新型固相微萃取技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

（湖州市食品藥品檢驗(yàn)研究院，浙江湖州313000）

食品安全是關(guān)系國(guó)計(jì)民生與社會(huì)和諧發(fā)展的重大問(wèn)題。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境的惡化，導(dǎo)致食品在生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)存、流通過(guò)程中，有可能受到有毒、有害化學(xué)品的污染，如農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、重金屬、生物毒素、工業(yè)污染物以及食品加工過(guò)程中形成的致癌、致畸變物質(zhì)，長(zhǎng)期攝入會(huì)造成潛在食源性危害。食品樣品基質(zhì)十分復(fù)雜，干擾物質(zhì)多，而有機(jī)污染物及重金屬在食品中的含量一般較低甚至痕量，所以食品中有害物質(zhì)的分析是復(fù)雜系統(tǒng)的痕量分析。傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)如蒸餾、過(guò)濾、液-液萃取等方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、繁瑣、有機(jī)溶劑用量大等缺點(diǎn)，因此發(fā)展簡(jiǎn)便、有效和綠色環(huán)保的前處理技術(shù)是分析研究者一直關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。

固相微萃?。╯olid-phase microextraction，SPME）是在固相萃取的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型樣品前處理技術(shù)，由加拿大Pawliszyn[1]研究小組于1989年首先提出。SPME技術(shù)集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體，操作快捷簡(jiǎn)便，樣品和溶劑用量少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與當(dāng)今國(guó)際上提倡的綠色環(huán)境友好型樣品前處理要求相符。SPME在發(fā)展之初主要是與氣相色譜（gas chromatography，GC）聯(lián)用進(jìn)行樣品分析，然而GC難以滿足多種物質(zhì)尤其是不易揮發(fā)或高極性物質(zhì)的分析要求，為拓寬SPME技術(shù)的應(yīng)用，1995年，Chen等[2]設(shè)計(jì)出固相微萃取-高效液相色譜（solid phase microextraction-liquid chromatography，SPME-HPLC）聯(lián)用接口裝置，并由Supelco公司生產(chǎn)出商品。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，SPME又越來(lái)越多地與氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass expectrum，GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜（liquid chromatography-mass expectrum，LCMS）聯(lián)用并取得很大進(jìn)展[3-4]。SPME發(fā)展至今，已被廣泛應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)[5]、食品檢驗(yàn)[6]等領(lǐng)域。本文主要簡(jiǎn)介了SPME的新型制備方法，重點(diǎn)綜述了近5年來(lái)SPME技術(shù)在食品安全分析樣品前處理中的應(yīng)用研究新進(jìn)展，以期為食品安全快速檢測(cè)新技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 固相微萃取原理及制備技術(shù)

固相微萃取技術(shù)的基本原理是通過(guò)物理或者化學(xué)的方法，將具有吸附萃取功能的涂膜材料固載在一定的基質(zhì)表面，與樣品進(jìn)行直接微萃取或頂空微萃取，將目標(biāo)分析物富集濃縮，直接聯(lián)用進(jìn)樣裝置或解吸后進(jìn)樣，從而對(duì)樣品中的目標(biāo)物進(jìn)行準(zhǔn)確分析。在固相微萃取過(guò)程中，影響微萃取效率的因素主要可分為兩個(gè)部分：（1）萃取條件，包括萃取時(shí)間、萃取溫度、樣品基質(zhì)pH值、解析溶液等；（2）萃取頭的設(shè)計(jì)及涂層的性質(zhì)、厚度和體積。萃取頭的設(shè)計(jì)上，最初為以石英纖維為載體的纖維式，后出現(xiàn)可自行攪拌的萃取棒式[7]、管內(nèi)固相微萃取[8]，近些年新發(fā)展的有針尖式固相微萃取[9]、芯片微萃?。╟hip based microextraction，CBME）[10]、固相微萃取膜（solid phase microextraction membrane，SPMEM）[11]。

微萃取涂層是SPME的核心部分，涂層的性質(zhì)決定了整個(gè)萃取過(guò)程的選擇性和靈敏度。涂層的吸附萃取性能、厚度、耐溶劑性、熱穩(wěn)定性等，都會(huì)影響目標(biāo)物的富集和分析。為追求對(duì)目標(biāo)分析物實(shí)現(xiàn)選擇性的高倍富集，SPME涂層材料的研制是SPME研究的重要方向。目前SPME涂層的制備方法[12]主要有直接涂漬法、溶膠-凝膠技術(shù)、化學(xué)鍵合和聚合、分子印記技術(shù)、電化學(xué)沉積等。電化學(xué)沉積法作為新型SPME制備技術(shù)，是以金屬絲為底材，通過(guò)電化學(xué)方法將涂層沉積在金屬絲表面，以金屬絲為底材提高了萃取頭的機(jī)械強(qiáng)度；作為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，分子印跡聚合物涂層，包含分子印記技術(shù)和SPME技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有高度的選擇性和靈敏度。隨著新型材料制備技術(shù)的發(fā)展，SPME涂層材料已從最開(kāi)始的聚合物、多孔碳材料擴(kuò)展到離子液體[13]、碳納米管[14]、氧化石墨烯[15]、金屬及金屬氧化物納米粒子[16]、金屬有機(jī)框架材料[17]等新型材料。納米材料經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎?，可高選擇性地結(jié)合目標(biāo)分子，納米復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)及在分離和檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用已越來(lái)越受到重視。金屬有機(jī)框架材料（metalorganic frameworks，MOFs）是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過(guò)配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的雜化材料，多樣性的框架空隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的吸附性能。復(fù)合MOFs材料作為SPME涂層應(yīng)用于有毒有害物質(zhì)、重金屬的吸附與分離是當(dāng)下國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)[18]。隨著SPME技術(shù)的不斷發(fā)展，微型化的芯片SPME[19]和在線SPME[20]也不斷涌現(xiàn)，為食品安全分析前處理方法研究提供了新的思路。

2 SPME在食品中有機(jī)污染物殘留檢測(cè)的應(yīng)用

2.1 農(nóng)藥殘留

農(nóng)藥殘留物通過(guò)食物鏈不斷累積，對(duì)人類的健康及生態(tài)環(huán)境造成極大的危害。在食品中存在的農(nóng)藥的類型有：有機(jī)磷農(nóng)藥、氨基甲酸酯類、殺蟲(chóng)劑、殺真菌劑等，食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)過(guò)程中，樣品前處理是農(nóng)殘檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的農(nóng)藥前處理方法如液-液萃取、索氏提取、固相萃取，都較耗時(shí)、耗試劑，且操作繁瑣。開(kāi)發(fā)和建立快速、靈敏、高效的農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前重要的研究方向。SPME技術(shù)作為一種新型綠色環(huán)保前處理技術(shù)，在食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)中已有廣泛應(yīng)用。Song等[21]利用碳納米管修飾強(qiáng)化的中空纖維固相微萃取器（carbon nano tube-hollow-fiber-solid phase microextraction，CNTs-HF-SPME），與液相色譜-二極管陣列檢測(cè)（liquid chromatography-diode array detector，HPLC-DAD）聯(lián)用，萃取和檢測(cè)蘋(píng)果基質(zhì)中5種氨基甲酸酯類農(nóng)藥，得到較好的穩(wěn)定性，檢出限為0.09 ng/g～6.0 ng/g。功能化聚合物納米復(fù)合材料膜因具有更優(yōu)化的吸附性能和穩(wěn)定性，作為SPME萃取材料也有廣泛的應(yīng)用。Jafari等[22]運(yùn)用電沉積法制備聚吡咯/蒙脫土納米復(fù)合物，作為固相微萃取膜與氣相色譜-電暈放電離子遷移譜（gas chromatography-corona discharge ion migration spectrim，GC-CD-IMS）結(jié)合，測(cè)定蔬菜、水果等基質(zhì)中的二嗪農(nóng)和倍硫磷農(nóng)藥，得到較滿意的回收率。Wu等[23]結(jié)合多孔芳香構(gòu)架和離子液體1-（三乙氧基甲硅烷基）丙基-3-丙氨基咪唑六氟磷酸鹽制備復(fù)合材料膜，發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥具有很高的富集率，通過(guò)優(yōu)化萃取條件，獲得較好的試驗(yàn)重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，用該復(fù)合膜與氣相色譜-電子俘獲檢測(cè)（gas chromatography-electron capture detector，GC-ECD）聯(lián)用，成功分析果汁和牛奶樣品中的有機(jī)氯農(nóng)藥，回收率在76.1%～121.3%之間。Li等[24]以環(huán)芳烴作為功能單體通過(guò)溶膠凝膠法構(gòu)建分子印跡聚合物固相微萃取纖維（molecular imprinted polymer-solid phase microextraction，MIP-SPME），用于萃取甲基對(duì)硫磷及相似有機(jī)磷農(nóng)藥，功能基團(tuán)及分子結(jié)構(gòu)的相似性使得聚合物纖維膜對(duì)目標(biāo)物具有較高的選擇性和特異性識(shí)別作用，結(jié)合氣相色譜檢測(cè)，應(yīng)用于水果樣品中的有機(jī)磷農(nóng)藥分析，相較于液-液萃取，該MIP-SPME表現(xiàn)更低的檢出限和更高的回收率。

正因?yàn)镾PME前處理技術(shù)操作快速簡(jiǎn)便，易于自動(dòng)化，有研究者將SPME與質(zhì)譜直接聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)食品中痕量有害物質(zhì)殘留的在線快速篩選。Gómez-Ríos等[25]以包覆聚合物粒子的網(wǎng)絲構(gòu)建了固相微萃取裝置，與高分辨質(zhì)譜聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)食品和環(huán)境基質(zhì)中農(nóng)藥殘留的在線快速篩選和定量分析。該模式下，吸附分析物的萃取頭通過(guò)傳輸裝置與質(zhì)譜聯(lián)用，同時(shí)快速完成熱解析和離子化，進(jìn)入質(zhì)譜定量檢測(cè)。該快速篩查方法檢出限在ng/mL級(jí)以下，可以在2分鐘內(nèi)完成檢測(cè)分析，是SPME技術(shù)作為食品痕量有害物質(zhì)快速篩選手段的新應(yīng)用。

2.2 獸藥殘留

隨著養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，動(dòng)物性食品中獸藥殘留問(wèn)題已愈來(lái)愈引起人們的重視。動(dòng)物源食品中獸藥殘留甚微，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)的要求。隨著SPME技術(shù)的發(fā)展，已越來(lái)越多地與液相色譜、液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合，并在食品中獸藥殘留檢測(cè)中取得較大的進(jìn)展。彭英等[26]用原位聚合法在經(jīng)多巴胺修飾的不銹鋼絲表面鍵合聚（甲基丙烯酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯）材料，并以之作為SPME纖維涂層，與高效液相色譜聯(lián)用，建立牛奶中4種磺胺類藥物殘留的分析方法，獲得較好的涂層制備重現(xiàn)性和試驗(yàn)重現(xiàn)性，平均加標(biāo)回收率在68.2%～100.3%之間。Gao等[27]通過(guò)在中空纖維管內(nèi)壁修飾氧化石墨烯構(gòu)建新型管內(nèi)SPME，與高效液相色譜聯(lián)用，萃取和檢測(cè)強(qiáng)化牛肉中的多巴胺與克倫特羅。對(duì)萃取膜進(jìn)行表征及重復(fù)性試驗(yàn)，萃取材料表現(xiàn)出較好的性能和穩(wěn)定性，對(duì)強(qiáng)化牛肉中的多巴胺和克倫特羅的檢出限分別為0.01 μg/mL 和 0.03 μg/mL，加標(biāo)回收率為 85.8%～109.8%和78.8%～101.4%。

近年來(lái)，很多研究者已不再滿足于傳統(tǒng)的SPME制備材料和方式，如磁性納米顆粒、骨架結(jié)構(gòu)材料、聚離子液體等新型材料的應(yīng)用，以及層層自組裝等新型制備方式的嘗試開(kāi)啟SPME制備技術(shù)的新領(lǐng)域。Lan等[28]將磁性氧化鐵顆粒覆載于沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料（Fe3O4@ZIF-8），并以此為載體，層層自組裝磁性分子印跡聚合物膜（molecular imprinted polymer，MIP），制備一種新型多孔多層磁性分子印跡聚合物膜（MIP@Fe3O4@ZIF-8），并通過(guò)電磁作用力黏接于固相微萃取纖維頭，用于萃取食品中的4種雌激素，ZIF-8的高孔隙率和層層自組裝的制備方式不僅增強(qiáng)了萃取膜的穩(wěn)定性，還大大增加了膜的分子印跡位點(diǎn)，使得萃取膜對(duì)4種雌激素表現(xiàn)出較高的萃取容量和快速的吸附和解析動(dòng)力學(xué)。Mei等[29]制備基于聚離子液體的多個(gè)ycxv單片纖維式固相微萃取涂層，利用聚離子液體作為一種活躍介質(zhì)，與高效液相色譜聯(lián)用，用于高效萃取和檢測(cè)飲用水和牛奶中的6種雌激素，檢出限達(dá)到 0.04 μg/L～0.11 μg/L，加標(biāo)回收率在 75.6%～118%之間。Zhang等[30]通過(guò)原位聚合法制備了一種多孔性聚（甲基丙烯酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯）單片纖維式固相微萃取裝置，用于萃取牛奶和蜂蜜中的5種苯并咪唑類藥物，再通過(guò)高效液相色譜檢測(cè)分析，檢出限低于μg/L級(jí)，回收率在72.1%～121%之間。

2.3 其他有機(jī)污染物

SPME技術(shù)在對(duì)食品中生物毒素、合成染料、多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyl，PCBs）、多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbon，PAHs）、鄰苯二甲酸酯類化合物（phthalic acid ester，PAEs）等污染物的檢測(cè)中也有著廣泛的應(yīng)用。Chen等[31]自制靜電紡絲纖維，用于固相微萃取河豚魚(yú)肉組織中的河豚毒素，其萃取效率優(yōu)于商品化固相微萃取纖維。制備的SPME與HPLC-MS/MS聯(lián)用所建立的河豚魚(yú)中河豚毒素分析方法，其檢出限為2.3 ng/g，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。Li等[32]利用氧化石墨烯在鹽條件下易發(fā)生凝聚的機(jī)理，建立基于鹽條件下氧化石墨烯的分散固相微萃取技術(shù)，與高效液相色譜聯(lián)用，高效萃取和分析水樣中的孔雀石綠和結(jié)晶紫，回收率達(dá)89.7%～116.4%。Xu等[33]利用離子液體分散的多壁碳納米管為固相微萃取基質(zhì)，結(jié)合高效液相色譜，用于檢測(cè)分析食品中的羅丹明B染料。

Abolghasemi等[34]以不銹鋼絲為基底，在其表面通過(guò)原位聚合法制備ZnO納米粒子/聚噻吩/六角晶格硅納米復(fù)合物涂層，以此作為SPME萃取頭，對(duì)多環(huán)芳烴類化合物表現(xiàn)出較高的萃取效率。Luo等[35]利用聚烯烴熱縮管的疏水特性，以此為SPME萃取裝置，成功富集水樣中的鄰苯二甲酸酯類化合物，與HPLC聯(lián)用，建立了飲用水中PAEs的檢測(cè)新方法。Kamalabadi等[36]通過(guò)電化學(xué)氧化法制備聚吡咯納米線修飾纖維膜，應(yīng)用于頂空固相微萃取技術(shù)，與離子遷移光譜聯(lián)用，建立食品中雙酚A的殘留檢測(cè)方法，分析方法簡(jiǎn)潔、有機(jī)試劑消耗低，加標(biāo)回收率達(dá)93%～96%。Lv等[37]把沉積聚多巴胺（poly-dopamine，PDA）膜的不銹鋼絲浸漬于含金屬有機(jī)骨架材料MIL-53（Fe）的水溶液中，制備了PDA-MIL-53（Fe）復(fù)合膜，用于固相微萃取涂層，對(duì)多氯聯(lián)苯類類化合物具有較高的萃取容量，結(jié)合GCMS，應(yīng)用于多氯聯(lián)苯的殘留檢測(cè)分析。

3 SPME在食品中重金屬檢測(cè)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，重金屬的污染日益嚴(yán)重，以各種化學(xué)狀態(tài)存在的重金屬易通過(guò)食物鏈而生物富集，進(jìn)入生物體，嚴(yán)重威脅人類和生物體的健康安全。因此研究和開(kāi)發(fā)高效的食品中重金屬富集與檢測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。食品樣品中重金屬含量低，基體復(fù)雜，常需要在儀器測(cè)定前輔以合適的樣品前處理技術(shù)。

Wang等[38]構(gòu)建基于微流控芯片陣列的磁性固相微萃取體系，與電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrum，ICP-MS）聯(lián)用，用于在線檢測(cè)生物樣品中的6種重金屬元素（Cu、Zn、Cd、Hg、Pb和Bi），分析方法靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。Lin等[39]利用基于多孔性碳的頂空固相微萃取技術(shù)與氣相色譜-介質(zhì)阻擋放電發(fā)射光譜（gas chromatography-dielectric barrier discharge emission spectrum，GC-DBDOES）聯(lián)用，檢測(cè)大米中不同形態(tài)的汞化合物，與常規(guī)方法相比，該分析方法具有便捷、耗費(fèi)少、效益高等優(yōu)點(diǎn)。Su等[40]制備氧化石墨烯/二氧化硅復(fù)合物，以此為固相微萃取中空纖維膜涂層，用于萃取水中的Mn、Co、Ni、Cu、Cd和Pb6種重金屬，并與 ICP-MS聯(lián)用實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)分析，檢出限達(dá)到ng/L級(jí)，回收率在89%～119%之間。Bahar等[41]把TiO2納米粒子分散在辛酸中作為萃取溶劑，通過(guò)毛細(xì)作用力被植入聚丙烯多孔中空纖維段，構(gòu)建了新型固相微萃取頭，用于萃取大米、牛奶和水樣中的Pb（II），并通過(guò)原子吸收光譜檢測(cè)，分析方法達(dá)到了99.3%的回收率。

4 結(jié)論與展望

固相微萃取與檢測(cè)儀器聯(lián)用的發(fā)展進(jìn)程中，鑒于其操作簡(jiǎn)單、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)分析領(lǐng)域。為進(jìn)一步推動(dòng)其發(fā)展、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，SPME技術(shù)可以從以下幾方面繼續(xù)展開(kāi)研究工作：（1）研發(fā)具有高萃取容量和高靈敏度新型涂層，開(kāi)發(fā)功能化修飾納米復(fù)合材料涂層，同時(shí)提高涂層壽命，擴(kuò)大萃取對(duì)象；（2）研究高選擇性、特異性涂層，如分子印跡、免疫親和技術(shù)等在SPME方面的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間；（3）芯片SPME作為微型化的固相萃取模式得到了迅速發(fā)展，目前已在重金屬及有機(jī)污染物的檢測(cè)中有一定的應(yīng)用，將是SPME的重要發(fā)展方向之一；（4）開(kāi)發(fā)新型SPME裝置，提高自動(dòng)化水平，同時(shí)發(fā)展在線聯(lián)用SPME技術(shù)，提高樣品處理效率，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。