異丙醇－鹽－水體系萃取分離蘇丹紅I-IV

郭名霞，何池洋

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異丙醇－鹽－水體系萃取分離蘇丹紅I-IV

郭名霞，何池洋*

(武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430073)

基于異丙醇－鹽－水雙水相體系建立一種萃取分離蘇丹紅I-IV的新方法，考察了鹽的種類及用量、蘇丹紅濃度對(duì)該體系萃取行為的影響。研究結(jié)果表明在異丙醇－K2CO3－水體系中蘇丹紅萃取率達(dá)92%-102%，線性檢測(cè)范圍為0.1-20 μg·mL-1，檢出限均為10 ng·mL-1(S/N=3)。該方法操作簡(jiǎn)便、無污染，與液相色譜法聯(lián)用有望能用于復(fù)雜樣品中蘇丹紅I-IV的檢測(cè)。

異丙醇; 雙水相; 蘇丹紅I-IV; 萃取; 高效液相色譜

蘇丹紅是一類紅色偶氮類染料（其化學(xué)式和結(jié)構(gòu)式如圖1所示），主要用于工業(yè)和科學(xué)研究中的染色[1]。已有研究表明，蘇丹紅具有一定的致癌性[1]。中國及許多歐盟國家和地區(qū)都禁止將其用于食品生產(chǎn)。然而，仍有不少食品廠家非法將其作為食用色素，以改善食品色澤，降低成本。為此不少國家已制定出相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。由于一般樣品中蘇丹紅濃度低，直接分析較困難，通常在檢測(cè)前需富集濃縮。目前蘇丹紅的預(yù)富集濃縮方法大多采用傳統(tǒng)的液液萃取和固相萃取[1-4]。由于此兩種方法均使用有毒的有機(jī)熔劑，污染環(huán)境，且危害檢測(cè)人員的身體健康，同時(shí)操作步驟也繁瑣，因而急需研究出綠色、無污染、操作簡(jiǎn)便的富集分離方法。

雙水相體系是一種新型無污染且操作簡(jiǎn)便的萃取體系[5]。雙水相體系一般是含一種聚合物和無機(jī)鹽的水溶液，或兩種不同水溶性聚合物的水溶液，在一定條件下溶液會(huì)分成界面清晰的兩層水相[5]。由于表面性質(zhì)、電荷作用和各種作用力（如疏水作用，離子鍵，氫鍵）等因素的影響，被分離的物質(zhì)在雙水相體系兩相間的分配系數(shù)不同，導(dǎo)致其在上下相的濃度不同，從而達(dá)到分離的目的。雙水相萃取體系已廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、食品化工和藥物分離等領(lǐng)域[5-8]，具有廣闊的應(yīng)用前景。雙水相體系有望能用于蘇丹紅的萃取分離中，然而目前國內(nèi)外尚未見報(bào)道。本文基于異丙醇—鹽—水雙水相體系，通過考查鹽的種類、鹽的用量和蘇丹紅濃度對(duì)其萃取率影響，建立了一種萃取分離蘇丹紅I-IV的新方法。

蘇丹紅I

蘇丹紅II

蘇丹紅III

蘇丹紅IV

圖1 蘇丹紅I-IV的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀：SPD-10Avp SHIMADZU VWD紫外檢測(cè)器，LC-10ATvp SHIMIDZU 單元泵，江申色譜工作站。色譜柱：Shim Pack UP-ODS（150×4.6 mm）。

蘇丹紅I-IV（>99%）、甲醇（>99.8%，色譜純 ）、乙腈（>99.8%，色譜純）、異丙醇（>99.5%，分析純）、甲酸（>88.0%，分析純）、碳酸鉀（>99.0%，分析純）、磷酸氫二鉀（>99.0%，分析純）和氫氧化鉀（>82%，分析純）均購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所用水均為二次蒸餾水。

1.2 蘇丹紅I-IV樣品溶液的配制

準(zhǔn)確稱取0.1 g蘇丹紅I-IV，用乙腈溶解定容至100 mL，即為各種蘇丹紅的貯備液，濃度均為1 mg·mL-1。以乙腈為溶劑將貯備液稀釋至100 μg·mL-1，即為蘇丹紅樣品工作液。

1.3 雙水相體系的制備

于一個(gè)帶刻度的10 mL具塞離心管中，依次加入適量鹽、蘇丹紅溶液、5.0 mL 水和0.5 mL異丙醇，旋渦混合1-2 min后，離心10 min (1800 rpm)，得到界面清晰的兩相，讀取上相體積u。

直接吸取上相進(jìn)液相色譜儀測(cè)定其中蘇丹紅的濃度，計(jì)算萃取率，描述蘇丹紅在雙水相中的分配行為。萃取率的計(jì)算公式為：%=(u·/m)×100%，式中指加入的蘇丹紅質(zhì)量，指上相中蘇丹紅的質(zhì)量濃度。

1.4 色譜分析條件

流動(dòng)相：含0.1%甲酸的甲醇溶液，或0.1%乙酸水溶液+乙腈（30:70, v/v）；流速：1.0 mL·min-1；柱溫：室溫；檢測(cè)波長(zhǎng)：480 nm；進(jìn)樣體積：20 μL（通過定量管進(jìn)樣）。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)相的選擇

實(shí)驗(yàn)中考察了兩種流動(dòng)相對(duì)蘇丹紅I-IV的分離效果及保留時(shí)間的影響。所采用的流動(dòng)相組成及流速分別是：A. 含0.1%甲酸的甲醇溶液，流速1.0 mL·min-1；B. 0.1%乙酸水溶液+乙腈 (30:70，v/v），流速1.0 mL·min-1。所用的蘇丹紅濃度均為5 μg·mL-1。所得的色譜圖見圖2和圖3。

圖2 蘇丹紅I-IV混合液的HPLC色譜圖: (a) 流動(dòng)相A; (b) 流動(dòng)相B.

可見，當(dāng)使用流動(dòng)相A時(shí)，蘇丹紅I-IV均能較好分離，且保留時(shí)間均在10 min以內(nèi)，利于快速分析，因而在考察蘇丹紅染料在雙水相體系中的分配行為時(shí)可采用此流動(dòng)相。本文在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中采用流動(dòng)相A。

當(dāng)使用流動(dòng)相B時(shí)，蘇丹紅I-IV分離得更開，利于復(fù)雜體系中蘇丹紅系列染料的分離，且保留時(shí)間均小于30 min，因而該流動(dòng)相適用于復(fù)雜樣品中蘇丹紅I-IV的分離分析。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別吸取濃度為100 μg·mL-1的蘇丹紅工作液5 μL、25 μL、50 μL、0.1 mL、0.25 mL、0.35 mL、0.5 mL、0.75 mL和1 mL于10支離心管中，用乙腈稀釋至5 mL，得到濃度分別為0.1μg·mL-1、0.5μg·mL-1、1 μg·mL-1、2 μg·mL-1、5 μg·mL-1、7 μg·mL-1、10 μg·mL-1、15 μg·mL-1和20 μg·mL-1的蘇丹紅標(biāo)準(zhǔn)溶液。定量進(jìn)樣20 μL蘇丹紅標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)入液相色譜分析，所用流動(dòng)相為含0.1%甲酸的甲醇溶液。以各色譜峰面積和相應(yīng)蘇丹紅的濃度繪制蘇丹紅系列染料的標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程及相應(yīng)相關(guān)系數(shù)如表1所示。可見，蘇丹紅I-IV濃度在0.1-20 μg·mL-1范圍內(nèi)，各組分的色譜峰面積與其濃度均具有很好的線性關(guān)系，表明該方法具有較寬線性范圍。

表1 蘇丹紅染料的標(biāo)準(zhǔn)曲線及相應(yīng)相關(guān)系數(shù)

2.3 鹽對(duì)雙水相體系分相行為的影響

為了選擇較合適的鹽及其用量，實(shí)驗(yàn)中考察了鹽的種類及其用量對(duì)雙水相體系分配行為的影響。所考察的鹽為K2HPO4、K2CO3和KOH。圖3是雙水相的上相體積u隨鹽的種類及用量而變化的情況。如圖3所示，當(dāng)加入2.5-4.5 g K2HPO4時(shí)，上相體積呈下降趨勢(shì)；而加入2.5-4.5 g K2CO3或2.5-4.5 g KOH時(shí)，上相體積變化不大。其中在K2CO3體系中，上相的體積最小，即該體系的富集倍數(shù)最大，富集倍數(shù)為5.0-5.5。

2.4 鹽對(duì)蘇丹紅萃取率的影響

研究了鹽的種類及用量對(duì)其萃取率的影響。當(dāng)0.5mL異丙醇用于萃取含7.5 μg蘇丹紅I-IV的水溶液時(shí)，K2HPO4、K2CO3和KOH三種鹽對(duì)蘇丹紅萃取率的影響各不相同。結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。當(dāng)2.5g-4.5g K2HPO4和2.5-5.0 g KOH用作分相鹽時(shí)，蘇丹紅染料的萃取率不穩(wěn)定，因均不是理想的分相鹽。只有使用2.0g-4.5g K2CO3時(shí)，蘇丹紅I-IV的萃取率均比較穩(wěn)定，且最高萃取率可分別達(dá)到99%、109%、99%和101%，因而較適合作為分相鹽用于定量萃取蘇丹紅。綜合考慮到該體系中富集倍數(shù)最佳，因此本實(shí)驗(yàn)采用4.5 g K2CO3作為分相鹽。

圖3 鹽的種類及用量對(duì)上相體積的影響

圖4 磷酸氫二鉀用量對(duì)蘇丹紅萃取率的影響

圖5 碳酸鉀用量對(duì)蘇丹紅萃取率的影響

圖6 氫氧化鉀用量對(duì)蘇丹紅萃取率的影響

2.5 分析物濃度對(duì)萃取率的影響

考察了蘇丹紅濃度對(duì)其萃取率的影響。以4.5 g K2CO3為分相鹽，0.5 mL異丙醇為萃取劑，分別研究了1 μg·mL-1、5 μg·mL-1和10 μg·mL-1三種不同濃度的蘇丹紅I--IV溶液在異丙醇—K2CO3—水體系中的分配行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。可見蘇丹紅濃度對(duì)其萃取率的影響不大。另外，經(jīng)異丙醇—K2CO3—水體系富集后，測(cè)得蘇丹紅I-IV的檢出限均為10 ng·mL-1(S/N=3)。

圖7 蘇丹紅濃度對(duì)其萃取率的影響

3 結(jié)論

基于異丙醇—K2CO3—水雙水相體系，建立了一種萃取分離蘇丹紅的新方法。與傳統(tǒng)的液液萃取或固相萃取相比，該方法操作簡(jiǎn)單，萃取上相可直接進(jìn)入液相色譜儀分析；萃取效率高，經(jīng)一次萃取便可達(dá)到理想的萃取率；不使用有毒的有機(jī)溶劑，且只需要極少量的萃取劑，因而對(duì)環(huán)境無污染。這種新型萃取方法與高效液相色譜法聯(lián)用，有望能用于復(fù)雜樣品（如食品）中微量蘇丹紅的富集、分離和測(cè)定。

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Extraction of Sudan I-IV Using 2-Propanol–Salt–H2O System

GUO Ming-xia, HE Chi-yang

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

Based on the 2-propanol–salt–H2O system, a new extraction method was developed for the separation of Sudan I-IV from water sample. The effect of salt type, salt amount and dye concentration on extraction behavior of the aqueous two-phase system were investigated. Results showed that in 2-propanol–K2CO3–H2O system the extraction efficiencies of dyes were 92-102%, the linear detection range were 0.1-20 μg·mL-1, and the detection limitation was 10 ng·mL-1(S/N=3). Compared with traditional methods, the new extraction method is simpler and more environmentally friendly. When coupled with HPLC method, the proposed extraction method could be potentially used for the determination of Sudan I-IV in food samples.

2-Propanol; Aqueous Two-Phase System; Sudan I-IV; Extraction; High-Performance Liquid Chromatography

O652.62

A

2095－414X(2013)03－0072－04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20775003).

何池洋（1968-），男，博士，教授，研究方向：色譜及分離分析.