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镍氧化物纳米颗粒沉积硅复合材料固相萃取用于液相色谱-质谱法分析牛奶和鸡蛋中的苯并咪唑残留

期刊:Journal of Agricultural and Food ChemistryDOI:10.1021/acs.jafc.5b04672

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作者与期刊信息

本研究的主要作者包括Huan Sun、Qiong-Wei Yu、Haibo He、Qian Lu、Zhi-Guo Shi和Yu-Qi Feng。他们分别来自武汉大学化学系、教育部生物医学分析化学重点实验室以及上海大学化学系。该研究发表于《Journal of Agricultural and Food Chemistry》期刊,并于2015年12月11日在线发布。

学术背景

本研究的核心科学领域是食品安全分析,特别是针对牛奶和鸡蛋中苯并咪唑类(benzimidazoles)残留物的检测。苯并咪唑类药物是一类广泛用于治疗家畜寄生虫感染的抗蠕虫药物,但由于其潜在的致畸和胚胎毒性,其在食品中的残留可能对人类健康构成威胁。因此,开发一种高效、灵敏的检测方法对于确保食品安全具有重要意义。

研究的背景知识包括苯并咪唑类药物的化学性质及其在食品中的残留问题。苯并咪唑类化合物具有复杂的极性和pKa值差异,这使得在单一固相萃取(solid-phase extraction, SPE)过程中同时提取多种苯并咪唑类化合物具有挑战性。因此,开发一种新型的吸附剂以选择性提取这些化合物是研究的核心目标。

本研究的主要目的是通过液相沉积(liquid phase deposition, LPD)方法制备一种新型的二氧化硅负载氧化镍纳米颗粒复合材料(SiO2@NiO),并将其作为固相萃取吸附剂,结合液相色谱-电喷雾电离质谱(LC-ESI/MS)技术,建立一种用于牛奶和鸡蛋中苯并咪唑类残留物检测的高灵敏度分析方法。

研究流程

  1. 材料制备:首先,通过液相沉积法制备SiO2@NiO复合材料。具体步骤包括将饱和的NiF2溶液与0.6 mol/L的硼酸溶液混合,形成前驱体溶液。随后,将2.0 g的二氧化硅加入前驱体溶液中,在40°C下连续摇动48小时。最后,将生成的复合材料用去离子水彻底清洗,并在75°C下干燥,再在200°C下退火1小时。通过能量色散X射线分析(EDX)确认了SiO2@NiO的组成。

  2. 固相萃取:将200 mg的SiO2@NiO吸附剂装入5 mL聚丙烯注射器中,制备离线萃取柱。样品溶液通过SPE柱进行萃取,具体步骤包括预处理、洗涤和洗脱。洗脱液通过LC-ESI/MS进行分析。

  3. LC-ESI/MS分析:使用Shimadzu LCMS-2020EV质谱仪进行苯并咪唑类化合物的分析。色谱分离在Inertsil ODS-3柱上进行,采用梯度洗脱程序。质谱检测在正/负离子模式下进行,采用选择性离子监测(SIM)模式进行定量分析。

  4. 方法验证:通过添加已知浓度的苯并咪唑类化合物到牛奶和鸡蛋样品中,评估方法的线性范围、检测限(LOD)、定量限(LOQ)、回收率和精密度。结果表明,该方法在牛奶和鸡蛋中的LOD分别为0.8-2.2 ng/mL和0.3-2.1 ng/g,回收率在70.8-118.7%之间,相对标准偏差(RSD)小于18.9%。

主要结果

  1. 材料表征:EDX光谱显示,液相沉积后二氧化硅表面成功沉积了氧化镍纳米颗粒,证实了SiO2@NiO复合材料的成功制备。

  2. 萃取条件优化:通过优化SPE柱中SiO2@NiO的填充量、样品溶液的pH值和洗脱溶剂,确定了最佳萃取条件。结果表明,200 mg的SiO2@NiO吸附剂在pH 7.0的磷酸盐缓冲液中表现出最佳萃取效率,使用含氨水的丙酮溶液作为洗脱溶剂。

  3. 方法性能:该方法在牛奶和鸡蛋中的LOD和LOQ均优于其他吸附剂的SPE方法。回收率和精密度验证了方法的可靠性和重现性。

  4. 实际样品分析:将该方法应用于商业牛奶和鸡蛋样品中苯并咪唑类残留物的检测,未发现苯并咪唑类代谢物。此外,通过分析给药后的鸡蛋样品,验证了该方法在真实样品中的适用性。

结论

本研究成功开发了一种基于SiO2@NiO复合材料的固相萃取方法,结合LC-ESI/MS技术,实现了对牛奶和鸡蛋中苯并咪唑类残留物的高灵敏度检测。该方法具有操作简便、成本低廉、环境友好等优点,首次展示了NiO在苯并咪唑类化合物提取中的优异性能,为食品安全分析提供了新的工具。

研究亮点

  1. 新型吸附剂:首次使用SiO2@NiO复合材料作为SPE吸附剂,展示了其在苯并咪唑类化合物提取中的高效性和选择性。
  2. 高灵敏度:该方法在牛奶和鸡蛋中的LOD和LOQ均优于现有方法,显著提高了检测灵敏度。
  3. 广泛适用性:该方法不仅适用于牛奶和鸡蛋,还可推广至其他复杂食品基质中苯并咪唑类残留物的检测。

其他有价值的内容

本研究还展示了液相沉积技术在制备分离介质中的应用潜力,为其他类似研究提供了参考。此外,研究中的方法验证和实际样品分析进一步证明了该方法的实用性和可靠性。

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