[科普中国]-胶束介质萃取

胶束介质萃取(micelle-mediated extraction，MME)，也称浊点萃取(cloudpoint extraction，CPE)，是近年来发展起来的一种特殊液液萃取分离技术，它是利用表面活性剂胶束水溶液的增溶性和浊点现象，改变实验参数引发相分离，可以使表面活性剂结合的疏水性物质与亲水性物质达到理想的分离效果，从而可以提高回收率和预富集因子。与上述传统前处理方法比较，该方法只需要一定浓度的表面活性剂，具有试剂用量小、环境友好、萃取效率高、操作简便等优点，已广泛应用于环境样品、医药样品和固体样品的前处理中。

胶束介质萃取的概述胶束介质萃取(micelle-mediatedextraction，MME)，也称浊点萃取(cloudpointextraction，CPE)，是近年来发展起来的一种特殊液液萃取分离技术，它是利用表面活性剂胶束水溶液的增溶性和浊点现象，改变实验参数引发相分离，可以使表面活性剂结合的疏水性物质与亲水性物质达到理想的分离效果，从而可以提高回收率和预富集因子。与上述传统前处理方法比较，该方法只需要一定浓度的表面活性剂，具有试剂用量小、环境友好、萃取效率高、操作简便等优点，已广泛应用于环境样品、医药样品和固体样品的前处理中1。

胶束介质萃取原理表面活性剂的分子结构由两部分组成，分子的一端是亲油的非极性基团，也称为疏水基；分子的另一端是亲水的极性基团或离子基团，也称为亲水基。随着表面活性剂水溶液浓度的增加，表面活性剂分子疏水基聚集成核，亲水基向外张开形成胶束。表面活性剂产生胶束的最小浓度称为临界胶束浓度（CMC）。表面活性剂的类型和溶液条件不同，形成的胶束形态也不相同，可能是圆形、椭球形或棒状胶束。

均一的非离子表面活性剂水溶液溶解度随温度升高而降低，在升至一定温度时出现浑浊，这个温度被称为该表面活性剂的浊点（CP）。经过放置或离心后可以得到两个透明的液相：一相为小体积的表面活性剂相（或胶束相，约占总体积的5%）；另一相为水相（其中表面活性剂浓度为CMC）。该过程可逆，若降低温度，则两相消失再次形成均一溶液。样品中的疏水性物质与表面活性剂的疏水基结合，被萃取进入胶束相，亲水性物质则留在水相中，这种利用浊点现象使得样品中疏水性物质与亲水性物质分离的萃取方法即为胶束介质萃取法。同时，由于胶束相的体积远小于水相，分析物在与基体成分分离的同时还可以得到一定程度的富集。

最初研究人员认为由于胶束的增长和聚集，或者温度升高使得非离子表面活性剂中聚氧乙烯链的构象发生变化而导致了相分离；也有研究人员认为相分离是由溶液的内能竞争所引起的；最近有报道提出，由于形成了连接的胶束网络或者是由于水与表面活性剂分子间强的取向相互作用（H键作用）而导致了相分离。尽管研究人员开展了大量的研究，关于浊点现象引发相分离的原理仍然存在争议。目前较为普遍的解释是，随着温度升高，表面活性剂极性基团水化层被破坏，引起胶束内斥力降低和胶束聚集体剧增，从而导致了相分离。

胶束介质萃取过程优化胶束介质萃取法无须使用专门仪器，操作非常简单，首先在待测样品溶液中加入表面活性剂溶液，初始表面活性剂浓度需大于CMC，以确保胶束聚集体的形成；随后改变条件引发相分离，如升高或降低温度，加入适量的盐或其它添加剂如络合剂，必要时可以离心以加速相分离，分离出的表面活性剂相可直接测定或采用合适的溶剂稀释，降低黏度后进行测定。

表面活性剂种类和浓度浊点温度与表面活性剂分子结构和浓度相关。当表面活性剂中疏水链长度相同时，亲水链长度增加，浊点温度升高，待测物的D、CF和θ下降；相反，亲水链长相同时，疏水链长度增加，浊点温度下降，待测物的E提高，但分配系数D和相体积比θ有所降低。增大表面活性剂的浓度可提高E，θ随之增大，而CF和D同时减小。为了提高CF，可以降低表面活性剂的浓度。但若表面活性剂浓度太低，则分层后胶束相体积太小，不利于萃取后两相分离，影响方法的准确性和重现性。因此，用于胶束介质萃取的理想表面活性剂应具有合适的疏水性和适宜的浓度，以得到理想的浊点温度、最大的萃取率、较小的体积，从而使得胶束介质萃取的操作方便，相分离简单，并提高富集倍数。目前除非离子表面活性剂（如Triton X系列、Brij系列等）外，也有一些研究报道采用两性离子表面活性剂和离子型表面活性剂（如SDS、SDSA等）进行胶束介质萃取2。

溶液pH值溶液的pH值对胶束介质萃取的影响与被萃取物及表面活性剂的性质有关。在有机物的萃取中，对于酸性或碱性的被萃取物，溶液pH值可影响其萃取效率；中性分子电离后疏水性降低，与胶束的结合不如其中性未电离时强。在萃取生物样品如蛋白质时，体系pH值应控制在等电点附近，此时蛋白质具有较强的疏水性，易被萃取进入表面活性剂相。对于金属离子的萃取，需要加入络合剂形成疏水性的络合物，才能萃取到表面活性剂相，pH值影响络合物的形成，从而影响萃取效率。如Cr（Ⅲ）的萃取，只有在碱性pH值条件下，Cr（Ⅲ）才能形成稳定的水配合物，从而增强与络合剂间的反应活性，促进疏水性络合物的形成，提高萃取效率。体系的pH值对于非离子型表面活性剂的影响不大，但对离子型表面活性剂，特别是阴离子表面活性剂的影响较大。

平衡温度和时间平衡温度和时间对胶束介质萃取的影响较大，特别是在萃取稳定的无机样品时。一般来说，提高平衡温度，萃取效率和浓缩因子增大。要达到较好的萃取效果，平衡温度至少要比表面活性剂的浊点温度高出15～20℃。增长平衡时间会提高萃取率，但过长的平衡时间对于萃取率无明显影响。对于金属离子的萃取，平衡时间需要保证大于其络合反应的时间，通常平衡时间在10min以上即可以获得较好的萃取效果。

离子强度和离心时间尽管在进行优化时也会考察离子强度和离心时间的影响，但两者对于萃取效率并无明显影响。离子强度的改变对萃取效率、分配系数（D）和相体积比（θ）无明显影响。但一些惰性盐的加入可以改变表面活性剂的浊点温度，使水相密度加大，便于两相分离。离心时间并不影响萃取率，但可以促进两相分离。对于浊点温度较高的体系，室温下较长时间离心有可能引起相分离逆转，反而会降低萃取效率。一般而言，比较推荐的离心时间为5-10min。

胶束介质萃取的应用进展胶束介质萃取用于分离富集无机金属离子Wantannabe等最早将胶束介质萃取用于金属离子的测定，采用PONPE-7.5作为表面活性剂，从水中富集了锌离子。此后胶束介质萃取技术广泛应用于分离富集痕量金属元素。金属离子的胶束介质萃取操作十分简单，在待测样品溶液中加入络合剂和表面活性剂，样品中的金属离子与络合剂反应生成络合物，加入适当的添加剂，在水浴中加热至浊点，趁热离心分离，冷却后除去水相，适当稀释胶束相即可进行测定。通过选择合适的络合剂，基本上大多数金属离子都可以采用胶束介质萃取的方法进行分离。在多数情况下，pH值对于萃取效果的影响较大，在进行金属离子的胶束介质萃取操作时，体系pH值的调节显得尤为重要。

Shokrollahi等将胶束介质萃取和浮选法相结合，以PAR作为络合剂，从水样和血样中分离富集痕量Zn2+，方法选择性强、灵敏度高。在体系pH值为5.2时，萃取效果最好。

胶束介质萃取用于分离富集有机样品由于其操作条件温和，且分离后不需复性，胶束介质萃取技术特别适合用来处理生物样品。胶束介质萃取可用于分离膜蛋白、酶、动植物和细菌的受体，还可与色谱法联用替代硫酸铵分级法作为纯化蛋白质的最初步骤。Bordier最早将胶束介质萃取用于生物学领域。最初胶束介质萃取主要用于疏水性蛋白质的分离富集。Saitoh等首先报道了在两性型离子表面活性剂中引入疏水性亲和试剂辛基－β－D－葡萄糖苷后，可以用来萃取亲水性的抗生物素蛋白和己糖激酶，而加入非离子表面活性剂TX-114却不能有效地萃取出这两种亲水性蛋白质3。

本词条内容贡献者为:

梁志宏 - 副教授 - 中国农业大学