本研究由伊朗马什哈德伊斯兰阿扎德大学化学系的Aysir Alhmaunde, Mahboubeh Masrournia和Ali Javid共同完成，并于2022年7月发表在《Microchemical Journal》期刊上（Volume 181, 107802）。

本研究属于分析化学领域，具体聚焦于环境分析和水质监测中的样品前处理技术。苯二氮䓬类药物（Benzodiazepines， BZDs），如氯巴占（Clobazam）、氯硝西泮（Clonazepam）和奥卡西平（Oxcarbazepine），是广泛用于治疗癫痫、焦虑等疾病的处方药。它们通过人体排泄及医院、家庭废水进入环境水体，因其在环境中浓度极低且可能对生态和人类健康产生潜在影响，对其进行痕量检测具有重要意义。然而，环境水样基质复杂，目标物浓度极低，直接分析面临巨大挑战。因此，开发高效、灵敏、选择性好的样品前处理方法是准确测定此类药物的关键。分散微固相萃取（Dispersive micro solid-phase extraction， DµSPE）是一种高效的样品前处理方法，其核心在于萃取吸附剂的选择。金属有机框架（Metal-Organic Frameworks， MOFs）材料因其高比表面积、可调节的孔隙结构和功能化表面，被认为是极具潜力的吸附剂。本研究旨在合成一种新型的磁性“MOF-on-MOF”核壳复合材料作为DµSPE吸附剂，建立一种可用于同时萃取和测定环境水样中三种苯二氮䓬类药物的简便、高效的分析方法。

本研究工作流程主要包含以下几个详细步骤：

第一步：新型磁性吸附剂的合成与表征。 这是本研究的核心创新点。研究团队采用三步法合成了Fe3O4@SiO2@MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)复合材料。首先，通过水热法合成了MIL-100(Fe) MOF。接着，通过化学和水热法，在已合成的MIL-100(Fe)表面外延生长MIL-53(Fe)，构建了核壳结构的MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)（即MOF-on-MOF）。最后，通过溶胶-凝胶（sol-gel）技术，将Fe3O4纳米颗粒包覆到该复合材料上，使其具备磁性分离能力，最终得到目标吸附剂。研究采用多种技术对吸附剂进行表征：扫描电子显微镜（SEM）图像显示该吸附剂由不规则、尺寸不一的集成颗粒组成，表面有球形或多边形小颗粒，颗粒间存在约500纳米的孔隙，这有利于分析物的物理吸附。能量色散X射线光谱（EDX）分析证实吸附剂由铁、氧、碳和硅元素组成。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)复合物以及最终磁性复合材料中苯二甲酸配体特征官能团（如羧基、苯环）的存在，以及硅烷化成功引入的Si–CH3和Si–C键。X射线衍射（XRD）图谱显示了Fe3O4纳米颗粒的立方尖晶石晶体结构特征峰，以及MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)复合物的特征峰。

第二步：萃取流程的建立与条件优化。 完整的DµSPE操作步骤如下：将27 mg合成好的磁性吸附剂与5 µL十二烷基硫酸钠（Sodium dodecyl sulfate， SDS）分散剂混合，在1 mL蒸馏水中超声4分钟制成悬浮液。取18 mL待测水样，用盐酸或氢氧化钠调节pH至6.6，然后注入吸附剂悬浮液。将所得混合物超声4分钟，使分析物充分吸附到吸附剂上。随后，使用外部强磁铁将磁性吸附剂从样品溶液中快速分离。用110 µL甲醇作为解吸溶剂添加到分离出的吸附剂中，超声8分钟以洗脱吸附的分析物。最后，取20 µL甲醇相溶液注入高效液相色谱（HPLC）系统进行分析测定。为了获得最佳萃取性能，研究对多个影响因素进行了系统优化。首先通过单因素实验，从Fe3O4 NPs、MIL-100(Fe)、MIL-53(Fe)及最终复合材料等多种吸附剂中，筛选出萃取效率最高的Fe3O4@SiO2@MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)。同时，也筛选出甲醇为最佳解吸溶剂，SDS为最佳分散剂。由于影响因素众多，研究采用实验设计策略进行高效优化：首先利用确定性筛选设计从8个潜在影响因素（样品体积、pH、吸附剂量、分散时间、分散剂体积、萃取时间、解吸时间、解吸溶剂体积）中筛选出对三种BZDs萃取效率具有显著影响的三个关键因素：pH、吸附剂用量和解吸溶剂体积。然后，利用中心复合设计对这3个关键因素进行进一步优化和建模，最终确定了最佳条件：pH 6.6，吸附剂用量27 mg，解吸溶剂体积110 µL。模型预测在此条件下萃取效率可达96.8%。

第三步：方法学验证与实际样品分析。 在最优条件下，对所建立的DµSPE-HPLC方法进行了全面的验证。结果表明，该方法对氯巴占、氯硝西泮和奥卡西平的检测在较宽的浓度范围内（分别为0.1–276, 0.2–368, 0.1–314 ng mL−1）呈良好线性，决定系数均高于0.9923。方法展现出极高的灵敏度，三者的检出限分别为0.03, 0.06, 和 0.03 ng mL−1。日内和日间相对标准偏差分别低于2.6%和3.0%，显示出优秀的精密度。此外，方法对三种分析物的富集因子分别高达828、817和852。为了评估方法的实用性，研究人员将其应用于实际水样（井水、自来水和河水）的分析。样品经简单预处理（离心、过滤）后，直接进行DµSPE-HPLC分析，并在两个浓度水平（2.0 和 20 ng mL−1）进行加标回收实验。结果表明，所有样品中三种BZDs的加标回收率在92.5%至97.6%之间，相对标准偏差在3.1%至4.3%之间，证明了该方法对复杂环境基质样品分析的准确性和可靠性。此外，吸附剂可重复使用性测试表明，该磁性吸附剂至少可重复使用4次而萃取效率没有显著下降，显示了良好的稳定性和实用性。

本研究的主要结果体现在以下几个方面：首先，表征结果（SEM, FTIR, XRD）成功证实了目标磁性MOF-on-MOF复合材料的成功合成及其预期的结构与形貌。特别是MOF-on-MOF结构减少了吸附剂位点的空间位阻，增强了与分析物的相互作用。其次，单因素和实验设计优化的结果，不仅确定了最优的操作条件，还通过统计分析揭示了各因素（尤其是pH与吸附剂用量间的交互作用）对萃取效率的影响规律。最后，方法学验证和实际样品分析数据为结论提供了强有力的支持：高回收率、低检出限、高富集因子和良好的精密度共同证明了所建立方法的有效性和实用性。

本研究的结论是成功开发了一种基于新型磁性MOF-on-MOF复合材料（Fe3O4@SiO2@MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)）的分散微固相萃取方法，并与高效液相色谱联用，实现了对环境水样中三种苯二氮䓬类药物（氯巴占、氯硝西泮和奥卡西平）的高效、灵敏、准确的同时测定。该方法操作简便，使用磁性分离减少了操作时间，且吸附剂具有良好的可重复使用性。

本研究的意义和价值体现在：从科学价值看，它创新性地将“MOF-on-MOF”核壳结构复合材料作为吸附剂应用于分散微固相萃取，为开发高性能、功能可调的样品前处理材料提供了新思路。该结构结合了两种MOF的优势，并引入磁性组分，实现了性能的协同提升。从应用价值看，该方法为解决环境水体中痕量药物污染物的监测难题提供了一种可靠、高效的分析工具，对于环境监测、公共卫生评估以及药物环境污染研究具有实际应用前景。论文还将所开发的方法与其他文献报道的单一分析物检测方法进行了比较，指出本方法在同时测定多种分析物、线性范围、检出限及仪器成本（使用HPLC而非GC/MS）等方面展现出综合优势。

本研究的亮点突出体现在以下几个方面：第一，创新性的吸附剂设计：合成了新颖的磁性MOF-on-MOF核壳复合材料（Fe3O4@SiO2@MIL-100(Fe)@MIL-53(Fe)），并将其首次应用于苯二氮䓬类药物的萃取，该吸附剂结合了MOF的高孔隙率/可调表面性质与磁性材料的便捷分离优势。第二，高效的系统优化策略：研究没有局限于传统的单变量优化，而是结合了“一次一个因素”和实验设计两种策略，特别是运用了确定性筛选设计和中心复合设计，科学高效地从众多因素中筛选并优化了关键参数，提高了研究效率和结论的可靠性。第三，优异的分析性能：所建立的方法实现了对三种结构相似药物的同时萃取与测定，并展现出极低的检出限、高的富集因子、宽线性范围以及在实际水样中接近定量的高回收率，综合性能优越。第四，方法实用性：整个DµSPE流程操作简单快捷，吸附剂可磁性分离且可重复使用，分析成本相对较低（使用HPLC-UV），非常适合于环境样品的常规批量分析。