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 化學與化工學院，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、蘇丹紅濃度對該體系萃取行為的影響。研究結果表明在異丙醇－K2CO3－水體系中蘇丹紅萃取率達92%-102%，線性檢測范圍為0.1-20 μg·mL-1，檢出限均為10 ng·mL-1(S/N=3)。該方法操作簡便、無污染，與液相色譜法聯用有望能用于復雜樣品中蘇丹紅I-IV的檢測。

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（其化學式和結構式如圖1所示），主要用于工業(yè)和科學研究中的染色[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。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檢測標準。由于一般樣品中蘇丹紅濃度低，直接分析較困難，通常在檢測前需富集濃縮。目前蘇丹紅的預富集濃縮方法大多采用傳統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熔劑，污染環(huán)境，且危害檢測人員的身體健康，同時操作步驟也繁瑣，因而急需研究出綠色、無污染、操作簡便的富集分離方法。

雙水相體系是一種新型無污染且操作簡便的萃取體系[5]。雙水相體系一般是含一種聚合物和無機鹽的水溶液，或兩種不同水溶性聚合物的水溶液，在一定條件下溶液會分成界面清晰的兩層水相[5]。由于表面性質、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，被分離的物質在雙水相體系兩相間的分配系數不同，導致其在上下相的濃度不同，從而達到分離的目的。雙水相萃取體系已廣泛應用于生物化學、細胞生物學、食品化工和藥物分離等領域[5-8]，具有廣闊的應用前景。雙水相體系有望能用于蘇丹紅的萃取分離中，然而目前國內外尚未見報道。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的化學結構式

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀：SPD-10Avp SHIMADZU VWD紫外檢測器，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）均購自國藥集團化學試劑有限公司。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。

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

1.4 色譜分析條件

流動相：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；檢測波長：480 nm；進樣體積：20 μL（通過定量管進樣）。

2 結果與討論

2.1 流動相的選擇

實驗中考察了兩種流動相對蘇丹紅I-IV的分離效果及保留時間的影響。所采用的流動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) 流動相A; (b) 流動相B.

可見，當使用流動相A時，蘇丹紅I-IV均能較好分離，且保留時間均在10 min以內，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可采用此流動相。本文在相關實驗中采用流動相A。

當使用流動相B時，蘇丹紅I-IV分離得更開，利于復雜體系中蘇丹紅系列染料的分離，且保留時間均小于30 min，因而該流動相適用于復雜樣品中蘇丹紅I-IV的分離分析。

2.2 標準曲線的繪制

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的蘇丹紅標準溶液。定量進樣20 μL蘇丹紅標準溶液，進入液相色譜分析，所用流動相為含0.1%甲酸的甲醇溶液。以各色譜峰面積和相應蘇丹紅的濃度繪制蘇丹紅系列染料的標準曲線，線性回歸方程及相應相關系數如表1所示。可見，蘇丹紅I-IV濃度在0.1-20 μg·mL-1范圍內，各組分的色譜峰面積與其濃度均具有很好的線性關系，表明該方法具有較寬線性范圍。

表1 蘇丹紅染料的標準曲線及相應相關系數

2.3 鹽對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，實驗中考察了鹽的種類及其用量對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，當加入2.5-4.5 g K2HPO4時，上相體積呈下降趨勢；而加入2.5-4.5 g K2CO3或2.5-4.5 g KOH時，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最大，富集倍數為5.0-5.5。

2.4 鹽對蘇丹紅萃取率的影響

研究了鹽的種類及用量對其萃取率的影響。當0.5mL異丙醇用于萃取含7.5 μg蘇丹紅I-IV的水溶液時，K2HPO4、K2CO3和KOH三種鹽對蘇丹紅萃取率的影響各不相同。結果如圖4、圖5、圖6所示。當2.5g-4.5g K2HPO4和2.5-5.0 g KOH用作分相鹽時，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，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最佳，因此本實驗采用4.5 g K2CO3作為分相鹽。

圖3 鹽的種類及用量對上相體積的影響

圖4 磷酸氫二鉀用量對蘇丹紅萃取率的影響

圖5 碳酸鉀用量對蘇丹紅萃取率的影響

圖6 氫氧化鉀用量對蘇丹紅萃取率的影響

2.5 分析物濃度對萃取率的影響

考察了蘇丹紅濃度對其萃取率的影響。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。實驗結果如圖7所示。可見蘇丹紅濃度對其萃取率的影響不大。另外，經異丙醇—K2CO3—水體系富集后，測得蘇丹紅I-IV的檢出限均為10 ng·mL-1(S/N=3)。

圖7 蘇丹紅濃度對其萃取率的影響

3 結論

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。與傳統的液液萃取或固相萃取相比，該方法操作簡單，萃取上相可直接進入液相色譜儀分析；萃取效率高，經一次萃取便可達到理想的萃取率；不使用有毒的有機溶劑，且只需要極少量的萃取劑，因而對環(huán)境無污染。這種新型萃取方法與高效液相色譜法聯用，有望能用于復雜樣品（如食品）中微量蘇丹紅的富集、分離和測定。

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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

國家自然科學基金項目(20775003).

何池洋（1968-），男，博士，教授，研究方向：色譜及分離分析.