提取和表面活性剂的特性，从大气气溶胶

1.准备协议的材料如表1所列 材料 准备/清洗 消耗品 （塑料注射器，针头，4毫升小瓶，巴斯德移液管，微量提示） 要直接使用，无需预处理和使用后丢弃。 可重复使用的玻璃器皿 （烧杯（超纯水）; 15，30，和60个毫升瓶的软木塞;管用于固相萃取（SPE）;以及磁力搅拌棒） 用乙醇洗（只对于用于比色法的小瓶）。 依次漂洗用自来水，乙醇，自来水，超纯水。 填充玻璃小瓶和含有烧杯中的软木塞，磁搅拌器，和SPE TUBES用超纯水，并放置在超声波浴15分钟。 除去水分，同时用超纯水冲洗。 干在室温下在空气中的玻璃器皿。 一旦干燥，关闭所有的瓶子并将它们存储的掩护下，以避免灰尘收集。 为了避免污染，使用不同的玻璃器皿的水提取和比色法。 镊子和剪刀 用乙醇和超纯然后用水冲洗。 干燥的压缩空气。 玻璃培养皿的盖子 用自来水和刷子洗，然后用乙醇。 用自来水，然后超纯水冲洗。 干燥在室温下的空气。 一旦干燥，关闭箱和STORË他们的掩护下，以避免灰尘收集。 SPE真空歧管 用乙醇和超纯然后用水冲洗。 干燥的压缩空气。 石英比色皿（用于UV-Vis分析） 用乙醇洗涤，并用自来水，然后超纯水冲洗。 干燥的压缩空气。 表1：用于协议，包括它们的制备和清洗材料和玻璃器皿的列表。 2.气溶胶样品的处理注意：这里介绍的提取方法具有用于收集在至少8微克的总重量的石英纤维过滤器大气气溶胶样品被开发出来。在大气中的过滤器采集的气溶胶样品的方法不会在这里，但众多解释描述可以在文献中找到，如参考文献2，3，4，5，6个只有下列步骤以下划线表示。 数每个单独的过滤器。 注：在整个协议中的过滤器应该用干净的镊子进行操作，并通过他们的边举行。 预条件通过在773ķ烘烤它们6小时的过滤器和铝箔或玻璃培养皿采样前。 预称重，控制的温度和湿度条件下，使用具有至少1微克精度的微量天平，过滤器，以确定样品的预重量。 定期取空白样品在开始时，过程中和在所述采样周期结束时，通过将过滤器上的采样器的过滤器保持器，但保持所述泵关闭相同的持续时间，作为实际的样品收集（ <e米>例如。如果样本收集持续24个小时，空白滤器应留在采样器，与所述泵关闭，24小时）。用相同的协议作为用于实际样品分析这些空白。 尽快取样后，包在容器（备份铝箔或玻璃陪替氏培养皿）的过滤器和在-18℃（255 K），直到分析在冰箱中存储它们。 离开过滤器在干燥器称重之前平衡24个小时。确定通过取样后称重每个样品体积（在过滤器上收集的气溶胶质量）（和减去预采样重量）作为在预称重在相同的控制温度和相对湿度下。 从气溶胶样品表面活性剂3提取 水萃取 浸入超纯水中的过滤器样品2小时，在279±1 K的玻璃培养皿，盖上盖子并摇动培养皿而将它们保持平坦，关于电子非常30分钟。 注：47毫米过滤器浸渍在7毫升和150毫米的人的35ml。 120个毫米的玻璃培养皿，150mm的过滤器需要在四件与清洁剪刀要被切割之前被放置在培养皿中。 用3×1毫升的超纯水清洗的注射器过滤器（0.40微米PVDF）。 过滤器与所述清洁注射器过滤器在步骤3.1.1中获得的溶液，并将其放置在预称重60毫升玻璃瓶中。冲洗培养皿用5ml超纯水，用针筒式过滤器过滤水并将其添加到在60毫升玻璃瓶中的溶液。然后加权含有溶液以确定过滤的水的体积，并且在步骤4.4.5表面活性剂浓度的60毫升玻璃瓶中。 SPE（固相萃取）萃取 附加SPE二氧化硅基C18柱（参见材料列表有关墨盒的信息）到SPE真空歧管，其本身连接到泵。 由流6毫升乙腈中与在1mL / min的流速并施加与所述泵的真空洗墨盒。用6mL的超纯水的重复。停泵足以维持水位高，将筒湿润。 在小于1毫升/分钟的速率流过SPE柱在步骤3.1.3中获得的样品。 流速1mL超纯水虽然盒用于清洁和通过施加在SPE建立更强的真空干燥的墨盒。 洗脱通过以小于1毫升/分钟的流速流动4毫升通过它乙腈吸附在柱中的表面活性剂组分。 蒸发用的N 2通量所获得的乙腈溶液，得到干燥的表面活性剂提取物和超纯水的60μL重新溶解干燥提取物。 注意：从该方法得到的60种微升提取物然后可以用作表面活性剂的各种表征母体溶液。 提取效率的测定 注：对不同类型的表面活性剂的需要为他们的绝对浓度的在第4节为此，确定待确定的提取方法的效率，下面的协议需要施加到参考表面活性剂如，例如，十二烷基硫酸钠（SDS），二辛基磺基琥珀酸钠（AOT），二甲基benzyltetradecyl（zephiramine），氯化十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），（1,1,3,3-四甲基丁基）苯基 – 聚乙二醇（参见材料列表），聚乙二醇十二烷基醚（见材料列表），枯草，鼠李糖脂，或L-α磷脂酰胆碱。 尖峰参考含水标准溶液（在1ml超纯水中10 -9〜10 -4摩尔的表面活性剂），进入干净的石英滤波器（克0.85克-2）用微量。平行地，添加这些溶液D的相同量irectly小瓶“初始解决方案”。 干燥在24个小时的干燥器的过滤器（放置在培养皿中），并根据在第3.1-3.2协议与表面活性剂提取过滤器。 测量参考化合物的浓度在初始与在第4节的提取效率描述的方法（参考文献在小瓶从步骤3.3.1溶液）和萃取溶液（从步骤3.3.2）被确定为论文的比率浓度。 注意：典型地，在这项工作中，SDS和AOT（阴离子表面活性剂），这种效率被发现是65±10％，对于zephiramine和CTAC（阳离子表面活性剂），它是20±5％，而对于（1,1 ，3,3-四甲基丁基）苯基 – 聚乙二醇（参见材料列表），聚乙二醇十二烷基醚（参见材料列表），枯草，鼠李糖脂，和L-α磷脂酰胆碱（非离子型表面活性剂）是90±10％。 Extracti上的样品中总表面活性剂的分数注意：为了验证所提出的提取方法去除存在的所有分析的样品（ 即，所有其降低表面张力的化合物）在表面活性剂，可以进行下面的试验。 测量表面张力（见第5章）所述第一提取（步骤3.1.3）后参考化合物（或一个样品提取物）的一种已知的解决方案。它应该是大约50 MN M-1。 测量所述第二提取步骤后剩下的溶液的表面张力，通过SPE柱传递步骤3.2.3之后即收集。此值应接近72.8±1 MN M -1，纯水的一个，显示出大部分或全部存在于样品中的表面活性化合物已被萃取除去。 4.表面活性剂的测定气溶胶相浓度的注意：的比色技术已被选择用于确定气溶胶相表面活性剂浓度的，它提供了绝对浓度，并且具有用于环境样品中的表面活性剂适当的灵敏度。 11，12，13，14，但它需要分别测量阴离子，阳离子和非离子表面活性剂的浓度，因为不同的试剂，必须使用对于每个表面活性剂类型。以下协议的所有解决方案必须以微量的准确性来制备，所有的反应必须在玻璃小瓶中进行。 阴离子表面活性剂的比色滴定 在pH制备乙酸盐缓冲液中的溶液在水= 5（醋酸钠溶液0.2 M /乙酸溶液0.2M，在70/30体积计）的至少n 200μL，其中n是样本是数量的体积分析。 <LI>准备EDTA的0.1M的溶液与至少NX 100μL，其中n是要被分析的样本的数目的体积。 制备硫酸钠的1M的在水中的溶液与至少NX 500μL，其中n是要被分析的样本的数目的体积。 制备乙基紫的在水中的溶液（C 31 H 42 N 3）11，15，16，170.49克L -1与至少NX 200μL，其中n是要被分析的样本的数目的体积。 如果从第3节中所得到的60μL样品提取物开始，在60毫升玻璃瓶用盖使用微量稀释它们至10ml，用超纯水。否则，取10毫升样品，并添加醋酸缓冲液200微升，100μL的EDTA溶液，500μL的硫酸钠溶液和200中的乙基的μL使用微量紫溶液。 添加2.5毫升甲苯于用微量，磁搅拌棒的溶液中，并搅拌以500rpm 1个小时。 离开水和有机相至约10分钟设定。一旦它们被分离，除去甲苯相（上层相）用巴斯德玻璃吸管来执行UV-Vis分析（见4.4节）。 阳离子表面活性剂的比色滴定 在pH制备乙酸盐缓冲液中的溶液在水= 5（醋酸钠溶液0.2 M /乙酸溶液0.2M，在70/30体积计）的量至少为nx 1毫升，其中n是样本是数量分析。 制备disulfine蓝色的溶液（C 27 H 32 N 2 O 6 S 2）11，18以2.58克L -1在90:10的水/乙醇混合物（具有的水的体积第一稀释染料，然后加入v的乙醇olume）中，用至少为nx 500μL，其中n是要被分析的样本的数目的体积。 放置10毫升样品的在30毫升玻璃瓶中的盖，并添加1毫升的醋酸盐缓冲液，并使用微量移液管的disulfine蓝色溶液的500μL。 添加2.5毫升氯仿用微量，磁力搅拌棒，并搅拌在500rpm下1个小时。 离开水相和有机相分离约10分钟，用注射器除去氯仿（下层相）来执行UV-Vis分析后（见4.4节）。 非离子表面活性剂的比色滴定 注意：对于非离子表面活性剂的滴定，这是不可能的，以确定染料的所有非离子表面活性剂进行反应，但硫氰酸钴（钴（NCS）2）被选为其与化合物的最广泛的反应。 12，19 准备通过混合NX6.2克硫氰酸铵和NX2.8克硝酸钴六水合物在NX 10毫升水中，其中n是要被分析的样本的数目硫氰酸钴的溶液。 放置3 mL的样品在15毫升玻璃瓶中的盖，并添加用微量的硫氰酸钴溶液1毫升。 用微量，磁力搅拌棒，并搅拌加入2毫升氯仿中1个小时，以500rpm 离开水相和有机相后分离约10分钟，除去氯仿（下层相），使用注射器进行UV-Vis吸收分析（见4.4节）。 校准曲线和定量通过UV-Vis光谱 通过在系列的参考化合物的已知的解决方案，如SDS或AOT中的612处测量的吸光度建立阴离子表面活性剂的校正曲线（吸光度VS浓度曲线）。 注：通常12个解决方案浓度0和5μM（和包括一些重复）之间应当用于建立曲线。 一个独特的校准曲线应与阴离子化合物（SDS和AOT），用ε斜率= 0.37±0.02μM-1和0.054微米的检测限，对于所有的阴离子表面活性剂来获得。 通过类似的方法建立阳离子表面活性剂的校正曲线，但测量吸光度在628 nm和使用诸如Zephiramine或CTAC参考化合物。 注：斜率应ε= 0.35±0.05μM-1，检测限0.059μM，对于所有的阳离子表面活性剂。 通过类似的方法建立的非离子表面活性剂的校正曲线，但对于一个范围为0至20μM的浓度，测量的吸光度在317nm处，并使用聚乙二醇十二烷基醚（参见材料列表）作为参考化合物。 为了确定表面活性剂的染料的浓度复合在部分4.1，4.2和4.3所得到的有机溶液，地方〜1.5-2毫升在1cm石英池这些溶液中，并在612，628和317nm处，测量其吸光度分别用紫外可见分光光度计。在此之前的各溶液的测量，取有机溶剂（对于阴离子表面活性剂的方法和氯仿为阳离子和非离子表面活性剂的方法甲苯）空白注意：与对阴离子和阳离子表面活性剂，使用硫氰酸钴作为染料将给予不同的非离子表面活性剂不同的校准曲线。使用聚乙二醇十二烷基醚，如这里建议，将低估大多数非离子表面活性剂的浓度，从而确保对测量的误差总是相同的符号， 即低估实际浓度。的使用斜坡聚乙二醇十二烷基醚作为参考应该给的ε斜率= 0.013±0.001μM-1和0.3μm的检测限。注意：基于不同的校准斜坡与不同的非离子表面活性剂和我们估计6上的非离子表面活性剂浓度的系统性低估用这种方法，以约为系数的事实，一些表面活性剂可能不会在所有由硫氰酸钴检测得到2，这是不确定性的在表面活性剂浓度的总的最大来源。 确定每个样品的阴离子，阳离子的浓度的总和的总表面活性剂浓度，以及非离子表面活性剂单独计量6和从步骤3.1.3由所提取的体积效率校正每个浓缩后，并通过在所确定的各自的提取效率步骤3.3。 注意：这些总浓度在总的不确定性，估计到33％，因为在非离子型表面活性剂浓度的不确定性的居多。 确定平均表面活性剂concen气溶胶样品中trations通过气溶胶样品体积的提取物体积（60μL）的比值为所述提取物中获得的浓度乘以。 5.测定水中的表面活性剂的绝对表面张力曲线 表面张力测量通过悬滴张力测量 注：对于气溶胶样品，表面张力的测量最好用悬滴方法制成的，因为这是一个需要的最小样品体积的方法（关于该张力的详细信息，参见材料列表 ）。虽然这样的测量是在1.4和2.4毫米的直径的微滴进行的实验表明，测得的表面张力是相同的含有相同浓度的表面活性剂的微米尺寸的液滴的。 10，20在整个测量，温度必须是恒定的，以至少0;±3 K，和液滴体积应进行连续监测，以排除蒸发的效果。每个液滴必须留给平衡（表面张力值并不改变任何更多）之前进行测量和每个测量应重复3〜5次。 启动张力相机和软件（见材料清单参考）。通过测量超纯水的液滴的表面张力，在以下步骤的协议5.1.2-5.1.5下面校准张力。 填充1mL注射器用Ø0.30毫米针（对于σ<45 MN m -1）个或一个Ø0.51毫米（对于σ>为45mN m -1）个针与在步骤3.2.6并将其放置所得到的表面活性剂溶液在张力，确保针尖在相机领域。 通过推动活塞产生直径在针的尖端1和3毫米之间的微滴。 拍照或液滴的视频将其与日之前下降E软件。 运行软件的分析功能，以适应小滴形状的Young-Laplace方程，并得到表面张力值。甲上面指出的，该操作应重复数次相同的液滴，直到表面张力不发生变化的任何更多，以确保该表面活性剂已经达到在液滴平衡。 注意：在这些表面张力测量的不确定性整体通常是±（0.3-1.0）MN米-1。 完整的表面张力曲线和CMC 测量初始提取物的表面张力，在步骤3.2.6获得的，以下在5.1的协议。 测量在相同的提取物的总表面活性剂浓度，以下在第4节这此萃取液浓缩和表面张力将提供曲线的起始点的协议。 绘制曲线的剩余部分，按广告由2倍稀释提取物丁超纯水用微量。测量稀释的溶液的表面张力。 重复步骤5.2.2直到溶液达到（或接近）的纯水（72.8±1 MN米-1）的表面张力。对于每个这些稀释的溶液的表面张力值和稀释因子将提供限定的表面张力曲线的点。 通过将提取物的样品体积的比率在提取物中的浓度乘以确定初始气溶胶样品中的表面活性剂的平均浓度。 注意：作为气溶胶样品体积通常比60μL提取物时，该气溶胶表面活性剂浓度通常比提取物的浓度，从而在曲线的x轴的最远点大。 积的表面张力曲线（ 图2）。对于此，将对应于在气溶胶中的条件（x轴=表面活性剂concentrati第一点在步骤5.2.5确定的气溶胶样品中; y轴=在步骤5.2.1在60μL提取物溶液测得的最小表面张力）。然后将对应于步骤5.2.1（在60微升提取x轴=表面活性剂浓度; y-轴=最小表面在60μL提取物溶液测得的张力）的60微升提取物中的第二个点。然后将对应于在稀释的提取物溶液中的120μL步骤5.2.2（x轴=表面活性剂浓度的稀释气溶胶提取物中的第三点=浓度在60μL提取液以2的因子分; y-轴：最小表面张力在120μL提取物溶液测得），依此类推，直到最后测量的表面张力（步骤5.2.3） 一旦表面张力曲线建立，可以确定CMC图形通过确定陡坡和最小表面张力水平之间的交叉点（ 见图2）。 注意：只有在日提取物中的ë表面活性剂浓度是显著高于CMC（曲线上的尖锐过渡以上）CMC的值和最小的表面张力的能准确地被确定。但是，如果该浓度低于CMC下，CMC的确切值不能被确定，并且该提取物的表面张力只会给所述样品中的所述一个的上限。