基本介紹
膠束介質萃取的概述,膠束介質萃取原理,膠束介質萃取過程最佳化,表面活性劑種類和濃度,溶液pH值,平衡溫度和時間,離子強度和離心時間,膠束介質萃取的套用進展,膠束介質萃取用於分離富集無機金屬離子,膠束介質萃取用於分離富集有機樣品,
膠束介質萃取的概述
膠束介質萃取(micelle-mediatedextraction，MME)，也稱濁點萃取(cloudpointextraction，CPE)，是近年來發展起來的一種特殊液液萃取分離技術，它是利用表面活性劑膠束水溶液的增溶性和濁點現象，改變實驗參數引發相分離，可以使表面活性劑結合的疏水性物質與親水性物質達到理想的分離效果，從而可以提高回收率和預富集因子。與上述傳統前處理方法比較，該方法只需要一定濃度的表面活性劑，具有試劑用量小、環境友好、萃取效率高、操作簡便等優點，已廣泛套用於環境樣品、醫藥樣品和固體樣品的前處理中。
膠束介質萃取原理
表面活性劑的分子結構由兩部分組成，分子的一端是親油的非極性基團，也稱為疏水基；分子的另一端是親水的極性基團或離子基團，也稱為親水基。隨著表面活性劑水溶液濃度的增加，表面活性劑分子疏水基聚集成核，親水基向外張開形成膠束。表面活性劑產生膠束的最小濃度稱為臨界膠束濃度（CMC）。表面活性劑的類型和溶液條件不同，形成的膠束形態也不相同，可能是圓形、橢球形或棒狀膠束。
均一的非離子表面活性劑水溶液溶解度隨溫度升高而降低，在升至一定溫度時出現渾濁，這個溫度被稱為該表面活性劑的濁點（CP）。經過放置或離心後可以得到兩個透明的液相：一相為小體積的表面活性劑相（或膠束相，約占總體積的5%）；另一相為水相（其中表面活性劑濃度為CMC）。該過程可逆，若降低溫度，則兩相消失再次形成均一溶液。樣品中的疏水性物質與表面活性劑的疏水基結合，被萃取進入膠束相，親水性物質則留在水相中，這種利用濁點現象使得樣品中疏水性物質與親水性物質分離的萃取方法即為膠束介質萃取法。同時，由於膠束相的體積遠小於水相，分析物在與基體成分分離的同時還可以得到一定程度的富集。
最初研究人員認為由於膠束的增長和聚集，或者溫度升高使得非離子表面活性劑中聚氧乙烯鏈的構象發生變化而導致了相分離；也有研究人員認為相分離是由溶液的內能競爭所引起的；最近有報導提出，由於形成了連線的膠束網路或者是由於水與表面活性劑分子間強的取向相互作用（H鍵作用）而導致了相分離。儘管研究人員開展了大量的研究，關於濁點現象引發相分離的原理仍然存在爭議。目前較為普遍的解釋是，隨著溫度升高，表面活性劑極性基團水化層被破壞，引起膠束內斥力降低和膠束聚集體劇增，從而導致了相分離。
膠束介質萃取過程最佳化
膠束介質萃取法無須使用專門儀器，操作非常簡單，首先在待測樣品溶液中加入表面活性劑溶液，初始表面活性劑濃度需大於CMC，以確保膠束聚集體的形成；隨後改變條件引發相分離，如升高或降低溫度，加入適量的鹽或其它添加劑如絡合劑，必要時可以離心以加速相分離，分離出的表面活性劑相可直接測定或採用合適的溶劑稀釋，降低黏度後進行測定。
表面活性劑種類和濃度
濁點溫度與表面活性劑分子結構和濃度相關。當表面活性劑中疏水鏈長度相同時，親水鏈長度增加，濁點溫度升高，待測物的D、CF和θ下降；相反，親水鏈長相同時，疏水鏈長度增加，濁點溫度下降，待測物的E提高，但分配係數D和相體積比θ有所降低。增大表面活性劑的濃度可提高E，θ隨之增大，而CF和D同時減小。為了提高CF，可以降低表面活性劑的濃度。但若表面活性劑濃度太低，則分層後膠束相體積太小，不利於萃取後兩相分離，影響方法的準確性和重現性。因此，用於膠束介質萃取的理想表面活性劑應具有合適的疏水性和適宜的濃度，以得到理想的濁點溫度、最大的萃取率、較小的體積，從而使得膠束介質萃取的操作方便，相分離簡單，並提高富集倍數。目前除非離子表面活性劑（如Triton X系列、Brij系列等）外，也有一些研究報導採用兩性離子表面活性劑和離子型表面活性劑（如SDS、SDSA等）進行膠束介質萃取。
溶液pH值
溶液的pH值對膠束介質萃取的影響與被萃取物及表面活性劑的性質有關。在有機物的萃取中，對於酸性或鹼性的被萃取物，溶液pH值可影響其萃取效率；中性分子電離後疏水性降低，與膠束的結合不如其中性未電離時強。在萃取生物樣品如蛋白質時，體系pH值應控制在等電點附近，此時蛋白質具有較強的疏水性，易被萃取進入表面活性劑相。對於金屬離子的萃取，需要加入絡合劑形成疏水性的絡合物，才能萃取到表面活性劑相，pH值影響絡合物的形成，從而影響萃取效率。如Cr（Ⅲ）的萃取，只有在鹼性pH值條件下，Cr（Ⅲ）才能形成穩定的水配合物，從而增強與絡合劑間的反應活性，促進疏水性絡合物的形成，提高萃取效率。體系的pH值對於非離子型表面活性劑的影響不大，但對離子型表面活性劑，特別是陰離子表面活性劑的影響較大。
平衡溫度和時間
平衡溫度和時間對膠束介質萃取的影響較大，特別是在萃取穩定的無機樣品時。一般來說，提高平衡溫度，萃取效率和濃縮因子增大。要達到較好的萃取效果，平衡溫度至少要比表面活性劑的濁點溫度高出15～20℃。增長平衡時間會提高萃取率，但過長的平衡時間對於萃取率無明顯影響。對於金屬離子的萃取，平衡時間需要保證大於其絡合反應的時間，通常平衡時間在10min以上即可以獲得較好的萃取效果。
離子強度和離心時間
儘管在進行最佳化時也會考察離子強度和離心時間的影響，但兩者對於萃取效率並無明顯影響。離子強度的改變對萃取效率、分配係數（D）和相體積比（θ）無明顯影響。但一些惰性鹽的加入可以改變表面活性劑的濁點溫度，使水相密度加大，便於兩相分離。離心時間並不影響萃取率，但可以促進兩相分離。對於濁點溫度較高的體系，室溫下較長時間離心有可能引起相分離逆轉，反而會降低萃取效率。一般而言，比較推薦的離心時間為5-10min。
膠束介質萃取的套用進展
膠束介質萃取用於分離富集無機金屬離子
Wantannabe等最早將膠束介質萃取用於金屬離子的測定，採用PONPE-7.5作為表面活性劑，從水中富集了鋅離子。此後膠束介質萃取技術廣泛套用於分離富集痕量金屬元素。金屬離子的膠束介質萃取操作十分簡單，在待測樣品溶液中加入絡合劑和表面活性劑，樣品中的金屬離子與絡合劑反應生成絡合物，加入適當的添加劑，在水浴中加熱至濁點，趁熱離心分離，冷卻後除去水相，適當稀釋膠束相即可進行測定。通過選擇合適的絡合劑，基本上大多數金屬離子都可以採用膠束介質萃取的方法進行分離。在多數情況下，pH值對於萃取效果的影響較大，在進行金屬離子的膠束介質萃取操作時，體系pH值的調節顯得尤為重要。
Shokrollahi等將膠束介質萃取和浮選法相結合，以PAR作為絡合劑，從水樣和血樣中分離富集痕量Zn2+，方法選擇性強、靈敏度高。在體系pH值為5.2時，萃取效果最好。
膠束介質萃取用於分離富集有機樣品
由於其操作條件溫和，且分離後不需復性，膠束介質萃取技術特別適合用來處理生物樣品。膠束介質萃取可用於分離膜蛋白、酶、動植物和細菌的受體，還可與色譜法聯用替代硫酸銨分級法作為純化蛋白質的最初步驟。Bordier最早將膠束介質萃取用於生物學領域。最初膠束介質萃取主要用於疏水性蛋白質的分離富集。Saitoh等首先報導了在兩性型離子表面活性劑中引入疏水性親和試劑辛基－β－D－葡萄糖苷後，可以用來萃取親水性的抗生物素蛋白和己糖激酶，而加入非離子表面活性劑TX-114卻不能有效地萃取出這兩種親水性蛋白質。
