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不同液-液萃取条件萃取“瘦肉精”效果的对比

  • flysky97
    2013/09/02
    药物分析
  • 私聊

分离/萃取

  • 不同液-液萃取条件萃取瘦肉精效果的对比

    摘要:为了实现对痕量“瘦肉精”进行检测,以尿液样本为例,通过液-液萃取法不同条件下的对比,选出最佳的萃取条件。实验显示,以无水硫酸钠为过饱和脱水剂,在强碱性条件下对样本萃取所得五种“瘦肉精”的综合回收率较理想。

    前言

    有统计数据显示,在检测中,样品制备需要花费约60%的时间。同样,大部分的误差也来自于样品制备。如果样品制备操作不当,使用任何先进的仪器也不可能得到准确的检测结果。

    目前,传统样品前处理技术主要有:索氏提取、液-液萃取、柱层析。本文主要采取液-液萃取法进行“瘦肉精”类药物的提取,通过改变一定条件,对比其最终检测的效果。

    “瘦肉精”泛指能降低脂肪、提高瘦肉率的一类药物,通常属于β-受体激动剂(β-agonists),又叫β-激动剂或β-兴奋剂,全称β-肾上腺素能兴奋剂(β-Adrenergic Agonist),是一类化学结构和生理功能类似肾上腺素和去甲肾上腺素的苯乙醇胺类衍生物,能与动物体内大多数组织细胞膜上的β-肾上腺素能受体结合,也因此而得名。

    克伦特罗(又称克喘素、双氯醇胺或苯甲醇胺)、莱克多巴胺、沙丁胺醇(又称舒喘宁)、西马特罗(又称息喘宁)、特布他林是五种最常见的β-兴奋剂,基本信息如下表:
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  • flysky97

    第1楼2013/09/02



    β-兴奋剂在酸性条件下溶于水,碱性条件下溶于有机溶剂,溶剂萃取时通常结合其溶解性能进行考察。β-兴奋剂为中等极性的疏水性物质,呈弱碱性(苯胺型)或酸碱两性(苯酚型)。苯胺型的易溶于乙酸乙酯等有机溶剂,而苯酚型的则易溶于异丙醇等极性有机溶剂。为了提取酸性水溶液中成盐的β-兴奋剂,可先调节pH至碱性,使药物呈游离状态。同时加入一些无水盐类粉末来饱和其中的水相,然后再用乙酸乙酯-异丙醇 (6:4V/V)混合溶剂提取待测物,结果较为满意[1]

    用于SAL的液-液萃取法萃取剂[2]有乙腈、乙醚、乙酸乙酯、叔丁基甲醚、乙酸乙酯-异丙醇、乙酸乙酯-丁醇等。另有文献报道,Wu[3]采用乙酸乙酯萃取、电化学检测RACCLB,另有综述[4]提到:臧勇军等用乙腈-盐酸溶液两次提取肉样,正己烷脱脂,氯仿-氢氧化钠溶液提取莱克多巴胺和克伦特罗,离心后蒸干,甲醇定容后进行 LCMS分析;康笑枫等采用乙酸铵提取肉样中的克伦特罗,正己烷脱脂后衍生化,进行 gcMS 分析;张素霞等用甲醇-水提取饲料中的莱克多巴胺,分别经正己烷和二氯甲烷净化后,利用高效液相色谱荧光法进行检测。Chen[5]采用丙醇萃取饲料中的CLBCIMSAL,高燕红等用丙酮提取饲料中的莱克多巴胺和克伦特罗;郑举等用盐酸溶液超声振荡提取饲料中的克伦特罗,提取液调至碱性后,用甲苯-二氯甲烷萃取,萃取液离心,蒸干后用甲醇定容,然后进行液相色谱分析。王建平等在碱性条件下用异丁醇提取猪尿中的莱克多巴胺,并用酶联免疫法检测。Henze 等用乙酸钠缓冲体系处理样品,在碱性条件下用叔丁基甲基醚和叔丁醇提取尿液中的非诺特罗、奥西那林、睿珀特罗、特布他林。邓光辉[6]Kramer 等在超声振荡下,用乙腈作为提取溶剂。王伟宇[7][8]Ying Chen[5]等将猪饲料磨成粉状,加入乙醇-水(体积比为41)混合溶液l0 mL,超声萃取猪饲料中的β-兴奋剂。

    另外还有采用乙酸乙酯和叔丁基甲醚分两次萃取,或者采用混合溶剂如异丙醇/乙酸乙酯(60:40,体积/体积)[9]、叔丁基甲醚-异丙醇( 5:1)[9],郑妍鹏等[10]采用乙醇-乙醚萃取猪内脏中盐酸克伦特罗,采用毛细管电泳电导检测。

    另外,对于复杂样品基质,脱脂选用正己烷[6],除蛋白可采用高氯酸,pH调节剂有氨水、N2CO3[3] NaOH[9]等。加入某些碱性盐类可以调节溶液的酸碱性条件,同时也可以与待测药物竞争与水分子的结合,使萃取更容易进行。常用脱水剂(过饱和剂)有NaCl[3],无水Na2SO4[6]等。固相萃取小柱中采用甲醇-氨水溶液使β-兴奋剂呈非解离态后洗脱,净化效果良好。

    邓光辉等[6]将猪肉剁碎,加入乙腈和无水硫酸钠超声波震荡萃取,再加入甲醇饱和正己烷震荡脱脂,采用毛细管电泳电化学法分离检测猪肉中的盐酸克伦特罗、特布他林和沙丁胺醇。

    田苗等[9]将猪组织(猪肉、猪肝、猪肾)用绞肉机绞碎,乙酸钠提取液加入高氯酸溶液除蛋白, 5 mol /L NaOH溶液调 pH 10.2。以氯化钠饱和水相, 加入 15 mL乙酸乙酯-异丙醇( 60:40)混合溶剂萃取, 在下层水相中加入 10 mL叔丁基甲醚-异丙醇(5:1) ,将上层有机溶剂与之前萃取液合并,旋转蒸干,然后用乙酸钠溶液溶解残渣, 测定。

    上海安谱公司给出的萃取参考方法为30 mL乙腈、2mL异丙醇和10mL 0.1M柠檬酸钠缓冲液(pH2.5,含0.1M 氯化镁)提取目标物,加入异丙醇后旋转蒸发浓缩,液质联用检测。

    浙江省地方标准(DB33/T 623—2006)适用于猪、牛、羊等动物尿液中特布他林、克伦特罗、沙丁胺醇和莱克多巴胺等4β-兴奋剂残留量的气相色谱-质谱法测定。试样加入内标物,用2 mol/L盐酸溶液调节pH值至2.0后,过阳离子交换固相萃取柱,并依次用水5 mL、甲醇5 mL淋洗柱子,抽干;用4%氨水/乙酸乙酯溶液10 mL洗脱,收集洗脱液,经无水硫酸钠脱水,50℃氮气吹干;残余物中加乙酸乙酯5 mL,置于超声波清洗器中超声5 min5000 r/min离心5 min,取上清液至5mL具塞玻璃试管中,50℃氮气吹干,与NO-双三甲基硅烷三氟乙酰胺(BSTFA)进行衍生化反应,于气相色谱-质谱仪上进行测定。内标法定量。

    超声波提取法是利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应,通过增大介质分子的运动速度,增强介质的穿透力以提取动物组织中残留物的方法。超声波使溶剂对细胞壁渗透力更大,强化细胞内外的质量传输; 同时破坏细胞壁,使细胞内含物更易释放。超声波空化可以产生微冲流,能有效打破边界层,使扩散速度加快,从而使萃取或浸出速度提高 210 倍。本文采用有机溶剂结合超声波震荡,对比了多种条件下的萃取效果

    1 实验部分

    1.1仪器和试剂

    P/ACE MDQ毛细管电泳仪(美国Beckman公司);弹性无涂层石英毛细管柱,内径75 μm,长60.2 cm(有效分离长度为50 cm,美国Beckman公司);纯水机(PURELAB Classic, ELGA Lab Water, UK),超声波清洗机(天津市瑞普电子仪器公司),pH计(丹佛仪器(北京)有限公司),瑞士梅特勒电子天平(梅特勒-托利多(上海)有限公司),高速离心机(美国Sigma公司)。

    沙丁胺醇和克伦特罗购自中国药品生物制品检定所,莱克多巴胺、特布他林均购自德国(Dr. Ehrensterfer GmbH),西马特罗购于加拿大(Toronto Research Chemicals Inc.),各标准品均按说明使用。模拟尿样来自健康志愿者。

    1.2溶液的配制

    制备0.l mol/L硼砂(Na2B4O7)、5 mol/L NaOH1 mol/L HCl储备液,取适量储备液、精确调节pH值并加入SDS配成所需的运行缓冲液。用超纯水配制五种β-兴奋剂标准品均为1.0 mg/mL浓度的储备液,低温避光保存;其他不同浓度的系列标准品溶液用运行缓冲溶液稀释得到。其它试剂均为分析纯。

    1.3样品的预处理

    采集的尿液应保存于4℃~8冰箱中,尿液应经离心处理,取上清液备用。

    1.4毛细管电泳检测条件

    按要求配制实验所需各种缓冲溶液,试液与运行缓冲液均经0.45 μm聚丙烯滤膜过滤,并经10000 r/min高速离心脱气5 min。每天电泳操作前毛细管均依次用甲醇-(6040)0.1 mol/L NaOH、超纯水及运行缓冲液冲洗5 min。每次进样分析开始前, 均依次用0.1 mol/L NaOH,超纯水和对应的运行缓冲液冲洗5 min。分析过程中,样品分析一次以运行缓冲液冲洗一次,连续电泳分离最多3次后及时更换运行缓冲液,尽量保证两缓冲液瓶中缓冲液组分和高度一致,以保证分析的精度。本实验采用压力进样:20psiPounds per square inch×5s,正极进样,负极柱上以二极管阵列(DAD)检测器190600nm检测。采用了200 nm下吸收峰面积进行定量。

    实验在恒温(25)、恒湿(相对湿度60%)的实验条件下进行。

    1.5 实验过程及结果

    分别准确量取试样5 mL至两个10 mL离心管中,其中一个加“瘦肉精”储备液10 μL作为加标后样本,彻底混匀,与空白对照平行检测。

    由其基本信息表可以看出,五种盐类均为在碱性条件下解离,实验通过对比酸性和碱性条件下有机溶剂的萃取效果,初步证明,在酸性条件下萃取杂质较多,对检测干扰较大,五种物质在酸性条件下均较难回收,而在碱性条件下回收率比酸性条件下高,故采用碱性条件进行萃取。

    实验对比了乙腈、甲醇、异丙醇、正丁醇、正己烷、异丙醇-乙酸乙酯等在弱碱性条件下直接萃取“瘦肉精”的结果,发现其他溶剂回收率较低或萃取得到杂质较多,一些溶剂虽然有较高的回收率,但是较难挥发,不容易浓缩样品,吹干时间明显延长。乙酸乙酯等的效果相对较好,进一步对比实验如下:

    1.5.1 以两种不同盐饱和样本后萃取效果的对比

    在尿液样品中加入两种不同的弱碱性盐类(Na2CO3NaHCO3)至过饱和;其加入量参照Na2CO3NaHCO3的溶解度表及溶解度曲线:

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  • flysky97

    第2楼2013/09/02





    加乙酸乙酯和正己烷三种不同比例(分别为1008264)的萃取液2 mL,超声5 min8000 r/min离心5 min,静置,取上层清液至10 mL具塞玻璃试管中;重复萃取步骤三次。将重复三次萃取后收集到的上清液在50水浴下,用氮气缓慢吹干,将吹干物以1mL上样缓冲液复溶,用0.45 μm聚丙烯滤膜过滤后用毛细管电泳仪分离检测,与系列标准品溶液比对定量,结果如下图所示:





    图-2 两种饱和条件下乙酸乙酯和正己烷三种不同比例的萃取剂萃取效果对比



    由上图可以看出:乙酸乙酯和正己烷三种不同比例相比,在两种不同的饱和方式下,随着正己烷比例的增大,效果有变差的趋势,故加入正己烷后并未产生有利的影响,可选择纯乙酸乙酯作为萃取溶剂;

    两种饱和方式对比,同样的萃取溶剂下,以 Na2CO3饱和效果比NaHCO3饱和更好;

    五种药物回收率相比,由高到低的变化趋势在两种饱和条件下均为:CLBRACCIMSALTER

    1.5.2 乙酸乙酯和乙酸丁酯萃取效果的对比

    在尿液样品中加入Na2CO3至过饱和;加纯乙酸乙酯和乙酸丁酯两种萃取液,萃取和检测方法同上,结果对比如下图所示:



    图-3 Na2CO3饱和乙酸丁酯和乙酸乙酯萃取回收率对比



    由上图可以看出,同样以Na2CO3过饱和,采用乙酸丁酯除对CIM的萃取效果好于乙酸乙酯外,对其他四种药物的萃取效果均弱于乙酸乙酯,尤其是对于SALTER两种药物,两种回收率较低的药物,采用乙酸乙酯能得到更高的回收率,故后续实验中采用乙酸乙酯进行萃取。

    1.5.3 以两种不同盐饱和样本后萃取效果的对比

    王远等[1]中先用NaOH调节pH至碱性(pH=9.5±0.2),使药物呈游离状态。同时加入一些无水氯化钠粉末来饱和其中的水相,然后再用乙酸乙酯-异丙醇 (6:4V/V)混合溶剂提取待测物,结果较为满意。

    考察了采用Na2CO3NaHCO3 Na2SO4NaCl四种无水粉末饱和样品的效果,结果显示在pH9.5条件下Na2SO3饱和后样品的萃取率较高,故后续实验采用Na2SO4为脱水剂。

    为考察不同pH值下萃取效果,用5 mol /L NaOH溶液调 pH,对比在pH9,10,11,12四种条件下回收率,结果如下:

    图-4 NaOH+Na2SO4Na2CO3饱和萃取四种不同pH值下回收率对比

    由上图可知,随着溶液pH值的上升,回收率呈逐步提高趋势,为此,进一步提高其pH值,并对比了两种饱和剂的效果,结果如下图所示:

    图-5 5 NaOH+ Na2CO3Na2SO4两种饱和剂在更高pH值下回收率对比



    结果显示:CIMRACCLB回收率相对较高,较容易萃取出,而苯酚型的SALTER回收率较低,为了整体的实验结果,采用接近pH14的强碱性条件下乙酸乙酯萃取,对于五种检测药物的整体检测回收率能起到折中的效果,每种药物粗提回收率均在60%以上。

    1.5 实验验证

    在优化的实验条件下按照外标法进行定量,将尿液样品稀释5倍并在其中加入一定量的标准样品进行加标回收实验。结果如下图:

    图-6 实际样品中的检测结果

    结果与讨论

    因为研究背景主要是为了快速检测,故后续实验中未采用采用乙酸乙酯-异丙醇混合溶剂等几种难以挥发浓缩的溶剂来进行萃取,且通常只进行三次超声萃取即进行下步蒸干步骤,对于五种药物(为苯胺和苯酚两种类型)若采用混合溶剂或者用不同溶剂分步萃取,还可以进一步提高回收率,后续实验有待进一步优化。

    本文主要采取液-液萃取方法,操作较为简便,但也有一些弊端,比如需要使用较多的有机溶剂,影响操作人员身体健康、污染周围环境、处理时间较长、误差较大,且与目标物极性相似的杂质也会被一起萃取出来,影响后续分析,因此,样品经溶剂提取后,往往还需要进一步净化。

    传统样品前处理方法多为溶剂萃取和固相萃取,目前已经开发出很多较新的样品前处理技术:固相萃取技术(SPE)、固相微萃取技术(SPME)、基质分散固相萃取(MSPD)、分子印迹技术(MIP)、免疫亲和色谱(IAC)、凝胶层析(GPC) 、加速溶剂提取(ASE)、超临界流体萃取技术(SFE)、微波辅助萃取(MAE)、液液微萃取(LLME)等。这些技术能在多种角度做出了改进:减少甚至不用有机溶剂;能适应处理复杂介质、痕量成分、特殊性质成分分析的要求;减少操作步骤、降低成本、提高效率;尽量集采样、萃取、净化、富集、预分离、进样于一身、实现在线、自动化、小型化等。

    分子印迹技术在选择性富集方面具有独特的作用。例如商品化SUPEL CO固相萃取柱Supel MIP™ SPE - Full Beta-receptor (beta-blockers and beta-agonists))规格为25mg/3mL50/盒,价格约6000元,较为昂贵。采用分子印记聚合物固定相(MIP),特别开发应用于生物样品中全β-受体(β-激动剂和β-阻断剂)的选择性提取可得到极高的选择性能获得更低的检测限可在色质联用中减小离子抑制效应,该方法快速可靠,省时,很少或无需方法开发。文献[11]有报道采用分子印迹固相萃取小柱( Clen ,10 mL @ 25 mg , Lund , Sweden );稀释尿样过柱。用水淋洗, 真空泵抽干 2min。然后依次用含1%乙酸的乙腈溶液和0.5 mo l/L乙酸铵缓冲液( pH 5)淋洗,用 1mL 10 %乙酸/甲醇溶液洗脱后抽干。有报道北京六角体科技发展有限公司等专用固相萃取柱采用液质法测定也可得到较好的检测效果。

    将本实验所采用的条件与最新的萃取方法相结合,将有可能更进一步提高样品前处理效率。


    参考文献
    [1] 王远, 邢丽杰, 郝家勇, 鲁立良, 唐宗贵, 罗小玲. 高效液相色谱-串联质谱法测定卤肉中 3 β-受体激动剂残留的研究[J]. 食品科学, 2012,34(8): 216219.
    [2] 王国民, 李应国, 郗存显, 张进忠, 李正国. 动物组织中沙丁胺醇残留检测的样品前处理方法研究进展[J]. 食品工业科技, 2011,(4): 400-404.
    [3] Wu C, Sun D, Li Q, Wu K. Electrochemical sensor for toxic ractopamine and clenbuterol based on the enhancement effect of graphene oxide[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2012,(168): 178-184.
    [4] 许志刚, 练海贤, 李攻科, 胡玉玲. β2-兴奋剂的样品前处理与分析检测方法研究进展[J]. 分析测试学报, 2011,30(4): 465-472.
    [5] Chen Y, Wang W, Duan J, Chen H, Chen G. Separation and Determination of Clenbuterol, Cimaterol and Salbutamol by Capillary Electrophoresis with Amperometric Detection[J]. Electroanalysis, 2005,17(8): 706-712.
    [6] 邓光辉, 陈盛余, 高静, 王辉. 毛细管电泳电化学法分离检测盐酸克伦特罗、特布他林和沙丁胺醇[J]. 分析试验室, 2012,31(2): 2528.
    [7] 王伟宇, 张玉莲, 邢晓平, 王金妍, 石雪, 叶建农. 小型化毛细管电泳-电化学检测法测定猪尿和猪饲料中的β-兴奋剂[J]. 色谱, 2008,26(2): 228-231.
    [8] Wang W, Zhang Y, Wang J, Shi X, Ye J. Determination of beta-agonists in pig feed, pig urine and pig liver using capillary electrophoresis with electrochemical detection[J]. Meat Sci, 2010,85(2): 302-305.
    [9] 田苗. 猪组织中 10 β-兴奋剂类兽药残留量的气相色谱-质谱法检测[J]. 分析测试学报, 2010,29(7): 712-716.
    [10] 郑妍鹏, 曾红惠. 猪内脏中盐酸克伦特罗的毛细管电泳电导检测[J]. 中山大学学报: 自然科学版, 2002,41(5): 57-59.
    [11] 王培龙, 范理, 宋荣, 高生, 苏晓鸥, 杨曙明. 动物尿液中盐酸克伦特罗的分子印迹固相萃取-气相色谱-质谱法研究[J]. 分析化学, 2007,35(9): 1319-1322.

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  • zhw19811005

    第3楼2013/09/02

    液液萃取用的还是比较多的

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  • flysky97

    第4楼2013/09/02

    嗯,感觉操作上来讲还是比较简单的,但是确实有些溶剂是有一定污染性的,做实验时应该注意!!

    zhw19811005(zhw19811005) 发表:液液萃取用的还是比较多的

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  • 透明

    第5楼2013/09/02

    没有用新的萃取方法试试?

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  • flysky97

    第6楼2013/09/03

    因为我的课题主要是别的方面,没有把重点放在萃取回收率的提高上……

    透明(zsj201204) 发表:没有用新的萃取方法试试?

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  • nphfm2009

    第7楼2013/09/03

    应助达人

    感觉文章的内容好复杂,有点看不懂

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  • flysky97

    第8楼2013/09/03

    sorry,我的错……

    其实就是萃取所用的溶剂、饱和用盐类、pH等条件……

    nphfm2009(nphfm2009) 发表:感觉文章的内容好复杂,有点看不懂

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  • denghaibin2012

    第9楼2013/09/07

    支持楼上的说法,我很中意你呀哦

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  • flysky97

    第10楼2013/09/09

    楼上?到底是支持我,还是支持他?

    中意?受宠若惊呀……你肯上照片吗?

    denghaibin2012(denghaibin2012) 发表:支持楼上的说法,我很中意你呀哦

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