原位形成低共熔溶劑的酸誘導—分散液液微萃取/高效液相色譜法測定環境水樣中烷基酚

摘 要：近年來，黃河水污染現象日趨嚴重，其中烷基酚是重要的污染物之一.為此建立了一種基于原位形成低共熔溶劑的酸誘導—分散液液微萃取黃河水、衛河水和湖水等環境水樣中烷基酚的方法.該方法以癸酸鈉為萃取劑，加入鹽酸后癸酸鈉與鹽酸反應生成癸酸，同時烷基酚通過與癸酸原位形成低共熔溶劑而被萃取.在優化條件下，4-庚基酚和4-壬基酚的線性范圍為0.2～400 μg·L^-1，4-辛基酚的線性范圍為0.3～400 μg·L^-1，檢出限和定量限分別為0.05～0.10μg·L^-1和0.2～0.3μg·L^-1，日內和日間精密度≤3.7%，富集倍數為21～38.與高效液相色譜聯用，可用于環境水體中烷基酚的檢測，加標回收率為92.3%～115.7%.本方法具有簡單、快速、靈敏、低成本和綠色等優點.

關鍵詞：低共熔溶劑；原位生成；分散液液微萃取；高效液相色譜；烷基酚

中圖分類號：O657 文獻標志碼：A文章編號：1000-2367（2025）03-0012-08

烷基酚是一類內分泌干擾物質^［1-2］，長期接觸可能會對生物體造成不良影響，如經食物鏈進入人體或動物體后，會對內分泌系統、生殖與發育系統、神經系統、免疫系統產生影響，并有致癌作用^［3-5］.這些烷基酚類化合物主要來源于各類消費品，如油漆類、油墨、農藥配方、造紙工業、皮革工業、個人護理產品、洗滌劑、清潔劑等.烷基酚是黃河水中存在的一種污染物.美國國家環保局推薦標準規定，淡水和咸水中4-壬基酚（4-Nonylphenol，4-NP）的質量濃度應分別低于 6.6μg·L^-1 和 1.7μg·L^-1［6］.黃河自西向東橫跨中國9省區，是西北、華北地區最重要的水源.承擔著全國約15%的耕地和12%的人口供水，同時也為中原油田、勝利油田、準格爾煤田等許多工礦企業提供水源，并為流域內50多座大中城市提供水源.黃河水質的好壞直接關系到沿岸居民的生活質量.因此，建立一種簡單、靈敏、綠色的檢測黃河水等環境水樣中痕量烷基酚的方法具有重要意義.

黃河水等環境水樣基質復雜，且烷基酚的含量低，在分析檢測前，需對其進行分離和富集，減少復雜樣品基質對檢測結果的影響.分散液液微萃取因其具有操作簡便、溶劑消耗少、富集倍數高、能與多種實驗儀器相結合而被廣泛應用.然而，常用的萃取劑（氯仿、四氯化碳、二氯甲烷）和分散劑（甲醇、乙醇、乙腈和丙酮）大多數為有機溶劑，會對人體和環境造成傷害^［7］.隨著研究的深入，在分散液液微萃取中，借助超聲波^［8］、渦旋^［9］、空氣^［10］等輔助方式代替分散劑加速萃取，減少了有機溶劑的消耗，更符合綠色化學的要求^［11］.因此，開發綠色環保的萃取溶劑，且不使用分散劑是分散液液微萃取的發展趨勢^［12-13］.

脂肪酸是一種可轉換溶劑，通過改變溶液的pH可以實現其在疏水和親水形式之間的轉換^［14］.在pH誘導的分散液液微萃取過程中，溶液pH的變化可以改變溶劑的親疏水性，從而加速傳質，縮短萃取時間，促進相分離^［15］.例如GAO等^［15］建立了一種基于氣泡輔助可切換親疏水性脂肪酸基微萃取-懸浮固化有機液滴的新方法，用于海水、沉積物和海產品中氟喹諾酮類藥物和四環素類藥物的簡單快速測定.

脂肪酸鹽可與酸反應生成脂肪酸，由親水形式轉變為疏水形式，同時烷基酚和脂肪酸都有羥基，可以作為氫鍵供體和氫鍵受體形成低共熔溶劑（deep eutectic solvent，DES）^［16］.基于此，本研究建立了一種基于原位形成低共熔溶劑的酸誘導-分散液液微萃取（pH induced dispersive liquid-liquid microextraction，pH-DLLME）環境水樣中烷基酚的新方法.以癸酸鈉為萃取劑，加入鹽酸后癸酸鈉與鹽酸反應生成癸酸，同時烷基酚通過與生成的癸酸原位形成低共熔溶劑而被萃取.由于生成的癸酸熔點（27～32 ℃）略高于室溫（19 ℃），整個萃取過程在40 ℃水浴中進行.通過單因素試驗對影響萃取效率的因素進行優化.在優化條件下，將本萃取方法與高效液相色譜法結合應用于環境水樣中烷基酚的檢測.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ZNCL-G智能磁力攪拌加熱鍋（健文儀器設備有限公司），HH-2 恒溫水浴鍋（金壇科學分析儀器廠），PerkinElmer Spectrum 400 F 傅里葉中遠紅外光譜儀（美國珀金埃爾默儀器有限公司）.Waters E2695 高效液相色譜-2475熒光檢測器（美國Waters公司）用于檢測分析物.安捷倫ZORBAX Eclipse XDB-C18（4.6 mm×250 mm，5 μm，美國安捷倫科技有限公司）色譜柱和Sepax GP-C18（4.0 mm×10 mm，5 μm，蘇州賽分科技股份有限公司）保護柱用于分離分析物.色譜檢測條件：甲醇和水（78∶22，V∶V）為流動相，流速設為1.0 mL·min^-1，柱溫為30 ℃，進樣體積為20 μL，測定烷基酚的發射波長為300 nm，激發波長為278 nm.

4-庚基酚（4-Heptylphenol，4-HP，98%）、4-辛基酚（4-Octylphenol，4-OP，98%）、4-壬基酚（4-Nonylphenol，4-NP，98%）和癸酸鈉（98%）購于麥克林生化試劑有限公司.氯化鈉（NaCl，99.5%）和鹽酸（HCl，36%～38%）購于大茂化學試劑廠.色譜級甲醇（99.9%）購于美國天地公司，實驗用水為超純水（18.20 MΩ·cm）.

標準儲備液：稱取適量 4-HP、4-OP 和 4-NP，用甲醇溶解，配制200 mg·L^-1 的混合標準儲備液.

工作溶液：用超純水稀釋儲備溶液配制100μg·L^-1的工作溶液.

1.2 酸誘導—分散液液微萃取過程

基于原位形成低共熔溶劑的酸誘導—分散液液微萃取過程如圖1所示.首先，取5 mL含有100μg·L^-1的4-HP、4-OP 和 4-NP的工作溶液或樣品溶液于10 mL離心管，加入0.4 g NaCl，并將離心管放置于40 ℃水浴中，保持5 min.接著向離心管中加入80 mg癸酸鈉，搖晃使其溶解.隨后，加入300 μL 3 mol·L^-1 鹽酸溶液，使癸酸鈉與鹽酸反應生成疏水癸酸，并均勻分散在樣品溶液中.與此同時，4-HP、4-OP 和 4-NP通過與生成的癸酸原位形成疏水性低共熔溶劑而被萃取.為了加速相分離，將樣品放入離心機以8 000 r/min離心4 min，由于癸酸熔點高于室溫，得到固-液兩相分離溶液.最后用長針頭注射器吸出下層水相，得到固態萃取相，加入100 μL甲醇使其溶解，用于高效液相色譜分析.

1.3 實際樣品

湖水、衛河水、黃河水均來自河南新鄉.所有水樣均使用0.45 μm尼龍膜過濾，于4 ℃避光保存備用.

2 結果與討論

2.1 低共熔溶劑的表征

為了證實疏水性DES的形成，采用傅里葉變換紅外光譜記錄癸酸、4-HP、4-OP、4-NP及形成的低共熔溶劑的FT-IR光譜.將癸酸（C₁₀）和4-HP、4-OP、4-NP分別按照1∶2的物質的量之比混合，在40 ℃水浴加熱攪拌形成均勻透明的低共熔溶劑.如圖2所示，4-HP、4-OP和4-NP的O-H伸縮振動峰分別位于3 384 cm^-1、3 400 cm^-1和3 400 cm^-1處.C₁₀的C=O伸縮振動峰位于1 691 cm^-1處.DES形成后，4-HP、4-OP和4-NP的O-H伸縮振動峰分別移至3 302 cm^-1、3 389 cm^-1、3 388 cm^-1.這可能是因為烷基酚作為氫鍵供體，與癸酸的羥基氫鍵供體之間形成氫鍵，導致力常數發生輕微變化^［17］，使分析物的O-H伸縮振動向低波數偏移.與此同時，癸酸的C=O伸縮振動峰分別移到1 706 cm^-1、1 695 cm^-1和1 698 cm^-1.這一結果證實了癸酸的-COOH與4-HP、4-OP和4-NP的-OH之間形成了氫鍵.

2.2 萃取條件的優化

在該方法中，癸酸鈉作為萃取劑溶解到樣品溶液中，與加入的鹽酸反應生成不溶于水的癸酸，分析物通過與生成的癸酸原位形成低共熔溶劑而被萃取.由于生成的癸酸熔點高于室溫，整個萃取過程在40 ℃水浴中進行.對影響萃取效率的主要因素，如萃取劑用量、鹽酸用量、離心時間和離子強度等進行了優化.

萃取劑的用量是影響萃取效率的重要因素，考察了20～130 mg癸酸鈉對萃取效率的影響.如圖3（a）所示，當癸酸鈉的用量從20 mg增加到80 mg，3種分析物的萃取效率逐漸增加，然后趨于穩定.萃取劑用量過少不能使分析物充分被萃取，因此選用80 mg癸酸鈉進行后續實驗.

萃取完成后，通過離心加速相分離，探究了2到10 min 的離心時間對萃取效率的影響，離心速率設置為 8 000 r/min，結果如圖 3（b）所示.離心過程中溶液冷卻，由于癸酸的熔點高于室溫（19 ℃）離心后得到上層固體（萃取相）和下層液體（水相）的相分離溶液.隨著離心時間的增加，4-HP、4-OP和 4-NP 的萃取效率逐漸增加，當離心時間大于 4 min 時，萃取效率趨于穩定.離心時間過少，不能完全得到相分離.因此，離心時間選擇 4 min.

本方法中鹽酸溶液的加入不僅提供了酸性環境，還與溶解在水樣中的癸酸鈉反應生成均勻分散的癸酸，提高萃取效率，因此，考察了100到600 μL 3 mol·L^-1鹽酸溶液對萃取效率的影響，由圖3（c）可知，隨著鹽酸體積的增加，4-HP、4-OP和 4-NP 的萃取效率均先逐漸增加，當鹽酸體積大于300 μL時，萃取效率趨于穩定，因此選用300 μL的鹽酸溶液.

樣品溶液中加入鹽會出現鹽析或鹽溶效應而影響萃取效率.通常加鹽會降低相對極性較大的分析物在水中的溶解度而提高萃取效率^［18］.本文研究了0～100 g/L的NaCl對萃取效率的影響.如圖3（d）所示，當NaCl質量濃度從0增加到100 g/L時，分析物萃取效率呈現先降低再升高再降低的變化趨勢.這與樣品溶液中鹽的添加出現鹽析或鹽溶效應而對萃取效率產生的影響有關：向溶液中加入中性鹽NaCl，增加了溶液的離子強度，使分析物的溶解度降低而從溶液中析出，出現鹽析效應，有利于萃取效率的提高；在溶液中，加入少量的中性鹽NaCl，使分析物在水溶液中的溶解度增大出現鹽溶效應，不利于萃取效率的提高.圖3（d）中，當加入NaCl質量濃度為0～20 g/L時，分析物萃取效率下降，此時以鹽溶效應為主；當NaCl質量濃度從20 g/L增加到80 g/L時，分析物的萃取效率逐漸增加，此時以鹽析效應為主；當NaCl質量濃度繼續增加到100 g/L，分析物萃取效率下降，此時以鹽溶效應為主.由圖3（d）可知，當NaCl的質量濃度為80 g/L時，萃取效率最高，為了得到較高的萃取效率，選擇添加80 g/L的NaCl進行后續實驗.

2.3 方法評價

在優化條件下，對方法的線性范圍、相關系數（R²）、重復性、重現性、檢測限（LOD）、定量限（LOQ）和富集倍數進行分析，結果見表1.通過分析含0.005～400 μg·L^-1質量濃度分析物的工作溶液獲得工作曲線，4-HP 和 4-NP 的線性范圍為 0.2～400μg·L^-1，4-OP的線性范圍為0.3 ～400 μg·L^-1，相關系數R²0.998 3.LOD（S/N=3）和LOQ（S/N=10）分別為0.05～0.10 μg·L^-1和0.2～0.3 μg·L^-1.通過在1 d內平行測定 15、50和 100 μg·L^-1 烷基酚工作溶液3次來評估日內精密度，通過連續5 d分別測定 15、50 和 100μg·L^-1 烷基酚工作溶液來評估日間精密度.日內和日間精密度值（相對標準偏差，RSD）≤3.7%.富集倍數為21～38.

2.4 萃取原理

脂肪酸是一種可切換親水性溶劑^［19］，與堿反應生成溶于水的脂肪酸鹽，脂肪酸鹽與酸反應又生成疏水性的脂肪酸鹽.本研究選取癸酸鈉為萃取劑，其可以完全溶解于樣品溶液中，避免了使用脂肪酸做萃取劑時加堿將其轉變為親水性脂肪酸鹽的步驟；加入鹽酸后，癸酸鈉與鹽酸反應生成癸酸，均勻分散至樣品溶液中，同時烷基酚通過與癸酸原位形成低共熔溶劑而被萃取.這是由于4-HP、4-OP 和 4-NP 都含有羥基，與含有羥基的癸酸形成氫鍵.由于癸酸的熔點為 27～32 ℃，在室溫，癸酸鈉與鹽酸反應生成癸酸后會立刻凝固，阻礙了其與分析物的接觸，不利于萃取，因此本實驗在 40 ℃水浴中進行.萃取完成后，由于自然冷卻到相分離需要較長時間，本實驗通過離心加速相分離，離心過程中，溶液冷卻，同時得到上層固體（萃取相）和下層液體（水相）的相分離溶液.

2.5 實際樣品檢測

本方法應用于黃河水、湖水、衛河水環境水樣中烷基酚的測定.結果如表2所示，衛河水中檢出4-HP 的質量濃度小于0.2μg·L^-1，黃河水與湖水沒有檢出.為了驗證該方法的準確性，向樣品中分別添加了15和50μg·L^-1兩種不同質量濃度的4-HP、4-OP 和 4-NP 標準溶液，3種烷基酚的加標回收率為 92.3%～115.7%，RSD≤4.5%，表明該復雜樣品基質對該方法沒有顯著影響.圖4為空白和加標衛河水樣品的液相色譜對照圖.

2.6 方法對比

將該方法與其他已報道的測定烷基酚的方法進行對比，結果如表3所示.與SLLME-GC-MS、SDME-HPLC-PAD和UAE-DLLME-LC-MS/MS相比，本方法具有LOD低，RSD小，萃取劑綠色，且不需要繁瑣的制備可切換溶劑過程的優點.與LLE-GC-MS相比，本方法具有萃取時間短、RSD小，萃取劑綠色等優勢.因此，該方法是一種簡單、快速、靈敏、低成本和綠色的分析方法，可用于環境水樣中痕量烷基酚的分析檢測.

3 結 論

本文提出了一種基于原位形成低共熔溶劑的酸誘導-分散液液微萃取環境水樣中烷基酚的新方法.該方法以癸酸鈉作為分散液液微萃取的萃取劑，加入鹽酸后，癸酸鈉與鹽酸反應生成癸酸，烷基酚通過與癸酸原位形成疏水性低共熔溶劑而被萃取.由于癸酸鈉完全溶于水，原位生成的癸酸均勻分散在水溶液中，加速萃取，不需使用有毒的有機溶劑作為分散劑.生成的癸酸熔點高于室溫，萃取在40 ℃水浴中進行，萃取后，借助離心加速相分離，同時離心過程中，溶液冷卻，得到上層固體和下層液體的相分離溶液.在優化條件下4-HP和4-NP的線性范圍為0.2～400μg·L^-1，4-OP的線性范圍為0.3～400 μg·L^-1，線性相關系數大于0.998 3.LOD和LOQ分別為 0.05～0.10μg·L^-1和 0.2～0.3μg·L^-1，日內和日間精密度≤3.7%，富集倍數為21～38.與高效液相色譜-熒光檢測器聯用，應用于檢測黃河水、衛河水和湖水環境水樣中3種烷基酚的檢測，加標回收率為 92.3%～115.7%.本方法具有簡便、快速、靈敏、低成本、綠色等優點，是一種新的液液微萃取模式，可拓展用于其他環境污染物的分離富集，可為黃河流域生態環境基礎數據庫提供數據.

參 考 文 獻

［1］ LEE J，ZEE S，KIM H I，et al.Effects of crosstalk between steroid hormones mediated thyroid hormone in zebrafish exposed to 4-tert-octylphenol：estrogenic and anti-androgenic effects［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2024，277：116348.

［2］YIN H L，SUN T，ZHOU T N，et al.Simultaneous determination of nine APs and BPA in water by solid-phase extraction and GC-MS analysis［J］.Chinese Journal of Analytical Chemistry，2023，51（7）：100258.

［3］CHEN Y X，YANG J，YAO B，et al.Endocrine disrupting chemicals in the environment：environmental sources，biological effects，remediation techniques，and perspective［J］.Environmental Pollution，2022，310：119918.

［4］KURAOKA S，ODA M，OHBA T，et al.Association of phenol exposure during pregnancy and asthma development in children：the Japan environment and children's study［J］.Environmental Pollution，2024，361：124801.

［5］SAKAI M，MORI J F，KANALY R A.Assessment of bacterial biotransformation of alkylnaphthalene lubricating base oil component 1-butylnaphthalene by LC/ESI-MS（/MS）［J］.Chemosphere，2024，364：143269.

［6］United States Environmental Protection Agency（USEPA），Technical support document on health risk assessment of chemical mixtures［R］.［S.l.：s.n.］，1990.

［7］BRENKUS M，TōLGYESSY P，KOPEROVāNāVOJOVā V，et al.Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons，phthalate esters，alkylphenols and alkyphenol ethoxylates in sediment using simultaneous focused ultrasound solid-liquid extraction and dispersive solid-phase extraction clean-up followed by liquid chromatography［J］.Microchemical Journal，2024，200：110299.

［8］EZODDIN M，MAJIDI B，ABDI K.Ultrasound-assisted supramolecular dispersive liquid-liquid microextraction based on solidification of floating organic drops for preconcentration of palladium in water and road dust samples［J］.Journal of Molecular Liquids，2015，209：515-519.

［9］KA?ANBüRE D，BI?GIN A T.Selective microextraction of erythrosine（E127） in foodstuffs using a new generation high-density type-V deep eutectic solvent［J］.Food Chemistry，2025，463：141273.

［10］李欽，孫明君，王芷，等.頂空氣相色譜法測定丁苯酞原料藥中6種有機溶劑殘留量［J］.河南師范大學學報（自然科學版），2020，48（3）：73-77.

LI Q，SUN M J，WANG Z，et al.Determination of six residual solvents in butylphthalide by headspace gas chromatography［J］.Journal of Henan Normal University（Natural Science Edition），2020，48（3）：73-77.

［11］ZHAO W F，JING X，TIAN Y Q，et al.Magnetic Fe₃O₄@ porous activated carbon effervescent tablet-assisted deep eutectic solvent-based dispersive liquid-liquid microextraction of phenolic endocrine disrupting chemicals in environmental water［J］.Microchemical Journal，2020，159：105416.

［12］ABBOTT A P，CAPPER G，DAVIES D L，et al.Novel solvent properties of choline chloride/urea mixtures［J］.Chemical Communications，2003（1）：70-71.

［13］趙澤馨，紀穎鶴，劉曉妹，等.基于低共熔溶劑的萃取分離技術及其應用研究進展［J］.色譜，2021，39（2）：152-161.

ZHAO Z X，JI Y H，LIU X M，et al.Progress in the application of deep eutectic solvents to extraction and separation technology［J］.Chinese Journal of Chromatography，2021，39（2）：152-161.

［14］付博，張吉蘋，姜暉，等.基于脂肪酸的漂浮液滴固化分散液液微萃取-高效液相色譜法聯用測定酒類樣品中的4-乙基苯酚和4-乙基愈創木酚［J］.色譜，2016，34（9）：895-900.

FU B，ZHANG J P，JIANG H，et al.Fatty acid and solidification floating organic drop-based dispersive liquid-liquid microextraction method coupled with high performance liquid chromatography for the determination of 4-ethylphenol and 4-ethylguaiacol in wines［J］.Chinese Journal of Chromatography，2016，34（9）：895-900.

［15］GAO M，WANG J，SONG X K，et al.An effervescence-assisted switchable fatty acid-based microextraction with solidification of floating organic droplet for determination of fluoroquinolones and tetracyclines in seawater，sediment，and seafood［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2018，410（11）：2671-2687.

［16］VAN OSCH D J G P，ZUBEIR L F，VAN DEN BRUINHORST A，et al.Hydrophobic deep eutectic solvents as water-immiscible extractants［J］.Green Chemistry，2015，17（9）：4518-4521.

［17］RABHI F，DI PIETRO T，MUTELET F，et al.Extraction of butanol and acetonitrile from aqueous solution using carboxylic acid based deep eutectic solvents［J］.Journal of Molecular Liquids，2021，325：115231.

［18］ZHANG Y F，LEE H K.Low-density solvent-based Vortex-assisted surfactant-enhanced-emulsification liquid-liquid microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry for the fast determination of phthalate esters in bottled water［J］.Journal of Chromatography A，2013，1274：28-35.

［19］李雙瑩.脂肪酸基疏水性低共熔溶劑-液液微萃取性能研究［D］.新鄉：河南師范大學，2020．

LI S Y.Study on performance of hydrophobic low eutectic solvent for fatty acid group microextraction［D］.Xinxiang：Henan Normal University，2020.

［20］KARAYAKA S，CHORMEY D S，F₁RAT M，et al.Determination of endocrine disruptive phenolic compounds by gas chromatography mass spectrometry after multivariate optimization of switchable liquid-liquid microextraction and assessment of green profile［J］.Chemosphere，2019，235：205-210.

［21］VI?AS P，CAMPILLO N，PASTOR-BELDA M，et al.Ultrasound assisted extraction and dispersive liquid-liquid microextraction with liquid chromatography-tandem mass spectrometry for determination of alkylphenol levels in cleaning products［J］.Analytical Methods，2015，7（16）：6718-6725.

Acid-induced dispersive liquid-liquid microextraction based on in-situ formation deep eutectic solvents for determination of alkylphenols in environmental water samples via high performance liquid chromatography

Zhang Kaige， Chen Yanrong， Wang Ruoyan， Dong Shuang， Ding Wenbo， Wang Jing， Zhu Guifen

（School of Environment， Henan Normal University， Xinxiang 453007， China）

Abstract： In recent years， the water pollution of the Yellow River has become more and more serious， among which alkyl phenols are one of the important pollutants. A new acid-induced dispersive liquid-liquid microextraction based on in-situ formation of deep eutectic solvents was developed for extraction of alkylphenols in the Yellow River， Weihe River and lake water. In this method， sodium caprate was used as the extraction solvent， and after the addition of hydrochloric acid， sodium caprate reacted with hydrochloric acid to generate capric acid， and then alkylphenol was extracted by in-situ formation of hydrophobic deep eutectic solvent with the generated capric acid. Under the optimized conditions， the linear range of 4-heptylphenol and 4-nonylphenol was 0.2-400 μg·L^-1， the linear range of 4-octylphenol was 0.3-400 μg·L^-1， the limits of detection and quantification were 0.05-0.10μg·L^-1 and 0.2-0.3μg·L^-1， respectively. And the intra-and inter-day precisions were ≤3.7%. The enrichment factor was 21-38. Coupled with a high-performance liquid chromatography-fluorescence detector， this method was applied for the detection of alkylphenols in environmental water with the recoveries of 92.3%-115.7%. This method has the advantages of simplicity， speed， low cost and environment-friendly.

Keywords： deep eutectic solvents; in-situ formation; dispersive liquid-liquid microextraction; high-performance liquid chromatography; alkylphenol

［責任編校 趙曉華 劉洋］