大气气溶胶中表面活性剂的提取与表征

本实验的总体目标是从大气气溶胶等环境样品中提取所有表面活性剂，并测定其浓度和表面张力曲线。该方法可用于解答有关所有生物体中表面活性剂浓度及其表面张力行为的关键问题。该技术特别是提取步骤的优势在于，能够从复杂基质中分离出表面活性剂，以便进行表征。

该技术的意义延伸至对大气中云形成过程的全面理解，因为表面活性剂有望促进大气气溶胶向云滴的转化。该方法可为大气气溶胶中表面活性剂的行为提供深入见解，也可应用于土壤样品或微生物培养等体系。因此，开发该方法的初衷源于大气样品中缺乏针对表面活性剂的选择性提取手段。

迄今为止，仅使用了水提取法。首先，将预先制备好的滤膜样品浸入超纯水中，在6°C条件下于密闭的玻璃培养皿中静置两小时。每隔三十分钟，将培养皿水平持稳并轻轻振荡。

从冰箱中取出样品后，使用洁净的注射器滤膜过滤，并将滤液加入预先称重的60毫升玻璃瓶中。随后，用5毫升超纯水冲洗培养皿。

然后用注射器滤器过滤水样，并将其加入60毫升玻璃瓶中的溶液内。称量装有溶液的玻璃瓶，以确定过滤水的体积和表面活性剂浓度。进行固相萃取时，将基于硅胶的C18 SPE小柱连接到与泵相连的SPE真空 manifold 上。

用6毫升乙腈冲洗小柱，并通过调节真空泵的真空度将流速设置为1毫升/分钟。然后用6毫升超纯水冲洗小柱，随后停止泵运行，使液面保持在小柱床层上方不远处。接下来，将过滤后的样品以低于1毫升/分钟的流速通过固相萃取（SPE）小柱。

然后用一毫升超纯水冲洗小柱以进行清洗。通过在固相萃取装置上施加更强的真空使小柱干燥。在小柱下方添加收集管以收集样品提取液。

以每分钟低于1毫升的流速，将4毫升乙腈通过色谱柱，洗脱吸附在柱上的表面活性剂组分。将收集的提取液转移至4毫升小瓶中。用氮气缓慢吹扫乙腈溶液，直至获得干燥的提取物，此过程通常需要约1小时。

然后将提取物重新溶解于60 µL超纯水中。将60 µL提取液加入10 mL纯水中后，向瓶中依次加入200 µL乙酸盐缓冲液、100 µL EDTA溶液、500 µL硫酸钠溶液以及200 µL乙基紫溶液，每加入一种试剂后均需摇动溶液。接着，向溶液中加入2.5 mL甲苯和一根磁力搅拌子。

以500 RPM转速搅拌溶液一小时。停止搅拌后，静置使两相分离，用巴斯德玻璃移液管移除上层甲苯相，并转移至4毫升避光小瓶中用于紫外-可见光谱分析。为建立阴离子表面活性剂的校准曲线，配制12份水中浓度范围为0至5微摩尔的二辛基磺基琥珀酸钠盐（AOT）溶液，并对每份溶液执行上述步骤。

将12种经处理的AOT溶液各取1.5至2毫升，加入光程为1厘米的石英比色皿中。然后使用紫外-可见分光光度计在612纳米处测定其吸光度。为获得阴离子表面活性剂的校准曲线，将每种AOT溶液测得的吸光度对其浓度作图。

为测定大气样品中阴离子表面活性剂的绝对浓度，需在612纳米波长下测量提取的甲苯溶液的吸光度。接着，将测得的阴离子组分吸光度值代入阴离子表面活性剂的标准曲线，以确定气溶胶样品中阴离子表面活性剂的浓度。然后，将阴离子、阳离子和非离子组分测得的浓度相加，计算气溶胶样品中表面活性剂的总浓度。

启动张力计的相机和软件。使用一支内径为0.30毫米的针头注射器，吸入待测溶液，并将其安装到张力计的支架上。目视检查针尖是否位于相机视野范围内。

接下来，推动活塞形成直径在1至3毫米之间的液滴。使用软件在液滴下落前拍摄其图像或视频。然后运行软件的分析功能，将液滴形状拟合到杨-拉普拉斯方程，从而获得表面张力值。

为了绘制曲线的其余部分，通过加入超纯水将提取物稀释两倍，并用稀释后的溶液重复表面张力测量。2015年2月在克罗地亚Rocosnietza沿海站点采集的细颗粒气溶胶中表面活性剂浓度显示了阴离子、阳离子和非离子表面活性剂之间的分布情况。将表面张力测量结果与浓度测量结果相结合，得到了本图所示样品中表面活性剂的绝对表面张力曲线。

这些曲线表示气溶胶样品中的表面活性剂浓度、这些样品的表面张力，以及表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）。一旦掌握，若操作得当，每批样品可在10小时内完成该技术。在进行该实验时，重要的是不要使用肥皂清洗玻璃器皿，并应制备空白样品，以使浓度和表面张力相匹配。

按照操作步骤，可对表面活性剂提取物（如灌肠液或ACMS）进行分析，以尝试阐明表面活性剂的化学结构。该方法的建立使得能够将临界胶束浓度（CMC）下的表面活性剂浓度与各种数值及环境参数进行比较，从而有助于判断其在一般环境中的来源，或其在云形成过程中的作用。观看本视频后，您应能够充分理解如何从大气气溶胶等环境样品中提取表面活性剂，并测定其浓度及其表面张力曲线。

请注意，使用乙腈和甲苯等溶剂具有极高的危险性。进行本实验操作时，必须采取预防措施，例如在通风橱中操作并佩戴个人防护装备。