磁性固相萃取技术在兽药残留检测中的研究进展

刘 畅，杨琳燕，王艺霞，张 伟，李道稳，李留安，李 存

（天津农学院动物科学与动物医学学院，天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室，天津 300384）

兽药在预防和治疗动物疾病、促生长和提高动物生产性能等方面发挥着重要作用，对畜牧业发展有积极影响[1]。然而，食品和环境中的兽药残留会严重危害公共卫生与食品安全[2]，加强兽药残留监控，建立灵敏可靠的分析方法势在必行。当前兽药残留的主要检测手段包括仪器分析方法、免疫分析法以及微生物法[3]等。由于分析物的残留量很低，样品基质复杂，所以检测前一般要对样品进行恰当的前处理，以保证结果的可靠性[4]。

前处理过程包括分离、净化和富集目标分析物，可降低基质干扰的作用，有助于提高方法的灵敏度和准确性[5-6]。传统固相萃取存在有机溶剂的消耗量大、步骤繁琐、耗时长等缺点[2]。而磁性固相萃取（Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE）无离心、过滤等步骤，大大缩短了样品处理时间；不需要使用固相萃取柱，避免了长时间过柱和柱堵塞等问题[5]。萃取过程中有机溶剂的用量少，重复利用率高，成本低，属于环境友好的前处理方法[7]。此外，磁性纳米吸附剂的比表面积大，分散性良好[8]。不同修饰材料的引入可以提高吸附剂的选择性，满足不同的检测目的。总的来说，MSPE 技术操作简便，生物相容性好[9]，实用性强[8]，适用于动物组织、生物样品和食品等复杂样品的分离与净化，具有广阔的发展前景[10-11]。本文主要综述了不同修饰材料在MSPE 中的研究进展及其在兽药检测中的应用。

1 MSPE 技术简介

1.1 MSPE 的原理 MSPE 是21 世纪在分离富集领域的革命性技术[6]。该技术以液-固色谱理论为基础，以磁性或可磁化的材料作为吸附剂基质，直接将吸附剂添加到样品液中用于吸附目标分析物，吸附完全后，在强磁铁的作用下待测物随吸附剂一起从样品溶液中被分离出来[7,11]，最后选择合适的洗脱溶剂，将待测物洗脱下来进行后续检测。

磁性吸附剂是MSPE 技术的基础与核心[8,10]，一般以纳米Fe3O4为磁性内核[12-13]，表面用其他材料进行修饰以提高稳定性。碳材料[14]、离子液体（Ionic Liquid，IL）[4]、分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymer，MIPs）[15]、金属有机框架（Metal-Organic Framework，MOFs）[16]、硼酸基亲和配体[10]以及其他聚合材料[17]等新型材料的应用有助于调节吸附性能，实现对不同目标分析物的有效萃取。

Chen 等[18]试验证明，将MIPs 固定到磁性纳米颗粒（Magnetite Nanoparticles，MNPs）表面后，MNPs对待测物的选择性和吸附能力明显提高。Du 等[16]将Fe3O4和MOFs 嵌入聚高内相乳液中形成的复合材料，对牛奶、鸡蛋、鸡肉和肾脏中的4 种四环素类抗生素（Tetracycline，TCs）有较强的萃取能力和较高的柱容量。Ye 等[10]采用共沉淀法合成了一种新型高氟富硼吸附剂（Highly Fluorinated And Boron-Rich Adsorbent，FBA），由于亲氟作用和B-N 配位相互作用，FBA 对氟喹诺酮类化合物（Fluoroquinolone，FQs）有良好的萃取性能，用高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）检测，水样和牛奶样品中FQs 的检测限（Limit of Detection，LOD）分别是0.004 9～ 0.016 µg/L 和0.010～ 0.046 µg/kg。

1.2 MNPs 的常用制备方法 磁性纳米颗粒的常用制备方法有水热法和溶剂热法、化学共沉淀法、热解法等[9,19]。共沉淀法是在含有2 种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使之发生沉淀得到金属复合氧化物[20]，该方法反应条件温和、成本低、操作简便。水热法和溶剂热法对反应温度和压力要求较高，以水或其他非水溶剂为反应介质，使前驱体溶解，反应结晶。水热法的优点是合成的Fe3O4颗粒晶形好、纯度高、粒径大小可控[12]。采用溶剂热法制备的Fe3O4具备很强的稳定性和磁化强度，吸附性能良好[21]。Deng 等[21]采用溶剂热法制备出的Fe3O4结晶性和分散性良好，粒径可控。溶胶-凝胶法以无机物或金属醇盐作为前驱体，在催化剂作用下发生水解和缩合反应，制备条件温和，反应可控，耗时短[13,20]。热解法通过金属有机物和高沸点有机溶液体系制备尺寸可控的纳米颗粒[20]。上述制备方法也可推广到基于其他金属元素的磁性微球的制备[12]。

1.3 MNPs 的表面修饰

1.3.1 无机氧化物 SiO2是最常用的无机修饰材料，它在酸性条件下仍能保持良好的化学稳定性、生物相容性和水分散性[6,19]。氧化物表面具有高活性的硅氧基，可以很容易地用硅烷偶联剂改性，键合上能够吸附目标分析物的功能性基团，从而提高对待测物的选择性[19]。王泽岚等[22]制备的多层核壳硅磁聚苯胺复合材料（Fe3O4@SiO2@PANI）具有良好的超顺磁性，表面有丰富的化学活性位点，适用于牛奶样品中痕量磺胺类药物（Sulfonamides，SAs）的富集。

1.3.2 分子印迹聚合物 MIPs 是一种模拟抗体，与模板分子结构互补，因此能够特异性识别并吸附模板分子[23]。MIPs 具有化学稳定性好、选择性和重复利用率高、成本低、制备简便等特点，是一种理想的吸附材料[15]。磁性分子印迹聚合物（Magnetic Molecularly Imprinted Polymer，MMIPs）兼有MNPs 和MIPs 的优点，能够特异性识别模板分子并快速分离，已经发展成一种可靠的前处理技术[23]。Chen 等[23]制备的MMIPs 表面有2个结合位点，对动物源性食品中头孢氨苄的分离性能良好，最大吸附容量分别是24.18 mg/g 和40.25 mg/g。Habibeh 等[24]研究发现用MMIPs 预富集牛奶样品中的三聚氰胺，可以完全消除基质干扰，HPLC 检测的检测限为67.0 µg/L，且有机溶剂的消耗量很少。

1.3.3 特异性抗体 抗原-抗体反应具有特异性、可逆性的特点。免疫磁性微球（Immunomagnetic Beads，IMBs）利用抗原-抗体反应的原理，在MNPs 表面引入特异性抗体。IMBs 识别样品中的待测物并与之结合，实现待测物的分离，将结合的待测物洗脱下来即可用于检测，是一种特异性强、灵敏度高、操作方便、耗时短的样品处理手段，广泛用于生物化学、食品安全、兽药残留检测等方面[7]。Xu 等[25]以抗氯霉素（Chloramphenicol，CAP）抗体或山羊抗鼠IgG 制备了2 种IMBs 用于分离牛奶中的CAP，酶免疫法进行快速分析有良好的特异性和回收率。Pinacho 等[26]用抗体对MNPs 进行生物修饰，制备的磁免疫传感器能够消除基质干扰，可以满足对牛奶中7 种不同FQs 的检测需求。

1.3.4 碳材料 氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）、碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNT）等碳材料是新型高效的富集净化材料，凭借其优良的稳定性和吸附性能成为近些年研究的热点。GO 有很强的吸附能力，表面积大且含有丰富的p电子和含氧基团，便于改性[27]。CNT 的比表面积大、机械强度高，但难以从分散介质中回收[9]。将CNT 与磁性材料相结合，有助于提高MNPs 的稳定性和吸附性能，同时可以实现吸附剂与样品溶液的快速分离。Xu 等[28]制备的磁性多壁碳纳米管（Fe3O4-MWCNTs）作为吸附剂可以同时提取蛋类中兽药、农药和真菌毒素，均能满足各目标化合物的提取要求，效率高于传统的离心分离方法。

1.3.5 离子液体（IL） IL 由有机阳离子和有机或无机阴离子组成，室温下呈液态，化学稳定性良好，不挥发，对于极性与非极性化合物有很好的溶解性，黏度可调，被称为“可设计性溶剂”[13,29]。Feng 等[30]合成的磁性IL 可用于牛奶和化妆品中6 种雌激素的分离富集，HPLC 检测的LODs 在5～15 ng/mL，在牛奶和化妆品检测中的回收率分别为98.5%～109.3% 和96.3%～111.4%。刘小燕等[31]用IL 对GO 进行修饰并对2 种材料加磁，建立了IL@MGO MSPE-超高效液相色谱-质谱联用（Ultra High Performance Liquid Chrom atography-Mass Spectrometry，UPLC-MS）方法，测定环境水体中的6 种SAs，该方法的加标回收率在86.4%～103.4%，检出限为0.75～1.47 ng/L，定量限为1.51～4.96 ng/L。

1.3.6 适配体 适配体是一种具有特殊结构的单链寡核苷酸，可与多种分析物结合，有较高的特异性和亲和力[32]，稳定性好，价格低廉，易于合成和修饰。以适配体作为MSPE 过程中的生物探针，有助于提高在复杂基质中吸附剂对分析物的选择性。Luan 等[33]通过在金磁颗粒上固定适配体和辣根过氧化物酶（Horseradish Peroxidase，HRP）制备得到磁性探针，该磁性探针能够靶向结合食品中的CAP。改变磁性探针上的适配体，该方法可以扩展到食品中残留的其他兽药的检测。

2 MSPE 在兽药残留分析中的应用

MSPE 技术可用于多种基质中抗生素、激素、抗病毒药等多种成分的分离净化。

如Sun 等[34]制备了双官能化IL，并依次用壳聚糖（Chitosan，CTS）和IL 修饰磁性氧化石墨烯（MGO），得到的IL/CTS@MGO 纳米复合材料对水样和牛奶中TCs 有较好的吸附作用。Yao 等[35]建立的有机磁性IL-水两相体系与HPLC 联用的方法可成功应用于环境水体中CAP 的分析。Wang 等[36]提出的基于MNPs 的分散固相微萃取结合HPLC 方法，回收率高、LOD 低，能够同时测定猪肉中17β-雌二醇、雌酮和己烯雌酚3 种雌激素。

Chen 等[37]提出了一种MSPE 方法，以磁性阳离子交换聚合物为吸附剂，可以在相对较短的时间内提取和净化鸡肌肉中的金刚烷类药物（Amantadine，AMD）。Xie 等[38]针对鸡肉组织中的AMD 建立了一种磁性辅助间接竞争ELISA 方法，使功能化磁珠与HRP 标记抗体发生结合，依靠磁性将免疫复合物分离出来，通过测量HRP 的信号从而确定AMD 的浓度，检测限和检测时间都比传统的ELISA 方法有显著改进。

不同磁性材料对动物组织和环境中残留的抗生素、激素的萃取效果的总结见表1。从表1 中可以看出，样品经MSPE 处理后，借助HPLC 或ELISA 等方法进行检测，可以得到令人满意的回收率和检出限。这说明磁性吸附材料对待测物表现出很高的选择性，可以排除杂质干扰，对待测物进行有效的分离、净化和富集[12]。而且MSPE 吸附剂的使用寿命较长，可以重复使用数次但不会降低萃取效率，降低了使用成本。

表1 MSPE 技术在兽药残留检测中的应用

3 小结与展望

MSPE 具有操作简便、耗时短、成本低、绿色环保等优势，为痕量分析物的前处理提供了新的方式。新型材料的应用有助于提高磁性吸附剂的性能，促使MSPE向特异性好、吸附容量大、样品处理范围广的方向发展。制备性质稳定、使用寿命长的吸附剂有助于降低成本，更能满足实际检测的需要。另一方面，有必要提高MSPE 的自动化水平，建立在线检测方法，提高样品的处理效率。随着技术的不断改进，MSPE 技术将在样品预处理中发挥越来越重要的作用。