基于新型萃取溶剂的液相微萃取技术及其在兽药残留检测中的应用

王艺霞，刘 畅，杨琳燕，张 伟，李道稳，李留安，李 存

(天津农学院动物科学与动物医学学院/天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室，天津 300392)

在食品动物养殖过程中，兽药通常用来治疗、预防疾病或促进生长，对养殖业发挥着重要的作用[1]。然而，有些兽药会通过食物链的积累和生物自身代谢残存下来，形成兽药残留，对人体健康造成严重损害。因此，为了保护消费者的健康，对兽药残留进行严格监管，控制和减少它们在食品中的存在势在必行。

液相微萃取技术(liquid phase microextraction,LPME)集样品采集、萃取、富集等过程于一体，具有操作简便、富集倍数高、成本低廉、环境友好、生物相容性好等优点，被广泛应用于环境、食品、药品、农业等多个领域的分析检测。正如微萃取的名字一样，该技术只需几十微升、甚至几微升的有机溶剂作为萃取剂，对样品溶液中目标分析物进行萃取、浓缩，最后通过分析仪器检测出来[2]。与传统的液液萃取技术相比，LPME预浓缩能力更强、提取时间更短，不仅为仪器检测提供了高效、准确的基础，也为基质多样复杂的样品分析提供了一个非常有效的处理方案[3]。

随着技术的不断发展，LPME也衍生了不同的形式，其中包括中空纤维液相微萃取(hollow fibre liquid phase microextraction,HF-LPME)、平行人工液膜微萃取(parallel artificial liquid membrane extraction,PALME或96-well LPME)、电膜萃取(electromembrane extraction,EME)、分散液-液微萃取(dispersive liquid-liquid microextraction,DLLME)、悬浮固化有机液滴液相微萃取(solidified floating organic-liquid phase microextraction,LPME-SFO)和微芯片或微流体装置中的液-液萃取。而萃取溶剂也逐渐由最初的有机溶剂变成绿色、无毒的、熔点较低的离子液体(ionic liquids,ILs)，低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)，可切换溶剂(switchable solvent,SS)等。

1 LPME的种类及其在兽药残留检测中的应用

1.1 中空纤维液相微萃取

在中空纤维液相微萃取(HF-LPME)中，目标分析物通过固定在中空纤维孔中的有机溶剂薄膜进行提取，并进入中空纤维腔中的受体溶液中。作为HF-LPME中最关键的材料，常见的中空纤维膜主要有聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜和聚氯乙烯膜等。HF-LPME按其萃取模式可分为两相与三相两种，两相体系适合中性分析物的提取，三相体系一般用于酸性和碱性分析物的提取[4]。总体上讲，无论是两相还是三相的膜液相微萃取都具有较好的净化能力，具有更高的稳定性，适合一些复杂基质中的目标物分析。周小清等[5]建立了中空纤维膜三相液液微萃取(hollow fibre-liquid liquid liquid microextraction,HF-LLLME)结合高效液相色谱-紫外法(high performance liquid chromatography-ultraviolet,HPLC-UV)对猪尿及牛奶中的盐酸克仑特罗进行了残留检测，方法检出限为0.5 μg/L，回收率分别为87.0%～102.4%和80.2%～94.4%。该方法富集效率高、操作简单，适用于复杂基质中的残留检测。Xu H等[6]建立了一种基于中空纤维膜的动态液-液微萃取(HF-DLLME)结合高效液相色谱-紫外检测方法(HPLC-UV)，用于牛奶样品中四环素类(tetracycline,TCL)药物的残留分析，该方法检测限在0.95 μg/L～3.6 μg/L之间，加标样品的回收率在92.38%～107.3%之间，具有操作简单、效率高、不留样、成本低等优点。

1.2 平行人工液膜微萃取

PALME克服了HF-LPME的使用没有商用设备、难实现高通量配置的自动化的缺点。在PALME中，微量样品装入96孔板的单个孔中，并通过相应的液膜(每个液膜包含几微升有机溶剂)从单个样品中提取目标分析物，并进入相应的受体溶液。液膜和受体溶液位于带有圆盘式膜的96孔滤板中，该滤板与96孔供体板夹在一起，并在提取过程中搅拌。平行人工液膜萃取法操作简便，适合生物样品中药物的提取。

1.3 电膜萃取

电膜萃取(EME)的原理与HF-LPME相似，目标分析物都是通过有机溶剂薄膜提取并进入到受体溶液中。然而，与HF-LPME不同的是，EME中的传质是通过电动迁移实现的而不是扩散。因此，电极位于样品和受体溶液中，并且耦合到外部电源。一般来说，当提取碱性分析物时，带负电的电极(阴极)位于受体溶液中，反之用于酸性分析物的提取。与HF-LPME相比，EME可以通过外部电场进行选择性调节并且具有更快的传质速度。自2006年引入以来[7]，EME的应用比较广泛，但主要还是生物液中药物的提取。Asadi S等[8]首次将聚丙烯酰胺凝胶作为一种新的膜材料进行电膜萃取，提取母乳中3种药物，即伪麻黄碱(pseudoephedrine,PSE)、利多卡因(lidocaine,LID)和普萘洛尔(propranolol,PRO)，然后采用HPLC-UV法进行检测，该方法灵敏度和精确度较高，且未使用有机溶剂，适合生物基质中药物的提取。Tabani H等[9]采用琼脂糖凝胶作为膜进行电膜萃取，提取了水样中维拉帕米(verapamil,VER)、氨氯地平(amlodipine,AML)等4种基础药物，检测限为1.5 ng/mL～1.8 ng/mL。新型EME不需要有机溶剂，对环境友好，但是在兽药残留检测中应用较少，可以考虑推广其在兽残留检测中的应用。

1.4 分散液液微萃取

分散液液微萃取(DLLME)是一种微型液-液萃取(liquid liquid microextraction,LLE)，它的实质就是在样品溶液中加入数10 μL萃取剂和一定体积分散剂，混合液轻轻振荡后即形成一个水/分散剂/萃取剂的乳浊液体系，再经离心分层，进行分离，然后进行仪器检测。与传统的LLE相比，分散剂的加入，提高了有机萃取剂在水相中的分散性和水相与萃取剂的接触面积，从而使目标化合物在样品溶液和萃取剂之间快速转移[10]。该方法有机溶剂消耗低，萃取时间短，萃取效率高，富集率高，被广泛应用到食品、生物学、医学等领域。张英等[11]采用离子液体-分散液液微萃取(ionic liquid-dispersive liquid-liquid microextraction,IL-DLLME)结合HPLC测定了猪肾脏中3种四环素类抗生素，该方法的RSD不高于3.1%，检出限为54 μg/L～93 μg/L，且样品的加标回收率达99.5%～101.1%。Alipanahpour Dil E等[12]将磁性纳米粒子与低共熔溶剂结合制备了铁磁流体，建立了铁磁流体-涡旋辅助分散液-液微萃取法(VA-HDES-ferrofluid-DLLME)并结合HPLC-UV对尿液、血浆和牛奶中的多西环素(doxycycline,DOC)进行了测定，检测限和定量限分别为3.6 ng/mL和8.5 ng/mL，样品中DOC回收率在86.70%～97.48%之间。

1.5 悬浮固化有机液滴液相微萃取

悬浮固化有机液滴液相微萃取(LPME-SFO)集样品采集、萃取、浓缩功能于一体，操作简单、成本低、富集倍率高，是一种环境友好型样品前处理新技术[13]。该技术通常选用密度比水小，熔点接近于室温的溶剂如一元醇、十六烷等作为萃取剂，与样品溶液混和后放入密闭容器置于冰浴中，使萃取剂凝固，然后再取出使其在室温下缓慢融化，而后进行仪器分析。悬浮固化分散液液微萃取技术(solidified floating organic-dispersive liquid-liquid microextraction,DLLME-SFO)就是该技术与DLLME的结合，充分发挥了这两种萃取技术的优势，具有低毒、低污染、可回收等优点。李锦等[14]建立了DLLME-SFO结合高效液相色谱串联质谱(liquid chromatography-mass spectrum,LC-MS)法对水样中的6种雌激素进行了测定，方法的检出限为0.001 μg/L～0.05 μg/L，相对回收率为93.4%，精密度和灵敏度较高。饶桂维等[15]建立了悬浮固化液相微萃取-高效液相色谱法同时测定水样中甲硝唑(metronidazole,MDE)和氯霉素(chloramphenicol,CHL)，检出限分别为0.48 μg/mL和0.98 μg/mL，加标回收率在79.5%～82.9%之间，方法简便、准确，可用于MDE和CHL的测定。

2 新型萃取溶剂及其在兽药残留检测中的应用

2.1 离子液体

离子液体(ionic liquid,ILs)是温度低于100℃的液态熔盐，通常由有机阳离子和有机或无机阴离子组成。与传统有机溶剂相比，离子液体具有许多独特的性质，包括化学稳定性和热稳定性、较宽的液体范围、不可燃性和不易挥发性。还可以通过调整阳离子和阴离子的组成来调整ILs的物理化学性质，如与水的混溶性和溶剂化效应[16]。ILs被认为是一种很有前途的绿色溶剂，已成功地用作LPME的萃取溶剂。Wu Y等[17]采用离子液体-中空纤维液-液-液微萃取(IL-HF-LLLME)与毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)联用技术，测定了养殖水体中6种磺胺类药物的含量，该方法选用1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸([C8MIM][PF6])为萃取溶剂，三辛基氧化膦(trioctyl phosphine oxide,TOPO)为辅助萃取溶剂，对目标分析物进行富集，其中检出限为0.25 μg/L～0.48 μg/L，相对回收率为80.4%～100.7%，展现了良好的灵敏度和精密度，操作简单，分析时间短，对生态环境友好。在ILs中加入顺磁成分(通常是过渡金属或镧系离子)还可以构成磁性离子液体(magnetic ionic liquids,MILs)，它能够借助外部磁场的力量，从而对目标分析物进行提取和分离[18]，也已经成功的应用于LPME中。Chatzimitakos T G等[19]建立了磁离子液体-分散液-液微萃取技术(magnetic ionic liquid-dispersive liquid-liquid microextraction,MIL-DLLME)结合高效液相色谱-二极管检测法(high performance liquid chromatography-diode array detection,HPLC-DAD)测定了水中的磺胺类药物，该方法将固体支撑材料二氧化硅和[P66614+][Dy(Ⅲ)(hfacac)4-] MIL结合，用于三嗪类(triazines,TZs)和磺胺类(sulfonamides,SAs)的微萃取，不仅克服MILs称重的困难，并控制MILs的均匀分散，使整个提取过程更具重现性。方法的定量限为0.034μg/L～0.091μg/L，RSD为5.2%～8.1%，回收率可达89%～101%。Feng X等[20]建立了磁离子液体-分散液液微萃取(MIL-DLLME)结合HPLC-UV对牛奶和化妆品中6种雌激素进行了残留检测，该方法以[P6,6,6,14+]2[CoCl42-]MIL为萃取溶剂，结合DLLME和外部磁场力量分别对目标分析物进行富集和分离，检测限为5 ng/mL～15 ng/mL，在牛奶和化妆品中的回收率分别为98.5%～109.3%和96.3%～111.4%。

2.2 低共熔溶剂

低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DES)是一类由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如酰胺、羧酸和多元醇)合成的新型溶剂。它具有ILs的一些性质，但是比ILs毒性小，制备容易且成本低，具有制备简便、毒性低、溶解性好、不易挥发等优点。合成后的DES熔点较单个组分时低，适合作为LPME-SFO中的萃取溶剂，其良好的生物相容性也可使其与其他LPME联用，广泛应用于不同基质的药物残留检测中[21]。Li G等[22]建立了低共熔溶剂-分散液-液微萃取技术(DES-DLLME)结合液相色谱-二级质谱联用(LC-MS/MS)法对牛奶中的CHL和甲砜霉素(thiamphenicol,THI)进行了检测，该方法以氯化胆碱和甘油为原料合成DES，以2∶1的比例与氯仿混合作为萃取溶剂，对牛奶中的CHL和THI进行分离纯化，方法灵敏度较高，回收率较高。Li K等[23]建立了原位形成疏水性低共熔溶剂-振动辅助-液液微萃取(in situ-hydrophobicity deep eutectic solvents-vibration assistance-liquid liquid microextraction,in situ hDES-SA-LLME)结合HPLC-UV法对水样中的氟喹诺酮类药物(fluoroquinolone,FQ)进行了检测，该方法以麝香草酚和庚酸为原料在水样中形成了hDES，并将其作为萃取溶剂对FQ进行了富集，其中检测限为3.0 ng/mL，相对回收率为84.1%～113.65%，RSD不超过7.91%。

2.3 可切换性溶剂

可切换性溶剂(switchable solvents,SS)是可以转换亲水亲油特性的一种特殊液体，在通入或者去除CO2(即用低热量、惰性气体鼓泡)的情况下可逆地从一种形式切换到另一种形式，它主要包括可转换亲水性溶剂(switchable hydrophilic solvents,SHS)和可转换极性溶剂(switchable polar solvents,SPS)。作为提取溶剂，SHS较SPS更为合适，因为它通常由中链脂肪酸和叔胺组成，价格更低，更稳定，且与水的混溶性是完全可逆的，已经成功的应用于LPME中[24]。可切换溶剂型液相微萃取法具有绿色、快速、简便、廉价的优点，是一种新型的前处理技术，并且可与各种分析仪器兼容，成功地应用于兽药残留检测工作中。Di X等[25]建立了微波辅助萃取-固相净化-可切换亲水性溶剂均相液相微萃取(microwave assisted extraction-solid phase purification-switchable hydrophilic solvent-homogeneous liquid liquid microextraction,MAE-SPP-SHS-HLLME)联合HPLC-UV法测定鸡肉中的磺胺类药物，该方法采用己酸作为SHS、NaCO3和H2SO4分别作为碱性和酸性调节剂，通过调节pH使己酸在亲水和疏水状态下切换，对目标分析物进行萃取，其中检测限为2.5 ng/g～6.0 ng/g，添加回收率范围为94.1%～112.0%，具有快速、成本低、操作简便等优点。Gao M等[26]建立了泡腾辅助-可切换脂肪酸微萃取结合悬浮有机液滴固化(effervescent assist-solidified floating organic-switchable fatty acid microextraction,EA-SFAM-SFO)方法，用于海水、沉积物和海产品中FQ和TCL的简单快速测定，该方法选用壬酸作为SHS，NaCO3和H2SO4分别作为碱性和酸性调节剂，富集效果良好，基质效应较低，检测限为0.007 μg/L～0.113 μg/L，提取回收率为82.2%～116.7%。

3 展望

LPME具有操作简便、富集倍数高、成本低廉、环境友好等优点，是一种高效准确的前处理技术。新型萃取溶剂的应用使LPME富集倍数提高，萃取时间缩短，向绿色环保的方面发展。随着人们对新型萃取溶剂研究的深入，相信液相微萃取技术在分析检测领域将会取得更加长远的发展并且更加适用于复杂基质中兽药残留的检测。