Журнал аналитической химии, 2019, T. 74, № 7, стр. 483-526

CОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

Экстракционные методы:

КМЭ капельная микроэкстракция,

МЭДР микроэкстракция с диспергированием растворителя или дисперсионная жидкость‒жидкостная микроэкстракция,

МЭДР‑Т микроэкстракция с диспергированием растворителя под действием температуры,

МЭДР‑УЗ микроэкстракция с диспергированием растворителя под воздействием ультразвука,

МЭДР‑МВ микроэкстракция с диспергированием растворителя при содействии микроволнового поля,

in situ-МЭДР микроэкстракция в возникающий растворитель (в образующуюся in situ ионную жидкость)

МЭОПК микроэкстракция с отверждением плавающей капли,

ММЭ мембранная микроэкстракция,

ТФМЭ твердофазная микроэкстракция,

ДФВС двухфазные водные системы.

Методы определения:

ГХ газовая хроматография,

ГХ‒МС газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием,

УВЭЖХ ультравысокоэффективная жидкостная хроматография,

КЭ капиллярный электрофорез,

ДМД диодно-матричный детектор,

УФ ультрафиолетовый детектор,

ФД флуоресцентный детектор,

МС масс-спектрометрический детектор,

ПИД пламенно-ионизационный детектор,

МС-ИСП масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой,

ААС атомно-абсорбционная спектроскопия,

ПААС пламенная атомно-абсорбционная спектроскопия,

ЭТААС электротермическая атомно-абсорбционная спектроскопия,

АЭС-ИСП атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой,

МС/МС тандемная масс-спектрометрия,

СФ спектрофотометрия,

ХЛ хемилюминесцентная спектроскопия,

ФЛ флуоресцентная спектроскопия.

Ионные жидкости:

С₁C₂ImPF₆ гексафторфосфат 1-этил-3-метилимидазолия,

C₁С₂ImBF₄ тетрафторборат 1-этил-3-метилимидазолия,

C₁С₂ImC₂SO₄ этилсульфат 1-этил-3-метилимидазолия,

C₁С₄ImC₁CO₂ ацетат 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁С₄ImBr бромид 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁C₄ImPF₆ гексафторфосфат 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁С₄ImN(CN)₂ дицианамид 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁С₄ImCF₃SO₃ трифлат 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁С₄ImBF₄ тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁C₄ImCl хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия,

C₁C₁С₄ImBF₄ тетрафторборат 1-бутил-2,3-диметилимидазолия,

C₁C₁C₄ImTf₂N бис(трифторметилсульфонил) имид 1-бутил-2,3-диметилимидазолия,

C₁C₆ImPF₆ гексафторфосфат 1-гексил-3-метилимидазолия,

C₁С₆ImBF₄ тетрафторборат 1-гексил-3-метилимидазолия,

C₁С₆ImTf₂N бис(трифторметилсульфонил) имид 1-гексил-3-метилимидазолия,

C₁C₆ImFAP трис(пентафторэтил)трифторфосфат 1-гексил-3-метилимидазолия,

C₁C₈ImPF₆ гексафторфосфат 1-октил-3-метилимидазолия,

C₁С₈ImCl хлорид 1-октил-3-метилимидазолия,

C₁C₈ImTf₂N бис(трифторметилсульфонил) имид 1-октил-3-метилимидазолия,

С₁C₁₆ImTf₂N бис(трифторметилсульфонил) имид 1-гексадецил-3-метилимидазолия,

C₁C₁₆ImBr бромид 1-гексадецил-3-метилимидазолия,

С₄C₁₆ImTf₂N бис(трифторметилсульфонил) имид 1-гексадецил-3-бутилимидазолия,

C₄C₁₆ImBr бромид 1-гексадецил-3-бутилимидазолия,

C₅C₅ImPF₆ гексафторфосфат 1,3-дипентилимидазолия,

C₁C₄PipCl хлорид 1-бутил-3-метилпиперидиния,

C₁C₄PyrCl хлорид 1-бутил-3-метилпирролидиния,

С₄PyCl хлорид бутилпиридиния,

aC₁ImBr бромид 1-аллил-3-метилимидазолия,

aC₁ImСl хлорид 1-аллил-3-метилимидазолия,

N₄₄₄₄Cl хлорид тетрабутиламмония,

P₄₄₄₄Cl хлорид тетрабутилфосфония,

P₄₄₄₄С₁SO₄ метилсульфат тетрабутилфосфония,

CYPHOS^® IL-101 хлорид тригексил(тетрадецил) фосфония,

TOALS N-лауроилсаркозинат тетраоктиламмония,

TOMAS салицилат триоктилметиламмония,

TOMATS тиосалицилат триоктилметиламмония.

ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ – ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Ионные жидкости – соли, жидкие при комнатной или вообще не очень высокой температуре. Под “не очень высокой” температурой обычно понимают 100°С [1]. Эта очевидно условная граница отделяет “ионные жидкости” от “расплавов солей”. Последний термин, чаще употребляемый физико-химиками и электрохимиками, относят по большей части к жидкому состоянию привычных неорганических солей (классический пример ‒ криолит Na₃AlF₆ c т. пл. около 1000°С, тысячи тонн которого потребляет алюминиевая промышленность). Ионные жидкости же обычно содержат катион и/или анион органической природы¹¹. Среди них особо выделяют ИЖ, жидкие при комнатной температуре (ИЖКТ; room-temperature ionic liquids, RTIL).

Поскольку определения ссылаются на точку плавления, следует сразу же отметить, что процессы перехода в жидкое состояние/затвердевания ИЖ отличаются сложностью и многообразием [5], а граница между твердым и жидким состоянием нередко расплывчата. Так, температуры перехода в жидкое состояние и затвердевания могут не совпадать друг с другом. Ионные жидкости часто дают переохлажденные расплавы, т.е. остаются жидкими ниже точки плавления. Такие расплавы могут затвердевать, образуя аморфные твердые вещества – стекла. Дополнительное осложнение состоит в том, что одна и та же ИЖ может иметь разные точки плавления вследствие полиморфизма кристаллических фаз. Так, популярная ИЖ С₁С₄ImCl кристаллизуется (как минимум) в двух формах, плавящихся при 41 и 66°C. Рентгеноструктурный анализ показал, что в кристаллах первого типа две ближние к имидазольному кольцу связи C‒C бутильного радикала находятся в транс-конформации, а в кристаллах второго типа одна из них принимает гош-конформацию [6–9].

Как указывает название, ИЖ состоят из ионов. Здесь, правда, присутствует неоднозначность: положительные и отрицательные ионы почти всегда в какой-то степени ассоциированы и вряд ли можно указать граничную степень дис(асс)оциации, разделяющую жидкости, всецело составленные из отдельных ионов и те, что содержат значительную часть ионных пар, тройников или более крупных агрегатов и кластеров. Можно было бы говорить, что ионные жидкости состоят из эквимолярных количеств положительных и отрицательных ионов и/или из их агрегатов, причем ионные формы доминируют²².

Еще одна неоднозначность терминологии связана с индивидуальностью и чистотой ИЖ. Многие ИЖ могут содержать значительное количество растворенной воды, некоторые – очень значительное. Например, полученная нами не смешивающаяся с водой ИЖ N-лауроилсаркозинат тетраоктиламмония (TOALS) содержит в равновесном состоянии 13.2 мас. % воды, что соответствует 86 мол. % [14]. Считать ли это вещество ИЖ с примесью воды или концентрированным водным раствором соли? Оба варианта ответа законны, и оба имеют недостатки. Первый выглядит странно, поскольку на каждую пару ионов “основного вещества” приходится около шести молекул “примеси” (воды). Второй вариант в этом смысле лучше; лучше он еще и потому, что физико-химические свойства раствора не зависят от того, была ли исходная соль жидкой или твердой, а представление о растворе соли правильно охватывает оба этих случая. С другой стороны, то, что водный раствор соли может не смешиваться с чистой водой, как в случае TOALS, кажется удивительным (подобные двухфазные водные системы описаны ниже). На практике выбор термина во многом диктуется обстоятельствами, контекстом; в рамках настоящего обзора мы чаще будем говорить об “ионных жидкостях”.

Кстати, присутствие примеси воды может быть критически важно для самого существования ИЖ как жидкости. Так, салицилат триоктилметиламмония (TOMAS) в отсутствие воды – твердое вещество с т. пл. 32.8°C [15]. При насыщении же водой он “разжижается”, превращается в ИЖ, не замерзающую как минимум до ‒18°C (как и TOALS, это ‒ гидрофильно-гидрофобная ионная жидкость, так как она не смешивается с водой, но равновесное содержание воды в ней велико, 59 мол. % [15, 16]).³³

Данное короткое введение дает некоторое представление о тех неожиданностях и парадоксах, которые связаны с ИЖ. Это поистине необычные соединения, химия и физико-химия которых отличаются богатством и своеобразием.

Интересно и важно то, что, комбинируя разнобразные катионы и анионы, можно получать вещества с очень разными свойствами, в том числе специально ориентированными на конкретные приложения. Учитывая, как много известно органических катионов и анионов, потенциальное число ИЖ огромно. Часто приводят оценку 10¹⁸, восходящую, вероятно, к работе [18] и, конечно, имеющую мало отношения к практике. Сколько же ионных жидкостей уже известно? Нижней оценкой можно считать число ИЖ, представленных в базе данных NIST IL Thermo [19]: на середину 2017 г. их было 1707. Поскольку эта база данных основана на физико-химических работах, общую оценку числа известных ИЖ разумно увеличить в 5‒10 раз, что дает величину ~10⁴. Это более чем на порядок больше, чем число молекулярных растворителей (260), упоминаемых в книге Маркуса [20], или число распространенных в промышленности растворителей (600, [21]).

Несмотря на всю многочисленность и разнообразие ИЖ, можно попытаться выделить их важнейшие особенности. Прежде всего, это сравнительно высокая энергия когезии, за которую ответственны электростатические силы, действующие между катионами и анионами (в ряде случаев существен и вклад ван-дер-ваальсовых взаимодействий) [22, 23]. Частицы ИЖ “удерживаются вместе” относительно сильнее, чем частицы обычных молекулярных растворителей. Высокой энергией когезии объясняется нелетучесть ИЖ⁴⁴, которая, в свою очередь, приводит к типичному для ИЖ отсутствию запаха и несклонности к воспламенению (отсутствующих) паров. Этим же объясняется и обычная для ИЖ высокая вязкость; с точки зрения химика-аналитика она может быть и достоинством, и недостатком, в зависимости от приложения.

Еще одной родовой особенностью ИЖ является электропроводность, прямо следующая из ионной природы этих веществ [27] (с очевидными оговорками насчет возможной ассоциации ионов и высокой вязкости, мешающей переносу носителей заряда). Разумеется, это свойство чрезвычайно важно для электрохимии, в том числе аналитической.

Наконец, по-видимому, еще одной важной особенностью ИЖ, общей для многих представителей класса, является склонность к некоторой организации и даже наносегрегации и наногетерогенности [12] в бóльших масштабах, чем присуще обычным жидкостям, характеризующимся наличием только ближнего порядка.

В заключение дадим короткую историческую справку. По-видимому, первая ИЖ/ИЖКТ была описана российским академиком П.И. Вальденом в 1914 г. (нитрат этиламмония, т. пл. 13‒14°С) [28]. К его работе долго не проявляли интерес. Лишь через несколько десятилетий стали появляться – поначалу эпизодические – сообщения о новых ИЖ, перспективных, прежде всего, для электрохимических приложений. Краткую историю развития области вплоть до начала XXI века можно найти в работах [21, 29]. Ос-новные вехи связаны с появлением ИЖ на основе N-алкилпиридиния и анионных галогенидных комплексов алюминия [30, 31], солей N,N'-диалкилдимидазолия с анионами хлоралюмината и хлорида [32, 33], а затем – с более гидролитически стабильными анионами, в частности, тетрафторборатом [34]. На рубеже столетий началось интенсивное развитие направления. На рис. 1 показано, как по данным Web of Science (Core collection) с годами менялось число публикаций по ИЖ вообще и их применению в аналитической химии в частности ⁵⁵.

Ионным жидкостям посвящено уже много книг. На наш взгляд, особенного внимания заслуживают монографии [35–41]. Работы по аналитической химии составляют существенную часть публикаций, касающихся ИЖ, так что дать общий обзор их применения в аналитической химии в журнальной статье трудно (есть уже две книги [37, 38]).

Мы остановимся на самых, на наш взгляд, новых и интересных направлениях, связанных с экстракционным выделением и разделением, а также с электрохимическими методами анализа.

Конечно, этот выбор в значительной мере предопределен собственными исследовательскими интересами авторов, однако анализ литературы его, в общем, подтверждает. Так, по данным Web of Science из 50 наиболее цитируемых работ по ИЖ в категории “аналитическая химия”, вышедших в 2014‒2015 гг. (всего их около тысячи), половину составляют публикации, посвященные экстракции (включая применение ИЖ, иммобилизованных на твердом носителе) и электрохимическому анализу (11 и 14 соответственно). Еще более выразительная картина наблюдалась в 2016 г., где их суммарная доля равна двум третям (15 и 19 из 50 соответственно).

Этим областям в целом посвящены и наши ранее опубликованные обзоры [42–45]. Здесь же мы остановимся на наиболее важных “узких” направлениях последнего времени.

В работах по экстракции рассмотрим все, что связано с микроэкстракцией и с двухфазными водными системами. Внедрение ИЖ дало мощный толчок развитию этих исследований и, пожалуй, вывело их на новый уровень. Совсем недавно появился чрезвычайно интересный и тесно связанный с обеими областями подход – микроэкстракция в возникающий растворитель. В области же электроаналитической химии самые “горячие” работы по ИЖ связаны с электрохимическими сенсорами, особенно использующими новые перспективные материалы: разнообразные наночастицы, графен и т.п.

НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ЭКСТРАКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Микроэкстракция. Одна из основных тенденций развития аналитической химии ‒ миниатюризация: уменьшение анализируемых проб, используемых объемов и размеров приборов и устройств. Дополнительный плюс миниатюризации ‒ снижение расхода реагентов, позволяющее более свободно использовать сравнительно недешевые (а иногда и не самые “экологически дружественные”) вещества. В связи с этим в последние 10‒15 лет широкое развитие получили варианты микроэкстракции – капельная, мембранная и особенно микроэкстракция с диспергированием растворителя [46].

Общими требованиями к растворителям в микроэкстракции являются низкие растворимость в воде и летучесть [47]. Эти свойства определяют стабильность результатов и влияют на эффективность концентрирования в целом. Многие ионные жидкости как раз обладают указанными свойствами, что и определило бурный рост числа соответствующих работ. Сегодня можно уверенно сказать, что с внедрением ИЖ начался новый этап развития микроэкстракционного концентрирования [48, 49]. Полезными оказались такие свойства ИЖ, как низкое давление паров, хорошая термическая стабильность, высокая (и варьируемая) вязкость. Широкий выбор катионной/анионной составляющей ИЖ позволяет регулировать смешиваемость с водой и органическими растворителями. Вязкость ИЖ позволяет получать стабильные капли объемом до 10 мкл [50]. Важным достоинством является меньшая токсичность ИЖ по сравнению с большинством органических растворителей.

В микроэкстракции нашли применение разнообразные ИЖ с температурами плавления ниже комнатной. Чаще всего это соединения, образованные катионами 1,3-диалкилимидазолия, N-алкилпиридиния, тетраалкиламмония, тетраалкилфосфония и анионами – гексафторфосфатом, тетрафторборатом, бис(трифторметилсульфонил)имидом, перфторалкилсульфонатами, хлоридом и др.

Многообразие физико-химических свойств позволило использовать ИЖ для развития аналитических методов и специальных приложений. Особенности физико-химических свойств ИЖ способствовали развитию и совершенствованию методов жидкостной и парофазной микроэкстракции. В первую очередь это экстракция в каплю, мембранная экстракция и экстракция с диспергированием растворителя. Рассмотрим их подробнее (и дополнительно адресуем читателя к более ранним обзорам [51–54]).

Капельная микроэкстракция (КМЭ) (single drop microextraction, SDME) – один из наиболее популярных вариантов микроэкстракции, в котором объем используемого растворителя уменьшен до объема капли (от нескольких нанолитров до нескольких микролитров) [50, 51]. Экстрагирующая фаза представляет собой каплю растворителя, удерживаемую на конце иглы микрошприца. Предварительно в микрошприц отбирают определенный объем экстрагента, прокалывают прокладку виала⁶⁶, помещая иглу в исследуемый раствор (вариант прямого погружения в перемешиваемый раствор, directly immersed in stirred solution, DI-SDME) либо в свободное пространство над анализируемым раствором (парофазная капельная экстракция, headspace single drop microextraction, HS-SDME). Затем поршнем аккуратно выдавливают каплю экстрагента на конце иглы. После экстракции микрокаплю втягивают обратно в шприц и переносят/вводят в прибор для определения экстрагированных соединений (чаще всего применяют методы ГХ, ГХ‒МС, ВЭЖХ, ЭТААС, КЭ).

Существует еще несколько разновидностей КМЭ. Это экстракция из капли в каплю (удобна при объемах анализируемой пробы в несколько микролитров); трехфазная жидкость‒жидкость‒жидкостная КМЭ (экстракция аналита из водной фазы в малый объем органической фазы, затем реэкстракция в каплю водной фазы, находящейся на конце иглы микрошприца, погруженной в органическую фазу) и динамический вариант экстракции [47].

Процедура КМЭ характеризуется простотой, низкой стоимостью, не требует использования сложного оборудования. Важное достоинство метода – объединение стадий концентрирования и дозирования в одном устройстве и органичное сочетание с хроматографическим анализом [47].

Применение ИЖ, обладающих высокими вязкостью и поверхностным натяжением, позволяет получить стабильные капли бóльшего объема по сравнению с традиционными растворителями [53], что способствует увеличению чувствительности последующего определения. Поскольку ИЖ обладают низким давлением паров, снижаются потери экстрагента за счет испарения в процессе экстракции. Это позволяет эффективно извлекать легколетучие соединения непосредственно из паровой фазы (парофазная капельная микроэкстракция).

Первое сообщение о применении ИЖ в КМЭ появилось в 2003 г. [55]. Авторы этой работы экстрагировали полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) из водного раствора в каплю ИЖ с последующим определением методом ВЭЖХ. Использовали три ИЖ с анионом гексафторфосфата; эффективность экстракции ПАУ увеличивалась в ряду: C₁C₄ImPF₆ < C₁C₆ImPF₆ < < C₁C₈ImPF₆. Такой порядок авторы связали с уменьшением растворимости ИЖ в воде в этом ряду. (Интересно, что увеличение расчетных коэффициентов распределения ПАУ для обычной “макроэкстракционной” системы ИЖ–вода [56] происходит в обратном порядке.) ПАУ эффективно экстрагировались в каплю ИЖ объемом 3 мкл. Стоит отметить, что объем стабильной капли традиционного для капельной экстракции растворителя – октанола-1 – составил 1 мкл. Поскольку капля ИЖ более стабильна при бóльшем объеме, оказалось возможным увеличить продолжительность концентрирования и достичь высоких коэффициентов концентрирования. Для низколетучих ПАУ вариант КМЭ с прямым погружением в перемешиваемый раствор обеспечил более высокие коэффициенты концентрирования, чем парофазная КМЭ.

Позже объем капли экстрагента удалось дополнительно увеличить (до 10 мкл) за счет увеличения диаметра используемого капилляра, что позволило достичь высоких степеней извлечения алкилфенолов (>90%) [50], хлорированных анилинов (>80%) [57] из природных и сточных вод. Низкие пределы обнаружения производных анилина получены за счет эффективного микроконцентрирования в 10 мкл C₁C₄ImPF₆ в варианте парофазной КМЭ при 90°С, благодаря стабильности капли экстрагента и высокому сродству ИЖ к извлекаемым соединениям.

Ионные жидкости в качестве экстрагентов использовали в КМЭ для извлечения хлорсодержащих и ароматических углеводородов [58], ПАУ, бензола, толуола, этилбензола [59], фталатов, ароматических аминов [60, 61], фенолов [62, 63], пестицидов [64] и гербицидов [65]. Найдено, что из ряда исследованных в работе ИЖ с анионом гексафторфосфата [59] C₁C₈ImPF₆ обладает наилучшей экстрагирующей способностью по отношению к бензолу, толуолу, этилбензолу и ксилолам. Оптимальная температура экстракции равна 30°С; дальнейшее повышение температуры до 80°С приводит к снижению степени извлечения. Аналогичная тенденция отмечена и в ряде других работ. Авторы связывают ее с возможным уменьшением коэффициентов распределения с ростом температуры, а также с увеличением давления и концентрации молекул воды в паровой фазе, мешающих переносу в нее определяемых соединений [59, 64].

Для хроматографического определения веществ в концентрате важно, чтобы экстрагент был совместим с подвижной фазой. Использование в качестве экстрагента ИЖ в ряде случаев требует доработки системы ввода пробы с целью переноса экстрагируемых соединений из фазы ИЖ (за счет термической десорбции) в газовый хроматограф и предотвращения поступления самой ИЖ в разделительную колонку и загрязнения колонки [58, 59, 66].

При определении методом ВЭЖХ микрокаплю со сконцентрированными примесями после КМЭ вводят непосредственно в колонку хроматографа. Скрининг важных экотоксикантов ‒ ароматических углеводородов, ПАУ, фталатов, ароматических аминов, фенолов и гербицидов – проводили [65], анализируя полученный в ходе микроконцентрирования экстракт. Коэффициенты концентрирования изученных соединений находились в диапазонах 5–168 при экстракции в C₁C₄ImPF₆ (5 мкл, время экстракции 15 мин) и 4–178 при экстракции в C₁C₈ImPF₆ (5 мкл, 30 мин). Увеличение продолжительности экстракции при использовании C₁C₈ImPF₆ авторы связывают с более высокой вязкостью этой ИЖ. Достигнуто количественное извлечение ряда фосфорорганических пестицидов [64]. Степени извлечения увеличивались с ростом ионной силы (до 35% хлорида натрия) и с повышением температуры до 70°С. Стабильность капли C₁C₄ImPF₆ резко снижалась при объеме капли выше 10 мкл. В оптимальных условиях получены низкие пределы обнаружения определяемых соединений (табл. 1).

В большинстве работ по КМЭ используют гексафторфосфатные ИЖ. Ионная жидкость с анионом бистрифлилимида впервые использована в работе [67]. Помимо высокой экстрагирующей способности, она удовлетворяла требованиям последующего детектирования – не давала матричных эффектов при определении методом спектроскопии ионной подвижности. 2,4,6-Трихлоранизол экстрагировали в варианте парофазной КМЭ. Оптимальная температура экстракции 50°С, продолжительность экстракции не превышала 30 мин. Степень извлечения увеличивалась с увеличением ионной силы (экстракцию проводили при концентрации хлорида натрия 350 г/л).

Нестабильность капли – один из главных недостатков, ограничивающих применение КМЭ в сочетании с ВЭЖХ. Малый размер капли (на уровне микролитров) не всегда обеспечивает высокую чувствительность при хроматографическом определении. Динамический вариант КМЭ предложен для эффективной экстракции нестероидных противовоспалительных препаратов и фенотиазиновых производных из биологических жидкостей [68, 69]. Для контроля объема капли и скорости потока аналитов предложено специально изготовленное устройство, благодаря которому удалось увеличить объем капли до 50 мкл и повысить чувствительность определения.

Высокая чувствительность определения фенолов (4-хлорфенола, 2-нитрофенола и 3-нитрофенола) достигнута при сочетании в режиме реального времени КМЭ с капиллярным электрофорезом [63]. Количественная экстракция фенолов в каплю C₁C₄ImPF₆ малого объема (2.4 нл), находящуюся непосредственно на конце погруженного в анализируемый раствор капилляра, достигалась за 10 мин с высокими коэффициентами концентрирования (107–156).

Экстракция ионов металлов в варианте КМЭ описана в работах по определению ртути в водных растворах [70], свинца в пищевых продуктах [72], кадмия в пищевых продуктах и в воде [71]. Свинец и кадмий в присутствии пирролидиндитиокарбамата аммония количественно экстрагировали из образцов природной воды в каплю ИЖ C₁C₄ImPF₆ [71, 72]. Экстракт, содержащий комплекс свинца, вводили непосредственно в графитовую печь для определения методом ЭТААС. В оптимальных условиях предел обнаружения и коэффициент концентрирования свинца составили 0.015 мкг/л и 76 соответственно. После экстракции кадмия в каплю объемом 20 мкл экстракт разбавляли тетрагидрофураном до 100 мкл для снижения матричных помех при последующем определении. Аликвоту 10 мкл вводили в электротермический атомизатор (вольфрамовая нить). В оптимальных условиях предел обнаружения и коэффициент концентрирования кадмия составили 0.015 мкг/л и 42 соответственно [71].

Ртуть(II) и ртутьорганические соединения определяли в виде дитизонатных комплексов методом ВЭЖХ после КМЭ в каплю ИЖ объемом 4 мкл. Показано, что из трех изученных ИЖ (C₁C₄ImPF₆, C₁C₆ImPF₆, C₁C₈ImPF₆) только C₁C₆ImPF₆ извлекает неорганическую ртуть в виде дитизонатного комплекса. Время экстракции при рН 11 составило 20 мин. Пределы обнаружения для исследованных соединений находились в диапазоне между 1.0 и 22.8 мкг/л [70].

Микроэкстракция с отверждением плавающей капли (МЭОПК) (solidification of a floating organic drop, SFOD-ME). Здесь примененяют ИЖ с плотностью меньше, чем у воды, не смешивающиеся с водой и имеющие температуру плавления, близкую к комнатной. Каплю экстрагента наносят на поверхность анализируемого раствора, который перемешивают магнитной мешалкой при постоянной температуре. После окончания концентрирования анализируемый раствор охлаждают и затвердевшую каплю экстракта переносят в отдельную емкость, где она расплавляется, а затем анализируют. В работе [73] ИЖ C₁C₂ImPF₆, твердую при комнатной температуре, использовали для экстракции сульфаниламидов. Под действием микроволнового поля (240 Вт, 90 с) ИЖ плавилась и диспергировалась. После охлаждения в ледяной бане в течение 5 мин капли ИЖ затвердевали. После центрифугирования и отделения водного раствора декантацией затвердевший экстракт растворяли в ацетоне и анализировали методом ВЭЖХ. Степени извлечения сульфониламидов 91.9–102.8%, значения относительных стандартных отклонений до 0.12, пределы обнаружения 0.33–0.85 мкг/л. Для определения пестицидов методом МЭОПК в качестве экстрагента использовали ИЖ гексафторфосфат тригексилтетрацедилфосфония и растворитель додеканол-1 в соотношении 1 : 5. Продолжительность экстракции составила 30 мин, степени извлечения 75.6–113.9% [74].

Высокие коэффициенты концентрирования, достигаемые за короткое время, разнообразие вариантов осуществления, возможность сочетания со многими методами определения – основные достоинства метода КМЭ с использованием ИЖ.

Мембранная микроэкстракция в полое волокно (ММЭ) (hollow fiber liquid phase microextraction, HFME) – подход, устраняющий такие недостатки КМЭ, как нестабильность и высокая вероятность отрыва капли, а также ограничение объема используемого экстрагента. Сосудом для экстракции служит гидрофобное полимерное полое волокно; обычно его надевают на иглу микрошприца, а свободный конец перед работой запечатывают. Существуют варианты двухфазной, трехфазной мембранной экстракции, мембранной экстракции из капли в каплю, парофазной мембранной экстракции и экстракция во вращающуюся мембрану [47]. В двухфазном варианте экстракция происходит в экстракционный растворитель, заключенный в волокно. В трехфазном варианте реализуются и экстракция, и реэкстракция. Определяемые вещества экстрагируются из исходного водного раствора в растворитель, находящийся в порах стенок волокна, а затем реэкстрагируются в заключенный внутрь волокна водный раствор-приемник (отличающийся по составу или pH от исходного [75, 76]). Конечно, эти варианты – современные микромасштабные разновидности давно известных способов экстракции “твердыми экстрагентами” и мембранной экстракции с импрегнированными мембранами (supported liquid membranes, SLM).

Выбор растворителя в ММЭ играет определяющую роль для достижения эффективного извлечения. Основными требованиями являются хорошее удерживание в порах мембраны при иммобилизации, несмешиваемость с водой, низкая летучесть, сродство к извлекаемым соединениям. Этим требованиям удовлетворяют многие ИЖ.

Авторы работы [75] погружали полипропиленовый капилляр (полое волокно) длиной 5 см в 10 мл ИЖ C₁C₈ImPF₆ и выдерживали в течение 10 мин для заполнения пор. Далее промывали водой в течение 5 мин и закрепляли на конце иглы микрошприца; вводили в капилляр 10 мкл принимающей фазы (рН 13, фосфатный буферный раствор). Свободный конец капилляра запаивали и вводили (не снимая со шприца) в 15 мл анализируемого раствора фенолов (рН 1, перемешивание магнитной мешалкой). После экстракции срезали запечатанный конец капилляра, всасывали фазу-приемник в микрошприц и вводили в жидкостной хроматограф. Стабильность иммобилизованного экстрагента обеспечивала высокую воспроизводимость при определении хлорфенолов методом ВЭЖХ в реальных объектах. Высокая чувствительность определения бензола, толуола, этилбензола, ксилолов достигнута после экстракции в C₁C₈ImPF₆ и определения методом ГХ [76]. Эффективность трехфазной мембранной экстракции сульфониламидов с C₁C₈ImPF₆ в качестве экстрагента увеличивается при добавлении активного полярного растворителя три-н-октилфосфиноксида в ИЖ [77].

Ряд диалкилимидазолиевых и диалкилпиридиниевых ИЖ изучен в качестве экстрагента и акцепторной фазы в двухфазной мембранной микроэкстракции органических соединений, являющихся так называемыми “УФ-фильтрами” [78]. Только ИЖ C₁C₆ImFAP проявила высокое сродство к извлекаемым соединениям и обеспечила высокие степени извлечения, однако необходимое время экстракции довольно велико (50 мин). Ранее ИЖ с подобным анионом, обладающие высокой термической и гидролитической устойчивостью, низкой растворимостью в воде, зарекомендовали себя как эффективные экстрагенты для ПАУ [79].

В качестве жидкостной мембраны и принимающей фазы для экстракции красителя нейтрального красного использовали C₁C₈ImPF₆ [80]. Экстракцию проводили при рН 7, при котором краситель существует в нейтральной форме. Для достижения количественной экстракции использовали электрическое поле (‒70 В). После экстракции в течение 20 мин краситель элюировали из экстракта этанолом под действием ультразвука и разбавляли в два раза фосфатным буферным раствором для дальнейшего спектрофотометрического/хемилюминесцентного определения. Предел обнаружения нейтрального красного составил 0.38 мкг/л.

Для концентрирования бисфенола А и диэтилстильбэстрола из водных растворов (20 мл) использовали C₁C₈ImPF₆, акцепторной фазой служил раствор гидроксида натрия с рН 10 (5 мкл) [81]. Продолжительность экстракции 10 мин. Высокие коэффициенты концентрирования бисфенола А (850) и диэтилстильбэстрола (624) получены при сочетании ММЭ с определением методом ВЭЖХ-УФ.

Ионные жидкости в методе ММЭ использовали не только в качестве экстрагирующего растворителя, но и в качестве принимающей фазы. Пределы обнаружения для трех изученных ПАУ удалось снизить с 10 нг/мл при прямом хроматографическом определении без концентрирования до 0.25 нг/мл с концентрированием в варианте трехфазной ММЭ с C₁C₄ImCl (4.5 М раствор) в качестве принимающей фазы. При большей концентрации ИЖ степень извлечения снижалась, по-видимому, из-за высокой вязкости раствора, затрудняющей массоперенос и диффузию экстрагируемых соединений. Экстракцию проводили в течение 15 мин при 40°С из водных растворов с добавкой метанола (0.4 об. %) и высаливателя (5 мас. % NaCl). По окончании экстракции акцепторную фазу (ИЖ) вводили в жидкостной хроматограф [82].

Мембранную микроэкстракцию использовали для концентрирования ионов металлов в диалкилимидазолиевые ИЖ, заключенные в поры мембраны [83–85]. Двухфазная ММЭ никеля(II) и свинца(II) в виде пирролидиндитиокарбаматных комплексов изучена в работе [83]. Для количественного извлечения ионов металлов необходимо использовать ИЖ с длинными алкильными заместителями в имидазолиевом кольце. Экстракцию проводили при рН 3 и объеме принимающей фазы 8 мкл. Время достижения количественного извлечения 15 мин. Металлы определяли непосредственно в экстракте методом ЭТААС. В трехфазной мембранной экстракции кадмия в виде комплекса с 4-(2-пиридилазо)резорцином (ПАР) в качестве экстрагента использовали C₁C₄ImPF₆, а акцепторной фазы – раствор ЭДТА [86]. В оптимальных условиях достигнута количественная экстракция кадмия с коэффициентом концентрирования 162.

Недостатками мембранной экстракции является эффект памяти при вторичном использовании (поэтому в большинстве случаев для каждого анализа готовят новую мембрану), необходимость предварительного заполнения пор мембраны экстрагентом и не очень высокая точность при ручном режиме работы. Мембранную микроэкстракцию может затруднять недостаточно высокая интенсивность массопереноса “через стенку” из исходной в принимающую фазу. Недавно описано применение ультразвуковой обработки для устранения таких помех при экстракции и ААС-определении хрома [87], кобальта и никеля [88]. В обоих случаях использовали ИЖ C₁C₆ImPF₆ и комплексообразующий реагент 1-(2-пиридилазо)-2-нафтол (ПАН). Мембранную микроэкстракцию чаще реализуют в статическом варианте.

Примеры анализируемых объектов и некоторые метрологические характеристики предложенных методик анализа представлены в табл. 2.

Микроэкстракция с диспергированием растворителя (МЭДР) или дисперсионная жидкость‒жидкостная микроэкстракция (в англоязычной литературе dispersive liquid−liquid microextraction, DLLME) предложена в 2006 г. иранскими исследователями [89]. В этом методе предварительно растворяют не смешивающийся с водой экстракционный растворитель в дополнительном (дисперсионном) растворителе, который полностью смешивается с водой. При введении смеси в анализируемый водный раствор экстрагирующий растворитель выделяется в виде тонкодисперсной эмульсии с размером частиц в десятые-сотые доли микрометра. Это приводит к увеличению общей поверхности массообмена по сравнению с обычной экстракцией не менее чем в 10⁴–10⁵ раз; как следствие, межфазное равновесие устанавливается не более чем за 1 мин [89]. Агрегирование частиц эмульсии в отдельную фазу-концентрат обычно достигается центрифугированием.

Использование ИЖ в ряде случаев не требует применения диспергирующего растворителя, который иногда может неблагоприятно влиять на коэффициенты распределения примесей и осложняет автоматизацию. Диспергирование при этом может осуществляться, например, регулированием температуры (охлаждение предварительно нагретого водного раствора аналита, содержащего гидрофобную ИЖ), воздействием ультразвука или микроволнового излучения.

Впервые ИЖ в МЭДР применили китайские [90] и иранские химики [91]. В работе [90] использовали C₁С₆ImPF₆ в качестве экстрагента для извлечения группы фосфорорганических пестицидов из объектов окружающей среды. Водный раствор, содержащий аналиты и гидрофобную ИЖ, нагревали до 80°C (при этом существенно увеличивалась растворимость ИЖ в воде), затем охлаждали в течение 30 мин в ледяной бане. Этот прием позволил избежать введения диспергирующего растворителя. Микрокапли ИЖ с сконцентрированными аналитами осаждали центрифугированием.

Авторы работы [91] определяли ртуть в воде, используя C₁С₆ImPF₆ и C₁С₆ImTf₂N, которые предварительно растворяли в небольшом количестве ацетона. Для связывания ионов металла вводили комплексообразующий реагент – тиокетон Михлера. Образованию тонкодисперсной эмульсии способствовало нагревание до 35°C и последующее охлаждение. Этот вариант МЭДР с регулируемой температурой иногда называют “микроэкстракция с агрегированием при охлаждении” (cold-induced aggregation microextraction, CIAME).

В многочисленных публикациях по применению ИЖ в МЭДР можно выделить четыре основных подхода: 1) традиционная МЭДР (система включает водный раствор, содержащий аналит, ионную жидкость в качестве экстрагента, диспергирующий растворитель); 2) МЭДР с регулируемой температурой; 3) МЭДР с диспергированием под воздействием ультразвука, микроволнового излучения, интенсивного перемешивания и т.д.; 4) МЭДР с ИЖ, образующейся in situ.

В традиционном варианте МЭДР к анализируемому раствору добавляют в качестве экстрагента небольшое количество гидрофобной ионной жидкости (для связывания металлов обычно дополнительно вводят комплексообразующий реагент) и дисперсионный растворитель, чаще всего – метанол, ацетонитрил или ацетон. Смесь хорошо перемешивают, сконцентрированные в микрокаплях ИЖ определяемые соединения отделяют центрифугированием. Процедура достаточно проста и отличается от классического варианта МЭДР только заменой экстракционного органического растворителя на ионную жидкость. Так, изучена экстракция и разработана методика определения гетероциклических инсектицидов в воде [92] с использованием C₁С₆ImPF₆ в качестве экстрагента и метанола как диспергирующего растворителя. Степень извлечения составила более 80%, а коэффициенты концентрирования – около 210 при экстракции из 5 мл водного раствора в 20 мкл органической фазы. Простота предложенного метода сочеталась с низкими пределами обнаружения (0.53 мкг/л).

В большинстве работ, касающихся традиционного варианта МЭДР, используют имидазолиевые ИЖ с анионами гексафторфосфата или бис(трифлил)имида. Примечательно, что практически во всех случаях требуется небольшое количество органического растворителя для разбавления сконцентрированного экстракта с целью уменьшения вязкости ИЖ и расширения возможности ее использования в анализе. Пестициды [93–95], ПАУ [96], фенолы [97], парабены [98], метамфетамин [99], α-токоферол [100], метаболит пирена [101], лекарственные препараты [102] определяли при сочетании МЭДР с ВЭЖХ [93, 94, 98, 99, 101–103], электрофорезом [97], спектрофотометрией [104]. При определении методом ВЭЖХ в качестве растворителя используют метанол, ацетонитрил или ацетон. Реже применяют реэкстракцию и соответственно определение в реэкстракте. Так, бисфенол-А, 1- и 2-нафтолы, 2,4-дихлорфенол в косметической продукции (лосьоны, тоники и т.п.) определяли с помощью КЭ после экстракции определяемых соединений в C₁C₈ImPF₆ в присутствии диспергирующего растворителя ацетона и реэкстракции щелочными водными растворами [97]. Из-за высокой вязкости ИЖ и сильного поглощения в УФ-области ее прямое использование в КЭ невозможно. Кроме того, ввиду низкой растворимости в щелочном растворе некоторые из сопутствующих/мешающих веществ оставались в фазе ИЖ, т.е. реэкстракция щелочным раствором позволила в некоторой степени провести очистку от примесей. При использовании C₁C₈ImPF₆ достигнуто высокое извлечение (82‒119%) определяемых соединений. Пределы обнаружения для бисфенола-А, 2-нафтола, 1-нафтола, 2,4-дихлорфенола составили 5, 5, 8, 100 нг/мл, коэффициенты концентрирования – 60.1, 52.7, 49.2, 18.0 соответственно.

Ионные жидкости на основе тригексилтетрадецилфосфония применяли для концентрирования гербицидов (анион бис(трифлил)имид) [105] и ПАУ (бромид ион) [106].

В качестве диспергирующего агента предложено использовать гидрофильную ионную жидкость, например C₁С₄ImBF₄, вместо органического растворителя [107, 108]. В таком варианте органический растворитель (метанол) необходим только для разбавления концентрата перед определением методом ВЭЖХ.

Следует отметить, что в ряде работ для уменьшения адгезии ИЖ на стенках экстракционных пробирок дополнительно вводили ПАВ, чаще всего Тритон X-114 или додецилсульфат натрия [91, 109–112].

Для извлечения ионов металлов в качестве комплексообразующих реагентов используют традиционные для экстракции органические реагенты: диэтил- и пирролидин-дитиокарбаминаты, 1-нитрозо-2-нафтол [111], ПАР [112], 4,4'-бис(диметиламино)тиобензофенон и др. [109, 113–115]. В ряде случаев для ускорения комплексообразования требуется нагревание реакционной смеси. Так, реакцию комплексообразования кобальта(II) с 1-нитрозо-2-нафтолом при рН 4 проводили при 50°С в течение 15 мин, затем раствор охлаждали в течение 10 мин и добавляли C₁С₆ImPF₆ в метаноле. Время экстракции составило 7 мин.

После экстракции элементы определяют, как правило, методом ААС с пламенной [96] или электротермической атомизацией [109, 111, 112, 114, 115], реже – с индуктивно связанной плазмой [116]. Ввиду высокой вязкости ИЖ иногда перед определением металлов экстракт разбавляют небольшим количеством органического растворителя [111] или отделяют ИЖ, пропуская через микроколонку с сорбентом. Металл элюируют подходящим растворителем, например ацетоном [112]. Отделив таким образом ИЖ, снижают матричные помехи при атомизации пробы. Так, кобальт в комплексе с ПАР экстрагировали из 2 мл анализируемого раствора в раствор хлорида тетрадецил(тригексил)фосфония (CYPHOS®IL101) в ацетоне со степенью извлечения 98–103%. После отделения ИЖ на колонке с флоресилом кобальт элюировали азотной кислотой. Предел обнаружения кобальта методом ЭТААС составил 8 нг/л [112].

Наиболее распространенные объекты анализа методом традиционной МЭДР – природные воды [109, 112–114], реже – биологические жидкости [111], растительные экстракты [114], пищевые продукты [109, 114].

Основной недостаток традиционной МЭДР заключается в необходимости введения в систему третьего компонента ‒ диспергирующего растворителя, в качестве которого обычно используют летучие органические растворители. Объем диспергирующего растворителя часто критически влияет на образование дисперсной системы, степень диспергирования ИЖ в водной фазе и, в конечном счете, на эффективность экстракции. Уменьшение объема диспергирующего растворителя не позволяет как следует диспергировать ИЖ, дисперсная система может иногда и вовсе не образоваться.

Для того чтобы избежать введения третьего компонента в экстракционную систему предложены другие способы диспергирования ИЖ. Эти подходы основаны на использовании нагревания, микроволнового поля, облучении ультразвуком. Соответствующие методы получили названия: микроэкстракция с диспергированием растворителя под действием температуры, МЭДР‑Т (temperature assisted IL-DLLME, TA-IL-DLLME или cold-induced aggregation ME, CIAME); дисперсионная микроэкстракция под воздействием ультразвука, МЭДР‑УЗ (IL-based ultrasound-assisted DLLME, IL-USA-DLLME) и при содействии микроволнового поля, МЭДР‑МВ (IL-based microwave-assisted DLLME, IL-MA-DLLME). Применение интенсивного перемешивания – один из альтернативных способов избежать необходимость введения третьего компонента (диспергатора) в систему, соответствующий вариант получил название IL-based vortex-assisted DLLME (IL-VA-DLLME).

Микроэкстракцию с диспергированием растворителя под действием температуры (МЭДР‑Т) осуществляют при нагревании водного раствора, содержащего определяемые соединения и гидрофобную ИЖ в качестве экстрагента. Поскольку растворимость ИЖ увеличивается с ростом температуры, нагревание способствует ее диспергированию в водном растворе. Последующее охлаждение смеси приводит к оседанию микрокапель ИЖ, содержащих экстрагированные соединения. В этом варианте микроэкстракции не исключено и использование диспергирующих растворителей, таких как метанол, ацетонитрил и т.д. Если диспергирующие агенты не использовать, то помутнение раствора, т.е. образование дисперсной системы, происходит на этапе охлаждения [90, 117, 118], а в присутствии таких агентов – непосредственно после их добавления [91, 119–123].

Впервые о возможности диспергирования ИЖ посредством температурного контроля в МЭДР сообщили авторы работ [90, 91] при определении органических соединений и ионов металлов. В работе [91] экстракцию проводили при более низкой температуре, использовали две гидрофобные ИЖ, содержащие одинаковые катионы, но разные анионы – C₁С₆ImPF₆ и C₁С₆ImTf₂N – для предотвращения солюбилизации ответственной за экстракцию ИЖ C₁С₆ImРF₆ в водных растворах с высоким содержанием солей. В экстракционную систему также вводили Triton X-114 для предотвращения “налипания” ИЖ на стенки пробирки, как утверждают авторы.

Микроэкстракцию с температурным контролем обычно проводят при 50‒90°С, более высокие температуры нельзя использовать из-за испарения воды. Существенным недостатком метода является довольно высокая продолжительность анализа, вызванная дополнительными этапами нагревания/охлаждения [117, 123]. Продолжительность экстракции определяют как интервал времени от момента добавления ИЖ до центрифугирования. Она практически не влияет на степень извлечения, поскольку образование большой межфазной поверхности при диспергировании ИЖ, например, посредством увеличения ее растворимости при нагревании, приводит к быстрому переносу экстрагируемых соединений из водной фазы в фазу ИЖ, соответственно экстракционное равновесие устанавливается крайне быстро. Центрифугирование обычно проводят сразу после образования мутного раствора. Ограничением метода является возможность его использования только для термически устойчивых соединений.

Для определения пестицидов [90], фунгицидов [118], фенолов и фенольных соединений [120, 124], красителей [123], антибиотиков [117, 119] и ионов металлов чаще всего используют диалкилимидазолиевые ИЖ с анионом гексафторфосфатом. Например, малахитовый зеленый и кристаллический фиолетовый из речной воды и воды рыбоводных прудов экстрагировали в C₁С₈ImPF₆, в качестве диспергирующего растворителя использовали метанол [123]. После смешивания всех реагентов пробирки нагревали при 70°С. Время экстракции при этом составило 50 мин.

Металлы экстрагируют в присутствии комплексообразующих реагентов. Так, свинец экстрагировали в ИЖ в присутствии дитизона [125], ванадий – 2-(5-бром-2-пиридилазо)-5-диэтиламинофенола [121], цинк – 8-гидроксихинолина [122], свинец – пирролидиндитиокарбамината аммония [126], серебро – в присутствии дисульфирама [127], хром – пирролидиндитиокарбамата аммония [128], железо – 2,2'-дипиридила [129].

При определении металлов часто необходимо дополнительное время и/или нагревание для получения соответствующих комплексных соединений, в виде которых их экстрагируют. Так, антибиотики тетрациклинового ряда экстрагировали в ионную жидкость в виде соответствующих комплексных соединений с La(III), для получения которых требовалось перемешивание и выдерживание реагентов в течение 40 мин. Только после этого к водной фазе добавляли C₁C₄BImPF₆, нагревали реакционную смесь и выдерживали в течение 30 мин при 60°С (установленная оптимальная температура) до полного растворения ИЖ. Далее охлаждали в ледяной бане в течение 30 мин и центрифугировали в течение 10 мин при 4°С. Определение проводили методом ВЭЖХ в фазе ИЖ после разбавления метанолом [117]. Тем не менее, в большинстве случаев продолжительность экстракции в системах с ИЖ меньше, чем в системах, в которых в качестве диспергирующего растворителя используют смешивающиеся с водой органические растворители.

Высокие степени извлечения и значения коэффициентов концентрирования достигнуты при определении и органических соединений, и ионов металлов. Условия экстракции и примеры анализируемых объектов представлены в табл. 3 ([130‒150]).

Микроэкстракция с интенсивным перемешиванием достигается ультразвуковым или микроволновым воздействием или применением высокоскоростных вибрационных перемешивающих устройств. Это является альтернативой нагреванию при получении тонкодисперсных эмульсий ИЖ в водном растворе. Поскольку применение дополнительных источников энергии сопровождается повышением температуры, использование ультразвука или микроволнового излучения часто требует дополнительного этапа охлаждения. В ряде случаев для улучшения диспергирования гидрофобных ИЖ используют органический растворитель, поверхностно-активное вещество (ПАВ) или гидрофильную ИЖ. Главными преимуществами МЭДР‑Т, МЭДР‑УЗ и МЭДР‑МВ являются экспрессность и обычно высокая степень извлечения экстрагируемых соединений.

Микроэкстракция под воздействием ультразвука [130–134, 141‒147] была исторически первой альтернативой традиционной дисперсионной микроэкстракции и микроэкстракции с контролируемой температурой. Применение ультразвука в сочетании с МЭДР впервые описано для определения ароматических аминов [130] и кадмия в воде [143].

Отмечено [131], что использование ультразвукового излучения позволяет не только сократить продолжительность экстракции, но и уменьшить объем диспергирующего растворителя. Кроме того, при извлечении аналитов из фармацевтических препаратов зафиксировано увеличение степеней извлечения парацетамола, кетопрофена, напроксена и др. более чем на 10% [131], если после экстракции под воздействием ультразвука экстракционную смесь охладить (достаточно 3 мин) в ледяной бане.

Ультразвук оказывает мощное содействие образованию эмульсий, гомогенизации реакционных смесей, способствует массопереносу аналитов между несмешивающимися фазами. Однако для уменьшения износа оборудования и потери растворителей и аналитов в некоторых случаях требуется уменьшить мощность ультразвукового излучения. Показано, что добавление небольших количеств диспергирующего растворителя позволяет снизить продолжительность ультразвукового облучения без снижения степеней извлечения [132]. При определении ртути и метилртути в природных водах найдено, что продолжительность ультразвукового воздействия на экстракцию должна быть небольшой из-за возможного перегрева с потерей летучих соединений; рекомендовано выдерживать экстракционную смесь в ледяной бане [134]. Авторы в качестве экстрагента, диспергирующего растворителя и комплексообразующего реагента использовали тиосалицилат триоктилметиламмония (TOMATS). Степени извлечения Hg²⁺ и СH₃Hg⁺ из 10 мл анализируемых водных растворов (рН 4) в присутствии 30 мкл TOMATS при ультразвуковом облучении (45 Вт в течение 2 мин, охлаждение в ледяной воде 5 мин, центрифугирование 10 мин, 4500 об./мин) составили 95‒103%. Соединения ртути определяли непосредственно в фазе ИЖ, предварительно разбавленной этанолом, методом ААС.

Впоследствии ту же ИЖ TOMATS применили для определения в зеленом чае кадмия, кобальта и свинца методом ВЭЖХ с фотометрическим детектированием [147]. Пределы обнаружения составили (мг/кг) 0.002 для Cd(II), 0.009 для Co(II) и 0.013 для Pb(II).

В качестве дисперсгирующего растворителя можно применять гидрофильные ИЖ. Так, гидрофильную ИЖ С₁С₄ImBF₄ использовали в качестве диспергирующего растворителя в варианте МЭДР с ультразвуковым воздействием для определения сульфаниламидов в детском сухом молоке [133], вторую (гидрофобную) ИЖ С₁С₆ImPF₆ применяли как экстрагент. Для определения фенольных соединений в природной воде использовали в качестве экстрагента C₁С₆ImPF₆, а в качестве диспергирующих растворителей – две гидрофильные ИЖ С₁С₂ImBF₄ и BSO₃HMImOTf (трифторметилсульфат 1-сульфобутил-3-метилимидазолия). Последняя ИЖ с сульфогруппой, ковалентно связанной с алкильной цепочкой катионной части ИЖ, служила в качестве рН-модификатора: добавлением определенного объема этой ИЖ устанавливали необходимое значение рН. 4-Нитрофенол и 2-нафтол экстрагировали со степенью извлечения выше 87 и 98% соответственно при рН 2 и ультразвуковом воздействии в течение 5 мин (200 Вт, 25°С) [134]. Пределы обнаружения составили 5.5 и 10.0 мкг/л для 4-нитрофенола и 2-нафтола соответственно.

Микроэкстракцию с диспергированием растворителя с ультразвуковым воздействием применяли также для концентрирования при определении методом ВЭЖХ антидепрессантов циталопрама и нортриптилина [151], фосфорорганических пестицидов [152], а также определении парабенов методом КЭ [153].

Благодаря ионной природе, способность ИЖ поглощать энергию микроволнового излучения чрезвычайно высока. Это обеспечивает быстрый разогрев реакционной смеси и возможность проведения процессов при высоких температурах практически в отсутствие паров растворителя [154]. Одним из важных преимуществ использования микроволнового или ультразвукового излучения в вариантах МЭДР является возможность одновременно проводить экстракцию и реакцию дериватизации экстрагируемого соединения в одной экстракционной пробирке под воздействием этих видов излучения. Впервые такое сочетание было описано в работе [135] при определении формальдегида в напитках. В последующих работах проводили экстракцию и дериватизацию сульфаниламидов с флуорескамином [136], аминоглюкозидов, присутствующих в молоке [137], под воздействием микроволнового излучения в сочетании с МЭДР, используя ПАВ (Тритон Х-114) в качестве диспергирующего растворителя, с последующим определением методом ВЭЖХ. Китайские исследователи применили микроволновой вариант МЭДР для определения антрахинонов в растительных образцах [155]. В целом микроволновое излучение применяют для содействия микроэкстракции реже, чем ультразвук.

Сравнительно недавно для улучшения диспергирования ИЖ в МЭДР начали применять интенсивное перемешивание (высокоскоростные орбитальные перемешивающие устройства) [138, 139, 156‒159]. Этот способ диспергирования уже стал одним из наиболее распространенных. Показано, что кратковременное (2‒5 мин) интенсивное перемешивание не только уменьшает расход ИЖ и дисперсионного растворителя (метанола), но также улучшает диспергирование С₁С₈ImPF₆ и способствует увеличению степеней извлечения фосфорорганических пестицидов [140]. Для улучшения диспергирования ИЖ и уменьшения продолжительности экстракции интенсивное перемешивание использовали и для извлечения свинца в виде комплекса с ПАР [148], кадмия в виде комплекса с 8-гидроксихинолином [149] и пирролидиндитиокарбаминатом [150].

Для отделения микрокапель ИЖ от водной фазы и избежании потерь органической фазы на стадии отделения предложен новый метод, являющийся комбинацией дисперсионной жидкостной и дисперсионной твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ) с магнитными наночастицами [145, 157, 141 ]. При определении инсектицидов магнитные наночастицы Fe₃O₄ добавляют после МЭДР для облегчения удаления микрокапель ИЖ из водного раствора с использованием магнита [141]. Инсектициды десорбировали ацетонитрилом и определяли хроматографически. Кроме того, показано, что добавление магнитных наночастиц на стадии экстракции в систему, содержащую С₁С₄ImPF₆, позволяет существенно повысить степень извлечения свинца в виде его пирролидиндитиокарбаминатного комплекса и кадмия в виде комплекса с 4-(2-тиазолилазо)резорцином с 45% до количественной экстракции. Рост извлечения авторы объясняют адсорбцией комплекса металла на поверхности наночастиц. При этом для диспергирования ИЖ использовали интенсивное перемешивание; продолжительность экстракции не превышала 3‑5 мин [145, 160]. Ионные жидкости и металлы десорбировали с наночастиц азотной кислотой. Для концентрирования негативно влияющих на эндокринную систему веществ описано применение магнитных наночастиц Fe₃O₄, покрытых слоем SiO₂, к которому ковалентно привита “ионная жидкость” – хлорид метилимидазолия [161] (кавычки здесь употребили авторы данного обзора, а не цитируемой работы).

С той же целью – облегчить отделение концентрата от водного раствора – наряду с магнитными частицами в последнее время используют магнитные ионные жидкости (МИЖ). Отметим три недавних обзора о таких ИЖ – один общего характера [162], а два других специально по аналитическим приложениям [163, 164]. Конечно, самый очевидный и распространенный тип МИЖ ‒ это соли с анионом ${\text{FeCl}}_{4}^{ - }.$ Так, ИЖ тетрахлороферрат триоктилметиламмония применяли для определения ряда лекарственных препаратов [165]. Среди других анионов можно упомянуть ${\text{FeBrCl}}_{3}^{ - }$ для определения ПАУ [166]. Авторы работы [167] использовали для концентрирования ряда органических соединений, включая инсектициды и ПАУ, МИЖ на основе аниона тетрахлороманганата(II), который устойчивее к гидролизу, чем ${\text{FeCl}}_{4}^{ - }.$

Удачное сочетание МЭДР и ТФМЭ предложено для определения антидепрессантов в воде [142]. Сначала аналиты экстрагировали под воздействием ультразвука в течение 1 мин, далее эмульсия попадала в микроустройство для ТФЭ, содержащее цеолитный каркас с привитыми группами имидазолиями. Время вибрационного воздействия для ТФЭ не превышало 1 мин, десорбция занимала 5 мин.

Иранские авторы [168] определяли ртуть в водных растворах и пробах крови после экстракции/сорбции в сложной системе ИЖ‒ацетон‒карбокси-функционализированный нанопористый графен с содержанием компонентов 100 мг/250 мкл/10 мг соответственно. Эту смесь вводили в пробу (10 мл) и обрабатывали ультразвуком. После отстаивания ртуть извлекали азотной кислотой из системы сорбент/ИЖ и определяли методом ААС холодного пара в варианте проточно-инжекционного анализа.

Другая иранская группа предложила [169] вариант МЭДР с диспергированием ИЖ посредством нанесения ИЖ на твердый носитель – таблетку из смеси твердых неорганических солей (используется для приготовления изотонических растворов) – с последующим растворением таблетки; высвобождающаяся при этом ИЖ эффективно диспергируется в водном растворе. Подход применен для определения инсектицидов в соках и овощах методом ВЭЖХ с фотометрическим детектированием.

Микроэкстракция в возникающий растворитель (в образующуюся in situ ИЖ, in situ-МЭДР) является одним из наиболее интересных и перспективных вариантов микроэкстракции. В этом варианте обычно используют гидрофильную ИЖ, из которой в ходе реакции обмена при добавлении соответствующей соли – анионообменного агента in situ образуется гидрофобная ИЖ, отделяющаяся от водного раствора. Гидрофильную ИЖ растворяют в водном растворе, содержащем определяемые соединения; при добавлении ионообменного реагента происходит образование мутного раствора тонкодисперсной эмульсии образующейся гидрофобной ИЖ. В результате значительно увеличивается общая площадь поверхности фазы экстрагента – гидрофобной ИЖ. Существенно, что реакция обмена и экстракция происходят одновременно, и перенос аналитов в экстрагирующую гидрофобную ИЖ является быстрым и эффективным. В результате достигаются высокие степени извлечения и коэффициенты концентрирования аналитов. На сегодняшний день имеется около трех десятков работ по применению образующейся in situ ИЖ для экстракции ионов металлов и органических соединений (табл. 4 [170‒199]). Во всех случаях использовали ИЖ на основе катиона диалкилимидазолия и фторированных анионов.

В варианте in situ-МЭДР для ускорения реакции обмена часто используют интенсивное перемешивание, микроволновое или ультразвуковое излучение. Анионообменный реагент обычно добавляют к гидрофильной ИЖ в соотношении 1 : 1. Иногда используют и диспергирующий растворитель.

Этот вариант микроэкстракции был впервые описан иранскими [170] и американскими [185] исследователями. Авторы работы [170] для определения ртути(II) в присутствии 4,4'-бис(диметиламино)тиобензофенона использовали гидрофильную ИЖ С₁С₆ImBF₄ и поставщик гидрофобного аниона ‒ гексафторфосфат натрия. Из-за ее высокой вязкости С₁С₆ImBF₄ растворяли в небольшом количестве ацетона. Для понижения растворимости образующейся ИЖ вводили NaPF₆ в трехкратном избытке по отношению к С₁С₆ImBF₄. Это позволило количественно извлекать ртуть(II) из растворов с высоким содержанием солей.

При выборе ИЖ и анионообменного реагента важно, чтобы гидрофильная ИЖ легко растворялась в водном растворе, а образующаяся гидрофобная ИЖ имела низкую растворимость в воде и плотность выше, чем у воды. Это особенно важно при определении аналитов в растворах с высоким содержанием солей, например в морской воде. Так, в работах [170–175] по экстракции ионов металлов в in situ образующуюся ИЖ С₁С₆ImPF₆ со сравнительно высокой растворимостью в воде для снижения ее растворимости при проведении реакции обмена использовали достаточно большой избыток NaPF₆.

Изучение влияния температуры и продолжительности экстракции показало, что варьирование температуры в интервале от 0 до 60°С не влияет на степень извлечения кадмия в комплексе с O,O-диэтилдитиофосфатом [172]. При повышенной температуре мутный раствор не может образоваться немедленно, необходима стадия охлаждения. Поскольку гидрофильная ИЖ С₁С₆ImBF₄ лучше растворяется в воде при повышенной температуре, в работах [171, 173] водный раствор, содержащий С₁С₆ImBF₄, ион металла и комплексообразующий реагент выдерживали в термостате при 50°С в течение 4 мин. Затем добавляли анионообменный реагент, встряхивали и помещали в ледяную баню (0°С) на 10 мин для снижения растворимости образовавшейся С₁С₆ImPF₆ и скорейшего образования мутного раствора. При отсутствие стадий термостатирования и охлаждения образующиеся дисперсные растворы после добавления анионообменного реагента сразу же центрифугировали. Показано, что увеличение времени экстракции (от момента ввода NaPF₆ до центрифугирования) в интервале от 0 до 20 мин не влияет на степень извлечения [172].

Хром(III, VI), свинец(II) и кадмий(II) экстрагировали в образующуюся in situ С₁C₈ImTf₂N в присутствии пирролидиндитиокарбамината аммония и Тритона Х-114, уменьшающего потери ИЖ за счет налипания на стенки экстракционной пробирки [176, 177]. Медь(II) экстрагировали в присутствии диэтилдитиокарбамината натрия в С₁C₆ImTf₂N, образующуюся in situ [178, 179]. Анионообменный реагент LiTf₂N добавляли к хлориду диалкилимидазолия в соотношении 1 : 1. Количественная экстракция достигнута в отсутствие диспергирующего растворителя, этапов нагревания/охлаждения и ультразвукового/микроволнового воздействия.

Объем экстракта, полученного в ходе in situ-МЭДР, составлял от 7 до 33 мкл. Металлы после экстракции определяли непосредственно в фазе ИЖ либо спектрофотометрически, либо флуориметрически, либо методом ААС (в том числе с электротермической атомизацией [179–183], где малый объем пробы не помеха). Ввиду высокой вязкости экстракта перед введением в атомизатор экстракт в ряде случаев разбавляли этанолом; для уменьшения матричных эффектов (влияния ионной жидкости) особое внимание уделяли программированию температуры атомизатора.

Описано определение кобальта методом атомной абсорбции после in situ-МЭДР в ИЖ С₁С₆ImPF₆ с 1-(2-пиридилазо)-2-нафтолом с агрегированием при охлаждении [184].

Авторы настоящего обзора показали, что при совместном растворении в воде бромида тетраоктиламмония и N-лауроилсаркозината натрия образуется in situ не смешивающаяся с водой ионная жидкость TOALS. В возникающую таким образом новую фазу из водного раствора можно экстрагировать в присутствии ПАР ионы кадмия, кобальта, меди, никеля, свинца и цинка, а ионы кадмия – и в отсутствие ПАР [200]. Заметим, что, в отличие от других примеров in situ-МЭДР, здесь стартовым материалом не служила гидрофильная ионная жидкость: оба исходных вещества – твердые соли. Таким образом, показано, что получать in situ можно самые разные не смешивающиеся с водой ИЖ. Вовсе не обязательно исходить из жидкой соли; агрегатное состояние исходных солей – поставщиков ионов – совершенно не важно. Учет этого очевидного соображения существенно расширяет возможности получения растворителей для экстракции in situ.

Использовать in situ-МЭДР для экстракции и определения органических соединений впервые предложили американские авторы [185]. В этом случае предпочтительными оказались анионообменный реагент LiTf₂N и гидрофильная ИЖ С₁C₄ImCl. Примечательно, что практически во всех работах по экстракции в in situ образующуюся ИЖ с бистрифлилимидом в качестве аниона наиболее удовлетворительные результаты получали при добавлении к гидрофильной ИЖ бистрифлилимида лития в молярном соотношении 1 : 1, в отличие от NaPF₆, который всегда вводили в значительном избытке. Это, очевидно, связано с более высокой растворимостью гексафторфосфатных ИЖ.

Сравнение результатов экстракции более десяти органических соединений (бифенил, нафталин, фенантрен, пирен, нитробензол и т.д.), полученных традиционной МЭДР в отсутствие и в присутствии диспергирующего растворителя, с in situ-МЭДР показало, что коэффициенты концентрирования для последнего варианта существенно выше [185]. Авторы объясняют этот факт тем, что, поскольку гидрофильная ИЖ полностью растворяется в водном растворе, содержащем определяемые соединения, образующаяся из нее в ходе реакции обмена гидрофобная ИЖ полностью диспергирована в растворе. Это обеспечивает несравненно бóльшую площадь контакта между экстракционным растворителем и водным раствором аналита.

Как известно, добавление высаливателей часто используют в микроэкстракционных методах для увеличения извлечения. Влияние солевого эффекта на степень извлечения органических соединений изучено достаточно широко. В работе [185] установлено, что введение хлорида натрия вплоть до концентрации 30 мас. % практически не влияет на степень извлечения в in situ образующуюся С₁C₄ImTf₂N соединений с небольшой молекулярной массой (например, этилбензоат, α,α,α,6-тетрафтор-м-толуидин, нитробензол, 3-трет-бутилфенол). Экстракция фенолов из водных растворов в С₁C₈ImTf₂N не ухудшалась при увеличении содержания хлорида натрия до 3.5 мас. % [186]. Однако степень извлечения уменьшается для всех изученных ПАУ. Ухудшение экстракции авторы связывают с влиянием увеличивающейся ионной силы на процесс ионного обмена и соответственно на количество образующейся in situ фазы ИЖ. При высокой концентрации солей также увеличивается вязкость раствора, что может осложнить диффузию больших по размеру молекул в органическую фазу [185, 187]. Кроме того, при содержании хлорида натрия более 15 мас. % снижалась растворимость в воде исходной гидрофильной ИЖ С₁С₈ImCl [187]. Увеличение ионной силы раствора (добавляли хлорид натрия от 5 до 20 мас. %) приводило к снижению степеней извлечения инсектицидов и гербицидов [188, 201].

Исследование влияния продолжительности экстракции (от момента добавления ионообменного реагента до центрифугирования) показало, что она не влияет на эффективность извлечения, поэтому, как правило, центрифугирование проводят сразу после образования мутного раствора. В некоторых работах после добавления ионообменного реагента выдерживают реакционную смесь в течение 1 мин в ледяной бане, а затем центрифугируют [189, 201].

Влияние температуры на экстракцию в in situ образующуюся ИЖ рассматривали в литературе неоднократно. Тем не менее, единого мнения об оптимальной температуре для in situ-МЭДР нет. Показано [172], что увеличение температуры с 0 до 60°С практически не влияет на степень извлечения кадмия в виде комплекса с O,O-диэтилдитиофосфатом, поэтому экстракцию проводили при комнатной температуре. Экстракция некоторых органических соединений, например триазиновых гербицидов, в С₁С₄ImTf₂N возрастает при увеличении температуры до 50°С, а дальнейшее увеличение температуры приводит к небольшому снижению степени извлечения. Подобную тенденцию изменения степени извлечения наблюдали и при увеличении времени воздействия микроволнового излучения на экстракцию таншинонов в С₁C₈ImTf₂N [187]. Полученные результаты авторы связывают с тем, что в зависимости от природы извлекаемых соединений одни эффективно экстрагируются в ИЖ непосредственно в процессе ее образования, для других же требуется дополнительная энергия, например нагрев или время. Однако с ростом температуры, а также при длительном микроволновом воздействии, сопровождаемом разогревом экстракционной смеси, возможно как уменьшение объема ИЖ вследствие повышения растворимости, так и обратный переход извлекаемых соединений из ИЖ в водную фазу; эти процессы могут приводить к снижению экстракции [187, 188].

На условия проведения экстракции и условия получения in situ ИЖ влияет природа образующейся ИЖ и анализируемого объекта [190, 192]. Недавно описаны ИЖ, содержащие длинные алкильные цепочки в составе катиона имидазолия. Эти ИЖ представляют собой, по сути, ПАВ. Так, С₄C₁₆ImBr и С₁C₁₆ImBr использовали для извлечения ПАУ под действием микроволнового излучения из твердых матриц (злаки, морские отложения) в качестве альтернативы органическим растворителям и традиционным ПАВ. Поскольку С₄C₁₆ImBr и С₁C₁₆ImBr растворимы в воде, их применили для in situ-МЭДР. В ходе реакции обмена с LiTf₂N получены не смешивающиеся с водой С₄C₁₆ImTf₂N и С₁C₁₆ImTf₂N. Однако условия in situ образования ИЖ отличались и существенным образом зависели от матрицы анализируемого объекта. При экстракции ПАУ из злаковых необходимым условием образования тонкодисперсной эмульсии и возможности последующего отделения С₄C₁₆ImTf₂N являлось выдерживание реакционной смеси при ‒8°С в течение 1 ч [190]. Однако экстракт легко отделялся после центрифугирования при определении ПАУ в морских отложениях [192]. Для получения же экстракта с in situ образующейся С₁C₁₆ImTf₂N необходимо было добавление ацетонитрила (16.5 об. %) до введения LiTf₂N, а также нагревание экстракционной смеси в течение 5 мин при 65°С. Во всех случаях перед центрифугированием реакционную смесь подвергали непродолжительному интенсивному перемешиванию (3–4 мин) [192]. Сравнение результатов хроматографического определения ПАУ после микроэкстракции ИЖ на основе ПАВ под воздействием микроволнового поля в сочетании с in situ-МЭДР и без нее показало, что применение in situ-МЭДР позволяет снизить предел обнаружения по крайней мере на порядок, например, для бензпирена с 40 до 4 нг/л [190].

Описано определение метил-трет-бутилового эфира в водах после микроэкстракции в in situ образующуюся С₁C₁₆ImTf₂N [193], инсектицидов – в С₁C₈ImTf₂N [191], бисфенолов – в С₁C₆ImTf₂N [194], хлорфенолов – в С₁C₄ImTf₂N [199], алкалоидов [202] и стероидов [203] – в С₁C₆ImPF₆. После микроэкстракции в С₁C₄ImPF₆ с диспергированием ультразвуком определяли атенолол в плазме крови методом ВЭЖХ [196] и лигнаны в растительном сырье методом УВЭЖХ‒МС/МС [197]. Авторы работы [198] определяли полихлорированные бифенилы в молоке и акрилонитрил в кофе методом ГХ после концентрирования в ИЖ (исследовали пять ИЖ ‒ бистрифлилимидов катионных производных имидазола). Недавно описано сочетание in situ-МЭДР с применением магнитных наночастиц для сбора концентрата (определяли инсектидициды методом ВЭЖХ) [204].

In situ-МЭДР использовали для экстракции дезоксирибонуклеиновой кислоты из растворов, содержащих белки (альбумины) и ионы щелочных и щелочноземельных металлов [205]. К водному раствору ДНК добавляли смешивающуюся с водой ИЖ, а затем к полученному раствору LiTf₂N. В качестве гидрофильных ИЖ изучены шесть диалкилимидазолиевых ИЖ. Выбор ИЖ определялся, прежде всего, способностью к взаимодействию с нуклеиновой кислотой, например, за счет образования водородных связей с фосфатными эфирными группами. Степень извлечения достигала 97% при использовании бромида 1-(1,2-дигидроксипропил)-3-гексадецилимидазолия (0.5 мг ИЖ на экстракцию из 2 мл водного раствора). Для уменьшения конкурирующей экстракции альбумина работали в области рН ниже изоэлектрической точки белка.

В работе [199] экстракцию различных по природе органических соединений (кoфеин, напроксен, ибупрофен, бисфенол и др.) в in situ образующуюся С₁С₄ImTf₂N сравнивали с обычной МЭДР в функциализованные ИЖ с метанолом в качестве диспергирующего растворителя. Среди функциализованных ИЖ с анионом FAP наилучшие степени извлечения получены при использовании ИЖ с катионом 1-(6-аминогексил)-1-метилпирролидиния (HNH₂MPL). Для соединений, содержащих четвертичный атом азота, коэффициент концентрирования в HNH₂MP-FAP в 2‒50 раз больше, чем в другие ИЖ. Для полярных соединений, а также соединений, содержащих кислотные группы, наилучшие результаты получены при экстракции в С₁С₄ImTf₂N.

Использование двухфазных водных систем на основе ионных жидкостей. Одной из важнейших областей применения ИЖ в современных экстракционных процессах являются двухфазные водные системы на основе ионных жидкостей (ИЖ–ДФВС) (в англоязычной литературе – IL-ABS, ionic liquid-based aqueous biphasic systems, или IL-ATPS, ionic liquid-based aqueous two phase systems) [206].

Давно известны и используются, в том числе в анализе, двухфазные водные системы (ДФВС) на основе полимеров. Водные растворы некоторых высокомолекулярных соединений (полиэтиленгликоль, декстран, поливиниловый спирт и др.) обладают свойством не смешиваться с концентрированными водными растворами электролитов. Хотя сами по себе все компоненты таких систем водорастворимы, при определенных соотношениях их концентраций образуются две несмешивающиеся, насыщенные водой фазы. Поскольку ДФВС состоят преимущественно из воды, они являются удобной биосовместимой средой для клеток, клеточных органелл, биологически активных соединений; их активно использовали для экстракции, извлечения и очистки биомолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты [206–209]. Двухфазные водные системы на основе солей четвертичного аммония и их применение для целей экстракции обсуждаются в работе [210].

Применение ДФВС дает возможность преодолеть принципиальное ограничение традиционных экстракционных систем – низкую способность извлекать из водных растворов сильно гидратированные соединения. В работах [211, 212] впервые показана возможность экстракции соединений ионов металлов с гидрофильными аналитическими реагентами в ДФВС. Фазовые и экстракционные равновесия в водных расслаивающихся системах с протолитическим взаимодействием представлены в работе [213].

В 2003 г. Роджерс с сотр. показали [214], что ДФВС могут образовывать не только полимеры, подобные полиэтиленгликолю (ПЭГ) или декстрану, но и ИЖ в сочетании с космотропными неорганическими солями-высаливателями. Смешав гидрофильную ИЖ С₁C₄ImCl и концентрированный раствор соли K₃PO₄, авторы получили ДФВС, состоящую из верхней, насыщенной ИЖ, фазы и нижней фазы, насыщенной неорганической солью. В последующее десятилетие основные усилия были направлены на использование ИЖ в качестве аналога полимер-обогащенной фазы, а совсем недавно – и “водной” фазы, насыщенной солью.

Двухфазные водные системы на основе ИЖ имеют ряд преимуществ. Во-первых, выбор гидрофильных ИЖ достаточно широк, а варьируя катион и анион ИЖ, можно получить фазу требуемой полярности. В системах на основе полимеров имеются две гидрофобные фазы, а различие в полярности фаз главным образом зависит от содержания воды; более гидрофобная фаза образована полимером, а более гидрофильная (и более ионная) – обычно солью с высокой плотностью заряда. Ограниченное различие в полярности фаз сдерживает применение таких систем в экстракции. Широкий же выбор доступных ИЖ потенциально позволяет покрыть весьма широкий диапазон гидрофильности/гидрофобности. Кроме того, замена полимера на ИЖ в двухфазной системе может улучшить важные для экстракции физические свойства. Cистемы на основе полимеров отличаются высокой вязкостью и медленным расслоением/разделением фаз. Системы на основе фосфониевых ИЖ и неорганических солей менее вязки (4‒11 сПз), чем традиционные полимер-насыщенные фазы (~40 сПз) при том же фракционном составе [215]. Двухфазные водные системы на основе имидазолиевых ИЖ еще менее вязки [216]; ДФВС на основе ИЖ и углеводов проявляют вязкость, схожую с системами на основе ИЖ и неорганической соли [217]. Низкая вязкость ИЖ–ДФВС благоприятствует быстрому массопереносу и обеспечивает легкость работы с такими системами.

Только ИЖ, смешивающиеся с водой при комнатной температуре, могут образовывать двухфазные водные системы. В системе с гидрофобной ИЖ две фазы уже существуют до добавления любой соли, и одна из фаз содержит сравнительно мало воды. Ассортимент гидрофобных ИЖ сравнительно невелик; часто такие ИЖ содержат фторированные анионы, которые могут быть гидролитически неустойчивы и в целом не очень “экологически дружественны”. Выбор же гидрофильных ИЖ обширен, к тому же гидрофильные ИЖ обычно менее токсичны, чем гидрофобные [218, 219]. В связи с этим в последнее время все большее внимание уделяют применению сравнительно гидрофильных ИЖ на основе солей холина, а также замене неорганических солей с высокой плотностью заряда (высаливающих агентов) на другие промоторы образования ДФВС ‒ биоразлагаемые органические соли, углеводы, полимеры или аминокислоты [220–230].

Наиболее распространены и изучены среди ИЖ‒ДФВС тройные системы типа ионная жидкость‒неорганическая соль‒вода. Добавление солей с высокой плотностью заряда катиона/аниона к водному раствору ИЖ из-за предпочтительной гидратации этих солей приводит к образованию фазы, обогащенной ИЖ (высаливание). Ионные жидкости обычно состоят из низкосимметричных ионов с делокализованным зарядом, способных только к слабому внутримолекулярному взаимодействию и, следовательно, слабо гидратируемых по сравнению с солями, обычно используемыми в качестве высаливателей. В такой системе все фазообразующие компоненты являются ионными, поэтому, в отличие от традиционных водных двухфазных систем, где ионный обмен невозможен, в ИЖ–ДФВС ионы могут распределяться между фазами, причем электронейтральность системы и каждой фазы сохраняется [231].

Cреди ИЖ для создания ДФВС подавляющее большинство – гидрофильные имидазолиевые [231–236]. Значительно реже используют ИЖ на основе катионов фосфония, аммония, пиридиния, пиперидиния, пироллидиния [215, 231, 233, 237]. Среди ИЖ на основе диалкилимидазолия наиболее популярны С₁C₄ImCl, С₁C₄ImBr, С₁C₄ImBF₄ (несмотря на низкую гидролитическую устойчивость последней). Показано, что способность к образованию ДФВС уменьшается в следующем ряду: [P₄₄₄₄Cl] > [N₄₄₄₄Cl] > [C₄PyCl] > > [С₁C₄ImCl] [230]. Независимо от природы высаливателя и рН фосфониевые ИЖ всегда более эффективны для создания ДФВС [215, 231]. Такую тенденцию связывают с тем, что в четвертичных солях фосфония и аммония заряд катиона, локализованный главным образом на гетероатоме, экранирован объемными алкильными заместителями, что увеличивает тенденцию к высаливанию ИЖ. Катион же имидазолиевых ИЖ имеет заряд, более равномерно распределенный по гетероциклу и способный к взаимодействию через образование водородных связей. Для алкилимидазолиевых ИЖ при увеличении числа атомов углерода в боковой цепи вплоть до шести способность к образованию двухфазных систем возрастает. Однако для ИЖ с более длинными боковыми цепями такая закономерность нарушается, что связывают с присущей им способностью к самоассоциации [222]. Такие функциональные группы в боковой алкильной цепи имидазолиевых ИЖ, как ОН-группа, двойные связи и т.д. усиливают гидрофильный характер ИЖ, они легче гидратируются и соответственно хуже выделяются в виде отдельной фазы даже при высоких концентрациях высаливателя [206].

Природа аниона ИЖ влияет на способность к образованию двухфазных систем. Анионы, обладающие меньшей способностью к образованию водородных связей, усиливают склонность ИЖ к образованию ДФВС [238]. Так, ИЖ с бромид-анионом обладает более ярко выраженной способностью к образованию двухфазной системы, чем с хлорид-ионом.

В качестве высаливающих агентов обычно используют неорганические соли, такие как K₃PO₄, K₂HPO₄, K₂CO₃, (NH₄)₂SO_4, а также органические соли ‒ ацетат, цитрат, тартрат и т.д. Показано, что для солей натрия высаливающее действие уменьшается в следующем ряду анионов: ${\text{PO}}_{4}^{{3 - }}$ > > ${{{\text{C}}}_{6}}{{{\text{H}}}_{5}}{\text{O}}_{7}^{{3 - }}$ > ${\text{HPO}}_{4}^{{2 - }}$ ≈ ${\text{CO}}_{3}^{{2 - }}$ > ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ ≈ ${\text{SO}}_{3}^{{2 - }}$ > > ${{{\text{C}}}_{4}}{{{\text{H}}}_{4}}{\text{O}}_{6}^{{2 - }}$ $ \gg $ ${{{\text{H}}}_{2}}{\text{PO}}_{4}^{ - }$ > OH^– > ${\text{C}}{{{\text{H}}}_{3}}{\text{CO}}_{2}^{ - }$ ≈ ${\text{HSO}}_{4}^{ - }$ ≈ ≈ HCO₃ > Cl^– [239]. Влияние катиона изучено на примере хлоридов и ацетатов. В обоих случаях получен один и тот же ряд: Mg²⁺ ≈ Ni²⁺ ≈ Sr²⁺ > > Ca²⁺$ \gg $ Na⁺ > K⁺ > Cs⁺ [239]. Обнаруженные эффекты согласуются с хорошо известным рядом Гофмейстера [206, 231, 235, 240].

Помимо неорганических и органических солей, в качестве веществ, способствующих фазовому разделению в двухфазных водных системах с гидрофильными ИЖ, используют более мягкие агенты – аминокислоты, углеводы, водорастворимые полимеры. В работах [217, 223, 225, 226, 228–230] исследованы системы ИЖ–аминокислота–вода, ИЖ–углевод–вода, ИЖ–полимер–вода. Поскольку и аминокислоты, и углеводы обладают слабым высаливающим действием, выбор ИЖ для создания ИЖ–ДФВС на их основе существенно ограничен. Образование таких систем отмечено в литературе только для имидазолиевых ИЖ. Интересно, что наилучшую способность к образованию двухфазной водной системы и в случае с аминокислотами, и с углеводами показала ИЖ С₁С₄ImBF₄ [223, 225, 226]. Например, в присутствии L-лизина способность к образованию ИЖ–ДФВС уменьшается в следующем ряду С₁С₄ImBF₄ > С₁С₄ImCF₃SO₃ > С₁С₄ImN(CN)₂. Влияние природы аниона ИЖ проявляется в способности образовывать водородные связи с водой: чем слабее основные свойства аниона ИЖ, тем выше у него тенденция к отделению от водной фазы. Отмечено, что способность к расслоению систем ИЖ–аминокислота–вода связана и с гидрофобностью и соответственно с растворимостью в воде аминокислоты: чем она выше, тем легче происходит расслаивание [223].

В системах ИЖ–углевод–вода расслоение происходит при высоких концентрациях углевода (1 моль/кг); установлен следующий ряд ИЖ по способности к образованию ИЖ–ДФВС: С₁С₄ImBF₄ > aС₁ImBr > aС₁ImCl > С₁С₄ImCF₃SO₃ [217, 225, 226]. Наиболее подробно влияние природы углеводов на образование двухфазных водных систем изучено в работе [217]: определяющую роль играет число гидроксильных групп углевода и его стереохимия, влияющие на образование водородных связей с водой и, следовательно, на высаливающее действие.

Система ИЖ–полимер–вода аналогична системе полимер–неорганическая соль–вода, в которой вместо традиционного высаливателя – неорганической соли спользовали ИЖ. Ребело и сотр. [228] изучили влияние природы аниона и длины боковой цепи катиона ИЖ С₁С₂ImC₂SO₄ и С₁С_nImCl, где n = 2, 4, 6, 8. Оказалось, что ИЖ с длинной боковой алифатической цепью улучшают растворимость ПЭГ 35000, тогда как с короткими радикалами – вызывают высаливание. По данным [229, 230] для систем с полипропиленгликолем (ППГ) количество ИЖ, требуемое для разделения фаз, увеличивается в ряду: aImCl ≈ ≈ С₁С₄ImCl < С₁С₄ImC₁CO₂ < С₁С₂ImBr < < С₁С₄ImBr. Следовательно, образованию ДФВС способствует применение ИЖ с короткими боковыми цепями у катиона имидазолия. Подобные результаты получены в работе [227] для системы с ПЭГ. Если для систем ИЖ–неорганическая соль–вода увеличение длины боковой цепи увеличивает гидрофобность ИЖ и это благоприятно сказывается на способности к расслаиванию, то для системы ИЖ–полимер–вода имеет место противоположная тенденция, так как в этом случае ИЖ действует как высаливающий агент. ИЖ с короткой боковой цепью обладает большим сродством к воде и таким образом легче гидратируется, что способствует образованию второй фазы. Для хлоридных ИЖ с разными катионами отмечена следующая последовательность, составленная в соответствии со способностью образовывать ИЖ–ДФВС: P₄₄₄Cl > C₁C₄РipCl > C₁C₄РyrCl > > C₁C₄РyCl > С₁C₄ImCl, которая коррелирует с относительной гидрофобностью ИЖ.

Описано применение двухфазных систем на основе ИЖ для разделения широкого круга органических веществ, в первую очередь, биомолекул от простых спиртов до сложных ферментов [215‒217, 220‒223, 232, 236, 237], а также ионов металлов (интересны системы, позволяющие отделять важные для медицины изотопы ²⁰³Pb и ^{195(m,g),197m}Hg от “родительских” элементов-мишеней Tl и Au соответственно [241, 242]). Двухфазные водные системы на основе ионных жидкостей могут использоваться для разделения, выделения и очистки разного вида веществ, препаративных целей.

Большое число экспериментальных исследований посвящено проблеме распределения белков в системах с ИЖ [232, 237, 243–250]. Сделаны попытки выявить главные факторы, определяющие взаимодействие между белком и ИЖ. Поскольку белки легко денатурируются и теряют свою биологическую активность при контакте с большинством органических растворителей, использование ИЖ может привести к созданию новых, более совершенных, экстракционных систем получения и очистки биотехнологических продуктов.

Бычий сывороточный альбумин (БСА) исследовали чаще других. Опубликованы работы по распределению БСА в двухфазных системах вода–имидазолиевые ИЖ, отличающиеся длиной боковой цепи (этил-, бутил-, гексил-) и анионами (Br^–, Cl^–, [N(CN)₂]^–) [244–246]. В работе [247] исследована экстракционная система с ИЖ Ammoeng110^TM на основе катиона аммония с поли-этиленоксидными группами и с K₂HPO₄–KH₂PO₄ в качестве высаливающих агентов. Показано, что может быть достигнуто практически количественное извлечение в результате одностадийной экстракции. Методами УФ- и ИК-спектроскопии подтверждено, что ионная жидкость не изменяет структуру белка [245]. Однако движущая сила экстракции белков до конца не выяснена. Авторы работ [244, 247] полагают, что электростатические взаимодействия между отрицательно заряженными аминокислотными остатками на поверхности белка и катионом ИЖ являются основной причиной экстракции. Однако в работе [245] высказано мнение, что при распределении белка определяющий фактор – гидрофобные взаимодействия, тогда как электростатические взаимодействия и высаливающий эффект только содействуют экстракции.

Изучение распределения лизоцима, трипсина и миоглобина в водной двухфазной системе на основе Ammoeng^TM 110 и буферной системы K₂HPO₄–KH₂PO₄ показало, что поверхностный заряд и молекулярная масса являются важнейшими факторами, влияющими на распределение биомолекул [243, 247]. Белки большого размера, подобные альбумину, достаточно эффективно экстрагируются в фазу ИЖ, тогда как белки малого размера (например, миоглобин) остаются в водной фазе. Предложенная модель, описывающая распределение белковых молекул в ИЖ–ДФВС, предполагает, что электростатическое взаимодействие между отрицательно заряженным аминокислотным остатком на поверхности белка и катионом ИЖ является движущей силой экстракции. Авторы адаптировали экстракционную систему для извлечения специфических белков-мишеней, при этом оказалось возможным не только экстрагировать алкогольдегидрогеназу из клеточных экстрактов, но и использовать фазу, содержащую ИЖ и фермент, для проведения каталитической реакции с высоким выходом и высокой стабильностью фермента.

Влияние неорганических солей и углеводов на экстракцию БСА изучено в работах [244, 246]. Предложенная методология может быть весьма полезной в очистке белков от сложных матриц, так как катионы щелочных и щелочноземельных металлов, большинство переходных металлов, так же как и сахариды, имеют тенденцию оставаться в нижней насыщенной солью фазе.

Коэффициенты распределения цитохрома С, миоглобина, овальбумина, гемоглобина в ИЖ–ДФВС на основе С₁C₄ImCl и K₂HPO₄ оказались на 2‒3 порядка выше, чем полученные в двухфазной системе на основе ПЭГ [248].

Гидрофильные ИЖ и их водные растворы обеспечивают сбалансированное взаимодействие ИЖ–фермент. Они обладают способностью хорошо растворять ферменты, но при этом не сильно разрушают структуру фермента и взаимодействуют с его активными центрами. Так, липазы, широко используемые в органическом синтезе, эффективно экстрагируются с использованием ИЖ–ДФВС; наиболее эффективны оказались ИЖ на основе катионов имидазолия (С₁С₈Im⁺) и анионов Cl^– и $[{\text{N}}({\text{C}}{{{\text{H}}}_{2}})_{2}^{ - }]$ [237, 249].

Серия функционализованных ИЖ на основе катиона гуанидиния изучена для создания ИЖ–ДФВС и экстракции белковых молекул. В присутствии высаливателя K₂HPO₄ степень извлечения из нейтральных водных растворов уменьшается в ряду лизоцим > трипсин > овальбумин > > БСА, соответствующем порядку уменьшения размера молекул. Степень извлечения белка находится в интервале 70–97% [250].

Распространенным объектом исследования в двухфазных системах на основе гидрофильных ИЖ и разных высаливающих веществ, таких как неорганические, органические соли, углеводы, ПЭГ, являются аминокислоты [215, 217, 235, 251]. Лучше всего обычно экстрагируются ароматические аминокислоты. Механизм распределения аминокислот сложен и до конца не выяснен; очевидна роль гидрофобных взаимодействий, образования водородных связей, электростатических взаимодействий и высаливания.

Экстракцию аминокислот в двухфазных системах на основе имидазолиевых ИЖ и неорганической соли K₃PO₄ систематически исследовали в работах [235, 252]. Коэффициент распределения L-триптофана в системе aC₁ImCl–K₃PO₄–Н₂О составляет более 120 [252], что значительно превышает значения, полученные для традиционной системы на основе ПЭГ (К ≈ 1–7 [253, 254]). Влияние катионной составляющей ИЖ более существенно, чем анионной. Так, присутствие бензильной группы, двойных связей в боковых цепях имидазолиевого катиона, а также образование водородных связей способствует увеличению коэффициентов распределения [252].

Экстракция триптофана в ИЖ–ДФВС на основе фосфониевой ИЖ P₁₄₄₄С₁SO₄ и K₃PO₄ (25 мас. % ИЖ и 15 мас. % K₃PO₄, 298 K) изучена в работе [215]. Коэффициент распределения триптофана (К ≈ 9.00) оказался выше, чем для имидазолиевой ИЖ с подобным анионом (К ≈ ≈ 4.47 [255]). Фосфониевые ИЖ имеют плотность ниже, чем у воды (в отличие от имидазолиевых), обладают более высокой термической стабильностью, а отсутствие “кислого” протона делает их более стабильными в присутствии нуклеофилов и оснований.

Изучена экстракционная способность ИЖ–ДФВС на основе имидазолиевых ИЖ и солей лимонной кислоты. Цитрат-ионы считаются биоразлагаемыми, соответственно системы на их основе более экологичны. Изучено влияние заряда, структуры, физико-химических свойств аминокислот на их распределение в системе С₄МImBr–цитрат калия [251]. Отмечена хорошая корреляция между величиной коэффициента распределения аминокислоты и ее гидрофобностью. Коэффициенты распределения аминокислот уменьшаются в ряду триптофан > тирозин > фенилаланин > лейцин > валин, согласующемся с рядом уменьшения гидрофобности. Ароматические аминокислоты и аминокислоты с длинной боковой цепью экстрагируются эффективнее. Ухудшение экстракции при снижении рН с 7 до 5 связывают с уменьшением высаливающего действия цитрата при подкислении раствора, а также с переходом от нейтральной к катионной форме аминокислоты.

Для экстракции аминокислот перспективными оказались водные двухфазные системы ИЖ–углевод–вода и ИЖ–ПЭГ–вода. Углеводы интересны тем, что не заряжены, биоразлагаемы, нетоксичны, обладают умеренным сродством к воде и высаливающим действием. Изучение распределения веществ разной гидрофобности в системе ИЖ–углевод (моносахариды, дисахариды, и полиолы: D-глюкоза, D-фруктоза, D-манноза, D-ксилоза, D-малтитол, ксилитол, D-сорбитол) показало, что для гидрофильных соединений, таких как аминокислоты (например, триптофан), экстракция зависит от типа ИЖ и специфических взаимодействий между ИЖ и аминокислотой и практически не зависит от используемого для создания двухфазной системы углевода. Степень извлечения не превышает 50%. Для умеренно полярных веществ, например кофеина, извлечение слабо зависит от способности углевода к гидратации. Для гидрофобных соединений экстракция может быть улучшена правильным выбором углевода, т.е. обладающим высокой способностью к гидратации и высаливающим действием. Так, коэффициенты распределения β-каротина в системе С₁C₄ImCF₃SO₃ (40 мас. %)–углевод (25 мас. %) составили от 5.5 до 24, степень извлечения до 95% [217].

Экстракция триптофана и тирозина в двухфазной системе на основе ИЖ и ППГ 400 изучена в работе [230]. Обе аминокислоты обладают ароматической π-системой, что предполагает возможность взаимодействия с имидазолиевым катионом. Предпочтительное распределение триптофана в фазу, обогащенную С₁C₂ImBr, авторы связывают с усиленным π–π взаимодействием за счет пиррольного кольца в молекуле триптофана. Распределение же тирозина обусловлено образованием водородной связи между OH-группой боковой цепи аминокислоты и атомом ПЭГ.

Распределение аминокислот изучено в ДФВС на основе функционализованных ИЖ. Коэффициент распределения триптофана в системе хлорид 3-метил-1-(N,N-диэтилкарбонилметил)имидазолия–К₂НРО₄ при рН 13 составил 180. При использовании ИЖ с двумя амидными группами (хлорид 1,3-бис(N,N-диэтилкарбонилметил)имидазолия) значение коэффициента распределения возросло до 570, что согласуется с предположением об образовании водородной связи между амидной группой ИЖ и водородом аминогруппы триптофана [256].

Экстракция антибиотиков в ИЖ–ДФВС с гидрофильной ИЖ С₁C₄ImBF₄ и различными неорганическими солями представлена в работах [220, 221, 223, 257, 258]. В присутствии таких высаливателей, как Na₂SO₄, Na₂HPO₄, NaH₂PO₄, степень извлечения пенициллина превысила 90%, причем коэффициент распределения пенициллина увеличивался с увеличением гидрофобности ИЖ в следующем ряду: С₁C₄ImBr < < С₁C₄ImBF₄ < С₁С₁C₄ImBF₄ < С₁C₈ImBr. Двухфазная водная система на основе ионной жидкости обеспечивает более высокие коэффициенты распределения, чем традиционная система на основе водорастворимых полимеров. В отличие от стандартной экстракции пенициллина бутилацетатом, которую проводят при рН 2, в ИЖ–ДФВС экстракция эффективна при рН 4–5. Это важно, поскольку пенициллин недостаточно стабилен в кислой среде, а предложенный метод позволяет проводить экстракцию в более мягких условиях. Извлечение пенициллина из культуральной жидкости составило 93% для системы С₁C₄ImСl (20 мас. %)–NaH₂PO₄ (40 мас. %) [258].

Степень извлечения хлороамфеникола из пищевых продуктов с использованием системы С₁C₄ImCl–K₂HPO₄ составила 98.5%, что несколько превосходит результаты, полученные для традиционной ДФВС [259]. При использовании аминокислоты в качестве промотора фазового разделения вместо неорганической соли (система С₁C₄ImCF₃SO₃–лизин) коэффициент распределения ципрофлаксина составил 2.7. Это значение ниже, чем полученное в системах с неорганическими солями, что вполне объяснимо высоким высаливающим действием последних [223].

Двухфазные водные системы на основе солей холина, ПЭГ и различных высаливателей изучены в работах [220, 221]. Интересно, что распределение тетрациклина в таких системах определяется в первую очередь природой ее компонентов Так, в системе ПЭГ–хлорид холина тетрациклин распределяется в фазу, насыщенную полимером, со степенью извлечения 81.6% при рН 4–5, а в системе хлорид холина–К₃РО₄ в фазу, насыщенную холином, причем степень извлечения составила 92.4% при рН > 13. Исследованные системы успешно применены для извлечения антибиотика из раствора микробиологического производства.

Экстракция алкалоидов в двухфазной системе на основе С₁C₄ImСl–K₂HPO₄ впервые продемонстрирована в работе [260]. Позже авторы работы [261] подробно изучили влияние катионной и анионной составляющих имидазолевых ИЖ на эффективность экстракции в системах из гидрофильной ИЖ и неорганической соли K₃PO₄. Для кофеина и никотина удалось подобрать условия однократной количественной экстракции, коэффициенты распределения около 120. Изучение распределения кофеина, никотина, теофиллина и теобромина в двухфазных системах на основе имидазолиевых ИЖ С₁С_nImCl и цитрата калия показало, что коэффициенты распределения увеличиваются с увеличением длины алкильного заместителя в боковой цепи имидазолия до n = 6. Для системы С₁С₆ImCl–цитрат калия (рН 7) значения коэффициента распределения составили 13.00, 8.43, 12.33 и 8.62 для кофеина, никотина, теофиллина и теобромина соответственно. Ухудшение экстракции в ИЖ с n > 6 связывают с самоагрегацией и мицеллообразованием ИЖ [222]. В двухфазных системах ИЖ–полимер–вода эффективность извлечения алкалоидов определяется в первую очередь гидрофобностью последнего. Показано, что эффективность экстракции убывает в ряду никотин > ксантин > кофеин, соответствующем ряду уменьшения гидрофобности. Никотин и ксантин распределяются предпочтительно в фазу ИЖ, кофеин – в фазу ПЭГ [262].

Китайские исследователи [263] описали двухступенчатую схему извлечения природных полифенолов – кукруминоидов – из растений. Сначала из твердого образца выщелачивли целевые соединения в ДФВС на основе С₂С₂ImI–K₂HPO₄ при интенсивном перемешивании. После центрифугирования отделяли обогащенный ИЖ концентрат, добавляли LiTf₂N и экстрагировали куркуминоиды в образующуюся in situ гидрофобную ИЖ С₂С₂ImTf₂N; далее целевые соединения реэкстрагировали щелочным водным раствором. Авторы указывают на то, что двухступенчатая схема обеспечивает возобновление ИЖ, правда, в изменнном виде бис(трифлил)имидной соли. Не очень ясно, является ли это существенным достоинством метода. Аналогичным образом экстрагировали аконитиновые алкалоиды из растительного сырья с использованием ДФВС на основе С₁С₆ImBr [264]. При этом данную гидрофильную ИЖ применяли для выщелачивания аналитов из порошкообразного образца при обработке ультразвуком. Затем добавляли K₂HPO_4, отделяли обогащенный ИЖ слой образующейся ДФВС; который либо анализировали методом ВЭЖХ, либо проводили вторую стадию экстракции в образующуюся in situ гидрофобную ИЖ С₁С₆ImPF₆ c последующей реэкстракцией целевых соединений водным раствором HCl.

Описано определение витамина В₁₂ в биологических жидкостях: экстракцию проводили в ДФВС на основе С₁C₆ImCl–K₂HPO₄, определение – методом ВЭЖХ. Степень извлечения составила 97%, предел обнаружения 0.09 мкг/мл [265].