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基于SiO2@NiO的固相萃取结合高效液相色谱-荧光检测器监测水果和蔬菜中的多菌灵和噻菌灵

期刊:Food Analytical MethodsDOI:10.1007/s12161-017-0837-y

该文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


基于SiO₂@NiO固相萃取结合高效液相色谱-荧光检测法监测果蔬中多菌灵和噻菌灵残留的研究报告

一、作者及发表信息

本研究由Qiong-Wei Yu、Huan Sun、Kuan Wang、Hai-Bo HeYu-Qi Feng(通讯作者)共同完成,研究团队来自武汉大学化学与分子科学学院(Key Laboratory of Analytical Chemistry for Biology and Medicine, Ministry of Education)上海大学化学系。该研究于2017年3月8日在线发表于《Food Analytical Methods》期刊(2017年第10卷,2892–2901页)。

二、研究背景与目标

科学领域:本研究属于食品安全与农药残留分析领域,聚焦于苯并咪唑类杀菌剂(benzimidazole fungicides)的检测技术开发。

研究背景
1. 农药残留问题:多菌灵(carbendazim, MBC)和噻菌灵(thiabendazole, TBZ)是农业中广泛使用的苯并咪唑类杀菌剂,用于果蔬采前和采后真菌病害防治。然而,其滥用可能导致残留超标,危害人类健康(如致癌风险)。
2. 检测技术挑战:果蔬基质复杂,目标物浓度极低(ng/g级),传统方法(如液液萃取、普通固相萃取)存在选择性差、基质干扰严重等问题。
3. 现有技术的不足:常用固相萃取吸附剂(如HLB、C18)依赖疏水或离子交换作用,缺乏对咪唑基团(imidazole group)的特异性识别能力。

研究目标
开发一种基于SiO₂@NiO纳米复合材料亲和固相萃取(affinity SPE)方法,结合高效液相色谱-荧光检测(HPLC-FLD),实现果蔬中MBC和TBZ的高选择性、高灵敏度检测。

三、研究流程与方法

研究分为吸附剂合成、条件优化、方法验证、实际样品分析四个主要阶段,具体流程如下:

1. SiO₂@NiO吸附剂的制备
  • 方法:采用液相沉积法(liquid-phase deposition, LPD),将NiO纳米颗粒沉积在硅胶(SiO₂)表面。
    • 步骤:将硅胶浸入NiF₂·4H₂O和硼酸的混合溶液中,40℃反应48小时,洗涤干燥后200℃煅烧1小时。
  • 创新点:NiO对咪唑基团具有特异性亲和力(基于Ni²⁺的配位作用),可选择性吸附MBC和TBZ。
2. 固相萃取条件优化

研究系统考察了以下参数:
- 样品溶液pH(1.0–9.0):结果显示pH对吸附效率无显著影响(图3a),因Ni²⁺-咪唑配位作用不受pH调控。
- 吸附剂用量(20–400 mg):100 mg时回收率最佳(图4)。
- 洗脱溶剂:对比不同比例的氨水/乙腈(0–50%),5%氨水/乙腈(v/v)洗脱效果最优(图5a),且5 mL洗脱液即可完全解吸(图5b)。

3. 方法验证
  • 线性范围:10–1000 ng/g,线性相关系数(R²)>0.998(表1)。
  • 检测限(LOD):MBC为2.9 ng/g,TBZ为7.5 ng/g,低于欧盟最大残留限量(MRL)。
  • 精密度与回收率:日内/日间相对标准偏差(RSD)<8.8%,加标回收率80.0–115.4%(表2、表3)。
4. 实际样品分析
  • 样品类型:苹果、梨、黄瓜、土豆、卷心菜、茄子(均购自武汉本地超市)。
  • 结果:未检出本底残留,加标样品回收率验证了方法的可靠性(表3)。

四、主要研究结果

  1. 吸附性能:SiO₂@NiO对MBC和TBZ的吸附容量分别为260 μg/g和750 μg/g(图6)。
  2. 选择性:NiO的配位作用有效排除基质干扰,色谱图基线干净(图7)。
  3. 灵敏度:LOD低至ng/g级,满足痕量检测需求。
  4. 普适性:成功应用于6种果蔬,回收率稳定。

五、研究结论与价值

科学价值
- 首次将NiO亲和材料应用于农药残留分析,提出基于金属配位作用的选择性吸附新策略。
- 为复杂基质中苯并咪唑类化合物的检测提供了高特异性方法。

应用价值
- 该方法操作简便、成本低,适合食品安全监管机构推广。
- 可扩展至其他含咪唑基团化合物的分析(如药物、环境污染物)。

六、研究亮点

  1. 材料创新:SiO₂@NiO复合材料通过Ni²⁺-咪唑配位实现高选择性吸附。
  2. 方法优势:相比传统SPE,减少了基质干扰,灵敏度显著提升。
  3. 绿色化学:以水为提取溶剂,避免有机溶剂大量使用。

七、其他有价值内容

  • 通过突破曲线(breakthrough curve)量化吸附容量(图6),为材料设计提供理论依据。
  • 与文献方法对比(表4),本研究的LOD优于多数报道(如HLB、C18、分子印迹聚合物)。

该研究为农药残留检测提供了新思路,其材料设计和方法开发策略对分析化学领域具有重要参考意义。

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