳液的生成,成功地将CPE方法直接与食用油作用,避免了液液萃取步骤而大大提升预浓缩性能,并确保了CPE固有的绿色环保和低成本的优势。1材料和方法1.1结构与试剂简介PEG/PPG-18/18Dimethicone(PP-18)由Dowcorning公司提供,结构如图1所示;萘、芴、苊、蒽、菲、芘SigmaAldrich公司;乙腈(色谱纯)AcrosOrganic公司;去离子水(电阻率18.2MΩ·cm);市售压榨花生油;其余试剂均为分析纯。Waters600高效液相色谱仪Waters公司。1.2表面活性剂分离配制一定浓度的PAHs乙腈溶液,作为PAHs浓溶液。将溶有一定量PAHs浓溶液的花生油与一定浓度表面活性剂水溶液依次加入10ml刻度离心管中。而后加入一定浓度电解质于一定温度水浴中搅拌30min。以8000r/min的速度离心15min而获得油相、表面活性剂相和水相三相分离。使用滴管移除油层,而获得含PAHs的表面活性剂富集相,用乙腈以一定比例稀释后,注入高效液相色谱(HPLC)进行浓度测定。1.3高效液铬层析条件流动相由乙腈-水(80:20,V/V)组成,流速为1.5ml/min,柱温为303K,UV检测器波长为254nm。2结果与分析2.1pahs的萃取工艺为了避免表面活性剂、水和食用油三者在同一体系中的乳化现象,在之前的研究中回避了将表面活性剂水溶液直接作用于食用油,而是首先使用DMSO粗提食用油中的PAHs,而后利用浊点萃取的方法将DMSO中的PAHs富集到表面活性剂富集相中,而达到简化传统液液萃取方法的同时提供了更高的预浓缩性能。然而由于此方法依然建立在液液萃取粗提食用油中PAHs的步骤,减弱了CPE原有的绿色环保和廉价快速的优势,同时由于液液萃取粗提液体积大于原有食用油,严重影响了最终CPE的浓缩因子,而降低了CPE的高性能。因此欲进一步提高性能而完全发挥CPE的高浓缩能力和绿色环保的优势,必须利用CPE方法直接萃取食用油中的PAHs,其间需要克服三个主要问题:首先须避免乳化现象的发生;其次,由于PAHs的强疏水性,其在表面活性剂胶束与食用油中均可溶解,欲从后者中萃取PAHs须抑制其在食用油中的溶解度而使PAHs更趋向于溶解在胶束中;再次,由于表面活性剂的双亲性,应抑制其在食用油中的溶解。2.1.1超声破乳作用加热、搅拌、超声和加入电解质均为常用的破乳方法。本实验将其应用于三种表面活性剂/食用油/水体系乳液中,比较了不同方法的破乳能力,结果如表1所示。在三种表面活性剂体系中,加热均表现出较强的破乳能力,油水很快恢复为两相;而低速搅拌对于破乳有一定的作用,但相分离速度较慢,且不能完全破乳,而高速搅拌却无破乳作用。超声波作用仅对TergitolTMN-6体系有一定的破乳能力,而对其他两表面活性剂体系均无效果。两种电解质(NaCl、Na2SO4)的加入对三体系的乳液无明显作用。实际上,在本研究中仅需要抑制萃取过程中乳化的发生,而为保证萃取性能,需要引入搅拌加速胶束与食用油的相互作用,而提高PAHs进入胶束的几率。因此在后面的研究中使用加热来保证搅拌加速表面活性剂/食用油/水萃取过程中无乳化现象发生。2.1.2表面活性剂的溶解量通过改变不同结构的表面活性剂,可以有效减少其在食用油中的溶解。对表面活性剂/食用油/水萃取体系在加热的条件下搅拌一定时间,而后停止搅拌,将水相于120℃蒸发水分,称取其剩余表面活性剂含量,直至质量为恒重为止。将其与初始加入量相比较,获得在食用油中溶解的量。本实验比较了萃取过程中PP-18、TritonX-114和TergitolTMN-6三种不同结构表面活性剂在食用油中的溶解量。如图2所示,基于硅氧结构的PP-18其溶解量最低,且在之前基于液液-CPE复合萃取方法的研究中也确定PP-18对于PAHs具有较高的预浓缩能力,因此在后面的研究中使用PP-18进行工艺参数的讨论。2.2工艺参数对萃取性能的影响2.2.1电解质对萃取性能的影响尽管电解质的加入对于破乳的效果并不明显,但以往关于CPE的研究已证明电解质的加入可有效提高表面活性剂胶束对于PAHs的萃取性能,因此为了提高表面活性剂胶束对于PAHs的溶解能力,本实验研究了电解质对于最终PAHs萃取率的影响,结果如图3所示。随着电解质浓度的增加,萃取率明显上升,且Na2SO4较NaCl的影响更为明显,这表明电解质的引入可有效促使PAHs趋向于溶解在胶束中。2.2.2保持较高的实际水溶液比值食用油与表面活性剂水溶液的比例直接决定着最终的浓缩因子,因此在确定能够保持较高萃取性能的情况下,保持较高的食用油/表面活性剂水溶液比值十分重要。图4显示了不同食用油与表面活性剂水溶液比例下的蒽萃取率。尽管随着食用油比例的上升萃取率逐渐降低,但当食用油与表面活性剂水溶液比例低于1:1,其萃取率升高并不明显,但随着食用油比例的降低,浓缩因子也将下降,因此选择1:1作为最佳比例。2.2.3不同表面活性剂的萃取性能图5为萃取率随表面活性剂浓度的变化。随表面活性剂浓度的增加,萃取率先上升后下降。一方面,更高的表面活性剂提供更多的胶束而有利于提高CPE的萃取性能;但另一方面,过量的表面活性剂会导致在食用油相中剩余量的增加,而引起最终萃取率的降低。3wt%的表面活性剂浓度可获得最高的萃取性能,然而更高的表面活性剂浓度将导致表面活性剂富集相体积的上升,而引起浓缩因子的降低;而当表面活性剂浓度为2wt%时,其萃取率与3wt%的值很接近,同时可保持更低的表面活性剂富集相体积,因此为保证较高的浓缩因子选择2wt%作为最佳条件。2.3液-cpe复合萃取方法萃取机理使用以上获得的最佳实验条件对含有不同PAHs的食用油进行浊点萃取,结果列于表2中。与之前的液液-CPE复合萃取方法的结果相似,萃取率随PAHs憎水性的升高而上升,再次验证了浊点萃取基于表面活性剂胶束对于憎水性物质的增溶的萃取机理。而随着PAHs浓度的上升,其萃取率明显降低。但食用油中的PAHs浓度一般低于50×10-9,因此本方法可满足食用油中PAHs预浓缩的需要。3预浓缩因子的提取本实验在之前液液-浊点萃取复合预浓缩食用油中PAHs研究的基础上,通过引入乳化抑制方法成功将浊点萃取法直接应用于食用油中的PAHs的预浓缩,从而充分发挥了浊点萃取方法高性能、低成本、绿色环保的优势,并极大地提高了预浓缩因子。实验表明,通过在一定温度下的加热和搅拌可有效抑制表面活性剂/水/食用油体系的乳化行为,同时一定浓