基于金屬有機骨架材料的磁固相萃取與高效液相色譜-紫外檢測法分析飲料和方便面中4種防腐劑

肖作為, 何 蔓, 陳貝貝, 胡 斌

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院, 生物醫(yī)學(xué)分析化學(xué)教育部國家重點實驗室, 湖北 武漢 430072)

防腐劑能抑制微生物的生長繁殖,對保障食品安全起著重要的作用。苯甲酸(BA)、山梨酸(SA)和對羥基苯甲酸酯類防腐劑因其成本低、抑菌效果好,被廣泛應(yīng)用于食品中。然而,大多數(shù)防腐劑對人體具有低毒性,如人體攝入BA后主要通過肝臟解毒,會加重肝臟負擔(dān),對老人和小孩等肝功能較弱人群危害較大。因此日本已經(jīng)全面禁止苯甲酸的使用。對羥基苯甲酸酯類防腐劑已經(jīng)被證明是一類內(nèi)分泌干擾物,具有類雌激素效果[1,2],還會殘留在腫瘤細胞中[2]。我國對目前允許使用的防腐劑及其限量均做了規(guī)定,但仍有不良商家為了追求利益加大防腐劑的使用量,甚至使用禁用防腐劑,對人們健康造成潛在的威脅。因此,建立食品中多種防腐劑同時檢測方法具有重要意義。

色譜法是防腐劑檢測中的主要手段,包括毛細管電泳法(CE)[3,4]、高效液相色譜法(HPLC)[5,6]和氣相色譜法(GC)[7-9]等。其中，HPLC具有分離能力高、選擇性好和靈敏度高等優(yōu)點,在多種防腐劑的同時分析測定中應(yīng)用廣泛。由于食品基質(zhì)較復(fù)雜,對防腐劑進行直接測定存在一定困難,因此在檢測前對樣品進行合適的前處理十分必要。目前,已有固相萃取(SPE)[10-13]、液相微萃取(LPME)[4,9]、固相微萃取(SPME)[14,15]和攪拌棒吸附萃取(SBSE)[16,17]等樣品前處理方法應(yīng)用于防腐劑的分析中。Valcarcel等[10]將多壁碳納米管填于固相萃取柱中,基于π-π作用和疏水作用,對化妝品中多種對羥基苯甲酸酯類防腐劑進行了萃取和分析。Feng等[18]制備了聚甲基丙烯酸縮水甘油酯-二甲基丙烯酸酯(poly(GMA-EDMA))整體柱,主要基于離子交換作用實現(xiàn)對食品中BA和SA的萃取,后續(xù)采用HPLC-UV在線檢測。Wang等[12]將聚二甲基硅氧烷(PDMS)鍵合于鈦管中,實現(xiàn)了BA、SA和3種對羥基苯甲酸酯類防腐劑的同時萃取;但PDMS涂層比較適合非極性和弱極性物質(zhì)的分析,雖然可用于極性差別較大防腐劑的同時萃取,其對極性較大的BA、SA和對羥基苯甲酸甲酯(MP)(油水分配系數(shù)lgP<2)萃取效率較低。商品化的PDMS攪拌棒被用于BA、SA和MP等的萃取,結(jié)合GC-MS檢測,實現(xiàn)了對果汁、番茄醬[19]和各種飲料[20]中7種防腐劑的分析。許瑾等[21]制備了C18和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)兩種攪拌棒,C18攪拌棒能夠較好地萃取尼泊金酯類防腐劑,而APTES則能選擇性地萃取酸性防腐劑;采取雙棒模式,對所有防腐劑均有較好的萃取效率(32%～91%)。

磁固相萃取(MSPE)是以磁性材料為固相萃取劑的一種新型SPE技術(shù),在樣品前處理領(lǐng)域得到了廣泛使用。將磁性納米顆粒Fe3O4或γ-Fe2O3等直接用于MSPE時,磁材料易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象,且對目標(biāo)分析物的選擇性較差。為了滿足不同性質(zhì)目標(biāo)分析物的萃取需求,發(fā)展不同涂層的磁性材料十分重要。金屬有機骨架化合物(MOFs)是一種新型多孔材料,具有比表面積大、結(jié)構(gòu)多樣可調(diào)等優(yōu)勢。Pino等[22]采用渦旋輔助分散固相萃取的方式考察了3種MOFs材料對對羥基苯甲酸酯類防腐劑的萃取性能,結(jié)合HPLC-二極管陣列檢測器(DAD)對環(huán)境水、化妝品和人尿中的多種對羥基苯甲酸酯類防腐劑進行了分析,檢出限為0.1～0.6 μg/L。

磁性MOFs材料繼承了磁材料及MOFs的優(yōu)良性能，在樣品前處理領(lǐng)域表現(xiàn)出萃取快速、高效等優(yōu)勢。Yan等[23]最先通過物理混合法制備了磁性(MIL)-101-Cr材料,用于檢測環(huán)境水樣中的多環(huán)芳烴(PAHs), MIL-101-Cr與磁球之間通過靜電作用結(jié)合,得到的材料在磁場作用下能快速實現(xiàn)相分離。Li等[24]利用化學(xué)鍵合法制備了磁性MOF-5材料,并將其用于PAHs和赤霉素的萃取。結(jié)果表明,MOF-5材料可對兩類極性不同的物質(zhì)進行同時分析。此外,磁球與MOF-5材料之間的化學(xué)鍵作用改善了磁性MOF-5材料的穩(wěn)定性;但MOF-5材料對水很敏感,因此其所有實驗均在有機溶劑中進行。李等[25]制備了核殼結(jié)構(gòu)的磁性MIL-101材料,并將其成功用于環(huán)境水中痕量PAHs的分析。本課題組分別基于鉍試劑改性、溶劑輔助配體交換等策略合成了巰基/氨基功能化的磁性HKUST-1[26]和UiO-66[27,28]材料,對Hg2+的吸附容量高達264 mg/g[26]和282 mg/g[27];自制的磁性氨基功能化UiO-66 (Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2)對Cu2+、Hg2+、Pb2+和Cr3+均表現(xiàn)出非?？斓奈絼恿W(xué)及較大的吸附容量,其中對Pb2+的吸附容量達102 mg/g[28]。相對而言,磁性MOFs材料更多地被用于有機污染物的去除或分析,如磁性ZIF-8[29]、UiO-66[30]和MIL-100-Fe[31]被分別用于鄰苯二甲酸酯類塑化劑、軟骨藻酸和多氯聯(lián)苯等的分析,并表現(xiàn)出良好的吸附性能和應(yīng)用前景。

本工作的目的是探索物理攪拌共混合成磁性MOFs材料的方式,合成磁性材料Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2,基于UiO-66-NH2與目標(biāo)防腐劑之間可能存在的靜電和π-π作用實現(xiàn)萃取,并建立MSPE-HPLC-UV分析飲料樣品中不同極性防腐劑的新方法。實驗中對自制磁性材料進行了一系列表征,并對影響MSPE的多個因素進行優(yōu)化,如樣品溶液pH值、解吸溶劑、離子強度、樣品體積、材料用量、萃取時間、解吸體積和時間等;在最優(yōu)條件下評價了方法的分析性能,并將所建立的方法應(yīng)用于飲料和方便面等樣品中目標(biāo)防腐劑的分析。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

戴安3000高效液相色譜儀(美國熱電公司), JEM-2010透射電子顯微鏡(日本電子光學(xué)公司), PPMS-9T型振動樣品磁強計(美國量子設(shè)計公司), NOVA 4200e表面分析儀(美國康塔儀器公司), EMPYREA X射線衍射儀(荷蘭帕納科公司), Q500 TGA熱重分析儀(美國TA公司)。

六水氯化鐵(FeCl3·6H2O)、四水氯化亞鐵(FeCl2·4H2O)、氨水、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉、甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙腈購于上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司;醋酸銨購于美國ACS公司;四乙氧基硅烷(TEOS)購于湖北武大有機硅新材料股份有限公司;無水氯化鋯(ZrCl4)購于上海阿拉丁試劑公司;2-氨基對苯二甲酸購于天津阿法埃莎化學(xué)有限公司;除醋酸銨為色譜純外,其他所有固體藥品和試劑均為分析純。18.25 MΩ·cm超純水通過睿浦(MRAN-20,武漢明?？萍加邢薰?和Milli-Q(美國Millipore公司)超純水儀制得。蘇打水、維生素飲料和方便面面餅均購自武漢本地超市。

BA、SA、MP、對羥基苯甲酸乙酯(EP)、對羥基苯甲酸丙酯(PP)和對羥基苯甲酸丁酯(BP)均購于上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司,除BA為分析純外,其他5種防腐劑均為化學(xué)純,純度大于98.5%。圖1列出了6種防腐劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、pKa值和lgP值。

1.2 溶液配制

分別稱取適量目標(biāo)防腐劑標(biāo)準(zhǔn)品(精確至0.01 mg),用甲醇溶解,配制成5 g/L的單標(biāo)準(zhǔn)儲備液;取適量單標(biāo)準(zhǔn)儲備液用甲醇稀釋,配制質(zhì)量濃度為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液,均保存于4 ℃冰箱中。在實驗過程中精確吸取適量標(biāo)準(zhǔn)溶液用超純水逐級稀釋至所需濃度。

1.3 磁性MOFs材料的合成

1.3.1Fe3O4@SiO2的合成

首先采用共沉淀法[32]制備Fe3O4磁球。稱取11.68 g FeCl3·6H2O,溶于200 mL超純水中,在氮氣保護下攪拌,然后直接加入4.30 g FeCl2·4H2O,加熱至85 ℃,隨后加入30 mL NH3·H2O,加大攪拌速率反應(yīng)30 min。反應(yīng)完成后冷卻至室溫(通氣),依次用高純水和0.02 mol/L NaCl洗滌,制得Fe3O4磁球,于無水乙醇中保存。

移取一定量磁球至500 mL三口燒瓶中,加入160 mL異丙醇和40 mL高純水,隨后在攪拌的條件下向三口燒瓶中依次滴加5 mL濃氨水和6 mL TEOS,室溫反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后,分別用高純水和乙醇依次洗滌制得的Fe3O4@SiO2,最后置于60 ℃烘箱中烘干。

1.3.2Fe3O4@SiO2@UIO-66-NH2的合成

稱取0.5 g Fe3O4@SiO2、1.165 g (5 mmol)氯化鋯、0.905 g (5 mmol) 2-氨基對苯二甲酸和200 mL DMF,超聲混合均勻后,置于250 mL三口燒瓶中,磁力攪拌下于110 ℃反應(yīng)24 h。反應(yīng)結(jié)束后,依次用DMF、10 mmol/L NaOH溶液和高純水洗滌產(chǎn)物,然后將產(chǎn)物浸泡于甲醇中純化3 d,以除去孔道中未反應(yīng)的2-氨基對苯二甲酸,最后將產(chǎn)物置于60 ℃烘箱中烘干,得到褐色Fe3O4@SiO2@UIO-66-NH2材料。

1.4 樣品前處理

將蘇打水稀釋10倍,維生素飲料稀釋20倍后過濾待用。準(zhǔn)確稱取研磨后的面餅50 g,加入500 mL超純水超聲提取5 min,收集的提取液經(jīng)0.45 μm纖維素濾膜過濾,取200 mL濾液用超純水稀釋兩倍后待用。

準(zhǔn)確移取上述樣品溶液各25 mL,用稀硝酸和氨水調(diào)節(jié)pH值至3.5,待用。

1.5 磁固相萃取

取25 mL樣品溶液(pH 3.5),置于燒杯中,加入7.5 mg自制Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料,超聲萃取10 min。然后進行磁分離,棄去上層清液;用高純水清洗分離后的磁性材料，并將其轉(zhuǎn)移至1.5 mL聚丙烯微量離心管中;加入0.4 mL甲醇-10 mmol/L NaOH(50∶50, v/v)解吸液,超聲解吸20 min。最后,經(jīng)中空纖維膜過濾后取30 μL解吸液進行后續(xù)HPLC-UV檢測。

1.6 色譜條件

色譜柱:Purospher?STAR LP C18柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm,德國Merck公司);柱溫:30 ℃;流動相:A相為甲醇,B相為10 mmol/L醋酸銨水溶液;流速:1 mL/min。梯度洗脫程序:0～3.50 min, 67.5%B; 3.50～3.51 min, 67.5%B～25%B; 3.51～12.50 min, 25%B。進樣量:30 μL;紫外檢測波長為230 nm (BA)和254 nm (SA、PP和BP)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Fe3O4@SiO2@UIO-66-NH2的表征

用透射電鏡對制備的Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2進行表征(見圖2a)。可以看到,Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2有著明顯的核殼結(jié)構(gòu)。用振動樣品磁強計對制備的Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2的磁性質(zhì)進行了表征(見圖2b)?？梢钥吹?Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2沒有明顯的磁滯現(xiàn)象,其飽和磁強度為24.3 emu/g,盡管比Fe3O4的飽和磁強度(68.6 emu/g)下降了不少,但仍可以滿足快速磁分離的要求。

對Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2進行了X射線衍射(XRD)表征(見圖2c)。可以看到,制得的Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2的XRD曲線與模擬的UiO-66和Fe3O4@SiO2的曲線吻合良好,表明負載到磁球上的UiO-66-NH2仍保持完好的晶體結(jié)構(gòu)。對磁性MOFs材料進行了熱重表征(見圖2d)，可以看到,MOFs材料在350～450 ℃間有一個失重峰,主要原因是MOFs結(jié)構(gòu)坍塌所致,表明材料可以在350 ℃高溫下保持穩(wěn)定。對材料進行了比表面積的表征。根據(jù)圖2e中氮氣吸附-脫附曲線計算可得材料的BET比表面積為753 m2/g。文獻[33]中UiO-66的BET比表面積為891 m2/g,一方面可能因為UiO-66的氨基功能化使孔道內(nèi)存在自由的氨基,另一方面MOFs與比表面積低的磁球復(fù)合,導(dǎo)致了本工作合成的Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料比表面積稍低。

2.2 MSPE條件的優(yōu)化

為了使MSPE對目標(biāo)防腐劑的萃取達到最優(yōu)條件,本工作對影響萃取率的諸多因素進行了考察,包括樣品溶液pH值、解吸溶劑、離子強度、樣品體積、材料用量、萃取時間、解吸體積和時間等。其中,萃取率=(解吸液中目標(biāo)分析物的濃度×解吸液體積)/(水相中目標(biāo)分析物的原始濃度×水相體積)。

圖 2 Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2的(a)透射電鏡(TEM)圖、(b)磁滯回線、(c)XRD圖、(d)熱重曲線和(e)氮氣吸附/脫附曲線Fig. 2 (a) Transmission electron microscopy (TEM) image, (b) magnetic hysteresis loops, (c) X-ray diffraction (XRD) spectra, (d) thermal gravity (TG) curves and (e) N2 adsorption/desorption isotherms of Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2

2.2.1樣品溶液pH值

樣品溶液的pH值會影響防腐劑的存在形式,從而影響萃取率。因此,在溶液pH 2～8范圍內(nèi)考察了Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料對目標(biāo)防腐劑萃取率的影響,結(jié)果見圖3。可以看出,對于BA和SA而言,在溶液pH值為2～3時,其萃取率快速增加,在pH 3～4時其萃取率基本達到平臺,而pH值>4時其萃取率迅速下降?？赡茉驗锽A和SA的pKa值分別為4.2與4.6,在pH 2～3范圍內(nèi)基本以分子形式存在,隨著pH值的增加,其離子形式逐漸增加,與材料中質(zhì)子化的氨基產(chǎn)生作用,萃取率增加;而pH>4時,材料中質(zhì)子化的氨基迅速減少,對BA和SA的作用減弱,導(dǎo)致萃取率降低。由于BA具有苯環(huán)結(jié)構(gòu),相比SA,能與材料形成更強的π-π作用,導(dǎo)致BA的萃取率比SA高。

對于PP和BP而言,隨著溶液pH值的增加,其萃取率逐漸增加,在pH 6～8時達到最大?？赡艿脑蚴窃趐H 6～8時,PP和BP以中性分子的形式存在,與同樣中性的氨基功能化材料以疏水和π-π作用達到最佳萃取效果。EP和MP在自制磁性MOFs材料上吸附率極低。綜合考慮,選擇溶液pH 3.5進行后續(xù)考察。

圖 3 溶液pH值對目標(biāo)防腐劑(200 μg/L)萃取率的影響(n=3)Fig. 3 Effect of pH values of solution on the extraction efficiencies of the target preservatives (200 μg/L) (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; extraction time, 20 min; desorption solvent, methanol (MeOH)-10 mmol/L NaOH (50∶50, v/v); desorption time, 20 min; desorption volume, 0.5 mL.

2.2.2解吸溶劑

考慮到Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料通過π-π作用吸附目標(biāo)防腐劑,首先考察了甲醇、乙醇和乙腈3種有機溶劑對解吸的影響(見圖4)?？梢钥闯?甲醇對分析物的解吸效果最好,因此將其用作后續(xù)的解吸溶劑組成部分?？紤]到目標(biāo)分析物與磁材料之間可能存在靜電作用,嘗試在解吸劑中加入酸或堿溶液以改變材料表面的帶電荷狀況及目標(biāo)分析物的存在形式,以達到解吸的目的。實驗中,固定酸/堿的濃度為10 mmol/L,在相同體積比(50∶50, v/v)的情況下考察了甲醇與水、NaOH、氨水、鹽酸和乙酸混合溶劑的解吸效果(見圖4)?？梢钥闯?甲醇-10 mmol/L NaOH(50∶50, v/v)對BA和SA的解吸效果最好;甲醇-10 mmol/L鹽酸(50∶50, v/v)對BP和PP的解吸效果最好;所選的解吸溶劑對EP和MP的解吸效果沒有明顯差異。綜合考慮,選擇甲醇-10 mmol/L NaOH混合溶液作為解吸溶劑進行后續(xù)條件的考察。

繼續(xù)考察甲醇-10 mmol/L NaOH作為解吸溶劑時不同體積分?jǐn)?shù)的甲醇對解吸效果的影響。結(jié)果如圖5所示,BA的萃取率隨著甲醇體積分?jǐn)?shù)的減少先增加后減少,SA的萃取率隨著甲醇比例的減少逐漸增加,二者均在甲醇體積分?jǐn)?shù)為50%時萃取率達到最大;PP和BP的萃取率在甲醇體積分?jǐn)?shù)增加至50%前基本保持不變,之后萃取率下降。EP和MP由于萃取過程中的吸附率很低,解吸液中的信號也極低。因此解析溶劑中選擇甲醇的體積分?jǐn)?shù)為50%。

圖 4 不同解吸溶液對目標(biāo)防腐劑(200 μg/L)萃取率的影響(n=3)Fig. 4 Effect of the different desorption solutions on the extraction efficiencies of the target preservatives (200 μg/L) (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH value of solution, 3.5; extraction time, 20 min; desorption time, 15 min; desorption volume, 0.5 mL.

2.2.3離子強度

將NaCl加入樣品溶液以考察離子強度對磁固相萃取過程的影響。實驗中,在6份25 mL含有6種目標(biāo)分析物(200 μg/L)的樣品溶液中分別加入0、1.25、2.5、3.75、5.0和6.25 g NaCl,按1.4節(jié)所述進行磁固相萃取。結(jié)果顯示,BA的萃取率隨著NaCl加入量的增加緩慢下降(71%降至65%);當(dāng)NaCl加入量由0 g增加至1.25 g時,SA、BP和PP的萃取率逐漸降低,當(dāng)NaCl加入量繼續(xù)增加至6.25 g時,SA、BP和PP的萃取率呈現(xiàn)上升趨勢;對于EP和MP,當(dāng)NaCl加入量為0 g時,二者的萃取率分別約為4%和1%,當(dāng)NaCl加入量為6.25 g時,二者的萃取率分別約為10%和5%;說明該萃取體系不適合EP和MP的萃取(萃取率極低)。

綜合考慮,在后續(xù)實驗中,自制材料只用于BA、SA、PP和BP 4種防腐劑的萃取與富集。

2.2.4樣品體積和磁性MOFs材料用量

為了獲得更高的富集倍數(shù)和更低的檢出限,對樣品體積進行了考察,固定BA、SA、PP和BP4種防腐劑的絕對量為2 μg,改變樣品溶液體積(10～50 mL),對其萃取率進行考察。發(fā)現(xiàn)當(dāng)樣品溶液體積從10 mL增加至50 mL時,材料對目標(biāo)防腐劑的萃取率逐漸下降,可能原因是隨著樣品體積增加,材料在樣品溶液中的濃度降低。為了提高富集倍數(shù),選擇樣品體積為25 mL。

將樣品體積固定為25 mL,對Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料的用量(2.5～12.5 mg)進行了考察。結(jié)果表明,當(dāng)材料用量從2.5 mg增加至7.5 mg時,目標(biāo)分析物的萃取率逐漸增加;而繼續(xù)增加材料用量至12.5 mg時,萃取率增加較緩慢。綜合考慮,最終選擇材料用量為7.5 mg。

圖 5 不同體積分?jǐn)?shù)的甲醇對目標(biāo)防腐劑(200 μg/L)萃取率的影響Fig. 5 Effect of the different volume fractions of MeOH on the extraction efficiencies of the target preservatives (200 μg/L) (n=3) Conditions: sample volume, 10 mL; pH value of solution, pH=3.5; extraction time, 20 min; desorption time, 15 min; desorption volume, 0.5 mL.

2.2.5萃取時間

目標(biāo)防腐劑在材料與樣品溶液中達成分配平衡需要一段時間,因此萃取時間是影響萃取率的一個重要因素。在5～40 min內(nèi),考察了萃取時間對目標(biāo)防腐劑BA、SA、PP和BP萃取率的影響。結(jié)果表明,PP和BP在5 min內(nèi)即可達到萃取平衡,而BA和SA在10 min后達到萃取平衡。最終本工作將萃取時間選取為10 min。

2.2.6解吸體積和時間

在樣品體積一定的情況下,降低解吸體積能提高方法的富集倍數(shù)。在0.1～0.5 mL的范圍內(nèi)考察了解吸體積對方法萃取率和富集倍數(shù)的影響。如圖6a所示,當(dāng)解吸體積由0.1 mL增至0.4 mL時,萃取率逐漸增加,繼續(xù)增加解吸劑體積,萃取率增加不明顯。如圖6b所示,當(dāng)解吸劑體積從0.1 mL增至0.5 mL時,BA、BP和SA的富集倍數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,而PP的富集倍數(shù)逐漸下降。綜合考慮,選擇解吸劑的體積為0.4 mL。

圖 6 解吸體積對(a)萃取率和(b)富集倍數(shù)的影響(n=3)Fig. 6 Effect of desorption volumes on the (a) extraction efficiencies and (b) enrichment factors (n=3) Conditions: sample volume, 25 mL; pH value of solution, pH 3.5; extraction time, 10 min; desorption solvent, MeOH-10 mmol/L NaOH (50/50, v/v); desorption time, 20 min.

表 1 4種防腐劑的線性范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差和富集倍數(shù)

在5～40 min范圍內(nèi)考察了解吸時間對目標(biāo)防腐劑解吸效率的影響。結(jié)果表明,BA在5 min內(nèi)即可達到解吸平衡,在5～20 min內(nèi)SA、PP和BP解吸效率隨解吸時間增加而增加,之后達到解吸平衡。最后選擇解吸時間為20 min。

2.3 方法學(xué)考察

配制4種目標(biāo)分析物的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度分別為0.5、1.0、2.0、5.0、10、50、100、500、1 000和2 000 μg/L,在最優(yōu)的條件下進行MSPE-HPLC-UV分析。以各目標(biāo)分析物的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X, μg/L)、色譜峰面積為縱坐標(biāo)(Y)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,進行線性回歸分析并計算相關(guān)系數(shù)(r),結(jié)果見表1。根據(jù)3倍和10倍信噪比(S/N)計算得到檢出限和定量限,分別為0.51～1.89 μg/L和1.60 ～5.35 μg/L。在同一天內(nèi),對10 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行MSPE-HPLC-UV分析,計算本方法的日內(nèi)RSD為2.1%～5.5%(n=7);在不同天內(nèi),分別對5 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進行MSPE-HPLC-UV分析,得到本方法的日間RSD為3.3%～7.8%(n=7)。

根據(jù)目標(biāo)分析物萃取前后的工作曲線斜率之比,計算得到方法的富集倍數(shù)為6.3～40.2,理論富集倍數(shù)為62.5(理論富集倍數(shù)=樣品溶液體積(25 mL)/解吸液體積(0.4 mL))。此外,自制Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料經(jīng)甲醇-10 mmol/L NaOH(50∶50, v/v)解吸再生后,可重復(fù)使用5次,使用5次以內(nèi)該材料對目標(biāo)分析物的回收率保持在85%以上。

2.4 與其他方法比較

將本方法與近年來報道的痕量防腐劑分析檢測方法進行比較(見表2)?？梢钥闯?本方法對4種目標(biāo)防腐劑的檢出限和線性范圍處于居中水平。但是,自制的磁性MOFs材料可用于不同極性防腐劑的同時分析,每次萃取材料使用量少，且10 min即可達到萃取平衡,在飲料等樣品中具有較好的應(yīng)用潛力。

表 2 本方法與其他方法的比較

DLLME: dispersive liquid liquid microextraction; CLC: capillary liquid chromatography; HKUST-1: a kind of MOFs materials; d-μSPE: dispersive micro-solid-phase extraction; CME: capillary microextraction; SCSE: stir cake sorptive extraction; PDMS: polydimethylsiloxane; SBSE: stir bar sorptive extraction; MSPE: magnetic solid phase extraction.

表 3 飲料樣品和方便面中目標(biāo)防腐劑的分析結(jié)果(n=3)

ND: not detected; -: no data.

2.5 實際樣品分析

將本方法應(yīng)用于蘇打水、維生素飲料和方便面面餅中4種防腐劑的分析,結(jié)果列于表3?？梢钥闯?蘇打水、維生素飲料和方便面中均未能檢出4種防腐劑。為了驗證方法的準(zhǔn)確性,分別對3種樣品進行了加標(biāo)回收試驗?？梢钥吹?4種防腐劑在蘇打水、維生素飲料和方便面面餅樣品中的加標(biāo)回收率為72.2%～109%。

MOFs-MSPE-HPLC-UV法分析蘇打水、維生素飲料和方便面時4種防腐劑的色譜圖見圖7?？梢钥闯?這些樣品經(jīng)過稀釋或提取后進行HPLC-UV分析時,沒有目標(biāo)分析物的信號檢出;當(dāng)經(jīng)過MSPE前處理后,色譜圖中出現(xiàn)了一些信號峰,說明MSPE萃取過程具有明顯的富集作用;加標(biāo)樣品(BA、SA: 25 μg/L; PP、BP: 50 μg/L)經(jīng)過MSPE后得到的色譜圖中,4種防腐劑出現(xiàn)了尖銳的信號響應(yīng)峰。

圖 7 蘇打水、維生素飲料和方便面中4種防腐劑的色譜圖Fig. 7 Chromatograms of the four preservatives in the soda, vitamin beverage and instant noodles samples a. original sample obtained by direct injection; b. original sample obtained by MSPE; c. spiked sample obtained by MSPE (25 μg/L for BA and SA, 50 μg/L for PP and BP).

3 結(jié)論

本工作通過直接攪拌法合成了Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2材料,其可以通過靜電作用和π-π作用萃取4種防腐劑。基于此,建立了MSPE-HPLC-UV分析4種不同極性防腐劑的新方法,并成功用于飲料和食品中防腐劑的檢測。本方法具有檢出限低、線性范圍寬和萃取時間短等優(yōu)點。