采用沃特世MV-10 ASFE和ACQUITY UPC2 系统简化目前可萃取物分析的方法
Baiba Cabovska、Andrew Aubin和Michael D. Jones
沃特世公司(美国马萨诸塞州米尔福德)
应用效益
■ 超临界流体萃取法比微波萃取法更具可行性，与索氏萃取法(Soxhlet extraction)相比，可节省大量的溶剂消耗和运行时间。
■ UPC2TM 技术通过精简工作流程，提高了萃取物分析的能力。
沃特世解决方案
ACQUITY UPC2 系统配备二级管阵列(PDA)检测器和SQD检测器
MV-10 ASFE™ 系统
Empower™ 3软件
关键词
可萃取物、SFE、UPC2、超临界流体、合相色谱
引言
制药和食品包装行业中的可萃取物的分析流程的建立已经很完善1-3。分析流程可能会涉及到各种技术。类似地，容器密闭系统的评价可能涉及到各种萃取技术。ACQUITY UPC2TM 系统可针对萃取操作中所用的各种常用溶剂体系来灵活选择分析溶剂，简化分析流程4。超临界流体在改善分析流程的过程中扮演重要角色的同时，也遇到了一个这样的问题：“样品萃取操作能不能简化至仅采用一种技术，即仅采用超临界流体萃取法?”
在可萃取物分析过程中，样品的萃取可采用数种方法。通常采用的方法是索氏萃取法、微波萃取法或超临界流体萃取法(SFE)。萃取溶液必须涵盖各种极性范围，以保证非极性和极性分析物均能从包装材料中被萃取出来。索氏萃取器因其相对廉价而深受青睐。但是，如果考虑萃取溶剂及其废液处理的价格时，微波萃取法和超临界流体萃取法具有节省成本的优点，包括减少溶剂消耗量和废液处理量，以及节约宝贵的分析时间。
在本应用纪要中，对四种不同类型的包装材料进行萃取，包括：高密度聚丙烯(HDPE)药瓶、低密度聚丙烯(LDPE)瓶、乙烯-乙酸乙烯酯血浆袋(EVA)和聚氯乙烯(PVC)泡罩包装材料。萃取后，使用配有PDA和SQD质谱检测的超效合相色谱(UPC2)系统对所得溶剂中的14种普通聚合物添加剂进行快速筛选。微波萃取法和索氏萃取法采用异丙醇和正己烷萃取液，而各种不同浓度的异丙醇用作超临界流体萃取的辅助溶剂。在本文中，我们对各种方法的萃取表现进行了对比。
实验
方法条件
UPC2条件
系统： ACQUITY UPC2 系统配备二级管阵列(PDA)检测器和SQD检测器。
色谱柱： 3.0 x100mm、1.7μm
辅助溶剂： 1:1甲醇/乙腈
流速： 2 mL/min
梯度： 1% B保持1min、2.5min达到20%、保持30s、重新平衡回归至1%
柱温： 65 ℃
APBR： 1800 psi
进样量： 1.0μL
运行时间： 5.1min
波长： 220nm
MS扫描范围： 200~1200m/z
毛细管电压： 3kV
锥孔电压： 25V
补给流量： 0.1%蚁酸甲醇溶液，速度为0.2mL/min
数据管理： Empower 3软件
样品描述
将高密度聚丙烯(HDPE)、低密度聚丙烯(LDPE)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)和聚氯乙烯(PVC)(各2g)切成1x1cm的小块，然后以10mL异丙醇或10mL己烷在50℃下萃取3个小时。
索氏萃取
索氏萃取的做法是将切碎的材料(聚氯乙烯(PVC)3g，高密度聚丙烯(HDP E)、低密度聚丙烯(LDP E)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)各5g)小块(约1x1cm)，放到华特曼33x94mm纤维萃取套管内。然后，将萃取套管置于普通的索氏萃取器中，其中包括冷凝管、索氏萃取室和萃取烧瓶。在索氏萃取器中加入大约175mL萃取溶剂(正己烷或异丙醇)。所有样品将使用热沸溶剂混合物萃取8小时。萃取完成后，将萃取溶剂几乎蒸干，重新以正己烷或异丙醇溶解。分析前，萃取物以0.45-μm玻璃纤维注射器滤头过滤，除去各种微粒。
SFE
超临界流体萃取(SFE)使用Waters® MV-10ASFE系统进行。对于每个超临界流体萃取实验，将材料切成小块(大约1x1cm)，加到10mL的不锈钢萃取容器中(聚氯乙烯(PVC)2g、高密度聚丙烯(HDPE)、低密度聚丙烯(LDPE)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)各3g)。对于每种材料，进行两次不同的萃取。第一次使用5.0mL/min二氧化碳和0.10mL/min异丙醇，第二次使用4.0mL/min二氧化碳和1.0mL/min异丙醇。所有萃取操作均在50℃和300bar背压的条件下，采用30-min动态、20-min静态、10-min动态程序进行，重复该程序2次。异丙醇用作补充溶剂，速度为0.25mL/min。对于高体积异丙醇萃取，在完成萃取过程后，收集溶剂(共溶剂和补充溶剂的混合物)，将收集的溶剂几乎蒸干并重新溶于异丙醇(对于聚氯乙烯(PVC)为10mL，对于高密度聚丙烯(HDPE)、低密度聚丙烯(LDPE)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)分别为9mL)。对于低体积异丙醇萃取，收集的溶剂相应地补足至体积。分析前，萃取物以0.45-μm玻璃纤维注射器滤头过滤，除去各种微粒。每个样品的总萃取时间为2个小时。
结果与讨论
将各种萃取方法进行对比，索氏萃取法每个样品的萃取时间是8小时;微波萃取法在时长为3小时的萃取操作中可同时处理多达16个样品。超临界流体萃取法处理每个样品需要2个小时，可同时加载多达10个样品。即使同时使用更多的索氏萃取器，其萃取的总时间仍然远远超过微波萃取和超临界流体萃取所需的时间。
就溶剂用量而言，索氏萃取需要多达175mL的溶剂，然后将溶剂蒸馏，以减少样品体积。微波萃取需消耗10mL溶剂，如果需要提高灵敏度，可以将这些溶剂量降低。超临界流体萃取法在样品预浓缩方面，具有最大的灵活性。在低体积异丙醇萃取条件下，最终收集的体积大约为5mL，将加至相应体积，使样品浓度与微波萃取和索氏萃取样品浓度相当。在高异丙醇萃取条件下，收集的溶剂总体积大约为30mL，蒸出部分溶剂，以达到最终的浓度。
经微波萃取提取后，在聚氯乙烯(PVC)和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)样品中，可萃取物的数量最少。使用正己烷或异丙醇萃取低密度聚丙烯(LDPE)样品时，可萃取物的数量最多，如图1所示。
图1使用微波萃取方法得到的正己烷和异丙醇萃取物
使用索氏萃取，在聚氯乙烯(PVC)色谱图中可观察到一些附加的峰，如图2所示，而在微波萃取的色谱图中并未观察到这些峰。这种可观察到的差异可能是由于使用索氏萃取时，萃取时间较长，萃取温度较高。
图2使用索氏萃取法得到的正己烷和异丙醇萃取物
通过观察，将超临界流体萃取与其他两种方法进行对比，超临界萃取法萃出的聚氯乙烯(PVC)分析物的量与索氏萃取法萃出的量相似，但比微波萃取法萃出的量大，如图3所示。高体积异丙醇萃出的低密度聚丙烯(LDPE)的量高于低百分浓度异丙醇萃出的低密度聚丙烯(LDPE)的量。这就说明了用于确定改性剂百分含量的方法调整的灵活性和简易性，而这种灵活性和简易性正是塑料材料成功分析可萃取物所需的。
图3使用低体积异丙醇和高体积异丙醇得到的超临界流体萃取物
对于低密度聚丙烯(LDPE)样品，所有使用异丙醇作为溶剂的萃取方法得到的色谱图形状相似，如图4所示。增加可萃取物的浓度可以通过在微波萃取和索氏萃取中延长萃取时间、升高萃取温度，或者在超临界流体萃取中增加异丙醇的量得以实现。正己烷萃取不采用超临界流体萃取法进行，因为二氧化碳是一种非极性溶剂，与正己烷的化学性质相似，因而将会得到类似的结果。
图4 低密度聚丙烯的异丙醇萃取物
在低密度聚丙烯萃取物中鉴别的化合物示例如图5所示。
图5 在低密度聚丙烯、超临界流体萃取物中鉴别的可萃取物
总的来说，就萃出的化合物种类而言，所有方法大体相当。但是，经过确定，如果时间和资源成为重要的因素，则超临界流体萃取法相对于其他萃取方法具有诸多优势。MV-10 ASFE系统由软件控制，可进行自动化的方法开发。可使用的共溶剂达4种之多，在方法中可设定各种比例和萃取时间。在方法开发中，索氏萃取和微波萃取需要手动更换每一操作步骤的溶剂进行质量设计研究时，相当费时。
结论
与索氏萃取法相比，超临界流体萃取法可减少80%至97%的溶剂消耗量，同时可减少75%的萃取时间。通过软件控制的超临界萃取法使自动化方法开发能够确定最佳的萃取溶剂的比例和溶剂的选择。此外，与微波萃取法相比，超临界流体萃取法提供了样品预浓缩操作的灵活性。
参考文献
1. Containers Closure Systems for Packaging Human Drugs and Biologics; Guidance for Industry; U.S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration Center for Drug Evaluation and Research (CDER) and Center for Biologics Evaluation and Research (CBER); Rockville, MD. 1999 May.
2. Norwood DL, Fenge Q. Strategies for the analysis of pharmaceutical excipients and their trace level impurities. Am Pharm Rev. 2004;7(5): 92,94,96-99.
3. Ariasa M, Penichet I, Ysambertt F, Bauza R, Zougaghc M, Ríos Á. Fast supercritical fluid extraction of low- and high-density polyethylene additives: Comparison with conventional reflux and automatic Soxhlet extraction. J Supercritical Fluids. 2009; 50: 22-28.
4. Cabovska B, Jones MD, Aubin A. Application of UPC2 in extractables analysis. Waters Application Note 720004490en. 2012 November.
下载完整清晰应用纪要 请点击：http://www.waters.com/waters/library.htm?lid=134715590&cid=511436
关于沃特世公司 (www.waters.com)
50多年来，沃特世公司(NYSE:WAT)通过提供实用和可持续的创新，使医疗服务、环境管理、食品安全和全球水质监测领域有了显著进步，从而为实验室相关机构创造了业务优势。
作为一系列分离科学、实验室信息管理、质谱分析和热分析技术的开创者，沃特世技术的重大突破和实验室解决方案为客户的成功创造了持久的平台。
2011年沃特世公司拥有18.5亿美元的收入，它将继续带领全世界的客户探索科学并取得卓越成就。
联系方式：
叶晓晨
沃特世科技(上海)有限公司市场服务部
xiao_chen_ye@waters.com
周瑞琳(Grace Chow)
泰信策略(PMC)
020-83569288
13602845427
grace.chow@pmc.com.cn
