泡腾和石墨化的多壁碳纳米管通过超高效液相色谱法辅助天然抗氧化剂的微萃取,电化学检测和四极杆飞行时间串联质谱
原文作者 Shu-Ling Wang, Xiao-Qing Pang, Jun Cao, Wan Cao, Jing-Jing Xu, Qiong-Yao Zhu,Qian-Yun Zhang, Li-Qing Peng
摘要:本文首次开发了泡腾和石墨化多壁碳纳米管辅助微萃取技术,用于山楂中抗氧化剂的提取。该方法的核心是使用由磷酸二氢钠,碳酸钠和微米级羧基石墨化多壁碳纳米管(萃取吸附剂)组成的泡腾片。在这项研究中,超高效液相色谱联用电化学检测和四极杆飞行时间串联质谱进行定性和定量分析山楂食品中的目标分析物。系统地评估了几个实验因素,如泡腾盐的量,吸附剂,洗脱时间和洗脱溶剂。在优化条件下,得到了R值优于0.9980的良好线性关系。信噪比为3:1的检测限为0.01至0.18 ng / mL。这些结果表明,该方法可能是未来食品分析中备选和有前景的样品制备工具。
关键词:抗氧化剂 石墨化多壁碳纳米管 泡腾辅助微萃取山楂 四极杆飞行时间串联质谱 超高效液相色谱电化学检测
3.3洗脱时间的影响
为了确定抗氧化剂的洗脱时间和提高解吸效率。带有目标分析物的尼龙膜,用超声波浴1–10分钟并与其他参数保持恒定。结果(图3B)表明,解吸效率随洗脱时间的增加而增加到7.5分钟。据我们所知,动态平衡过程是由分子扩散和对流传质驱动的。随着洗脱时间的增加,超声波处理能明显促进由固相进入洗脱溶剂时目标化合物的传质。然而,在峰面积响应略有下降的反应是观察所有被测试的分析物,超声时间超过7.5分钟。这可能是由小型真空气泡或者超声波产生的空隙所致。当这些小气泡或气泡剧烈坍塌时,样品溶液的温度迅速升高,影响了该方法的解吸量[23]。因此,以7.5分钟为最佳洗脱时间。
3.4羧基化多壁碳纳米管的数量
GMWCNTs-COOH的大比表面积和独特的结构结构为他们提供了非凡的吸收能力在样品萃取过程。分散剂用量对目标抗氧剂的萃取效率有显著影响。为了评估该参数的影响,当混合合泡腾盐重量为300mg时在每片中对不同量的GMWCNTs-COOH(5–20mg)进行了调查。如图3C所示,当吸附剂的浓度从5增加到10mg时,模型分析物的萃取性能有了显著的提高。这一方面可以归因于较高的固体支持量与试验的化合物具有更强的相互作用,并且提高了萃取过程的动力学,从而提高了萃取率。然而,当吸附剂加入量增加到15和20mg时,峰面积略有下降。一个可能的原因是如果过量的GMWCNTs-COOH用于制备时会发生结块。此外,分析物和吸附剂之间的相互作用增加可能导致洗脱过程产生不利影响。此外,值得注意的是,高剂量的纳米颗粒可以降低片剂成分之间的内聚力,并影响泡腾片的物理稳定性。因此,为了利用吸附最少获得最好的结果,10mg的GMWCNTs-COOH用于本研究。
3.5洗脱溶剂的选择
洗脱溶剂是控制微萃取过程解吸效率的重要因素。本研究采用了五种具有不同理化性质的洗脱溶剂,即乙酸乙酯、乙醇、乙腈、丙酮和甲醇。为了找出最佳洗脱溶剂,进行了一系列的实验研究。在图3D中发现乙酸乙酯、乙腈和丙酮洗脱后的峰面积较低,这表明由于活性氢原子的缺乏,它们不适合作为洗脱溶剂。在这些极性溶剂中,使用乙醇时观察到最大信号。乙醇中的水溶性抗氧化剂可能比甲醇中的电活性更强,可能发生强烈的电化学氧化反应,产生强烈的电化学信号。因此,选择乙醇作为后续实验的最佳洗脱溶剂,也符合绿色化学的要求。同样,乙醇用量(1 – 7ml)对分析物的解吸效率的影响也进行了研究(数据未示出)。结果表明,当体积小于3ml时,所有化合物的解吸能力都很差,但随着溶剂体积的减小,平衡系数增大,达到平衡状态的时间延长了[24]。此外,在3~7ml洗脱溶剂范围内,峰面积逐渐减少。它似乎在3ml乙醇中,所研究的分析物从固相吸附剂中被有效地充分洗脱。因此,选择3ml乙醇是最合适的。
3.6样品溶液的pH值
众所周知,样品溶液的pH值会影响溶质的电离程度,从而影响目标分析物与吸附剂之间的相互作用。在这项研究中,稀释剂pH值在5 - 9范围内使用1M磷酸和1 M氢氧化钠进行了评价。很明显从图3E可以看出,这些化合物在不同pH条件下出现不同的吸附性能。随着pH值的增加,直到pH为7的过程中,峰面积逐渐增大。在强酸性条件下,作为活性位点的羧基在GMWCNTs-COOH腔中可能被质子化和失去了与该研究的分析物有效的相互作用。。此外,羟基中的氧原子(pKa值为4.6 - 7.4)被质子化,这不利于吸附剂与模型化合物之间氢键的形成。只有疏水相互作用有助于吸附。然而,pH值(pH值8或9)的增加导致萃取水平急剧下降。当pH值较大时,抗氧化剂的高水溶性降低了它们对吸附的亲和力。此外,分析物的阴离子形式在很大程度上削弱了在分析物和GMWCNTs-COOH之间的的氢键相互作用。因此,所有抗氧化剂的吸附剂的萃取效率迅速降低。根据这些结果,所有进一步的微提在pH 7进行。
3.7.不同吸附剂的比较
该固体支持物对食品中的水溶性抗氧化剂的测定的提取效率(GMWCNTs-COOH)与其他吸附剂包括GMWCNTs-COOH,MWCNTs-COOH,多壁碳纳米管,相比,其结果在图3F证明。与多壁碳纳米管的吸附能力相比,MWCNTs-COOH的萃取性能更明显对大多数化合物而言,更为不好的是儿茶素、表儿茶素。可能的解释如下:在多壁碳纳米管的内部管腔的羰基
官能团羧基提供分析物和吸附剂之间更好的相互作用;具有疏水性表面的多壁碳纳米管可以与具有疏水性的儿茶素、表儿茶素更容易耦合。此外,图3F显示具有较高纯度的石墨吸附剂和更完美的晶格表现出比比原始多壁碳纳米管和MWCNTs-COOH相对较高的提取效率。在被检查物质中发现GMWCNTs-COOH使所有目标分析物的萃取率最高。与GMWCNTs-OH和GMWCNTs相比,目标化合物和GMWCNTs-COOH之间更强的相互作用,包括静电和氢键作用,在样品制备过程中由于其活性羧基中获得。在上述讨论的基础上,GMWCNTs-COOH采用合适的固相吸附剂在EAM中。
3.8.验证方法的有效性
为了验证所提出的方法,对校正曲线、精密度和检出限(LODs)进行了研究。,以0.1至10ng/mL的儿茶酚、绿原酸、咖啡酸、表儿茶素浓度和从0.6到60ng/mL的原儿茶酸、阿魏酸、金丝桃苷和异槲皮苷浓度为标准,提取六个工作液标准的线性度。所有的抗氧化剂都有良好的线性关系,r2值大于0.9980(表2)。所提出的方法的精度是通过测量重复性和再现性而进行的一系列重复测量中得到的最接近分析结果程度的度量。在1天内2ng/ml的标准溶液的六次重复评估了日内重复性精密度,结果表明,相对标准偏差(RSD%)分别为保留时间的0.02%~0.12%,峰面积的0.48%~1.71%。在重现性条件下,连续三天测定同一样品溶液中的日重复性,RSD%值小于3.66%。如表2所示,样本之间的可重复性研究是五次并行执行的使用GMWCNTs-COOH提取的山楂样品(液体样品,50 L;固体样品,16.7g/ml)。相对标准偏差分别小于保留时间的0.21%和峰面积的5.13%。这些证实了所提出方法的良好精度。LODs,表示为浓度、氯、或数量,QL,是从最小的措施,XL,对于给定的分析过程,可以以合理的确定性被检测。XL的值是由等式给出的:
XL =macr;Xbi ksbi,
在macr;xbi为空白的措施意味着,s为标准偏差的本空白的措施,K是一个根据所要求的置信水平的选择(IUPAC建议)的一个数值的因素。检出限的估计范围是在0.01–0.1ng/mL。通过比较各化合物在微萃取前后的峰面积计算出富集系数范围为15~683。因此,所建立的方法准确可靠,可用于检测山楂食品中的目标分析物。
表2
所研究的化合物的线性回归数据,精密度和检出限(LODS)
评价项目 校准曲线 R 精密度(RSD%) LODs 日内 日间 重复性 重复性 重复性 样品间 (n = 6) (n = 3) (RSD%)n = 5 保留时间 峰面积 保留时间 峰面积 保留时间 峰面积 (ng/mL)a (ng/mL)b |
原儿茶酸y = 3.8849x 0.4762 0.9993 0.07 1.56 0.45 3.21 0.10 3.79 2.56 0.17 儿茶素 y = 71.429x minus; 51.382 0.9989 0.10 0.48 0.70 2.59 0.09 4.13 6.83 0.01 绿原酸 y = 44.031x 7.5244 0.9991 0.10 0.67 0.78 2.11 0.11 3.46 7.30 0.02 咖啡酸 y = 34.101x minus; 29.867 0.9998 0.09 0.79 0.69 2.96 0.12 3.98 3.21 0.03 表儿茶素y = 73.879x 5.3933 0.9997 0.12 0.51 1.01 3.63 0.21 4.96 9.46 0.02 阿魏酸 y = 13.577x minus; 4.9145 0.9987 0.02 1.41 0.23 2.84 0.06 4.33 17.20 0.07 金丝桃苷y = 7.8268x 1.8277 0.9986 0.05 0.76 0.32 2.13 0.04 5.13 15.10 0.13 异槲皮苷y = 5.1873x 0.4836 0.9996 0.06 1.71 0.39 3.66 0.10 4.05 15.10 0.18 |
a增强前
b增强后
图4, 标准溶液的色谱图(分析物浓度为125 ng / mL,A1:增强前;A2:强化后)和三个样品(B1:Hawthorn)在增强,B2:Hawthorn后增强;C1:果丹皮增强前,C2:果丹皮后增强;D1:alpha;山楂饮料之前增强,D2:增强后的山楂山楂饮料。分析:(1)原儿茶酸,(2)儿茶素,(3)绿原酸,(4)咖啡酸(5)表儿茶素,(6)阿魏酸,(7)金丝桃苷,(8)异槲皮苷
3.9.样品分析
为了进一步证明其可靠性和适用性,我们使用七种真实食品来验证提出的和优化的EAM方法。图4显示了一个标准工作液和真正的抗氧化剂山楂食的uhplc-ecd色谱图。很明显,原儿茶酸、儿茶素比例在微提取后至少0.2在图4A2中看出,虽然原儿茶酸/儿茶素比例至少超过1在图4 A1中。这一发现表明,在EAM方法中,目标化合物的化学结构和物化性质对分析物的提取效率起着重要的作用。如表3所示,七个样品中的八个分析物的含量在0.15~6.73纳克/毫升之间。另外,每种抗氧化剂的绝对萃取回收率都要评估。这个参数被定义为可用EAM有效提取的总分析物的百分比,并用乙醇(25)进一步洗脱。绝对提取回收率超过15 - 96%(表3)。这些结果表明,所建立的方法将是在复杂食品中检测这种分子的一种理想的替代工具。
表3
样品的含量和平均回收率
评价项目 含量(ng/ml) 绝对的提取 回收率% 山楂 山楂卷 山楂鳞片 三明治山楂 alpha;-山楂饮料 宜信山楂饮料 味之王山楂饮料 |
原儿茶酸2.30 0.75 1.06 0.57 1. 剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料 Effervescence and graphitized multi-walled carbon nanotubes assisted microextraction for natural antioxidants by ultra high performance liquid chromatography with electrochemical detection and quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry Shu-Ling Wang, Xiao-Qing Pang, Jun Cao, Wan Cao, Jing-Jing Xu, Qiong-Yao Zhu,Qian-Yun Zhang, Li-Qing PengCollege of Material Chemistry and Chemical Engineering, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China Abstact: In this article, effervescence and graphitized multi-walled carbon nanotubes assisted microextraction was first developed for the extraction of antioxidants in hawthorn samples. The use of an effervescent tablet composed of sodium dihydrogen phosphate, sodium carbonate and micro-scale carboxyl graphitized multi-walled carbon nanotubes (extraction sorbent) was the core of the method. In this study, ultra high performance liquid chromatography coupled with electrochemical detection and quadrupole timeof-flight tandem mass spectrometry was performed for qualitative and quantitative analyses of target analytes in hawthorn foodstuffs. Several experimental factors, such as amount of effervescent salts, the sorbent, elution time and elution solvent, were systematically assessed. Under the optimized conditions, a good linearity with R values better than 0.9980 was obtained. The detection limits estimated at a signalto-noise ratio of 3:1 were ranging from 0.01 to 0.18 ng/mL. These results suggested that the proposed method could be an alternative and promising sample preparation tool in future food analysis. Keywords: Antioxidants Graphitized multi-walled carbon nanotubes Effervescence assisted microextraction Hawthorn Quadrupole time-of-flight tandem massspectrometry Ultra high performance liquid chromatography with electrochemicaldetection 3.3. Effect of elution time In order to determine the elution time and improve desorption efficiency of antioxidants. The nylon membrane with target analytes was sonicated in an ultrasonic bath for 1–10 min with other parameters kept constant. The results (Fig. 3B) indicate that desorption efficiency increases with the increasing elution time up to 7.5 min. To the best of our knowledge, the dynamic equilibrium process was driven by both molecular diffusion and convective mass transfer. With the elution time increasing, ultrasonication could obviously promote mass transfer of target compounds from solid phase into the elution solvent. However, a slight decrease in the peak area response is observed for all of the tested analytes when ultrasonication time exceeds 7.5 min. This may be caused by small vacuum bubbles or void produced by ultrasonication. When these small vacuum bubbles or void violently collapsed, the temperature of sample solution rose rapidly, which influenced desorption quantity of the proposed method [23]. Therefore, 7.5 min was employed as the optimum elution time. 3.4. Amount of carboxyl graphitized multi-walled carbon nanotubes The large specific surface area and unique structure of the GMWCNTs-COOH provided them with extraordinary absorption capability during the procedure of sample microextraction. The amount of dispersive sorbent may have a significant influence on extraction efficiency of the target antioxidants. To evaluate the effect of this parameter, different amounts of GMWCNTs-COOH (5–20 mg) were investigated in each tablet when the weight of mixed effervescent salts was 300 mg. As shown in Fig. 3C, as the concentration of sorbent increases from 5 to 10 mg, extraction performances of the model analytes are remarkably improved. This aspect could be attributed to the fact that higher amounts of the solid support presented a stronger interaction with the tested compounds as well as enhanced the kinetics of the extraction process, thus, improved extraction yields. However, the peak areas slightly decrease when the addition of sorbents is increased to 15 and 20 mg. A possible reason was that agglomeration would happen if excessive amounts of GMWCNTs-COOH were used in the preparation. In addition, the increasing interaction between the analytes and sorbents may result in a disadvantage in the elution process. Furthermore, it should be emphasized that higher dose of nanoparticles could reduce the cohesion between the tablet components and affected the physical stability of effervescent tablets. Consequently, in order to obtain the best results using the least amount of sorbent, 10 mg of GMWCNTs-COOH were used for the present study. 3.5. Selection of elution solvent The elution solvent is an important factor controlling the desorption efficiency of microextraction process. In this study, five kinds of elution solvent having different physicochemical properties were used, namely, ethyl acetate, ethanol, acetonitrile, acetone and methanol. A series of experiments was investigated to find out the best eluting solvent among them. It is found in Fig. 3D that lower peak areas are achieved after eluting with ethyl acetate, acetonitrile and acetone, which demonstrate they were not suitable as elution solvent due to the lack of active hydrogen 剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料 资料编号:[280319],资料为PDF文档或Word文档,PDF文档可免费转换为Word |
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