磁性固相萃?。∕SPE）技術在食品安全檢測中的應用
磁性固相萃取（MSPE）是近幾年發(fā)展起來的一種用于復雜基質中分離痕量目標物的熱點技術，目前已廣泛用于食品安全檢測。與傳統(tǒng)固相萃取相比，MSPE具有操作簡單、萃取時間短、有機溶劑使用量少、固液相分離速度快等優(yōu)點。
食品安全是關系國計民生與社會和諧發(fā)展的重大問題。尤其近些年發(fā)生的瘦肉精、蘇丹紅、孔雀石綠和三聚氰胺等食品安全事件，極大提高了社會大眾對食品安全問題的關注度。強化檢測和嚴格保證檢測結果的準確性是確保食品安全的重要手段。然而，目前食品安全檢測常用的方法如原子吸收光譜法、氣相色譜法、液相色譜法、氣質聯(lián)用法和液質聯(lián)用法等，常受檢測時間、靈敏度、基質干擾和樣品前處理技術等因素的制約。
樣品前處理是樣品分析過程中至關重要的步驟，直接影響分析結果的準確性、靈敏性、可靠性和實效性，已成為分析化學的重要研究領域之一。在分析過程中采用適當的樣品前處理技術，可有效濃縮待測試樣中的目標物，并降低基體干擾，從而提高后續(xù)分析檢測過程的靈敏度和準確度。尤其對于食品等具有復雜基體的樣品，直接測定痕量污染物還很困難，往往需要對食品樣品進行適當的前處理才能實現(xiàn)準確的定性定量分析。目前，常用的樣品前處理方法主要有液-液萃取、固相萃取和固相微萃取等，然而，隨著社會的發(fā)展和檢測要求的提高，傳統(tǒng)的樣品前處理方法面臨許多瓶頸，如LLE常需消耗大量有機溶劑，SPE操作耗時長，而SPME萃取容量小?；谏鲜龇N種不足，磁性固相萃?。∕SPE）作為一種高效、快捷、簡易的樣品前處理技術已越來越受到人們的親睞。
磁性固相萃取是21世紀在分離富集領域的革命性技術，也稱為磁納米微萃取技術?；谝?固色譜理論，MSPE是以磁性或可磁化的材料作為吸附劑的一種分散固相萃 取技術。在MSPE過程中，磁性吸附劑不直接填充到吸附柱中，而是被添加到樣品的溶液或者懸浮液中，將目標分析物吸附到分散的磁性吸附劑表面，在外部磁場作用下，目標分析物隨吸附劑一起遷移，最終通過合適的溶劑洗脫被測物質，從而與樣品的基質分離開來。隨著MSPE技術的不斷發(fā)展，微型化的芯片MSPE和在線MSPE技術也不斷涌現(xiàn)，并逐漸引起了研究人員的興趣，是一種具有良好發(fā)展?jié)摿Φ臉悠奉A處理新技術。
MSPE的技術核心在于高效的功能化磁性吸附劑。一般而言，MSPE吸附劑由鐵礦物或磁性鐵氧化物組成，如磁鐵礦（Fe3O4）和磁赤鐵礦（γ-Fe2O3）。然而，上述兩種磁性顆粒在樣品萃取過程中容易因殘磁的存在而發(fā)生團聚，從而降低富集效果。在實際工作中常常通過制備超順磁性的氧化鐵納米顆粒，并在其表面直接修飾化學官能團或采用一定的包埋技術制備粒徑可控的微納米級磁性復合材料，再在復合材料表面修飾特定官能團實現(xiàn)對目標分析物的選擇性富集與凈化。常見的MSPE吸附劑種類多樣，主要包括無機物包覆型磁性材料、有機小分子嫁接型磁性材料、聚合物包覆型磁性材料、碳納米材料（碳納米管、石墨烯）負載型磁性材料等。超順磁性固相萃取吸附劑單分散性好、比表面積大、選擇性吸附能力強。通過對磁性顆粒進行表面修飾，不僅能高效地捕集樣品基質中微（痕）量的目標分析物，而且能克服傳統(tǒng)固相萃取小柱在樣品處理過程中易堵塞和操作繁瑣等問題，使得分離和富集過程變得簡潔、快速和高效。因此，MSPE被越來越多地用于復雜基質中樣品的分離與凈化。尤其值得關注的是，MSPE在食品樣品前處理中已取得十分廣泛的應用，涉及范圍包含牛奶、蜂蜜、食用油、飲料、蔬菜、魚肉等樣品基質中微（痕）量重金屬、農藥、獸藥、合成色素、鄰苯二甲酸酯和多環(huán)芳烴等化學污染物的富集與檢測。
1在食品重金屬殘留檢測中的應用
來自冶金、機械等行業(yè)的重金屬離子排放至環(huán)境中后，會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響，這些重金屬離子很容易被水生植物、水生動物和農作物等通過生物富集作用進入食物鏈傳播，從而威脅人體健康。尤其對于具有劇毒的Pb(II)、Hg(II)、Cd(II)和Cr(IV)等重金屬，更是食品安全的重點關注對象。因此，發(fā)展高效的富集與檢測食品中重金屬殘留的方法有著重要的意義。傳統(tǒng)的分光光度法和原子吸收法由于基質干擾大、靈敏度低等缺陷而難以滿足食品中微（痕）量重金屬的準確測定，需經過合適的樣品預處理過程才能實現(xiàn)。近來，許多研究者將目光聚焦于MSPE技術，其關鍵在于采用合適的技術手段在磁性微球表面修飾足夠量對特定目標重金屬離子具有高親和能力的功能基團，從而提高磁性材料的萃取效率。
隨著樣品預處理自動化技術的發(fā)展，流動注射分析（FIA）和順序注射分析（SIA）技術得到了快速的發(fā)展，在線MSPE技術（on-line MSPE）也在新近提出。在線MSPE是將磁性材料通過磁場作用力填充至微柱內，并與FIA或SIA系統(tǒng)串聯(lián)后實現(xiàn)樣品自動化處理與檢測的目的。微柱的有效填充、可控勻強磁場以及富集過程中磁性填料的流失依然是在線MSPE技術發(fā)展所面臨的巨大挑戰(zhàn)，也是今后研究人員需要重點突破的難題。
當前，MSPE技術已廣泛地應用于食品中重金屬殘留的富集與檢測，并取得了較好的應用效果。MSPE技術極大地簡化了樣品前處理過程，提高了樣品處理效率，但仍有以下幾方面的不足值得后續(xù)的研究與探索：（1）目前MSPE技術的應用主要局限于飲用水中痕量有毒重金屬元素殘留的富集與檢測，對于復雜基質的食品樣品中的應用還有待拓展；（2）對特定重金屬元素具有高選擇性和高富集性能的磁性離子印跡吸附劑還有待更多地開發(fā)與完善；（3）在線MSPE技術的研發(fā)是未來的發(fā)展趨勢，尚存在許多技術難題需要研究者的不懈努力加以突破。
2 在食品有機污染物殘留檢測中的應用
1) 農藥
農藥是重要的農業(yè)生產資料，能有效保障和提高農作物的收成。中國是全球農藥使用量最大的國家，每年農藥使用量在130萬噸以上，是世界平均水平的2倍。然而，隨著農藥使用范圍的逐漸擴大和使用量的不斷增加，逐漸暴露了其作為污染物的一面及由此造成的眾多食品安全問題。殘留在農產品中的農藥通過食物鏈不僅直接影響人體健康甚至可能危及生命。MSPE技術在農藥殘留中已有著廣泛的應用。
2）獸藥
動物性食品中獸藥殘留問題已愈來愈引起社會大眾的重視，與之相應的檢測技術也日趨完善，其中MSPE技術作為一種新型的樣品前處理技術在食品中獸藥殘留檢測中已被廣泛采用。
3 ）合成色素
食品中常見的色素主要包括兩類，即天然色素和人工合成色素。天然色素主要來源于天然植物的根、莖、葉、花、果實和動物、微生物等；人工合成色素是通過化學方法制得的有機色素。我國《食品添加劑使用標準》中對允許添加的合成色素種類、使用范圍和限量進行了詳細的規(guī)定。但作為一類使用廣泛的食品添加劑，目前食品中濫用合成色素的現(xiàn)象屢見不鮮。因此相關的檢測文獻報道也較多，近年來，很多研究者將目光轉向了MSPE技術，合成了大量新型功能化磁性吸附劑用于食品中合成色素的富集凈化與檢測。
4） 其它有機污染物
MSPE技術對目標分析物的分離和富集作用能夠有效簡化前處理流程，大大縮短檢測時間，提高檢測效率。因此，MSPE技術在食品中多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、鄰苯二甲酸酯類化合物(PAEs)和真菌毒素等污染物檢測中也有著廣泛的應用。
隨著納米技術的迅速發(fā)展，磁性納米復合材料的開發(fā)及在分離和檢測領域的應用已越來越受到重視，磁性納米材料經過適當的表面修飾，可高選擇性地結合目標分子，特別是磁性分子印跡復合材料在高特異性分離方面具有高效、快速的優(yōu)勢，用于分析檢測具有簡便、快速等優(yōu)點。近年來, 利用磁性納米材料構建的磁分離技術已成為前處理的熱點，但在解決有機污染物選擇性分離的同時也面臨著很多挑戰(zhàn)和問題，以下幾方面將是今后的發(fā)展方向：（1）由于有機污染物分子結構差異性大，如何根據目標分子的特點設計多功能磁性納米粒子，實現(xiàn)高靈敏度、特異性的分離檢測；（２）磁性納米材料的性能表征參數（如表面活性基團數量、粒徑和尺寸等）與目標分子的相互關系，磁性納米材料的可控設計與制備，納米材料的團聚及其懸浮液的不穩(wěn)定性等問題；（３）在線微型磁性固相萃取結合在線分析實現(xiàn)樣品處理和檢測的連續(xù)自動化，這不僅是納米材料在分離和檢測領域應用需要解決的難點，也是目前分離和分析檢測研究的熱點和重點。
近年來，MSPE技術在食品安全檢測方面已經有了廣泛的應用，大大促進了食品檢測技術的發(fā)展，實現(xiàn)了快速、準確、靈敏、特異性檢測的要求。但由于MSPE技術的發(fā)展時間較短，起步較晚，尚需研究者從以下幾方面繼續(xù)展開研究：（1）磁性微納米復合材料制備過程繁瑣，對目標物萃取的選擇性和重現(xiàn)性仍不盡如人意，因此研發(fā)特異選擇性和重現(xiàn)性好的新型磁性微納米復合材料合成工藝，以滿足各種目標物的樣品前處理體系的需要；（2）開發(fā)新型MSPE裝置，提高自動化水平；（3）芯片MSPE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污染物的檢測中有一定的應用，這將是MSPE的重要發(fā)展方向之一；（4）如何將MSPE與檢測分析方法聯(lián)用，提高方法的靈敏度和實時性，發(fā)展在線MSPE技術，提高樣品處理效率，拓展其應用領域。
來源：《理化檢驗-化學分冊》2015年第51卷第3期
- 上一篇：普瑞邁格成功開發(fā)固相萃取系列磁珠 2016/10/4
- 下一篇：固相萃取技術在樣品處理中的應用 2016/10/2