混合模式吸附劑在食品安全分析樣品前處理中的應(yīng)用

任 雪，王 輕，張彥青

（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，食品行業(yè)迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇，但屢次發(fā)生的食品安全事件引發(fā)了社會(huì)的廣泛關(guān)注。其中，農(nóng)藥、獸藥、天然毒素和非法添加物等潛在的有毒有害物質(zhì)殘留是食品安全問(wèn)題的主要誘因之一。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)食品中的有毒有害物質(zhì)殘留都提出了較高的限量要求，開(kāi)發(fā)高效的食品安全檢測(cè)方法意義重大。雖然現(xiàn)代分析儀器已經(jīng)取得了飛速發(fā)展，具備良好的精密度和準(zhǔn)確度，然而，食品安全檢測(cè)方法仍面臨以下挑戰(zhàn)：食品中存在某些痕量甚至超痕量水平的有毒有害物質(zhì)，若不經(jīng)樣品前處理，直接用儀器檢測(cè)非常困難；食品基質(zhì)復(fù)雜，存在干擾測(cè)定的內(nèi)源性物質(zhì)如色素、脂類、酚類和蛋白質(zhì)等；食品樣品中往往同時(shí)存在性質(zhì)不同的多組分有毒有害物質(zhì)，有必要對(duì)特定種類的目標(biāo)物進(jìn)行高選擇性富集或同時(shí)萃取多類多組分目標(biāo)物以提高分析通量。因此，開(kāi)發(fā)有效的食品樣品前處理方法，以達(dá)到提高檢測(cè)靈敏度、排除基質(zhì)干擾、高選擇性地萃取單一組分或同時(shí)萃取多目標(biāo)物組分的目的，是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的有效方法。

目前，在食品分析中常見(jiàn)的樣品前處理方法主要有固相萃?。╯olid phase extraction，SPE）[1-2]、液-液萃取[3]、固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）[4]、QuEChERS（quick,easy,cheap,effective,rugged and safe）[5-6]、磁固相萃?。╩agnetic solid phase extraction，MSPE）[7-8]、分散固相萃?。╠ispersive solid phase extraction，DSPE）[9]、分散微固相萃取（dispersive micro-solid phase extraction，D-μSPE）[10]等。其中，SPE和基于這種形式衍生的前處理方法受到了廣泛的關(guān)注。在這些方法中，吸附劑的選擇非常關(guān)鍵，因?yàn)樗鼪Q定了吸附容量、選擇性和親和力等多種指標(biāo)[11]。從吸附機(jī)理層面看，這些吸附劑可分為兩類，即單一模式吸附劑和混合模式吸附劑。單一模式吸附劑提供的作用力單一，對(duì)目標(biāo)物缺乏選擇性[12]，萃取回收率低且不適合處理組分復(fù)雜的食品樣品?；旌夏Ｊ轿絼┛膳c目標(biāo)分子發(fā)生多重相互作用，尤其在多類目標(biāo)物共存體系中，能夠提高對(duì)某一目標(biāo)組分分子的選擇性或?qū)崿F(xiàn)同時(shí)富集多組分分子的目的，因此近年來(lái)成為研究熱點(diǎn)。目前，在藥物分析和環(huán)境分析領(lǐng)域均有混合模式材料的相關(guān)綜述。在食品分析領(lǐng)域，混合模式材料的應(yīng)用越來(lái)越多，但目前鮮見(jiàn)相關(guān)的綜述報(bào)道。因此，針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文介紹了混合模式吸附劑的特點(diǎn)，總結(jié)了混合模式材料的基質(zhì)和合成方法，并梳理了其在食品安全分析樣品前處理中的應(yīng)用，以期為混合模式材料在食品分析領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用提供一定的參考。

1 混合模式吸附劑

傳統(tǒng)單一模式的吸附劑主要可分為反相、正相、親水和離子交換等模式。其中，反相吸附劑一般含有長(zhǎng)鏈烷基或苯基等非極性官能團(tuán)，與目標(biāo)物主要發(fā)生疏水相互作用；正相和親水吸附劑通常含有羥基、氨基、羧基等極性官能團(tuán)，可與目標(biāo)物之間發(fā)生氫鍵、偶極-偶極或靜電等相互作用；離子交換吸附劑含有離子交換基團(tuán)，可與目標(biāo)物之間發(fā)生離子交換作用?；旌夏Ｊ轿絼┦窃趩我荒Ｊ降幕A(chǔ)上，通過(guò)引入不同的官能團(tuán)或特定的改性劑從而達(dá)到以上不同種類相互作用疊加的效果。例如，在反相模式吸附劑的基礎(chǔ)上引入可電離基團(tuán)，解離的官能團(tuán)可與帶電分析物之間產(chǎn)生離子交換作用，而在起反相作用的相骨架和分析物的疏水基團(tuán)之間產(chǎn)生非特異性的反相作用[13]。離子交換和反相作用的雙重機(jī)制使混合模式吸附劑能夠通過(guò)多重相互作用（如氫鍵相互作用、反相作用、離子交換作用和靜電吸附作用等）與目標(biāo)物結(jié)合[14]，表現(xiàn)出更加優(yōu)異的吸附性能，提高對(duì)目標(biāo)分析物的選擇性和吸附容量。

目前，在食品分析領(lǐng)域中研究的混合模式吸附劑主要來(lái)源于商業(yè)化制備和實(shí)驗(yàn)室自制。商業(yè)化的混合模式吸附劑主要有Waters公司的Oasis系列、Biotage公司的Isolute系列、Agilent公司的Plexa系列以及一些國(guó)產(chǎn)品牌[13]。目前，對(duì)于文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)室自制混合模式吸附劑，研究者一般會(huì)根據(jù)目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從吸附劑與目標(biāo)物之間可能產(chǎn)生的作用類型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，制得的吸附劑類型更加豐富且對(duì)目標(biāo)物的選擇性更強(qiáng)。在二氧化硅（silicon dioxide，SiO2）和聚合物或一些新興基質(zhì)如金屬有機(jī)框架（metal organic framework，MOF）[15]、共價(jià)有機(jī)框架（covalent organic framework，COF）[16]、納米纖維[17-18]、生物炭[19]等基礎(chǔ)上，通過(guò)引入不同的作用位點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸附劑與目標(biāo)分析物之間的多重作用。例如同時(shí)引入烷基和離子基團(tuán)[20]，或通過(guò)β-環(huán)糊精或殼聚糖[18-19]等可提供多模式作用位點(diǎn)的天然分子進(jìn)行改性。

混合模式吸附劑在食品樣品前處理中的設(shè)計(jì)目的主要包括以下兩方面：1）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜食品基質(zhì)中特定種類目標(biāo)分子的高選擇性富集。例如，Xu Fei等[21]通過(guò)共同引入—C18和氨基合成了反相/弱陰離子交換SiO2吸附劑，用于貝類中6 種親脂性海洋生物毒素的富集。由于疏水和靜電相互作用的存在，與—C18改性SiO2等單一模式吸附劑相比，該混合模式吸附劑對(duì)目標(biāo)生物毒素的選擇性更強(qiáng)，有效地降低了基質(zhì)效應(yīng)。Wang Qing等[19]以磷酸改性生物炭為基質(zhì)，通過(guò)戊二醛交聯(lián)反應(yīng)引入了殼聚糖分子，制備的材料可作為吸頭尖端固相萃取（pipette tip-solid phase extraction，PT-SPE）吸附劑。由于氨基、羥基和芳香環(huán)等多作用位點(diǎn)的存在，該吸附劑對(duì)大米樣品中三嗪類除草劑的萃取行為與親水親脂吸附劑類似，表現(xiàn)出混合模式的性質(zhì)，且萃取效果優(yōu)于以—C18、氨基和羧基改性SiO2為代表的單一模式吸附劑。2）提高分析通量，實(shí)現(xiàn)食品樣品中多類多組分目標(biāo)物的同時(shí)富集。如研究人員通過(guò)4-苯乙烯磺酸鈉功能化的混合模式吸附劑實(shí)現(xiàn)了對(duì)肉類樣品中β-阻滯劑、β-激動(dòng)劑、非甾體抗炎藥和真菌毒素4 類共26 種獸藥的同時(shí)萃取[20]。另外，雞蛋中7 類（磺胺類、喹諾酮類、苯并咪唑類、硝基咪唑類、截短側(cè)耳素類、鎮(zhèn)靜劑和β-內(nèi)酰胺類）共78 種殘留的獸藥也可通過(guò)混合模式陽(yáng)離子交換吸附劑甲氨蝶呤（methotrexate，MCX）實(shí)現(xiàn)同時(shí)萃取[9]?；谶@種理念的混合模式吸附劑在藥物分析和環(huán)境分析等領(lǐng)域中均有應(yīng)用，如β-環(huán)糊精功能化稻殼衍生生物炭（BCMW-β-CD）可用于環(huán)境水中雙酚A和鉛離子的同時(shí)去除。如圖1所示，其中，吸附劑與鉛離子之間存在靜電吸引和絡(luò)合作用，同時(shí)與雙酚A可發(fā)生主客體包合和π-π相互作用。這樣，針對(duì)不同種類目標(biāo)物存在不同的作用力，也有效地避免了不同種類目標(biāo)物之間的競(jìng)爭(zhēng)吸附[22]。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品基質(zhì)中多靶標(biāo)物的同時(shí)萃取，可以有效地縮短分析時(shí)間并能降低分析成本，是目前混合模式吸附劑的研究熱點(diǎn)之一，但在食品分析領(lǐng)域的相關(guān)研究仍處于起步階段。

圖1 BCMW-β-CD同時(shí)吸附Pb（II）和雙酚A的機(jī)理[22]Fig.1 Proposed mechanisms of simultaneous adsorption of Pb (II) and bisphenol A by BCMW-β-CD[22]

2 混合模式吸附劑的分類

混合模式吸附劑按照基質(zhì)類型可以分為硅基、聚合物基和其他新興基質(zhì)材料。其中硅基材料具有孔結(jié)構(gòu)豐富、易于傳質(zhì)、有機(jī)溶劑耐受性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性差等缺陷[23]。聚合物基吸附劑可以更好地適應(yīng)極端pH值環(huán)境，但也存在有機(jī)溶劑耐受性差、后期修飾難度大等缺點(diǎn)[13]。隨著樣品前處理材料的不斷發(fā)展，一些新興基質(zhì)材料逐漸應(yīng)用到食品分析領(lǐng)域中，如材料來(lái)源廣泛、綠色環(huán)保和易于改性的生物炭材料，具有高度有序結(jié)構(gòu)和良好熱穩(wěn)定性的COF材料，具有高比表面積、良好的萃取親和力和選擇性的MOF材料，具有良好負(fù)載能力和高比表面積的納米纖維材料等，為混合模式材料的制備提供了更加多元化的選擇。本節(jié)主要以基質(zhì)種類為指標(biāo)，對(duì)食品樣品前處理中應(yīng)用的混合模式吸附劑及其制備方式進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

2.1 硅基混合模式材料

以硅材料為基質(zhì)的混合模式吸附劑主要通過(guò)兩種方式制備，一是通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑將磺酸基[20]、羧基[11]、巰基[24]或氨基[25]等可離子化基團(tuán)與—C18[12,20]、—C8[20]、苯基[12]、辛基[24-25]等基團(tuán)共同修飾到硅基材料的表面，使材料與分析物之間同時(shí)產(chǎn)生離子作用和反相作用。例如Chao Yanhong等[26]將石墨烯狀氮化硼通過(guò)硅酸乙酯鍵合到SiO2微球表面，形成包覆有石墨烯狀氮化硼納米片的高分散樹(shù)枝狀SiO2材料，作為SPE萃取劑，用于辣椒粉和飲料中合成染料的富集。另一種制備方法是利用點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)改性劑在硅基表面的鍵合[27]。如圖2所示，利用銅（I）催化的疊氮炔環(huán)加成點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，將1-十二炔和5-己炔酸以不同的比例同時(shí)改性到疊氮SiO2上，制備的反相/弱陽(yáng)離子交換混合模式吸附劑可用于豬肝中堿性藥物的富集[28]。

圖2 一步銅（I）催化疊氮炔環(huán)加成點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)合成silica-WCX的路線[28]Fig.2 Synthetic route of silica-WCX via single-step Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition click reaction[28]

介孔SiO2的孔徑范圍為2～50 nm，介于微孔與大孔之間。由于具有高比表面積、高孔容和均勻有序的孔結(jié)構(gòu)，介孔SiO2在混合模式材料的制備方面受到越來(lái)越多的關(guān)注[29]。如有研究人員將—C18修飾到有序介孔SiO2表面，制備了反相SPE吸附劑SBA-15-C18-CO，用于牛奶中12 種內(nèi)分泌干擾物的萃取[30]；同時(shí)有研究人員將—C18（—C8）和基團(tuán)對(duì)介孔SiO2進(jìn)行雙官能團(tuán)化，得到了具有反相/強(qiáng)陽(yáng)離子交換功能的混合模式材料，用于肉制品中獸藥殘留的檢測(cè)[20]。

為了優(yōu)化萃取程序，提高萃取效率，也有研究者在磁性微球表面包覆了SiO2層，制備了磁性混合模式硅基材料。利用MSPE穩(wěn)定性好、耗時(shí)短和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，更好地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜食品基質(zhì)中目標(biāo)物的萃取。徐飛[12]以Fe3O4@SiO2磁性微球?yàn)榛|(zhì)，分別制備了3 種混合模式吸附劑，其中，反相/硼酸親和混合模式MSPE吸附劑可以通過(guò)疏水、π-π和硼酸親和作用力選擇性地萃取蘑菇樣品中的鵝膏和鬼筆多肽；反相/弱陰離子交換磁性介孔SiO2微球（Fe3O4@nSiO2@mSiO2@C18@NH2）可以通過(guò)疏水和靜電相互作用萃取貝類樣品中的親脂性海洋生物毒素；新型反相/弱陽(yáng)離子交換混合模式磁性SiO2微球（Fe3O4@SiO2@TZ@Ph）可以通過(guò)疏水、靜電和π-π等多模式相互作用實(shí)現(xiàn)豬肉中氟喹諾酮類藥物的富集。表1中詳細(xì)總結(jié)了食品樣品前處理中SiO2基質(zhì)的混合模式吸附劑。

表1 用于食品樣品前處理的硅基混合模式吸附劑Table 1 Silicon-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

2.2 聚合物基混合模式材料

多孔聚合物具有良好的吸附特性和較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。利用離子基團(tuán)對(duì)聚合物進(jìn)行功能化或與含有這種離子的單體進(jìn)行共聚均可以將離子基團(tuán)引入到疏水性聚合物骨架中，這樣制得的材料具有混合模式的性質(zhì)。目標(biāo)物的疏水部分可與聚合物骨架產(chǎn)生疏水相互作用，而離子部分可與聚合物材料上帶相反電荷的離子相互結(jié)合[34]。引入的離子基團(tuán)主要有磺酸基、羧基、季銨基、胺基等，分別產(chǎn)生強(qiáng)陽(yáng)離子交換作用、弱陽(yáng)離子交換作用、強(qiáng)陰離子交換作用和弱陰離子交換作用。

商業(yè)的混合模式離子交換聚合物材料是在大孔聚合物的基礎(chǔ)上通過(guò)引入離子交換基團(tuán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如Waters公司的Oasis MCX強(qiáng)陽(yáng)離子交換吸附劑是通過(guò)在Oasis HLB骨架上引入磺酸基團(tuán)制備的，主要用于食品基質(zhì)中陽(yáng)離子目標(biāo)物的萃取。將其作為SPE吸附劑，可用于葡萄酒中3-烷基-2-甲氧基吡嗪的萃取[35]。目前最常用的商業(yè)強(qiáng)陰離子交換吸附劑是Waters公司的Oasis MAX，它是在Oasis HLB的基礎(chǔ)上經(jīng)季銨基團(tuán)改性制得的。帶負(fù)電的分析物可與季銨基團(tuán)之間產(chǎn)生離子交換作用，這些同時(shí)存在的作用力使得Oasis MAX可應(yīng)用于多種復(fù)雜食品基質(zhì)中目標(biāo)分析物的萃取。Carpinteiro等[36]選用Oasis MAX作為SPE吸附劑，結(jié)合液相色譜-電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜，測(cè)定了葡萄酒樣品中的9 種殺菌劑。弱陽(yáng)離子交換吸附劑主要用于從食品樣品中選擇性地萃取堿性化合物。常用的商業(yè)弱陽(yáng)離子交換吸附劑為Oasis WCX。Zhao Xin等[37]建立了基于Oasis WCX的混合模式SPE法，結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜，同時(shí)測(cè)定了大豆油和花生油中的異黃酮和白藜蘆醇，與混合模式離子交換吸附劑Hicapt SAX（武漢Weltech公司）對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Oasis WCX對(duì)目標(biāo)物具有更強(qiáng)的選擇性，且在0～14的pH值范圍內(nèi)對(duì)酸性、堿性和中性目標(biāo)物表現(xiàn)出更高的回收率。弱陰離子交換吸附劑作為弱陽(yáng)離子交換吸附劑的補(bǔ)充，主要用于復(fù)雜食品樣品中酸性目標(biāo)物的選擇性萃取[38]。

除了商業(yè)混合模式聚合物吸附劑，越來(lái)越多的研究者也開(kāi)展了新型混合模式聚合物的相關(guān)研究。最初報(bào)道的是二乙烯基苯和苯乙烯的共聚物[34]，但這類聚合物材料存在吸附容量低以及對(duì)極性大的目標(biāo)物保留性差等問(wèn)題[39]。因此，Davankov等[40]提出了“超高交聯(lián)聚合物”的概念，即通過(guò)氯甲基的傅克反應(yīng)使聚合物鏈進(jìn)一步交聯(lián)。超高交聯(lián)聚合物具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)和超高的比表面積，其作用位點(diǎn)可與分析物產(chǎn)生更多的相互作用。Liang Xiaoping等[41]用4-氯甲基苯乙烯和交聯(lián)劑二乙烯基苯沉淀共聚獲得了聚丙烯，在此基礎(chǔ)上用二甲基丁胺處理以引入季銨基團(tuán)得到前體粒子（precursor particle，PP）-SAX，再通過(guò)傅克反應(yīng)，合成了超高交聯(lián)強(qiáng)陰離子交換樹(shù)脂HXLPP-SAX（圖3），作為SPE吸附劑，用于牛奶中氟喹諾酮類藥物的萃取。HXLPP-SAX的制備過(guò)程中主要發(fā)生了超交聯(lián)反應(yīng)和季銨化反應(yīng)。由于具有比表面積大和微孔豐富等優(yōu)點(diǎn)，與Oasis MAX相比，HXLPPSAX對(duì)兩性化合物的選擇性萃取性能更為突出。表2中總結(jié)了食品分析領(lǐng)域中聚合物基質(zhì)的混合模式吸附劑。

表2 用于食品樣品前處理的聚合物基混合模式吸附劑Table 2 Polymer-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

圖3 HXLPP-SAX樹(shù)脂制備的合成過(guò)程[41]Fig.3 Synthetic strategy for the preparation of HXLPP-SAX resins[41]

2.3 其他基質(zhì)材料

2.3.1 生物炭基質(zhì)材料

生物質(zhì)包括所有的植物、微生物和以植物、微生物為食的動(dòng)物及其產(chǎn)生的廢棄物。生物炭是生物質(zhì)經(jīng)低溫?zé)峤猱a(chǎn)生的一種富碳材料，具有孔隙率高、芳構(gòu)化程度高、含氧官能團(tuán)豐富等優(yōu)勢(shì)，目前在環(huán)境污染治理、生物能源生產(chǎn)、能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，由于原始生物炭的吸附選擇性差、比表面積低以及結(jié)構(gòu)不均一等缺陷，其在樣品前處理領(lǐng)域特別是在食品有毒有害物質(zhì)富集中的應(yīng)用很少。因此，改善生物炭的表面化學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于擴(kuò)大其應(yīng)用至關(guān)重要。Wang Qing等[19]以磷酸作為活化劑，對(duì)酸棗核殼生物炭進(jìn)行了活化，增大了其孔隙率并增加了表面的含氧官能團(tuán)數(shù)量。在此基礎(chǔ)上以戊二醛為交聯(lián)劑，將殼聚糖分子改性到其表面，成功制備了具有多作用位點(diǎn)的混合模式吸附劑（CS-PBC），對(duì)4 種不同極性的三嗪類除草劑表現(xiàn)出了良好的萃取效果。如圖4所示，主要的萃取機(jī)制包括氫鍵相互作用、鹵鍵相互作用、疏水相互作用、π-π作用和由生物炭基質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的孔填充作用[19]。隨著綠色分析化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，作為綠色友好型萃取材料的基質(zhì)，預(yù)期生物炭在食品樣品前處理材料中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

圖4 CS-PBC和三嗪類除草劑之間的作用機(jī)制[19]Fig.4 Interaction mechanisms between CS-PBC and triazine herbicides[19]

2.3.2 共價(jià)有機(jī)框架基質(zhì)材料

COF是一種納米多孔材料，由碳、氫、氧、氮、硼和硅等輕元素及其之間形成的共價(jià)鍵組成，具有孔徑均勻可調(diào)、比表面積大、孔隙率高、分子結(jié)構(gòu)豐富、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)[52]。Li Jie等[53]使用1,2,4,5-四-(4-甲?；交?苯和對(duì)苯二胺這兩種單體制備了磁性COF材料（Fe3O4@COF），并將其作為磁分散固相萃取吸附劑，富集食品基質(zhì)中的黃曲霉毒素。Fe3O4@COF表面的—NH2可與黃曲霉毒素分子產(chǎn)生氫鍵相互作用，COF層中的苯環(huán)與黃曲霉毒素中的苯環(huán)或共軛雙鍵之間可能存在π-π相互作用和疏水相互作用。

2.3.3 金屬有機(jī)框架基質(zhì)材料

MOF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有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料[54]，具有較大的比表面積和獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。MOF材料可為分析物提供π-π和疏水相互作用，對(duì)目標(biāo)分析物具有較強(qiáng)的親和力[42]。Shakourian等[42]合成了一種磁性MOF復(fù)合物（Fe3O4@TGA@TMU-6），并將其作為MSPE吸附劑用于大米和環(huán)境水樣中有機(jī)磷農(nóng)藥的富集?；趯?duì)苯二甲酸和N,N-二甲基甲酰胺，Mao Xuejin等[15]合成了MOF材料UiO-66并將其應(yīng)用于多種蔬菜中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)。UiO-66含有豐富的羥基和芳香基團(tuán)，通過(guò)氫鍵和π-π堆積作用為目標(biāo)農(nóng)藥分子提供了大量的吸附位點(diǎn)。

2.3.4 納米纖維基質(zhì)材料

納米纖維材料具有良好的負(fù)載能力和比表面積[55]。通過(guò)靜電紡絲技術(shù)可制備形態(tài)、厚度和直徑可控的納米纖維材料，具有穩(wěn)定性強(qiáng)和孔隙率高等優(yōu)勢(shì)，在樣品前處理方面有很大的應(yīng)用潛力[56]。Cao Jiankun等[57]采用靜電紡絲法制備PAN NFM，在其表面修飾2-氨基乙硫醇鹽酸鹽得到巰基改性的PAN NFM（SH/PAN NFM），用于黃瓜、綠豆芽和黃豆芽樣品中4 種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的同時(shí)富集。由于SH/PAN NFM表面上分布有許多羥基、羧基、巰基等官能團(tuán)，能夠與生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑分子的羧基或羥基形成氫鍵，與未進(jìn)行改性的PAN NFM相比，吸附率得到明顯提升?？紤]到β-激動(dòng)劑呈堿性且含有苯環(huán)，引入酸性基團(tuán)和苯環(huán)有望增強(qiáng)功能性納米纖維材料對(duì)β-激動(dòng)劑的親和力。因此，該團(tuán)隊(duì)在SH/PAN NFM的基礎(chǔ)上通過(guò)“硫醇-烯”點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)制備了4-苯乙烯磺酸鈉功能化納米纖維墊（sodium 4-styrenesulfonate functionalized nanofibers mat，SS/PAN NFM）[17]。SS/PAN NFM作為SPE吸附劑成功富集了豬肉樣品中殘留的7 種β-激動(dòng)劑。研究證明SS/PAN NFM與β-激動(dòng)劑之間存在靜電相互作用；引入的苯環(huán)可以與β-激動(dòng)劑分子上的苯環(huán)產(chǎn)生π-π相互作用；2-氨基乙硫醇鹽酸鹽與PAN NFM中的氰基反應(yīng)后獲得的亞氨基也可與β-激動(dòng)劑分子上的羥基、氨基和亞氨基之間產(chǎn)生氫鍵相互作用[17]。

2.3.5 復(fù)合基質(zhì)材料

不同材料復(fù)合制備的復(fù)合材料可以充分發(fā)揮各個(gè)材料作為混合模式基質(zhì)的優(yōu)勢(shì)并規(guī)避缺點(diǎn)。如純COF材料在大多數(shù)溶劑中通常存在分散性較差的問(wèn)題，將具有大比表面積、高化學(xué)穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)氖杷砻婧土己梦侥芰Φ奶技{米管與官能化的COF材料結(jié)合可以提高其對(duì)食品中類固醇激素的吸附能力和選擇性[58]。將聚乙烯醇和甜菊糖提取物制備的納米纖維與磁性MOF材料復(fù)合，可以通過(guò)疏水、氫鍵和π-π作用等多重機(jī)制同時(shí)提取果汁和蔬菜樣品中的多種農(nóng)藥[56]。另外，Jiang Hailong等[59]開(kāi)發(fā)了一種由MOF和COF組成的多孔復(fù)合材料（Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8），將其作為MSPE吸附劑應(yīng)用于雙酚A的萃取。Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8與雙酚A之間存在強(qiáng)π-π堆積作用和氫鍵相互作用，對(duì)雙酚類物質(zhì)表現(xiàn)出了良好的吸附作用。為了提高硅基材料的性能，有些研究者將SiO2與有機(jī)骨架結(jié)合起來(lái)制備了有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SiO2整體柱[60]。這種雜化材料結(jié)合了SiO2和有機(jī)聚合物的優(yōu)點(diǎn)，具有高表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度。例如，采用脂肪胺基、羧基和長(zhǎng)鏈碳改性有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SiO2制備了兩性官能化的混合模式材料，可以與飲料中的酸性和堿性目標(biāo)物同時(shí)發(fā)生靜電、疏水和氫鍵等作用[11]。另外，Duan Yufeng等[33]以四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二甲基十八烷基-[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨為前驅(qū)體，首次制備了疏水/親水混合模式有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SiO2材料，用于保健品和奶粉中微量疏水和親水添加劑的萃取。以上研究也表明，通過(guò)針對(duì)性地設(shè)計(jì)制備方案，將不同材料組合制備的復(fù)合材料可以表現(xiàn)出更加優(yōu)越的吸附性能，為食品分析中混合模式吸附劑基質(zhì)的選擇與制備提供了更多的參考。

3 混合模式吸附劑的應(yīng)用

在食品分析中，混合模式吸附劑主要用于萃取單一目標(biāo)物或結(jié)構(gòu)相似的同一類目標(biāo)物，如農(nóng)藥、獸藥殘留以及重金屬離子等。然而，在食品安全相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于同一種食品樣品，規(guī)定了多類多組分有毒有害物質(zhì)的最低限量。因此，為了提高檢測(cè)效率，實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)多目標(biāo)分析物的同時(shí)萃取也具有重要意義。

3.1 單一組分目標(biāo)物

3.1.1 農(nóng)藥

農(nóng)藥在提高農(nóng)作物產(chǎn)量中發(fā)揮著重要作用，但其在農(nóng)作物及其副產(chǎn)品中的殘留會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[61]。農(nóng)作物及其副產(chǎn)品中農(nóng)藥的最大殘留限量較低，這給檢測(cè)方法的建立帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。近年來(lái)混合模式吸附劑不斷發(fā)展，其中MOF和COF基質(zhì)的衍生材料在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中發(fā)揮著重要的作用。

有機(jī)磷農(nóng)藥能夠有效地控制雜草和昆蟲(chóng)，在作物保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)報(bào)道，全世界常用的有機(jī)磷農(nóng)藥有100多種[42]。有機(jī)磷農(nóng)藥具有嚴(yán)重的致突變性和致癌性[62]，且可能殘留于土壤、水和農(nóng)產(chǎn)品中。Lin Xiangping等[52]以磁性COF為吸附劑，結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜，對(duì)水果中的伏殺磷、亞胺硫磷和蠅毒磷進(jìn)行檢測(cè)。該方法在水果樣品中對(duì)以上3 種物質(zhì)的檢測(cè)限和定量限分別為0.002～0.063 mg/kg和1.00 mg/kg，回收率為72.8%～111.0%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磁性COF混合模式材料對(duì)水果中的有機(jī)磷農(nóng)藥具有良好的富集性能。Shakourian等[42]合成了混合模式磁性MOF復(fù)合材料TMU-6，以其作為MSPE吸附劑用于水稻中伏殺磷、毒死蜱和丙溴磷的萃取。TMU-6與目標(biāo)有機(jī)磷分子之間同時(shí)存在疏水相互作用、氫鍵相互作用和π-π作用，建立的方法線性范圍寬、檢出限低、回收率高且重復(fù)使用性好，可用于實(shí)際食品樣品中有機(jī)磷農(nóng)藥的測(cè)定。除草劑能夠有效地清除雜草，有助于農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。二苯醚類除草劑是目前世界上使用最廣泛的除草劑之一，但其持久性和累積性易對(duì)生物體造成危害。因此，研究者合成了磁性混合模式吸附劑Fe3O4@MOF-808，其結(jié)構(gòu)中有豐富的吸附位點(diǎn)，可以與目標(biāo)物發(fā)生π-π共軛和氫鍵相互作用，在對(duì)大米樣品中除草醚、乙氧氟草醚和甲羧除草醚3 種二苯醚類除草劑的富集方面表現(xiàn)出良好的效果[63]。三嗪類除草劑分子含有3 個(gè)碳原子和3 個(gè)氮原子對(duì)稱排列的六元環(huán)，考慮到其可電離基團(tuán)和疏水部分的同時(shí)存在，Wang Qing等[19]首次研究了混合模式吸附劑對(duì)大米基質(zhì)中三嗪類除草劑的萃取?；贑S-PBC混合模式吸附劑建立的PT-SPE方法具有較低的檢測(cè)限（1.41～3.35 ng/g）、良好的線性范圍（0.01～2.00 μg/g，R2＞0.997 4）和較高的回收率（96.13%～116.25%）。

3.1.2 獸藥

動(dòng)物源性食品中殘留的獸藥是一種“新興污染物”。它們?cè)趧?dòng)物養(yǎng)殖過(guò)程中用于治療疾病、促進(jìn)生長(zhǎng)、控制或預(yù)防疾病的傳播，所以有時(shí)會(huì)存在非法濫用的情況。

磺胺類藥物作為獸藥已廣泛用于預(yù)防和治療動(dòng)物疾病，然而，其在動(dòng)物源性食品中的殘留一方面可能導(dǎo)致在人體內(nèi)的蓄積，引起過(guò)敏反應(yīng)，并誘導(dǎo)產(chǎn)生耐藥病原體[41]；另一方面可能會(huì)伴隨動(dòng)物的排泄物轉(zhuǎn)移到水源和土壤等環(huán)境中，影響生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。由于結(jié)構(gòu)中羧基和氨基的存在，磺胺類藥物能夠以陰離子、陽(yáng)離子或兩性離子形式存在于水溶液中?；旌夏Ｊ轿絼┛赏瑫r(shí)提供多重作用，對(duì)不同帶電形式的磺胺類藥物實(shí)現(xiàn)選擇性萃取。Liang Xiaoping等[41]合成了混合模式超高交聯(lián)強(qiáng)陰離子交換樹(shù)脂，用于牛奶樣品中6 種氟喹諾酮類藥物的選擇性富集。研究發(fā)現(xiàn)該材料對(duì)兩性化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性，在復(fù)雜食品基質(zhì)中氟喹諾酮類藥物的殘留分析方面顯示出了良好的潛力。

氨基糖苷類抗生素可用于消滅家畜和農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物等的細(xì)菌和寄生蟲(chóng)，但其在動(dòng)物源性食品中的殘留可能引起人類的耳毒性、腎毒性、過(guò)敏反應(yīng)和耐藥性等副作用[64]。Wang Yuan等[64]采用液相色譜-電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜法同時(shí)分析了牛奶樣品中鏈霉素、雙氫鏈霉素、大觀霉素和卡那霉素4 種氨基糖苷類藥物。在樣品前處理環(huán)節(jié)，比較了Oasis MCX、Oasis HLB和Oasis WCX 3 種商業(yè)SPE吸附劑的萃取效果，最終選擇了Oasis WCX作為混合模式SPE萃取柱。

3.1.3 重金屬

鎘、鉛、砷、鈷、鎳和鋅等重金屬離子不可生物降解，具有極強(qiáng)的毒性、致癌性和致突變性，即使在低濃度下也可通過(guò)食物鏈對(duì)水生生物和人體健康造成危害[65]，因此，研究食品樣品中痕量重金屬離子的測(cè)定方法非常重要。常選用混合模式聚合物基材料作為萃取劑，如Qin Jiaxing等[65]制備了混合模式羧基修飾的中空聚合物微球，其作為SPE吸附劑，結(jié)合電感耦合等離子體質(zhì)譜，能夠?qū)崿F(xiàn)紫菜、魚(yú)肉和雞肉樣品中釩、鉻、銅、鎘和鉛等離子的同時(shí)測(cè)定，該方法具有良好的抗干擾能力、較低的檢測(cè)限（0.20～0.80 μg/kg）和較高的回收率（85%～104%）。

3.1.4 非法添加劑

由于非法添加劑造成的食品安全問(wèn)題層出不窮，因此，對(duì)食品添加劑劑量的控制和檢測(cè)至關(guān)重要。研究表明，三聚氰胺雖然具有較低的口服急性毒性，但在動(dòng)物體內(nèi)過(guò)度暴露會(huì)導(dǎo)致腎結(jié)石。在牛奶中同時(shí)使用三聚氰酸和三聚氰胺摻假時(shí)，由于它們之間的親和力較強(qiáng)，毒性也會(huì)增強(qiáng)。因此，Deng Xiaojun等[66]利用親水功能凝膠和陽(yáng)離子交換混合模式SPE柱，結(jié)合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜，建立了同時(shí)測(cè)定雞蛋、豬肉、乳制品等樣品中三聚氰酸和三聚氰胺殘留量的方法，可有效地實(shí)現(xiàn)未知和陽(yáng)性樣品中三聚氰酸和三聚氰胺的同時(shí)檢測(cè)。合成染料是食品中的一類非法添加劑，其中，羅丹明B和羅丹明6G會(huì)引發(fā)過(guò)敏和哮喘反應(yīng)，并對(duì)皮膚和呼吸道造成刺激。納米材料由于較大的表面積，可以提供大量的吸附位點(diǎn)，對(duì)羅丹明B具有很高的親和力和吸附能力。因此，Chao Yanhong等[26]合成了磁性纖維狀氮化硼復(fù)合納米材料g-BN(x)@SiO2，將其作為吸附劑用于食品樣品中羅丹明B和羅丹明6G的同時(shí)富集，結(jié)合高效液相色譜，建立的檢測(cè)方法具有良好的重復(fù)性、較寬的線性范圍（10～1 000 μg/L）以及較低的檢測(cè)限（2.1～2.8 μg/L）和定量限（6.9～9.2 μg/L）。

另外，混合模式吸附劑還廣泛用于食品中微量元素[46]、維生素[67-68]、激素[47,69]、天然抗氧化劑[1]、表面活性劑[70]等物質(zhì)的檢測(cè)。

3.2 多類多組分目標(biāo)物

在實(shí)際的食品樣品檢測(cè)中，通常需要測(cè)定多類別的有毒有害物質(zhì)，由于基質(zhì)復(fù)雜，若對(duì)其逐類分析不僅過(guò)程繁瑣且耗時(shí)較長(zhǎng)。因此，在食品分析中實(shí)現(xiàn)多類多目標(biāo)分析物的同時(shí)富集具有重要的實(shí)際意義。然而，這些有毒有害物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)迥異，給同時(shí)萃取帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。

將混合模式吸附劑與高效精確的儀器檢測(cè)方法相結(jié)合是實(shí)現(xiàn)食品中多類多殘留目標(biāo)物同時(shí)分析的方法之一。采用Oasis MAX吸附劑結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，Chrusch等[71]建立了牛肉和牛腎中3 種不同種類共29 種獸藥殘留的測(cè)定方法。多重質(zhì)譜檢測(cè)在克服基質(zhì)效應(yīng)方面比液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。Fan Sai等[72]采用高效液相色譜-線性離子阱質(zhì)譜法，以混合模式強(qiáng)陽(yáng)離子交換吸附劑Oasis MCX作為樣品前處理材料，同時(shí)檢測(cè)了豬肉、豬肝、豬腎中殘留的25 種β2-受體激動(dòng)劑和23 種β-受體阻滯劑。另外，超高效液相色譜-質(zhì)譜法也具有減少基質(zhì)干擾的作用。Wang Chengfei等[9]選用商業(yè)混合模式陽(yáng)離子材料MCX作為DSPE吸附劑，利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)雞蛋中的7 類（磺胺類、喹諾酮類、苯并咪唑類、硝基咪唑類、胸膜多糖類、鎮(zhèn)靜劑和β-內(nèi)酰胺類）共78 種獸藥進(jìn)行了同時(shí)分析，平均回收率為70.5%～119.2%，日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差低于17.0%，定量限為0.1～1.0 μg/kg，證明該方法可用于實(shí)際食品樣品中多類別殘留獸藥的同時(shí)富集和檢測(cè)。

隨著混合模式材料的不斷發(fā)展，根據(jù)目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，有選擇地通過(guò)改性來(lái)制備混合模式吸附劑是實(shí)現(xiàn)多類多組分目標(biāo)物同時(shí)萃取的重要方法。據(jù)報(bào)道，動(dòng)物源性食品中的β-激動(dòng)劑殘留會(huì)對(duì)人類健康造成嚴(yán)重危害。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)，β-激動(dòng)劑可分為苯胺型、苯酚型和對(duì)苯二酚型。Cao Jiankun等[17]選擇了涵蓋以上3 類β-激動(dòng)劑的7 種目標(biāo)物（特布他林、沙丁胺醇、西馬特羅、萊克多巴胺、氯丙那林、克倫特羅和班布特羅），有針對(duì)性地制備了SS/PAN NFM作為SPE吸附劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)豬肉樣品中β-激動(dòng)劑多類多殘留的定量測(cè)定。Mao Xuejin等[15]合成了含有羥基和芳香基團(tuán)的MOF材料UiO-66，可以通過(guò)氫鍵和π-π堆積作用為農(nóng)藥分子提供大量的吸附位點(diǎn)；同時(shí)具有均勻的微孔，可以有效地排除植物基質(zhì)中大分子尺寸的干擾物。該團(tuán)隊(duì)基于UiO-66建立了DSPE法，對(duì)蔬菜中的有機(jī)磷和擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥進(jìn)行了同時(shí)富集。Casado等[20]合成了介孔SiO2雙官能化材料和并將其作為混合模式吸附劑用于牛肉樣品中26 種獸藥殘留的檢測(cè)。在酸性條件下，堿性化合物如β-阻斷劑、β-激動(dòng)劑和α-玉米赤霉醇等可與吸附劑的基團(tuán)發(fā)生陽(yáng)離子交換作用；而酸性化合物如非甾體抗炎藥，與吸附劑的—C18或—C8基團(tuán)產(chǎn)生反相作用。

綜上，可以看出混合模式吸附劑在食品基質(zhì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于單一組分目標(biāo)物，混合模式吸附劑通過(guò)引入多重作用位點(diǎn)來(lái)提升與目標(biāo)分子的相互作用，可以有效提高萃取的選擇性；對(duì)于不同種類的多目標(biāo)物，混合模式吸附劑也可以憑借多作用力模式來(lái)實(shí)現(xiàn)高通量的富集效果。

4 結(jié)語(yǔ)

混合模式吸附劑可選擇性地富集復(fù)雜食品基質(zhì)中的目標(biāo)分析物，如食品樣品中的農(nóng)藥或獸藥殘留、痕量重金屬離子、天然毒素以及生產(chǎn)加工過(guò)程中的非法添加劑等。商業(yè)混合模式吸附劑通常是在大孔聚合物的基礎(chǔ)上引入離子交換基團(tuán)，與目標(biāo)物之間存在反相和離子交換作用。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的混合模式材料最初是通過(guò)改性SiO2和聚合物等載體進(jìn)行制備，但隨著研究的不斷深入，一些新興基質(zhì)材料如生物炭、金屬有機(jī)框架、共價(jià)有機(jī)框架、納米纖維材料和復(fù)合材料等，近年來(lái)也廣泛應(yīng)用到混合模式吸附劑的制備中。

根據(jù)目標(biāo)分析物的結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入不同作用位點(diǎn)制備的混合模式吸附劑可為分析物的萃取提供多重作用力，如氫鍵、π-π、離子交換、絡(luò)合、疏水、主客體包合作用等。有關(guān)混合模式吸附劑與分析物之間作用機(jī)理的研究，目前多數(shù)報(bào)道的方法是根據(jù)吸附前后材料的表征、吸附模型的擬合、萃取中上樣溶液pH值的優(yōu)化等進(jìn)行綜合推斷，但有少數(shù)研究在此基礎(chǔ)上也結(jié)合了化學(xué)計(jì)算的理論研究手段，為混合模式吸附劑保留機(jī)理的全面探究提供了有益的借鑒和啟示。

混合模式吸附劑可以吸附單一目標(biāo)物或者結(jié)構(gòu)相近的同類目標(biāo)物，相關(guān)的研究已較為成熟，對(duì)于食品基質(zhì)中多類多組分目標(biāo)物的同時(shí)萃取也有部分研究。然而，隨著食品安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，混合模式吸附劑在食品中的應(yīng)用還可以在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改善和創(chuàng)新：1）根據(jù)目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，深入研究目標(biāo)物和吸附劑之間可能存在的吸附機(jī)理，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)制備混合模式吸附劑以提高對(duì)目標(biāo)物的選擇性；2）在食品安全樣品前處理中，有關(guān)混合模式吸附劑與分析物之間的作用機(jī)理，多數(shù)研究只停留在理論分析層面。如果結(jié)合萃取前后材料的表征結(jié)果（如紅外光譜和X射線光電子能譜等）以及借助分析物與吸附劑之間的量子化學(xué)計(jì)算，將會(huì)有助于吸附機(jī)理的深入研究；3）實(shí)現(xiàn)對(duì)同一食品基質(zhì)中不同性質(zhì)多靶標(biāo)物（比如重金屬離子與有機(jī)毒性物質(zhì)）的同時(shí)萃取檢測(cè)，可以減少樣品前處理的操作步驟、縮短分析時(shí)間及降低分析成本，將是混合模式吸附劑在復(fù)雜食品基質(zhì)分析方面需要探究的重要方向。