一种一步法协议，结合涡流辅助的液-液微萃取技术和注射器内检测方法，用于水样中镉的绿色测定

《Analytica Chimica Acta》：A one-step protocol for vortex-assisted liquid–liquid microextraction and in-syringe detection. A green determination of cadmium in water samples

本研究首次提出将直接浸入式光学探针整合至注射器尖端，实现液滴微萃取与检测的一体化。采用1-辛醇作为萃取溶剂，对水样中镉离子进行高效分析，检测限低至0.9 μg/L，准确性与精密度均表现优异，为绿色化学和便捷环境检测提供了创新解决方案。

　　

安德烈亚·加伊多绍娃（Andrea Gajdo?ová）|雅娜·尚德雷约娃（Jana ?andrejová）

分析化学系，化学研究所，帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学（Pavol Jozef ?afárik University）理学院，科希策（Ko?ice），莫耶泽索娃街11号（Moyzesova 11），041 54，斯洛伐克共和国

摘要

背景

在注射器内进行的液-液微萃取技术为样品处理提供了新的可能性。根据分析要求或分析物/样品的性质，可以灵活运用不同的微萃取方法。然而，检测过程中需要将样品从注射器中取出，这增加了操作的复杂性。此外，检测通常需要使用昂贵的设备。因此，亟需开发出使用简单仪器进行痕量分析的廉价方法。

结果

本文首次提出了一种结合液-液微萃取和注射器内检测的一步法方案，该方法采用直接浸入式光学探针。该技术用于将镉从100 μL的1-辛醇溶液中萃取出来。校准曲线在5.0–90 μg L^–1的浓度范围内呈线性。检测限和定量限分别为0.9 μg L^–1和3.0 μg L^–1。准确度（以回收率百分比表示）在98.2–103.0%之间，精密度（以RSD百分比表示）在所有情况下均低于5.4%。通过分析自来水、两种矿泉水和河水验证了该方法的可行性。最终，该方法基于绿色和分析化学的理念获得了较高的评价。

意义与创新性

本研究首次提出了一种将光学探针集成到注射器尖端进行直接检测的新策略。这种一步法方案简化了样品处理过程并降低了误差风险。其主要优势在于操作简便且对实验室设备要求较低。使用绿色溶剂以及实现较高的富集倍数，进一步体现了该方法的环保特性，使其适用于常规环境分析。

引言

镉与其他重金属一样，对环境和生物体具有高度毒性。环境中镉的存在主要源于工业活动。镉被用于制造多种合金、防腐材料、聚合物稳定剂、颜料以及镍镉电池。镉可通过多种途径进入生物体，但主要通过饮用水、食物摄入或吸烟传播[1]。 原子光谱技术是常用的镉定量方法[2][3]。尽管这些方法的定量限较低且选择性较好，但其在经济和实验室运营可持续性方面存在挑战。因此，常采用分光光度法，因为结合有效的样品预处理技术（如萃取分离技术），其检测效果可与原子光谱法相媲美。随着科学技术的进步，传统的萃取方法已发展为更高效、更环保的痕量分析技术，适用于有机和无机污染物的检测（见表1）。大多数方法需要使用至少500 μL的有机溶剂。然而，氯仿和四氯化碳等有毒溶剂并不符合绿色分析化学的原则[7]。采用毒性较低的有机溶剂是实现更环保液-液微萃取的方法之一。疏水性高级醇（如1-己醇、1-辛醇、1-壬醇和1-癸醇）符合这些要求，是可行的选择。文献中已报道这些醇作为金属或半金属[8][9][10]以及多种有机化合物（如染料[11][12][13]、药物[14]、生物活性化合物[15]、防腐剂[16]和双酚[18]）的萃取溶剂或萃取混合物成分[14][15][16]。 近年来，文献中出现了多种在注射器内进行的液-液微萃取方法。注射器内微萃取因其操作简便性和容器的易处理性而越来越受欢迎。它具有广泛的体积调节范围，并且成本效益较高。例如，已有研究报道了注射器内分散液-液微萃取[19]、均相液-液微萃取或纤维支撑液相微萃取与高效液相色谱联用，用于食品[20][21][22]、生物[23][24]或水[25][26]样品中有机物质的检测。然而，关于注射器内微萃取后分光光度检测的批量研究较为罕见（据我们所知，仅在[27]中有报道）。所有这些研究均指出检测前需将样品从注射器中取出，这增加了样品处理的复杂性。 在本研究中，我们提出了一种在注射器内直接进行液-液微萃取和检测的一步法方案。检测过程直接在注射器尖端完成。该方法的核心是使用注射器进行涡流辅助液-液微萃取（IS-VALLME），采用低毒性的溶剂，并通过分光光度法进行检测，无需进一步处理萃取液。检测时使用了直接浸入式光学探针，这是一种非传统的检测方式。此前，这种探针已被证明适用于单滴微萃取的直接浸入[28]和顶空[29]模式。此外，也有研究将光学探针用于顺序注射分析仪的自动化微萃取过程[30]。虽然将光学探针作为有机溶剂的液滴载体是一种创新方案，但在实际应用中存在挑战。直接浸入萃取溶剂可以避免这些问题。市面上有多种直径或光程长度不同的光学探针可供选择，其中直径1.5毫米的探针可插入注射器尖端，仅需少量萃取液即可完成分光光度检测，从而无需在检测前取出样品。 所提出的方案用于测定以6-己基-4-(2-噻唑偶氮)间苯二酚（HTAR）复合物形式存在的镉，这是一种重要的环境污染物。

试剂与溶液

所有使用的试剂（包括6-己基-4-(2-噻唑偶氮)间苯二酚（HTAR）、1-辛醇、1-己醇、1-壬醇、1-癸醇、醋酸溶液（99%）和氨水（NH₄OH（24–26%）均为分析级，购自德国默克公司（Merck）。所有溶液均使用Watek s.r.o.（捷克共和国）生产的去离子水配制。实验过程中使用了一种浓度为1.0001 g L^–1 Cd²⁺的认证镉参考物质（斯洛伐克计量研究所提供）。

pH值的影响

pH值是该实验的关键参数，因为它影响染料在溶液中的形态及与镉形成的复合物。所使用的试剂6-己基-4-(2-噻唑偶氮)间苯二酚（HTAR）是一种偶氮染料。根据文献，HTAR的pKa值（H₂L ? H⁺ + HL^–平衡常数）为6.7[35]。因此，通过测试pH值范围7–11（图2A）评估了pH值的影响。最终选择9.5作为最佳pH值，因为在该范围内空白信号最低。

结论

本研究首次提出了一种新颖且高效的一步法方案，结合了涡流辅助液-液微萃取和注射器尖端的分光光度检测。其主要创新在于将萃取和检测步骤集成在一个注射器单元内，通过将光学探针直接置于注射器尖端实现。这种方案既智能又经济实用，易于实施。

CRediT作者贡献声明

雅娜·尚德雷约娃（Jana ?andrejová）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、实验设计、数据管理及概念构思。 安德烈亚·加伊多绍娃（Andrea Gajdo?ová）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法验证、数据分析及结果分析。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究是斯洛伐克共和国教育、研究与青年部及斯洛伐克科学院资助的研究项目（项目编号1/0142/25）的成果。作者感谢V. Andruch教授在 manuscript 编写过程中提供的建议。