采用沃特世MV-10 ASFE和ACQUITY UPC² 系統(tǒng)簡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(美國馬薩諸塞州米爾福德)

　　應用效益

　　■ 超臨界流體萃取法比微波萃取法更具可行性，與索氏萃取法(Soxhlet extraction)相比，可節(jié)省大量的溶劑消耗和運行時間。

　　■ UPC^2TM 技術(shù)通過精簡工作流程，提高了萃取物分析的能力。

　　沃特世解決方案

　　ACQUITY UPC² 系統(tǒng)配備二級管陣列(PDA)檢測器和SQD檢測器

　　MV-10 ASFE™ 系統(tǒng)

　　Empower™ 3軟件

　　關(guān)鍵詞

　　可萃取物、SFE、UPC²、超臨界流體、合相色譜

　　引言

　　制藥和食品包裝行業(yè)中的可萃取物的分析流程的建立已經(jīng)很完善^1-3。分析流程可能會涉及到各種技術(shù)。類似地，容器密閉系統(tǒng)的評價可能涉及到各種萃取技術(shù)。ACQUITY UPC^2TM 系統(tǒng)可針對萃取操作中所用的各種常用溶劑體系來靈活選擇分析溶劑，簡化分析流程⁴。超臨界流體在改善分析流程的過程中扮演重要角色的同時，也遇到了一個這樣的問題：“樣品萃取操作能不能簡化至僅采用一種技術(shù)，即僅采用超臨界流體萃取法?”

　　在可萃取物分析過程中，樣品的萃取可采用數(shù)種方法。通常采用的方法是索氏萃取法、微波萃取法或超臨界流體萃取法(SFE)。萃取溶液必須涵蓋各種極性范圍，以保證非極性和極性分析物均能從包裝材料中被萃取出來。索氏萃取器因其相對廉價而深受青睞。但是，如果考慮萃取溶劑及其廢液處理的價格時，微波萃取法和超臨界流體萃取法具有節(jié)省成本的優(yōu)點，包括減少溶劑消耗量和廢液處理量，以及節(jié)約寶貴的分析時間。

　　在本應用紀要中，對四種不同類型的包裝材料進行萃取，包括：高密度聚丙烯(HDPE)藥瓶、低密度聚丙烯(LDPE)瓶、乙烯-乙酸乙烯酯血漿袋(EVA)和聚氯乙烯(PVC)泡罩包裝材料。萃取后，使用配有PDA和SQD質(zhì)譜檢測的超效合相色譜(UPC²)系統(tǒng)對所得溶劑中的14種普通聚合物添加劑進行快速篩選。微波萃取法和索氏萃取法采用異丙醇和正己烷萃取液，而各種不同濃度的異丙醇用作超臨界流體萃取的輔助溶劑。在本文中，我們對各種方法的萃取表現(xiàn)進行了對比。

　　實驗

　　方法條件

　　UPC²條件

　　系統(tǒng)： ACQUITY UPC² 系統(tǒng)配備二級管陣列(PDA)檢測器和SQD檢測器。

　　色譜柱： 3.0 x100mm、1.7μm

　　輔助溶劑： 1:1甲醇/乙腈

　　流速： 2 mL/min

　　梯度： 1% B保持1min、2.5min達到20%、保持30s、重新平衡回歸至1%

　　柱溫： 65 ℃

　　APBR： 1800 psi

　　進樣量： 1.0μL

　　運行時間： 5.1min

　　波長： 220nm

　　MS掃描范圍： 200~1200m/z

　　毛細管電壓： 3kV

　　錐孔電壓： 25V

　　補給流量： 0.1%蟻酸甲醇溶液，速度為0.2mL/min

　　數(shù)據(jù)管理： Empower 3軟件

　　樣品描述

　　微波萃取

　　將高密度聚丙烯(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的小塊，然后以10mL異丙醇或10mL己烷在50℃下萃取3個小時。

　　索氏萃取

　　索氏萃取的做法是將切碎的材料(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)小塊(約1x1cm)，放到華特曼33x94mm纖維萃取套管內(nèi)。然后，將萃取套管置于普通的索氏萃取器中，其中包括冷凝管、索氏萃取室和萃取燒瓶。在索氏萃取器中加入大約175mL萃取溶劑(正己烷或異丙醇)。所有樣品將使用熱沸溶劑混合物萃取8小時。萃取完成后，將萃取溶劑幾乎蒸干，重新以正己烷或異丙醇溶解。分析前，萃取物以0.45-μm玻璃纖維注射器濾頭過濾，除去各種微粒。

　　SFE

　　超臨界流體萃取(SFE)使用Waters® MV-10ASFE系統(tǒng)進行。對于每個超臨界流體萃取實驗，將材料切成小塊(大約1x1cm)，加到10mL的不銹鋼萃取容器中(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)。對于每種材料，進行兩次不同的萃取。第一次使用5.0mL/min二氧化碳和0.10mL/min異丙醇，第二次使用4.0mL/min二氧化碳和1.0mL/min異丙醇。所有萃取操作均在50℃和300bar背壓的條件下，采用30-min動態(tài)、20-min靜態(tài)、10-min動態(tài)程序進行，重復該程序2次。異丙醇用作補充溶劑，速度為0.25mL/min。對于高體積異丙醇萃取，在完成萃取過程后，收集溶劑(共溶劑和補充溶劑的混合物)，將收集的溶劑幾乎蒸干并重新溶于異丙醇(對于聚氯乙烯(PVC)為10mL，對于高密度聚丙烯(HDPE)、低密度聚丙烯(LDPE)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)分別為9mL)。對于低體積異丙醇萃取，收集的溶劑相應地補足至體積。分析前，萃取物以0.45-μm玻璃纖維注射器濾頭過濾，除去各種微粒。每個樣品的總萃取時間為2個小時。

　　結(jié)果與討論

　　將各種萃取方法進行對比，索氏萃取法每個樣品的萃取時間是8小時;微波萃取法在時長為3小時的萃取操作中可同時處理多達16個樣品。超臨界流體萃取法處理每個樣品需要2個小時，可同時加載多達10個樣品。即使同時使用更多的索氏萃取器，其萃取的總時間仍然遠遠超過微波萃取和超臨界流體萃取所需的時間。

　　就溶劑用量而言，索氏萃取需要多達175mL的溶劑，然后將溶劑蒸餾，以減少樣品體積。微波萃取需消耗10mL溶劑，如果需要提高靈敏度，可以將這些溶劑量降低。超臨界流體萃取法在樣品預濃縮方面，具有最大的靈活性。在低體積異丙醇萃取條件下，最終收集的體積大約為5mL，將加至相應體積，使樣品濃度與微波萃取和索氏萃取樣品濃度相當。在高異丙醇萃取條件下，收集的溶劑總體積大約為30mL，蒸出部分溶劑，以達到最終的濃度。

　　經(jīng)微波萃取提取后，在聚氯乙烯(PVC)和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)樣品中，可萃取物的數(shù)量最少。使用正己烷或異丙醇萃取低密度聚丙烯(LDPE)樣品時，可萃取物的數(shù)量最多，如圖1所示。

　　

 

　　圖1使用微波萃取方法得到的正己烷和異丙醇萃取物

　　使用索氏萃取，在聚氯乙烯(PVC)色譜圖中可觀察到一些附加的峰，如圖2所示，而在微波萃取的色譜圖中并未觀察到這些峰。這種可觀察到的差異可能是由于使用索氏萃取時，萃取時間較長，萃取溫度較高。

　　

 

　　圖2使用索氏萃取法得到的正己烷和異丙醇萃取物

　　通過觀察，將超臨界流體萃取與其他兩種方法進行對比，超臨界萃取法萃出的聚氯乙烯(PVC)分析物的量與索氏萃取法萃出的量相似，但比微波萃取法萃出的量大，如圖3所示。高體積異丙醇萃出的低密度聚丙烯(LDPE)的量高于低百分濃度異丙醇萃出的低密度聚丙烯(LDPE)的量。這就說明了用于確定改性劑百分含量的方法調(diào)整的靈活性和簡易性，而這種靈活性和簡易性正是塑料材料成功分析可萃取物所需的。

　　

 

　　圖3使用低體積異丙醇和高體積異丙醇得到的超臨界流體萃取物

　　對于低密度聚丙烯(LDPE)樣品，所有使用異丙醇作為溶劑的萃取方法得到的色譜圖形狀相似，如圖4所示。增加可萃取物的濃度可以通過在微波萃取和索氏萃取中延長萃取時間、升高萃取溫度，或者在超臨界流體萃取中增加異丙醇的量得以實現(xiàn)。正己烷萃取不采用超臨界流體萃取法進行，因為二氧化碳是一種非極性溶劑，與正己烷的化學性質(zhì)相似，因而將會得到類似的結(jié)果。

　　

 

　　圖4 低密度聚丙烯的異丙醇萃取物

　　在低密度聚丙烯萃取物中鑒別的化合物示例如圖5所示。

　　

 

　　圖5 在低密度聚丙烯、超臨界流體萃取物中鑒別的可萃取物

　　總的來說，就萃出的化合物種類而言，所有方法大體相當。但是，經(jīng)過確定，如果時間和資源成為重要的因素，則超臨界流體萃取法相對于其他萃取方法具有諸多優(yōu)勢。MV-10 ASFE系統(tǒng)由軟件控制，可進行自動化的方法開發(fā)?？墒褂玫墓踩軇┻_4種之多，在方法中可設定各種比例和萃取時間。在方法開發(fā)中，索氏萃取和微波萃取需要手動更換每一操作步驟的溶劑進行質(zhì)量設計研究時，相當費時。

　　結(jié)論

　　與索氏萃取法相比，超臨界流體萃取法可減少80%至97%的溶劑消耗量，同時可減少75%的萃取時間。通過軟件控制的超臨界萃取法使自動化方法開發(fā)能夠確定最佳的萃取溶劑的比例和溶劑的選擇。此外，與微波萃取法相比，超臨界流體萃取法提供了樣品預濃縮操作的靈活性。

　　參考文獻

　　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.

　　下載完整清晰應用紀要 請點擊：http://www.waters.com/waters/library.htm?lid=134715590&cid=511436

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　　作為一系列分離科學、實驗室信息管理、質(zhì)譜分析和熱分析技術(shù)的開創(chuàng)者，沃特世技術(shù)的重大突破和實驗室解決方案為客戶的成功創(chuàng)造了持久的平臺。

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