混合模式吸附剂在食品安全分析样品前处理中的应用

任 雪，王 轻，张彦青

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）

近年来，随着社会经济的快速发展，食品行业迎来了前所未有的机遇，但屡次发生的食品安全事件引发了社会的广泛关注。其中，农药、兽药、天然毒素和非法添加物等潜在的有毒有害物质残留是食品安全问题的主要诱因之一。因此，国内外对食品中的有毒有害物质残留都提出了较高的限量要求，开发高效的食品安全检测方法意义重大。虽然现代分析仪器已经取得了飞速发展，具备良好的精密度和准确度，然而，食品安全检测方法仍面临以下挑战：食品中存在某些痕量甚至超痕量水平的有毒有害物质，若不经样品前处理，直接用仪器检测非常困难；食品基质复杂，存在干扰测定的内源性物质如色素、脂类、酚类和蛋白质等；食品样品中往往同时存在性质不同的多组分有毒有害物质，有必要对特定种类的目标物进行高选择性富集或同时萃取多类多组分目标物以提高分析通量。因此，开发有效的食品样品前处理方法，以达到提高检测灵敏度、排除基质干扰、高选择性地萃取单一组分或同时萃取多目标物组分的目的，是应对这些挑战的有效方法。

目前，在食品分析中常见的样品前处理方法主要有固相萃取（solid phase extraction，SPE）[1-2]、液-液萃取[3]、固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）[4]、QuEChERS（quick,easy,cheap,effective,rugged and safe）[5-6]、磁固相萃取（magnetic solid phase extraction，MSPE）[7-8]、分散固相萃取（dispersive solid phase extraction，DSPE）[9]、分散微固相萃取（dispersive micro-solid phase extraction，D-µSPE）[10]等。其中，SPE和基于这种形式衍生的前处理方法受到了广泛的关注。在这些方法中，吸附剂的选择非常关键，因为它决定了吸附容量、选择性和亲和力等多种指标[11]。从吸附机理层面看，这些吸附剂可分为两类，即单一模式吸附剂和混合模式吸附剂。单一模式吸附剂提供的作用力单一，对目标物缺乏选择性[12]，萃取回收率低且不适合处理组分复杂的食品样品。混合模式吸附剂可与目标分子发生多重相互作用，尤其在多类目标物共存体系中，能够提高对某一目标组分分子的选择性或实现同时富集多组分分子的目的，因此近年来成为研究热点。目前，在药物分析和环境分析领域均有混合模式材料的相关综述。在食品分析领域，混合模式材料的应用越来越多，但目前鲜见相关的综述报道。因此，针对这一现状，本文介绍了混合模式吸附剂的特点，总结了混合模式材料的基质和合成方法，并梳理了其在食品安全分析样品前处理中的应用，以期为混合模式材料在食品分析领域中的广泛应用提供一定的参考。

1 混合模式吸附剂

传统单一模式的吸附剂主要可分为反相、正相、亲水和离子交换等模式。其中，反相吸附剂一般含有长链烷基或苯基等非极性官能团，与目标物主要发生疏水相互作用；正相和亲水吸附剂通常含有羟基、氨基、羧基等极性官能团，可与目标物之间发生氢键、偶极-偶极或静电等相互作用；离子交换吸附剂含有离子交换基团，可与目标物之间发生离子交换作用。混合模式吸附剂是在单一模式的基础上，通过引入不同的官能团或特定的改性剂从而达到以上不同种类相互作用叠加的效果。例如，在反相模式吸附剂的基础上引入可电离基团，解离的官能团可与带电分析物之间产生离子交换作用，而在起反相作用的相骨架和分析物的疏水基团之间产生非特异性的反相作用[13]。离子交换和反相作用的双重机制使混合模式吸附剂能够通过多重相互作用（如氢键相互作用、反相作用、离子交换作用和静电吸附作用等）与目标物结合[14]，表现出更加优异的吸附性能，提高对目标分析物的选择性和吸附容量。

目前，在食品分析领域中研究的混合模式吸附剂主要来源于商业化制备和实验室自制。商业化的混合模式吸附剂主要有Waters公司的Oasis系列、Biotage公司的Isolute系列、Agilent公司的Plexa系列以及一些国产品牌[13]。目前，对于文献报道的实验室自制混合模式吸附剂，研究者一般会根据目标物的结构特点，从吸附剂与目标物之间可能产生的作用类型来进行设计，制得的吸附剂类型更加丰富且对目标物的选择性更强。在二氧化硅（silicon dioxide，SiO2）和聚合物或一些新兴基质如金属有机框架（metal organic framework，MOF）[15]、共价有机框架（covalent organic framework，COF）[16]、纳米纤维[17-18]、生物炭[19]等基础上，通过引入不同的作用位点来实现吸附剂与目标分析物之间的多重作用。例如同时引入烷基和离子基团[20]，或通过β-环糊精或壳聚糖[18-19]等可提供多模式作用位点的天然分子进行改性。

混合模式吸附剂在食品样品前处理中的设计目的主要包括以下两方面：1）实现复杂食品基质中特定种类目标分子的高选择性富集。例如，Xu Fei等[21]通过共同引入—C18和氨基合成了反相/弱阴离子交换SiO2吸附剂，用于贝类中6 种亲脂性海洋生物毒素的富集。由于疏水和静电相互作用的存在，与—C18改性SiO2等单一模式吸附剂相比，该混合模式吸附剂对目标生物毒素的选择性更强，有效地降低了基质效应。Wang Qing等[19]以磷酸改性生物炭为基质，通过戊二醛交联反应引入了壳聚糖分子，制备的材料可作为吸头尖端固相萃取（pipette tip-solid phase extraction，PT-SPE）吸附剂。由于氨基、羟基和芳香环等多作用位点的存在，该吸附剂对大米样品中三嗪类除草剂的萃取行为与亲水亲脂吸附剂类似，表现出混合模式的性质，且萃取效果优于以—C18、氨基和羧基改性SiO2为代表的单一模式吸附剂。2）提高分析通量，实现食品样品中多类多组分目标物的同时富集。如研究人员通过4-苯乙烯磺酸钠功能化的混合模式吸附剂实现了对肉类样品中β-阻滞剂、β-激动剂、非甾体抗炎药和真菌毒素4 类共26 种兽药的同时萃取[20]。另外，鸡蛋中7 类（磺胺类、喹诺酮类、苯并咪唑类、硝基咪唑类、截短侧耳素类、镇静剂和β-内酰胺类）共78 种残留的兽药也可通过混合模式阳离子交换吸附剂甲氨蝶呤（methotrexate，MCX）实现同时萃取[9]。基于这种理念的混合模式吸附剂在药物分析和环境分析等领域中均有应用，如β-环糊精功能化稻壳衍生生物炭（BCMW-β-CD）可用于环境水中双酚A和铅离子的同时去除。如图1所示，其中，吸附剂与铅离子之间存在静电吸引和络合作用，同时与双酚A可发生主客体包合和π-π相互作用。这样，针对不同种类目标物存在不同的作用力，也有效地避免了不同种类目标物之间的竞争吸附[22]。实现复杂样品基质中多靶标物的同时萃取，可以有效地缩短分析时间并能降低分析成本，是目前混合模式吸附剂的研究热点之一，但在食品分析领域的相关研究仍处于起步阶段。

图1 BCMW-β-CD同时吸附Pb（II）和双酚A的机理[22]Fig.1 Proposed mechanisms of simultaneous adsorption of Pb (II) and bisphenol A by BCMW-β-CD[22]

2 混合模式吸附剂的分类

混合模式吸附剂按照基质类型可以分为硅基、聚合物基和其他新兴基质材料。其中硅基材料具有孔结构丰富、易于传质、有机溶剂耐受性好等优点，同时也存在化学稳定性和机械稳定性差等缺陷[23]。聚合物基吸附剂可以更好地适应极端pH值环境，但也存在有机溶剂耐受性差、后期修饰难度大等缺点[13]。随着样品前处理材料的不断发展，一些新兴基质材料逐渐应用到食品分析领域中，如材料来源广泛、绿色环保和易于改性的生物炭材料，具有高度有序结构和良好热稳定性的COF材料，具有高比表面积、良好的萃取亲和力和选择性的MOF材料，具有良好负载能力和高比表面积的纳米纤维材料等，为混合模式材料的制备提供了更加多元化的选择。本节主要以基质种类为指标，对食品样品前处理中应用的混合模式吸附剂及其制备方式进行简要概述。

2.1 硅基混合模式材料

以硅材料为基质的混合模式吸附剂主要通过两种方式制备，一是通过硅烷偶联剂将磺酸基[20]、羧基[11]、巯基[24]或氨基[25]等可离子化基团与—C18[12,20]、—C8[20]、苯基[12]、辛基[24-25]等基团共同修饰到硅基材料的表面，使材料与分析物之间同时产生离子作用和反相作用。例如Chao Yanhong等[26]将石墨烯状氮化硼通过硅酸乙酯键合到SiO2微球表面，形成包覆有石墨烯状氮化硼纳米片的高分散树枝状SiO2材料，作为SPE萃取剂，用于辣椒粉和饮料中合成染料的富集。另一种制备方法是利用点击化学反应实现改性剂在硅基表面的键合[27]。如图2所示，利用铜（I）催化的叠氮炔环加成点击化学反应，将1-十二炔和5-己炔酸以不同的比例同时改性到叠氮SiO2上，制备的反相/弱阳离子交换混合模式吸附剂可用于猪肝中碱性药物的富集[28]。

图2 一步铜（I）催化叠氮炔环加成点击化学反应合成silica-WCX的路线[28]Fig.2 Synthetic route of silica-WCX via single-step Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition click reaction[28]

介孔SiO2的孔径范围为2～50 nm，介于微孔与大孔之间。由于具有高比表面积、高孔容和均匀有序的孔结构，介孔SiO2在混合模式材料的制备方面受到越来越多的关注[29]。如有研究人员将—C18修饰到有序介孔SiO2表面，制备了反相SPE吸附剂SBA-15-C18-CO，用于牛奶中12 种内分泌干扰物的萃取[30]；同时有研究人员将—C18（—C8）和基团对介孔SiO2进行双官能团化，得到了具有反相/强阳离子交换功能的混合模式材料，用于肉制品中兽药残留的检测[20]。

为了优化萃取程序，提高萃取效率，也有研究者在磁性微球表面包覆了SiO2层，制备了磁性混合模式硅基材料。利用MSPE稳定性好、耗时短和操作简单等优点，更好地实现了复杂食品基质中目标物的萃取。徐飞[12]以Fe3O4@SiO2磁性微球为基质，分别制备了3 种混合模式吸附剂，其中，反相/硼酸亲和混合模式MSPE吸附剂可以通过疏水、π-π和硼酸亲和作用力选择性地萃取蘑菇样品中的鹅膏和鬼笔多肽；反相/弱阴离子交换磁性介孔SiO2微球（Fe3O4@nSiO2@mSiO2@C18@NH2）可以通过疏水和静电相互作用萃取贝类样品中的亲脂性海洋生物毒素；新型反相/弱阳离子交换混合模式磁性SiO2微球（Fe3O4@SiO2@TZ@Ph）可以通过疏水、静电和π-π等多模式相互作用实现猪肉中氟喹诺酮类药物的富集。表1中详细总结了食品样品前处理中SiO2基质的混合模式吸附剂。

表1 用于食品样品前处理的硅基混合模式吸附剂Table 1 Silicon-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

2.2 聚合物基混合模式材料

多孔聚合物具有良好的吸附特性和较强的化学稳定性。利用离子基团对聚合物进行功能化或与含有这种离子的单体进行共聚均可以将离子基团引入到疏水性聚合物骨架中，这样制得的材料具有混合模式的性质。目标物的疏水部分可与聚合物骨架产生疏水相互作用，而离子部分可与聚合物材料上带相反电荷的离子相互结合[34]。引入的离子基团主要有磺酸基、羧基、季铵基、胺基等，分别产生强阳离子交换作用、弱阳离子交换作用、强阴离子交换作用和弱阴离子交换作用。

商业的混合模式离子交换聚合物材料是在大孔聚合物的基础上通过引入离子交换基团来实现的。如Waters公司的Oasis MCX强阳离子交换吸附剂是通过在Oasis HLB骨架上引入磺酸基团制备的，主要用于食品基质中阳离子目标物的萃取。将其作为SPE吸附剂，可用于葡萄酒中3-烷基-2-甲氧基吡嗪的萃取[35]。目前最常用的商业强阴离子交换吸附剂是Waters公司的Oasis MAX，它是在Oasis HLB的基础上经季铵基团改性制得的。带负电的分析物可与季铵基团之间产生离子交换作用，这些同时存在的作用力使得Oasis MAX可应用于多种复杂食品基质中目标分析物的萃取。Carpinteiro等[36]选用Oasis MAX作为SPE吸附剂，结合液相色谱-电喷雾串联质谱，测定了葡萄酒样品中的9 种杀菌剂。弱阳离子交换吸附剂主要用于从食品样品中选择性地萃取碱性化合物。常用的商业弱阳离子交换吸附剂为Oasis WCX。Zhao Xin等[37]建立了基于Oasis WCX的混合模式SPE法，结合液相色谱-串联质谱，同时测定了大豆油和花生油中的异黄酮和白藜芦醇，与混合模式离子交换吸附剂Hicapt SAX（武汉Weltech公司）对比发现，Oasis WCX对目标物具有更强的选择性，且在0～14的pH值范围内对酸性、碱性和中性目标物表现出更高的回收率。弱阴离子交换吸附剂作为弱阳离子交换吸附剂的补充，主要用于复杂食品样品中酸性目标物的选择性萃取[38]。

除了商业混合模式聚合物吸附剂，越来越多的研究者也开展了新型混合模式聚合物的相关研究。最初报道的是二乙烯基苯和苯乙烯的共聚物[34]，但这类聚合物材料存在吸附容量低以及对极性大的目标物保留性差等问题[39]。因此，Davankov等[40]提出了“超高交联聚合物”的概念，即通过氯甲基的傅克反应使聚合物链进一步交联。超高交联聚合物具有丰富的微孔结构和超高的比表面积，其作用位点可与分析物产生更多的相互作用。Liang Xiaoping等[41]用4-氯甲基苯乙烯和交联剂二乙烯基苯沉淀共聚获得了聚丙烯，在此基础上用二甲基丁胺处理以引入季铵基团得到前体粒子（precursor particle，PP）-SAX，再通过傅克反应，合成了超高交联强阴离子交换树脂HXLPP-SAX（图3），作为SPE吸附剂，用于牛奶中氟喹诺酮类药物的萃取。HXLPP-SAX的制备过程中主要发生了超交联反应和季铵化反应。由于具有比表面积大和微孔丰富等优点，与Oasis MAX相比，HXLPPSAX对两性化合物的选择性萃取性能更为突出。表2中总结了食品分析领域中聚合物基质的混合模式吸附剂。

表2 用于食品样品前处理的聚合物基混合模式吸附剂Table 2 Polymer-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

图3 HXLPP-SAX树脂制备的合成过程[41]Fig.3 Synthetic strategy for the preparation of HXLPP-SAX resins[41]

2.3 其他基质材料

2.3.1 生物炭基质材料

生物质包括所有的植物、微生物和以植物、微生物为食的动物及其产生的废弃物。生物炭是生物质经低温热解产生的一种富碳材料，具有孔隙率高、芳构化程度高、含氧官能团丰富等优势，目前在环境污染治理、生物能源生产、能源储存等领域有着广泛的应用。然而，由于原始生物炭的吸附选择性差、比表面积低以及结构不均一等缺陷，其在样品前处理领域特别是在食品有毒有害物质富集中的应用很少。因此，改善生物炭的表面化学性质和微观结构对于扩大其应用至关重要。Wang Qing等[19]以磷酸作为活化剂，对酸枣核壳生物炭进行了活化，增大了其孔隙率并增加了表面的含氧官能团数量。在此基础上以戊二醛为交联剂，将壳聚糖分子改性到其表面，成功制备了具有多作用位点的混合模式吸附剂（CS-PBC），对4 种不同极性的三嗪类除草剂表现出了良好的萃取效果。如图4所示，主要的萃取机制包括氢键相互作用、卤键相互作用、疏水相互作用、π-π作用和由生物炭基质结构产生的孔填充作用[19]。随着绿色分析化学和可持续发展理念的不断深入，作为绿色友好型萃取材料的基质，预期生物炭在食品样品前处理材料中的应用将会越来越广泛。

图4 CS-PBC和三嗪类除草剂之间的作用机制[19]Fig.4 Interaction mechanisms between CS-PBC and triazine herbicides[19]

2.3.2 共价有机框架基质材料

COF是一种纳米多孔材料，由碳、氢、氧、氮、硼和硅等轻元素及其之间形成的共价键组成，具有孔径均匀可调、比表面积大、孔隙率高、分子结构丰富、热稳定性和化学稳定性强等特点[52]。Li Jie等[53]使用1,2,4,5-四-(4-甲酰基苯基)苯和对苯二胺这两种单体制备了磁性COF材料（Fe3O4@COF），并将其作为磁分散固相萃取吸附剂，富集食品基质中的黄曲霉毒素。Fe3O4@COF表面的—NH2可与黄曲霉毒素分子产生氢键相互作用，COF层中的苯环与黄曲霉毒素中的苯环或共轭双键之间可能存在π-π相互作用和疏水相互作用。

2.3.3 金属有机框架基质材料

MOF是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的有机-无机杂化材料[54]，具有较大的比表面积和独特的多孔结构等特点。MOF材料可为分析物提供π-π和疏水相互作用，对目标分析物具有较强的亲和力[42]。Shakourian等[42]合成了一种磁性MOF复合物（Fe3O4@TGA@TMU-6），并将其作为MSPE吸附剂用于大米和环境水样中有机磷农药的富集。基于对苯二甲酸和N,N-二甲基甲酰胺，Mao Xuejin等[15]合成了MOF材料UiO-66并将其应用于多种蔬菜中农药残留的检测。UiO-66含有丰富的羟基和芳香基团，通过氢键和π-π堆积作用为目标农药分子提供了大量的吸附位点。

2.3.4 纳米纤维基质材料

纳米纤维材料具有良好的负载能力和比表面积[55]。通过静电纺丝技术可制备形态、厚度和直径可控的纳米纤维材料，具有稳定性强和孔隙率高等优势，在样品前处理方面有很大的应用潜力[56]。Cao Jiankun等[57]采用静电纺丝法制备PAN NFM，在其表面修饰2-氨基乙硫醇盐酸盐得到巯基改性的PAN NFM（SH/PAN NFM），用于黄瓜、绿豆芽和黄豆芽样品中4 种植物生长调节剂的同时富集。由于SH/PAN NFM表面上分布有许多羟基、羧基、巯基等官能团，能够与生长调节剂分子的羧基或羟基形成氢键，与未进行改性的PAN NFM相比，吸附率得到明显提升。考虑到β-激动剂呈碱性且含有苯环，引入酸性基团和苯环有望增强功能性纳米纤维材料对β-激动剂的亲和力。因此，该团队在SH/PAN NFM的基础上通过“硫醇-烯”点击化学反应制备了4-苯乙烯磺酸钠功能化纳米纤维垫（sodium 4-styrenesulfonate functionalized nanofibers mat，SS/PAN NFM）[17]。SS/PAN NFM作为SPE吸附剂成功富集了猪肉样品中残留的7 种β-激动剂。研究证明SS/PAN NFM与β-激动剂之间存在静电相互作用；引入的苯环可以与β-激动剂分子上的苯环产生π-π相互作用；2-氨基乙硫醇盐酸盐与PAN NFM中的氰基反应后获得的亚氨基也可与β-激动剂分子上的羟基、氨基和亚氨基之间产生氢键相互作用[17]。

2.3.5 复合基质材料

不同材料复合制备的复合材料可以充分发挥各个材料作为混合模式基质的优势并规避缺点。如纯COF材料在大多数溶剂中通常存在分散性较差的问题，将具有大比表面积、高化学稳定性、适当的疏水表面和良好吸附能力的碳纳米管与官能化的COF材料结合可以提高其对食品中类固醇激素的吸附能力和选择性[58]。将聚乙烯醇和甜菊糖提取物制备的纳米纤维与磁性MOF材料复合，可以通过疏水、氢键和π-π作用等多重机制同时提取果汁和蔬菜样品中的多种农药[56]。另外，Jiang Hailong等[59]开发了一种由MOF和COF组成的多孔复合材料（Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8），将其作为MSPE吸附剂应用于双酚A的萃取。Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8与双酚A之间存在强π-π堆积作用和氢键相互作用，对双酚类物质表现出了良好的吸附作用。为了提高硅基材料的性能，有些研究者将SiO2与有机骨架结合起来制备了有机-无机杂化SiO2整体柱[60]。这种杂化材料结合了SiO2和有机聚合物的优点，具有高表面积、良好的化学稳定性和热稳定性、优异的机械强度。例如，采用脂肪胺基、羧基和长链碳改性有机-无机杂化SiO2制备了两性官能化的混合模式材料，可以与饮料中的酸性和碱性目标物同时发生静电、疏水和氢键等作用[11]。另外，Duan Yufeng等[33]以四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二甲基十八烷基-[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵为前驱体，首次制备了疏水/亲水混合模式有机-无机杂化SiO2材料，用于保健品和奶粉中微量疏水和亲水添加剂的萃取。以上研究也表明，通过针对性地设计制备方案，将不同材料组合制备的复合材料可以表现出更加优越的吸附性能，为食品分析中混合模式吸附剂基质的选择与制备提供了更多的参考。

3 混合模式吸附剂的应用

在食品分析中，混合模式吸附剂主要用于萃取单一目标物或结构相似的同一类目标物，如农药、兽药残留以及重金属离子等。然而，在食品安全相关的国家标准中，对于同一种食品样品，规定了多类多组分有毒有害物质的最低限量。因此，为了提高检测效率，实现不同性质多目标分析物的同时萃取也具有重要意义。

3.1 单一组分目标物

3.1.1 农药

农药在提高农作物产量中发挥着重要作用，但其在农作物及其副产品中的残留会对人类健康构成严重的威胁[61]。农作物及其副产品中农药的最大残留限量较低，这给检测方法的建立带来了很大挑战。近年来混合模式吸附剂不断发展，其中MOF和COF基质的衍生材料在农药残留检测中发挥着重要的作用。

有机磷农药能够有效地控制杂草和昆虫，在作物保护方面发挥着重要作用。据报道，全世界常用的有机磷农药有100多种[42]。有机磷农药具有严重的致突变性和致癌性[62]，且可能残留于土壤、水和农产品中。Lin Xiangping等[52]以磁性COF为吸附剂，结合液相色谱-串联质谱，对水果中的伏杀磷、亚胺硫磷和蝇毒磷进行检测。该方法在水果样品中对以上3 种物质的检测限和定量限分别为0.002～0.063 mg/kg和1.00 mg/kg，回收率为72.8%～111.0%，实验结果表明，磁性COF混合模式材料对水果中的有机磷农药具有良好的富集性能。Shakourian等[42]合成了混合模式磁性MOF复合材料TMU-6，以其作为MSPE吸附剂用于水稻中伏杀磷、毒死蜱和丙溴磷的萃取。TMU-6与目标有机磷分子之间同时存在疏水相互作用、氢键相互作用和π-π作用，建立的方法线性范围宽、检出限低、回收率高且重复使用性好，可用于实际食品样品中有机磷农药的测定。除草剂能够有效地清除杂草，有助于农作物的正常生长。二苯醚类除草剂是目前世界上使用最广泛的除草剂之一，但其持久性和累积性易对生物体造成危害。因此，研究者合成了磁性混合模式吸附剂Fe3O4@MOF-808，其结构中有丰富的吸附位点，可以与目标物发生π-π共轭和氢键相互作用，在对大米样品中除草醚、乙氧氟草醚和甲羧除草醚3 种二苯醚类除草剂的富集方面表现出良好的效果[63]。三嗪类除草剂分子含有3 个碳原子和3 个氮原子对称排列的六元环，考虑到其可电离基团和疏水部分的同时存在，Wang Qing等[19]首次研究了混合模式吸附剂对大米基质中三嗪类除草剂的萃取。基于CS-PBC混合模式吸附剂建立的PT-SPE方法具有较低的检测限（1.41～3.35 ng/g）、良好的线性范围（0.01～2.00 μg/g，R2＞0.997 4）和较高的回收率（96.13%～116.25%）。

3.1.2 兽药

动物源性食品中残留的兽药是一种“新兴污染物”。它们在动物养殖过程中用于治疗疾病、促进生长、控制或预防疾病的传播，所以有时会存在非法滥用的情况。

磺胺类药物作为兽药已广泛用于预防和治疗动物疾病，然而，其在动物源性食品中的残留一方面可能导致在人体内的蓄积，引起过敏反应，并诱导产生耐药病原体[41]；另一方面可能会伴随动物的排泄物转移到水源和土壤等环境中，影响生态的可持续发展。由于结构中羧基和氨基的存在，磺胺类药物能够以阴离子、阳离子或两性离子形式存在于水溶液中。混合模式吸附剂可同时提供多重作用，对不同带电形式的磺胺类药物实现选择性萃取。Liang Xiaoping等[41]合成了混合模式超高交联强阴离子交换树脂，用于牛奶样品中6 种氟喹诺酮类药物的选择性富集。研究发现该材料对两性化合物表现出优异的选择性，在复杂食品基质中氟喹诺酮类药物的残留分析方面显示出了良好的潜力。

氨基糖苷类抗生素可用于消灭家畜和农场动物等的细菌和寄生虫，但其在动物源性食品中的残留可能引起人类的耳毒性、肾毒性、过敏反应和耐药性等副作用[64]。Wang Yuan等[64]采用液相色谱-电喷雾串联质谱法同时分析了牛奶样品中链霉素、双氢链霉素、大观霉素和卡那霉素4 种氨基糖苷类药物。在样品前处理环节，比较了Oasis MCX、Oasis HLB和Oasis WCX 3 种商业SPE吸附剂的萃取效果，最终选择了Oasis WCX作为混合模式SPE萃取柱。

3.1.3 重金属

镉、铅、砷、钴、镍和锌等重金属离子不可生物降解，具有极强的毒性、致癌性和致突变性，即使在低浓度下也可通过食物链对水生生物和人体健康造成危害[65]，因此，研究食品样品中痕量重金属离子的测定方法非常重要。常选用混合模式聚合物基材料作为萃取剂，如Qin Jiaxing等[65]制备了混合模式羧基修饰的中空聚合物微球，其作为SPE吸附剂，结合电感耦合等离子体质谱，能够实现紫菜、鱼肉和鸡肉样品中钒、铬、铜、镉和铅等离子的同时测定，该方法具有良好的抗干扰能力、较低的检测限（0.20～0.80 μg/kg）和较高的回收率（85%～104%）。

3.1.4 非法添加剂

由于非法添加剂造成的食品安全问题层出不穷，因此，对食品添加剂剂量的控制和检测至关重要。研究表明，三聚氰胺虽然具有较低的口服急性毒性，但在动物体内过度暴露会导致肾结石。在牛奶中同时使用三聚氰酸和三聚氰胺掺假时，由于它们之间的亲和力较强，毒性也会增强。因此，Deng Xiaojun等[66]利用亲水功能凝胶和阳离子交换混合模式SPE柱，结合高效液相色谱-串联质谱，建立了同时测定鸡蛋、猪肉、乳制品等样品中三聚氰酸和三聚氰胺残留量的方法，可有效地实现未知和阳性样品中三聚氰酸和三聚氰胺的同时检测。合成染料是食品中的一类非法添加剂，其中，罗丹明B和罗丹明6G会引发过敏和哮喘反应，并对皮肤和呼吸道造成刺激。纳米材料由于较大的表面积，可以提供大量的吸附位点，对罗丹明B具有很高的亲和力和吸附能力。因此，Chao Yanhong等[26]合成了磁性纤维状氮化硼复合纳米材料g-BN(x)@SiO2，将其作为吸附剂用于食品样品中罗丹明B和罗丹明6G的同时富集，结合高效液相色谱，建立的检测方法具有良好的重复性、较宽的线性范围（10～1 000 μg/L）以及较低的检测限（2.1～2.8 μg/L）和定量限（6.9～9.2 μg/L）。

另外，混合模式吸附剂还广泛用于食品中微量元素[46]、维生素[67-68]、激素[47,69]、天然抗氧化剂[1]、表面活性剂[70]等物质的检测。

3.2 多类多组分目标物

在实际的食品样品检测中，通常需要测定多类别的有毒有害物质，由于基质复杂，若对其逐类分析不仅过程繁琐且耗时较长。因此，在食品分析中实现多类多目标分析物的同时富集具有重要的实际意义。然而，这些有毒有害物质的结构和性质迥异，给同时萃取带来了很大挑战。

将混合模式吸附剂与高效精确的仪器检测方法相结合是实现食品中多类多残留目标物同时分析的方法之一。采用Oasis MAX吸附剂结合液相色谱-串联质谱法，Chrusch等[71]建立了牛肉和牛肾中3 种不同种类共29 种兽药残留的测定方法。多重质谱检测在克服基质效应方面比液相色谱-串联质谱法具有更明显的优势。Fan Sai等[72]采用高效液相色谱-线性离子阱质谱法，以混合模式强阳离子交换吸附剂Oasis MCX作为样品前处理材料，同时检测了猪肉、猪肝、猪肾中残留的25 种β2-受体激动剂和23 种β-受体阻滞剂。另外，超高效液相色谱-质谱法也具有减少基质干扰的作用。Wang Chengfei等[9]选用商业混合模式阳离子材料MCX作为DSPE吸附剂，利用超高效液相色谱-串联质谱法对鸡蛋中的7 类（磺胺类、喹诺酮类、苯并咪唑类、硝基咪唑类、胸膜多糖类、镇静剂和β-内酰胺类）共78 种兽药进行了同时分析，平均回收率为70.5%～119.2%，日间相对标准差低于17.0%，定量限为0.1～1.0 μg/kg，证明该方法可用于实际食品样品中多类别残留兽药的同时富集和检测。

随着混合模式材料的不断发展，根据目标物的结构和性质，有选择地通过改性来制备混合模式吸附剂是实现多类多组分目标物同时萃取的重要方法。据报道，动物源性食品中的β-激动剂残留会对人类健康造成严重危害。根据分子结构，β-激动剂可分为苯胺型、苯酚型和对苯二酚型。Cao Jiankun等[17]选择了涵盖以上3 类β-激动剂的7 种目标物（特布他林、沙丁胺醇、西马特罗、莱克多巴胺、氯丙那林、克伦特罗和班布特罗），有针对性地制备了SS/PAN NFM作为SPE吸附剂，实现了对猪肉样品中β-激动剂多类多残留的定量测定。Mao Xuejin等[15]合成了含有羟基和芳香基团的MOF材料UiO-66，可以通过氢键和π-π堆积作用为农药分子提供大量的吸附位点；同时具有均匀的微孔，可以有效地排除植物基质中大分子尺寸的干扰物。该团队基于UiO-66建立了DSPE法，对蔬菜中的有机磷和拟除虫菊酯类农药进行了同时富集。Casado等[20]合成了介孔SiO2双官能化材料和并将其作为混合模式吸附剂用于牛肉样品中26 种兽药残留的检测。在酸性条件下，碱性化合物如β-阻断剂、β-激动剂和α-玉米赤霉醇等可与吸附剂的基团发生阳离子交换作用；而酸性化合物如非甾体抗炎药，与吸附剂的—C18或—C8基团产生反相作用。

综上，可以看出混合模式吸附剂在食品基质中的应用越来越广泛。对于单一组分目标物，混合模式吸附剂通过引入多重作用位点来提升与目标分子的相互作用，可以有效提高萃取的选择性；对于不同种类的多目标物，混合模式吸附剂也可以凭借多作用力模式来实现高通量的富集效果。

4 结语

混合模式吸附剂可选择性地富集复杂食品基质中的目标分析物，如食品样品中的农药或兽药残留、痕量重金属离子、天然毒素以及生产加工过程中的非法添加剂等。商业混合模式吸附剂通常是在大孔聚合物的基础上引入离子交换基团，与目标物之间存在反相和离子交换作用。实验室规模的混合模式材料最初是通过改性SiO2和聚合物等载体进行制备，但随着研究的不断深入，一些新兴基质材料如生物炭、金属有机框架、共价有机框架、纳米纤维材料和复合材料等，近年来也广泛应用到混合模式吸附剂的制备中。

根据目标分析物的结构，通过引入不同作用位点制备的混合模式吸附剂可为分析物的萃取提供多重作用力，如氢键、π-π、离子交换、络合、疏水、主客体包合作用等。有关混合模式吸附剂与分析物之间作用机理的研究，目前多数报道的方法是根据吸附前后材料的表征、吸附模型的拟合、萃取中上样溶液pH值的优化等进行综合推断，但有少数研究在此基础上也结合了化学计算的理论研究手段，为混合模式吸附剂保留机理的全面探究提供了有益的借鉴和启示。

混合模式吸附剂可以吸附单一目标物或者结构相近的同类目标物，相关的研究已较为成熟，对于食品基质中多类多组分目标物的同时萃取也有部分研究。然而，随着食品安全标准的不断提高，混合模式吸附剂在食品中的应用还可以在以下几个方面进行改善和创新：1）根据目标物的结构特点，深入研究目标物和吸附剂之间可能存在的吸附机理，有针对性地设计制备混合模式吸附剂以提高对目标物的选择性；2）在食品安全样品前处理中，有关混合模式吸附剂与分析物之间的作用机理，多数研究只停留在理论分析层面。如果结合萃取前后材料的表征结果（如红外光谱和X射线光电子能谱等）以及借助分析物与吸附剂之间的量子化学计算，将会有助于吸附机理的深入研究；3）实现对同一食品基质中不同性质多靶标物（比如重金属离子与有机毒性物质）的同时萃取检测，可以减少样品前处理的操作步骤、缩短分析时间及降低分析成本，将是混合模式吸附剂在复杂食品基质分析方面需要探究的重要方向。