学术研究报告：基于两性离子低共熔溶剂的涡旋辅助分散液液微萃取-分光光度法测定水果样品中的噻菌灵
一、研究团队与发表信息
本研究由来自土耳其、沙特阿拉伯、伊朗和俄罗斯的跨国团队合作完成。第一作者Mustafa Tuzen（土耳其托卡特加齐奥斯曼帕萨大学化学系）与通讯作者Nail Altunay（土耳其锡瓦斯共和大学化学系）主导，合作者包括Adil Elik、Mohammad Reza Afshar Mogaddam及Konstantin Katin。研究成果发表于Microchemical Journal（2021年6月，卷168，文章编号106488），期刊影响因子为5.304（2021年数据）。
二、学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于分析化学与食品安全交叉领域，聚焦农药残留检测技术的开发。
研究动机：噻菌灵（Thiabendazole, TBZ）是一种广泛使用的苯并咪唑类杀菌剂，但其残留可能通过水果摄入危害人类健康，引发贫血、致畸等毒性效应。欧盟和中国规定水果中TBZ的最大残留限量为5 mg/kg，亟需高效、绿色的检测方法。
技术瓶颈：现有检测技术（如高效液相色谱、质谱等）存在设备昂贵、前处理复杂等问题，而分光光度法虽成本低但灵敏度不足，需结合富集技术。
研究目标：开发一种基于两性离子低共熔溶剂（Zwitterionic Deep Eutectic Solvent, ZW-DES）的涡旋辅助分散液液微萃取（VA-DLLME）方法，实现TBZ的高效富集与分光光度检测，兼具环境友好性与高灵敏度。
三、实验流程与方法创新
1. ZW-DES的制备与筛选
- 制备方法：以甜菜碱（Betaine）为氢键受体（HBA），分别与2-糠酸、苯乙酸、扁桃酸、乙醇酸（氢键供体，HBD）按不同摩尔比（3:1至1:3）混合，加热搅拌至均相液体。
- 筛选依据：通过结合能计算（密度泛函理论，DFT）和实验验证，最终选择乙醇酸-甜菜碱（1:2）组合，因其与TBZ的相互作用最强（结合能0.24 eV），且疏水性适中。
2. 微萃取流程优化
- 关键参数：采用单变量法优化以下条件：
- pH：TBZ在pH 4.5–6.5呈中性分子态，萃取效率最高（>95%）。
- ZW-DES体积：600 μL时富集因子达150倍。
- 分散剂：正丁醇（300 μL）可形成稳定乳浊液，相分离效率最佳。
- 涡旋时间：3分钟即可实现TBZ从水相向ZW-DES相的快速转移。
3. 分光光度检测
- 检测条件：紫外-可见分光光度计（Shimadzu 1800 PC），检测波长305 nm，线性范围0.4–150 μg/L，检出限（LOD）低至0.1 μg/L。
- 抗干扰能力：测试了Na⁺、K⁺、Cr³⁺等20种干扰物，耐受限高达2000 mg/L（误差<±5%）。
4. 实际样本分析
- 样本类型：橙子、苹果、葡萄柚等13种水果，采集自土耳其本地市场。
- 前处理：1 g匀浆样本加标10 μg/L TBZ，乙腈提取后氮吹浓缩，ZW-DES-VA-DLLME富集。
- 回收率验证：加标回收率91–106%，相对标准偏差（RSD）<4.4%，与标准加入法结果一致。
四、主要研究结果
1. ZW-DES的分子机制：DFT计算表明，乙醇酸-甜菜碱复合物通过质子转移形成强氢键（结合能1.5 eV），其硫原子与TBZ的噻唑环特异性结合（图2）。
2. 方法学性能：
- 灵敏度：LOD（0.1 μg/L）低于欧盟限量标准的1/5000。
- 富集效率：150倍富集因子，显著优于传统有机溶剂萃取。
- 环保性：ZW-DES可生物降解，替代有毒卤代溶剂。
3. 实际应用：所有测试水果中TBZ残留均未超标（<44.9 μg/kg），方法适用于大规模食品安全监测。
五、研究结论与价值
科学价值：
- 首次将ZW-DES与VA-DLLME联用，为农药残留检测提供绿色解决方案。
- 通过DFT理论揭示了酸-甜菜碱-TBZ三元复合物的相互作用机制。
应用价值：
- 低成本、高效率的方法适合发展中国家食品安全监管。
- ZW-DES设计策略可拓展至其他极性农药的检测。
六、研究亮点
1. 技术创新：
- 开发了四种新型ZW-DES，其中乙醇酸-甜菜碱体系为首次报道。
- 将涡旋时间缩短至3分钟（传统方法需10分钟以上）。
2. 方法优势：
- 相比HPLC-MS，设备成本降低90%，且无需复杂前处理。
- RSD<2.5%，重现性优于同类研究（如文献[12]中RSD=3.7%）。
七、其他重要发现
- 基质效应：通过基质匹配校准（Matrix-Matched Solution）消除水果样本的干扰，线性范围扩展至1–250 μg/L。
- 扩展应用：作者指出该方法可适配便携式分光光度计，用于现场快速检测。
总结：本研究通过多学科交叉（分析化学、计算化学、环境科学），建立了一种兼具理论深度与实践价值的TBZ检测新范式，为食品安全分析提供了可靠工具。