费雷斯泰赫·帕鲁克（Fereshteh Parkook）|梅赫罗朗·加埃迪（Mehrorang Ghaedi）|西亚马克·基尼亚·沙赫万迪（Siamak Kiani Shahvandi）|贾法尔·贾利利安（Jaafar Jalilian）|阿里·帕鲁克（Ali Parkook）|萨巴·侯塞尼（Saba Hosseni）
伊朗亚苏杰大学（Yasouj University）化学系，亚苏杰，75918-74831
**摘要**
本研究开发了一种基于注射器间的可切换溶剂液相微萃取（SS-SHS-LPME）方法，并结合电化学检测技术，用于测定环境和食品样本中4-硝基酚（4-nitrophenol）的微量浓度。首次将注射器间的技术应用于无需任何化学添加剂的溶剂切换过程，为传统的基于可切换溶剂的微萃取方法提供了一种无试剂、更环保的替代方案。通过吸附能分析、Bader电荷分析、分子轨道研究以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术，确认了控制萃取过程的分子相互作用。关键萃取参数经过系统优化，包括萃取溶剂体积（80 µL）、注射器间循环次数（8次）、供体相pH值（7.0）、萃取时间（2分钟）和离子强度（不添加盐）。在优化条件下，该方法实现了0.002 µM的检测限和0.007 µM的定量限。实际样品测试结果显示，该方法在水、蜂蜜、红茶、牛奶和果汁等样本中的回收率为97.1–102.8%，相对标准偏差（RSD）值低于5%，表明样品基质对检测结果影响极小。研究结果表明，SS-SHS-LPME结合电化学检测技术为复杂基质中4-硝基酚的微量监测提供了一种快速、灵敏、可靠且环保的分析方法。
**1. 引言**
4-硝基酚（4-NP）是一种芳香族硝基化合物，化学式为C₆H₄NO₃，由于其在工业中的广泛应用和高毒性，被公认为一种环境污染物（Cardoso Juarez等人，2024年）。它不仅是染料、药品（特别是对硫磷和甲基对硫磷）及其他有机化合物合成的前体（Qatan等人，2024年；Yu等人，2023年）。由于其持久性和高水溶性，4-NP可通过工业废水、农业径流和不当废弃物处理轻易进入水生系统，导致地表水、地下水和土壤的广泛污染（Yahya等人，2021年；Wang等人，2023年）。4-NP进入食物链对人类健康构成严重威胁（Al-Ghamdi等人，2024年）。毒理学研究表明，4-NP具有致癌、致突变和干扰内分泌系统的特性，长期暴露会损害肝脏、肾脏和神经系统（Li等人，2024年；Balasubramanian等人，2019年）。因此，迫切需要创新的分析技术能够实现4-NP的快速、灵敏且经济高效的检测。
尽管环境监测至关重要，但在实际样品中检测4-NP仍面临分析挑战。高效液相色谱法和气相色谱法虽然灵敏度和特异性很高，但成本高昂、样品准备复杂且需要专业人员和实验室设施（Kiani Shahvandi等人，2024年；Shahvandi等人，2025年）。这些限制使得这些方法不适用于常规和现场监测。因此，人们越来越关注开发既灵敏选择性强，又便携、快速、经济高效且环保的分析方法。
电化学技术因具有诸多优势而受到关注：高灵敏度、易于微型化、操作成本低，以及能够实现现场实时监测（Shahvandi等人，2025年；Parkook等人，2024年）。然而，复杂的实际样品中常常含有多种干扰物质，因此样品预处理成为检测前的关键步骤。适当的预浓缩和清洗不仅提高灵敏度和重复性，还能增强分析信号的选择性。
液相微萃取（LPME）作为一种强大的样品准备技术，因能从复杂基质中高效浓缩分析物同时减少溶剂使用和环境影响而受到重视（Kokosa，2023年；Lemos等人，2025年）。萃取溶剂的选择是影响萃取效果的关键因素，因为它关系到分析物的溶解度、相分离行为和环境影响。基于可切换亲水性溶剂和深共晶溶剂的微萃取方法已成为食品、药品和环境样品中多种分析物选择性提取和测定的可持续高效替代方案（Jia等人，2020年；Kaçanbüre和Bişgin，2024年；Yıldırım和Bişgin，2024年；Bayram和Bişgin，2025年）。可切换亲水性溶剂（SHS）的出现进一步增强了LPME的能力，通过溶剂极性的可逆变化实现了非极性至中等极性化合物的选择性提取（Shahvandi等人，2018年）。基于SHS的微萃取系统（包括水两相配置）在复杂工业和环境基质中分离染料方面表现出良好性能，凸显了LPME作为多功能环保样品准备技术的价值（Jing等人，2021年；Bişgin，2024年）。这种创新方法不仅简化了萃取过程，还提高了分析物回收率。将SHS与LPME结合，为检测4-NP等环境污染物提供了新的分析平台（Shahvandi等人，2020年）。
为深入理解控制SHS系统萃取效率的分子相互作用，人们越来越多地使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和密度泛函理论（DFT）等光谱和计算技术。FTIR提供了关于官能团相互作用、氢键及溶剂切换过程中结构变化的宝贵信息，而DFT研究为预测分子层面的相互作用能、电荷转移和电子性质提供了理论支撑。这些互补工具有助于阐明萃取机制、验证实验结果，并指导更高效溶剂系统的设计。
LPME与电化学检测的结合利用了两种技术的优势，为4-NP的测量提供了新的方法。本研究开发了一种基于LPME和可切换亲水性溶剂的新方法，并结合电化学检测，在注射器间配置下实现分析。萃取机制通过FTIR分析和DFT计算得到验证，全面了解了溶剂-分析物相互作用及萃取系统的可切换行为。该方法旨在克服现有分析技术在灵敏度、选择性和操作简易性方面的局限性，为环境监测提供了可靠实用的工具，适用于包括水和食品样本在内的多种基质中4-NP的检测。
**2. 实验**
2.1. 化学品与试剂
使用市售的4-硝基酚（4-NP）、N,N-二丙胺（DPA）、甲醇、NaOH、NaCl、Na₂HPO₄和NaH₂PO₄（默克公司，德国达姆施塔特）。将0.1 M的4-NP储备溶液制备在甲醇中，并储存在4°C的琥珀色玻璃瓶中以防光降解。工作溶液通过将储备液逐级稀释至甲醇和去离子水中获得。
2.2. 仪器
伏安测量使用PGSTAT 302 N Autolab电位计/恒电流仪（Metrohm公司，荷兰乌得勒支）进行，配置了常规三电极系统：Ag/AgCl（参比电极）、Pt电极（对电极）和玻璃碳电极（工作电极）。
2.3. 计算方法
利用QUANTUM ESPRESSO代码（Giannozzi等人，2017年）在密度泛函理论（DFT）框架内研究了H₂O与DPA之间的相互作用。交换-相关项采用广义梯度近似（GGA）和Perdew–Burke–Ernzerhof（PBE）泛函处理（Perdew等人，1996年）。使用准牛顿法进行力松弛计算，力准则设置为0.01 eV/A。
2.4. SS-SHS-LPME流程
在提出的SS-SHS-LPME流程中，将含有4-NP的5.0 mL样品溶液转移至10 mL注射器中，然后加入200 μL DPA作为萃取溶剂。采用注射器间（来回移动）技术促进SHS在LPME过程中的分散和溶解。溶液在两个相连的注射器之间重复转移，以实现充分混合、萃取剂的有效分散和分析物的有效传递。均匀化后，加入200 μL 10 M NaOH溶液以诱导相分离，形成两层不同相，从而收集富含萃取分析物的SHS相。最终提取物转移至小瓶中，并注入集成到电化学检测系统的玻璃碳电极（GCE）表面进行检测。
2.5. 电化学程序
萃取后进行4-NP的电化学检测。循环伏安法（CV）在−0.5至+1.0 V的电位范围内进行，使用0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS）作为支持电解质。差分脉冲伏安法（DPV）在与CV相同的条件下进行。所有测量均在室温下进行。
2.6. 萃取溶剂的选择
合适的萃取溶剂是液相萃取方法性能的关键决定因素，直接影响分析物回收率和定量准确性（Li等人，2022年）。溶剂应与水相不互溶，形成稳定的两相系统，并表现出可逆的相变行为。其他理想特性包括易于相分离、低毒性、高萃取容量和成本效益。DPA具有低成本、低危害性及快速萃取动力学等优点（Tebbi等人，2023年）。其中性形式（log Kow为1.67，pKa为11.0）下，DPA与水不互溶，并能根据CO₂、酸性介质或热调控等触发因素在疏水态和亲水态之间可逆转换（Shahvandi等人，2020年）。
2.7. 实际样品的分析
为了评估所提出微萃取方法的实用性，分析了多种实际样品，包括自来水、河水、牛奶、苹果汁和红茶。自来水取自伊朗亚苏杰实验室，河水样本来自亚苏杰河。商业牛奶、苹果汁和红茶从亚苏杰当地市场购买。自来水样品在4°C下离心4分钟去除悬浮固体后储存（Ahmar和Shahvandi，2019年）。牛奶样品加入0.7 M三氯乙酸后进行蛋白质沉淀，再离心8000转/分钟10分钟（Costa等人，2023年）。清亮的上清液与去离子水（1:1，体积比）稀释后进行分析。苹果汁样品以1:5的比例与去离子水稀释以减少基质干扰。
蜂蜜样品称取5.0克放入15 mL离心管中，加入5.0 mL去离子水溶解，漩涡混合3分钟后离心5000转/分钟去除不溶性杂质。红茶浸泡方法为将2.0克市售红茶加入100 mL热去离子水（90–95°C）中浸泡10分钟，冷却至室温后用Whatman滤纸过滤去除固体残留。4-硝基酚的0.1 M储备溶液制备在甲醇中并储存在4°C下。每次实验前均通过去离子水逐级稀释储备液获取工作溶液。
**3. 结果与讨论**
3.1. SSHS-LPME参数的优化
液相微萃取方法的萃取效率受操作条件显著影响，这些条件直接影响质量传递、相分离和分析物分配。本研究系统考察了SS-SHS-LPME过程的关键参数以最大化4-NP的回收率。优化参数包括萃取溶剂体积、离子强度、注射器间循环次数和萃取时间。采用一次改进一个参数的策略进行优化，每次实验其他变量保持不变。所有测量重复三次以确保重复性，并报告平均值。
3.2. 注射器间处理对可切换亲水性溶剂行为的影响
本研究采用注射器间分散技术（来回移动）改善了溶剂与样品的相互作用。首先考虑了所有可能的H₂O与DPA相互作用配置作为初始配置。力松弛计算显示所有配置结果相似（见图2a），氢原子向氮原子移动，两者原子间距离约为1.783 Å，表明存在静电相互作用。通过分子轨道计算研究了化合物的电子性质。结果表明，最低未占据分子轨道（LUMO）主要与DPA分子的氢和碳轨道相关（图1b,c）。相比之下，最高占据分子轨道则更分布在氮原子和H2O分子周围（图1d,f）。下载：下载高分辨率图片（220KB）下载：下载全尺寸图片
图1. (a) 优化后吸附在DPA分子上的H2O的原子结构。红色、浅粉色、棕色和浅蓝色球体分别代表氧、氢、碳和氮原子。(b) 计算得到的LUMO+1，(c) LUMO，(d) HOMO以及(e) HOMO+1。H2O与DPA分子之间电荷密度差异的3D可视化。
为了进一步研究H2O与DPA的相互作用，计算并解释了电荷密度差异、Bader电荷和吸附能。两部分之间的电荷密度差异定义为∇ρ=ρDipropylamine+H2O−ρDipropylamine−ρH2O，以明确原子相互作用的本质。该量在图1f中以0.002等值线显示。可以看出，H2O和DPA之间的电荷积累主要集中在氮原子和H2O分子周围，且每个原子的有效电荷与Bader电荷计算结果一致（图2）。在此过程中，有0.068 e的电荷从DPA转移到H2O分子。对于该系统的计算吸附能为Eads=EDipropylamine+H2O−EDipropylamine−EH2O，约为0.298 eV，表明这两者之间存在物理吸附机制（表1）。
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图2. 吸附在DPA分子上的H2O的Bader电荷计算结果。红色、浅粉色、棕色和浅蓝色球体分别代表氧、氢、碳和氮原子。
表1. 从DFT分析中获得的H₂O–DPA相互作用的参数。
参数 值
等值线值 (Δρ) 0.002 e/ų
电荷积累体积 4.7 ų
电荷转移 0.068 e
吸附能 –0.298 eV
相互作用类型 物理吸附
键长 (H–N) 1.783 Å
图3显示了FTIR光谱。FTIR是针对孤立的H2O和DPA分子进行计算的，并与吸附在DPA上的H2O系统进行了比较。展示了孤立H2O和DPA分子的原子键的拉伸和弯曲振动频率。当对吸附系统进行FTIR计算时，与孤立分子相比出现了三个主要峰。其中两个频率与N-HH2O的弯曲振动相符，分别为498和896 cm-1。另一个频率表示DPA和水中的H-H键的拉伸，为3146 cm-1。这些计算和光谱分析证实了DPA与水分子之间的强静电和物理吸附相互作用，这是这种溶剂可切换亲水性的基础。电荷转移和吸附能值表明相互作用是稳定且可逆的，从而促进了SS-SHS-LPME过程中的有效溶剂分散。此外，FTIR峰与计算出的振动模式的吻合验证了预测的分子相互作用，支持了系统的可重复性。这样的详细见解为实验观察到的增强质量传递和提取效率提供了机制解释。
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图3. 孤立H2O和DPA分子以及吸附在DPA上的H2O系统的FTIR光谱。
3.3. 注射器间循环次数对萃取的影响
在SS-SHS-LPME系统中，注射器间循环次数是一个关键的操作参数，因为它决定了分散效率、液滴尺寸分布以及水相和有机相之间的质量传递动力学。研究了1-15次循环范围内注射器间（来回）循环次数对DPA在水相中的溶解度的影响。在循环次数较少（1-4次）时，观察到萃取溶剂的分散不完全，导致形成了相对较大的DPA液滴，并且质量传递的界面面积有限（图4）。随着循环次数的增加，机械混合促进了细小DPA液滴的形成，显著增强了溶剂与水相之间的接触面积。这种效应在大约8次循环时最为明显，此时溶剂完全转化为微滴，并由于DPA的氮电子对与水分子的质子之间的界面相互作用而完全溶解在水介质中。超过8次循环后，溶解度没有进一步改善，表明系统达到了其最大分散和混合效率。因此，选择8次循环作为后续萃取的最佳参数。
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图4. 注射器间循环次数对4-NP峰电流的影响。
3.4. DFT对4-NP-DPA相互作用的理解
通过密度泛函理论（DFT）研究了DPA和4-NP分子之间的相互作用机制。考虑了九种相对分子构型C1-C9作为DPA和4-NP相互作用的初始构型。经过优化计算后，选出了三种最稳定的构型。所有稳定构型的几何结构相似，4-NP分子从DPA分子中心的-OH基团朝向DPA分子移动（图5a）。对这些选定构型进行了FTIR光谱、电荷密度差异和HOMO-LUMO分子轨道的研究。FTIR分析中没有出现负频率的虚振动模式，证明了4-NP+DPA化合物的结构稳定性。图5b展示了电荷密度差异，讨论了分子间的相互作用。这些图表显示了4-NP的-OH基团与DPA的N原子之间的电荷转移。Bader电荷分析结果显示电荷转移如下：
DPA2= +0.108322, DPA4= +0.106473, DPA7= +0.108433
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图5. DFT研究的4-NP-DPA相互作用。4-NP通过其-OH基团与DPA分子的中心区域相互作用（a）。没有出现虚振动频率，证实了结构稳定性。电荷密度差异图（b）和Bader分析表明从DPA到4-NP的电荷转移。HOMO-LUMO分布（c）显示所有稳定构型下的4-NP上轨道定位相似，证实了一致的相互作用机制。这些结果表明，从DPA分子到4-NP分子发生了电荷转移。此外，图5c还绘制了HOMO和LUMO分子轨道。可以看出，占据和未占据的轨道分布在4-NP分子的相似原子上。
3.5. 4-NP在GCE表面的电化学行为
使用CV方法研究了4-NP在0.1 M PBS溶液中的GCE表面的电化学行为。所得伏安图显示了一个位于-0.90 V（vs. Ag/AgCl）的明显且不可逆的阴极峰，对应于硝基（-NO₂）向羟胺衍生物（-NHOH）的四电子四质子还原。在反向扫描过程中，出现了位于+0.20 V左右的弱阳极峰，归因于羟胺中间体重新氧化为亚硝基物种（-NO），这证明了硝基酚类系统的准可逆氧化还原偶联特性。4-NP在GCE表面上的还原反应机制遵循质子耦合电子转移（PCET）途径（图S1）。反向扫描期间没有明确的阳极峰，证实了在所研究条件下的还原过程的不可逆性。这种不可逆性也可以归因于羟胺产物的化学不稳定性，它在电极表面迅速发生互变异构或偶联。这表明4-NP在GCE表面氧化的主要驱动力是其强电化学活性。下面展示了提出的4-NP电化学氧化机制（图S2）（Abdel-Aziz等，2022年；Gudipati等，2022年）。
3.6. pH值对4-NP电化学行为的影响
使用GCE在pH 4-10范围内研究了溶液pH值对4-NP电化学响应的影响，结果显示在图6中。pH值的变化显著影响了4-NP的阴极峰电位（Eₚ）和峰电流（Iₚ）。随着pH值从4增加到7，Iₚ逐渐上升，在pH 7达到最大值，随后在pH > 8时急剧下降。这种钟形依赖性表明4-NP的氧化还原行为受PCET机制支配。
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图6. 在不同pH值（4.0–9.0）下，以100 mV/s的扫描速率记录的GCE在400 μM 4-NP溶液中的CVs。插图：峰电流作为pH值的函数变化。
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图7. (A) 收集的DPA体积与添加的体积之间的关系。(B) DPA体积对4-NP在SS-SHS-LPME中的性能影响。
在酸性条件（pH < 5）下，高浓度的质子导致硝基过度质子化，稳定了-NO₂基团并减缓了电子注入其π*轨道的速率，从而降低了还原速率。相反，在碱性条件（pH > 8）下，有限的质子可用性阻碍了PCET步骤的完成，降低了阴极响应。中性条件（pH ≈ 7）提供了质子供应和电子转移动力学之间的最佳平衡，实现了最大的电荷传递效率以及最稳定的伏安信号。此外，峰电流与pH值的插图进一步证实了在pH 7时电流响应最大，表明这是GCE表面检测4-NP的最佳pH值（Zhang等，2025a；Zhang等，2025b；Yu等，2023）。因此，选择pH 7.0作为后续伏安测量的最佳介质。
3.7. 影响4-NP萃取的参数研究和优化
3.7.1. 提取溶剂体积的影响
提取溶剂的体积是一个关键因素，决定了分析物转移的效率和提取相中分析物的最终浓度。在保持所有其他参数不变的情况下，系统研究了50-400 µL范围内溶剂体积对4-NP电化学峰电流的影响（图7）。当溶剂体积低于80 µL时，观察到提取相的收集不完全。这是因为部分DPA溶剂溶解在水介质中，降低了回收效率并产生了不稳定的电化学信号。将溶剂体积增加到80 µL后，由于界面接触增强和4-NP分子向提取相的扩散改善，还原峰电流显著上升。超过80 µL后，峰电流趋于平稳，表明提取效率已达到平衡。因此，选择80 µL作为后续实验的最佳溶剂体积，因为它在高效相回收和最大峰电流响应之间提供了平衡。
3.7.2. 离子强度的影响
通过向供体相中添加氯化钠（NaCl），评估了离子强度对SS-SHS-LPME方法中4-NP萃取性能的影响，浓度范围为0%至5%（w/v）。盐的添加通常会通过改变溶剂极性和促进分析物分子向提取溶剂的迁移来降低有机分析物在水相中的溶解度，这一效应通常被称为盐析作用。然而，在较高的盐浓度下，粘度增加和水相内的离子相互作用会抑制溶剂分散并延缓分析物的扩散，从而抵消萃取的好处。在本研究中，NaCl浓度从0变化到5%对电化学峰电流或4-NP的回收率没有显著影响。这一观察表明，分析物向DPA提取溶剂的转移主要由氢键和极性转换控制，而不是离子活性。在本研究中，NaCl浓度的变化对4-NP的电化学峰电流只有微妙的影响。因此，为了简化程序并避免不必要的试剂添加，后续实验未添加盐。
3.7.3. 提取时间的影响
提取时间是一个关键因素，决定了相之间的质量传递程度。提取时间不足会阻止分析物和溶剂相之间的平衡建立，而过长的提取时间可能会增加总分析时间而不提高提取性能。在本研究中，评估了2-11分钟范围内提取时间对方法性能的影响，其他实验条件保持不变。在这种情况下，提取时间是指注射器间混合过程（实现溶剂在水相中的分散）完成与相分离开始之间的时间间隔。结果显示，提取效率和相应的4-NP电化学峰电流在3分钟以上没有变化，表明平衡迅速建立。这项观察结果表明，通过机械注射器间的过程有效地均匀了水-DPA体系，产生了细小且分布均匀的液滴，最大化了界面面积并加速了质量转移。快速达到平衡状态可以归因于这种分散机制产生的高表面积与体积比，这减少了扩散路径长度并增强了分析物的转移动力学。因此，将提取时间延长超过3分钟并没有显著改善分析响应，这证实了在优化条件下该过程的动力学效率较高且不依赖于扩散。据此，3分钟的提取时间被选为后续分析的最佳参数。
3.7.4 相供体的pH值的影响
供体相的pH值是影响4-NP提取效率的关键因素，因为它决定了离子化的程度，从而影响了分析物在水相和有机相之间的分配行为。为了研究这一参数，将水相供体的pH值调整在3.0到9.0的范围内，并在提取后记录相应的电化学峰值电流。随着pH值从3.0增加到7.0，峰值电流逐渐上升，表明提取效率得到了提高。这种行为可以归因于在酸性pH值下，4-NP主要以质子化分子形式存在，这种形式具有更高的疏水性，因此更容易被有机提取相吸附。当pH值低于其pKa（约7.1）时，pH值的增加逐渐减少了与水分子的氢键作用，促进了更有效的分配到提取溶剂中。然而，当pH值超过7.0时，峰值电流显著下降。这种下降是由于4-NP的去质子化作用，形成了更亲水的酚酸根阴离子，使其更不易被有机相提取。基于这些结果，选择pH 7.0作为随后实验的最佳供体相条件。
3.8 性能评估
在优化的实验条件下，系统地评估了所提出的SS-SHS-LPME结合电化学检测方法对4-NP的分析性能。确定了主要的性能参数，包括线性、检测限（LOD）、定量限（LOQ）、精密度、重复性、日内（重复性）和日间分析精密度（RSD）。LOD和LOQ是在信噪比为3:1的置信水平下确定的。由于DPV具有低背景电流和高灵敏度，因此被选为4-NP的定量方法。在优化的实验条件下，研究了修饰后的GCE对不同浓度4-NP的电化学响应。如图8所示，峰值电流随分析物浓度的增加而成比例增加，证实了该方法的出色线性。校准曲线展示了两个不同的线性范围，0.007-1 μM和1-250 μM，反映了该方法的稳健性和多功能性。LOD和LOQ分别确定为0.007 μM和0.002 μM，显示出该方法的卓越灵敏度。与之前报道的4-NP电化学技术相比，该方法具有更宽的线性范围和更低的检测限（表2）。此外，与传统的提取技术相比，所提出的SS-SHS-LPME-DPV方法提供了更短的分析时间、简化的样品制备和减少的溶剂消耗，使其成为一种高效且环保的替代方案。使用基于DPA的可切换溶剂提取的预浓缩步骤大大增强了电化学信号并减少了基质干扰，从而提高了方法的选择性。
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图8. 在PBS（0.1 M，pH 7.0）中不同浓度4-NP的GCE DPVs。插图：4-NP浓度与DPV峰值电流的校准曲线。
表2. 所提出方法与之前报道的4-NP检测技术的比较。
方法 LOD (μM) LR (μM)
Empty Cell 0.005 4.0
LR 0.010 0.24
0.2 0.19 6.0
0.1 0.17 2.8
3.3 0.01 0.01
0.015 0.02 3.4
5.0 0.00 2.0
0.9 -10 5.0
0.5 - 10 0.5
0.5 - 6 0.01 2.3
0.9 - 9 0.9
2.5 - 20 0.01 0.8
0.01 - 10 0.08
0.07 - 1 1-250 0.0
（Buledi等人，2024）
（Seifi等人，2024）
（Corsato等人，2024）
（Han等人，2019）
（Shahzad等人，2025）
（Zhang等人，2025a，Zhang等人，2025b）
（Malvessi等人，2024）
（Tang等人，2025）
（Beitollahi和Tajik 2025）
（Feng等人，2019）
（Zhu等人，2021）
通过重复分析4-NP溶液来评估方法的日内和日间精密度，以RSD表示。在单日内对添加了60 μM样品进行了三次重复实验，用于日内评估；在连续五天内进行了三次重复实验，用于日间评估。所得到的RSD（%）值证实了所提出方法的优异再现性（表S1）。为了进一步评估传感器的适用性，该方法被应用于各种食品和水样中4-NP的分析。在分析之前，样品被过滤以去除悬浮固体，并调整至优化研究确定的最适pH值。通过向制备好的样品中添加已知浓度的4-NP进行回收实验。提取和电化学测量是在优化条件下进行的。所得到的回收率范围为97.1%到102.8%（表3），表明基质效应可以忽略不计。这些结果表明，所提出的方法对于复杂实际样品中4-NP的准确定量既可靠又高效。
表3. 各种实际样品中4-NP测定结果。
样品 添加量 (μM) 找到量 (μM) 回收率 (%)
自来水 0.105 105 100 0.99
蜂蜜 0.105 105 100 0.99
红茶 0.105 105 100 0.99
河水 0.105 105 100 0.98
牛奶 0.151 105 100 0.97
果汁 0.151 105 100 0.98
3.10 SS-SS-LPME方法的环保性评估
绿色化学的原则基于使用较少的潜在有害液体和化学物质，产生较少的废物，使过程更清洁，并使用更少的能源。通过使用两个绿色评估程序（Analytical GREEnness (AGREE) 和 Blue Applicability Grade Index (BAGI)（Muslim等人，2024）来评估所建议方法的环境影响。AGREE是一种新开发的指标，用于根据绿色分析化学的十二项原则定量评估分析方法的环境可持续性。该方法将分析过程的定性特征转化为从0（不符合）到1（完全符合）的数值绿色评分，从而实现标准化和客观的评估。每个原则都使用结构化算法独立评估，反映了该方法符合环境责任分析实践的程度。在本研究中，使用AGREE工具批判性地评估了所提出的SS-SHS-LPME结合电化学检测方法的绿色特性。系统评估了与绿色分析化学相关的关键方面，包括微型化样品制备、试剂和溶剂消耗、废物产生、能源需求、设备定位和自动化水平、避免衍生化、分析通量、试剂毒性以及操作员安全。评估突显了该方法在微量有机溶剂消耗低、废物产生少、仪器简单和能源需求低方面的优势。所提出的方法获得了0.61的AGREE评分，表明其在符合绿色分析化学原则方面达到了中等至良好的水平（图9A）。尽管分析的离线性质和非生物基试剂的使用略微限制了总体评分，但结果表明在环境考虑、分析性能和操作简便性之间取得了平衡的折中。总体而言，AGREE评估确认了所开发的方法是一种环保且实用的方法，适用于环境和食品样品中4-NP的测定。
此外，BAGI被用作全面评估所提出分析方法的实际适用性、操作可行性和整体可用性的工具。BAGI框架提供了一个双模式输出，包括显示在小行星形状示意图中心的数值评分，以及用不同深浅的蓝色表示的彩色编码可视化。在这个系统中，深蓝色对应高符合度，蓝色表示中等符合度，浅蓝色表示低符合度，白色表示不符合。这些颜色段的比例和强度共同决定了最终的BAGI评分。将BAGI模型应用于所提出的SS-SHS-LPME结合电化学检测方法后，得分为70.0，表明其具有良好的实际适用性（图9B）。这一有利评分主要归因于使用简单且广泛可用的仪器、微型化样品制备（一步预浓缩策略）、低试剂和溶剂消耗以及简单的操作流程。尽管该方法依赖手动操作和离线分析，但这些特点使其具有灵活性、低运营成本和易于实施。此外，BAGI评估突显了该方法在多样化的分析环境中常规测定4-NP的稳健性、可访问性和适用性。
4. 结论
基于可切换亲水性溶剂的液相微提取与电化学检测的集成代表了4-NP分析测量方面的重大进步。这种新颖的方法不仅提高了4-NP检测的灵敏度和选择性，还通过最小化溶剂使用和废物产生了与绿色化学原则的一致性。随着对有效环境监测工具需求的持续增长，开发此类创新方法将在应对新兴污染物带来的挑战中发挥关键作用。优化后的方法表现出快速有效的质量转移、高重现性和最小的基质干扰，强调了其在环境监测和硝基酚类化合物分析研究中的实际适用性。从计算建模、FTIR光谱和分子轨道分析获得的机制洞察证实了观察到的提取效率，并解释了DPA和水分子之间的相互作用，这些相互作用支持了溶剂的可切换亲水性。该研究为理解操作参数对提取性能和电化学响应的影响提供了全面的框架。实验优化和机制研究的结合确保了所开发方法的稳健性和敏感性。该方法实现了出色的分析性能，检测限低（0.002 μM），线性范围广（0.007–250 μM）。通过分析实际环境和食品样品（包括自来水、河水、牛奶和果汁），成功展示了SS-SHS-LPME-DPV方法的实用性和稳健性。所得到的回收率（97.1–102.8%）和最小的基质效应强调了该方法的可靠性、准确性和适用于常规监测的应用。这项研究不仅实现了4-NP的高性能提取和检测，还为SS-SHS-LPME系统中溶剂-溶质相互作用提供了基本见解。该方法的发展不仅解决了与测量4-NP相关的分析挑战，还为通过减少溶剂消耗和废物产生促进了可持续实践，为环境分析领域做出了贡献。随着环境问题的日益突出，对创新和高效分析技术的需求将变得越来越紧迫。所提出的SS-SHS-LPME-电化学检测方法简单、成本效益高且环保，为常规监测4-NP和其他硝基芳香族或酚类污染物提供了一个强大的平台，有待进一步验证。
作者贡献声明：
Saba Hosseni：写作 – 审阅与编辑、验证、研究
Fereshteh Parkook：写作 – 审阅与编辑、验证、软件、研究、数据管理
Ali Parkook：写作 – 审阅与编辑、验证、软件、研究
Jaafar Jalilian：写作 – 审阅与编辑、方法学、形式分析、数据管理
Siamak Kiani Shahvandi：写作 – 审阅与编辑、验证、监督、项目管理、方法学、研究、形式分析、数据管理Mehrorang Ghaedi：写作（包括审稿与编辑）、验证、软件开发、方法论研究、数据整理与处理。
