一种使用移液器尖端进行微固相萃取的方法，结合紫外-可见光谱（UV–Vis）和电感耦合等离子体质谱法（ETAAS），用于测定水和食品样品中亚微克级别的铜含量

《Microchemical Journal》：A pipette-tip micro solid-phase extraction combined with UV–Vis and ETAAS for submicrogram copper determination in water and food samples

【字体：大中小】 时间：2026年02月17日 来源：Microchemical Journal 5.1

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　　微固相萃取法联用UV-Vis与ETAAS检测技术实现铜的高效灵敏分析，通过統一前处理流程在C8吸附剂上富集Cu(I)-neocuproine络合物，适用于环境水样、饮用水及食品检测，检出限低至0.04 μg/L，验证方法准确性及绿色化学特性，但存在非自动化及多元素分析局限。

Serhii Zaruba | Ingrid Hagarová | Miroslava Ihnátová | Vasil Andruch

分析化学系，化学研究所，帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学科学学院，科希策，SK-04154，斯洛伐克共和国

摘要

开发简单且成本效益高的痕量铜测定方法对于环境和食品分析至关重要。本文介绍了一种基于移液器尖端微固相萃取（PT-μSPE）的铜测定方法，该方法结合了分光光度法（UV–Vis）和电热原子吸收光谱法（ETAAS）进行检测，采用统一的萃取方案。Cu(II)在抗坏血酸的作用下还原为Cu(I)，并与 Neo-Cuproine 形成有色复合物，该复合物被预先浓缩在 8 mg 的疏水性吸附剂上；随后用 200 μL 的甲醇-醋酸缓冲液混合物进行洗脱。UV–Vis 和 ETAAS 方法的样品体积分别为 6 mL 和 5 mL。校准范围分别为 8.9–203 μg L^?1 和 0.2–5.0 μg L^?1 Cu，R² 值分别为 0.9998 和 0.9999。检测限分别为 2.1 μg L^?1（UV–Vis）和 0.04 μg L^?1（ETAAS），这表明该统一方案能够通过使用 ETAAS 检测达到亚微克浓度水平，而无需额外的样品处理或重新优化。该方法已成功应用于环境水、饮用水以及食品样品（咖啡豆和果汁）中。其准确性通过使用认证参考物质和加标回收实验得到了验证。所提出的 PT-μSPE 方法是一个适用于 UV–Vis 和 ETAAS 的统一预浓缩平台。该方法是否符合绿色分析化学的原则通过 AGREE 方法进行了评估。不足之处在于该方法尚未实现自动化，且不支持多元素分析。改进这些缺陷可以扩展该方法的能力，简化分析过程，从而使其更加环保。

引言

铜是已知最古老的元素之一，主要以矿石的形式存在于自然界中。由于其独特的性质，铜在电气工程、机械工程、建筑、运输、化工和珠宝等多个行业中得到了广泛应用。铜在化合物中的典型氧化态为 +2 和 +1，尽管也存在其他氧化态的化合物[1]。铜是许多生物过程中的关键元素。人类获取铜的来源是各种食物，但铜的缺乏或过量都可能对人体有害。根据欧盟指令 2020/2184/EC 关于人类饮用水质量的规定，饮用水中的铜含量限值为 2.0 μg L^?1[2]。

目前已有多种铜的测定方法[3]。鉴于新开发的程序需要符合绿色分析化学的要求，本文主要关注微萃取技术。对过去两年发表的相关文献进行快速分析后发现，基于液体和吸附剂的微萃取方法使用频率大致相当。在四分之三的案例中，火焰原子吸收光谱法（FAAS）被用作检测技术，而其他光谱技术（如电热原子吸收光谱法（ETAAS）、电感耦合等离子体-光学发射光谱法（ICP-OES）和分光光度法（UV–Vis）的使用频率较低。最常分析的样品是各种类型的水和其他水样（如果汁和茶），尽管食品、植物样品和技术样品也不少见。

微萃取技术的优势显而易见；然而，无论是液相微萃取还是固相微萃取技术，预浓缩后获得的样品量都非常少，这需要使用特殊的测量技术和方法将微量样品引入分析仪器进行定量[4]。

由于实际应用中需要测定非常低浓度的铜，因此使用原子吸收检测技术是一个很好的选择[5]。不过，我们不应忽视历史悠久的分光光度法，尽管有些人认为这是一种过时的技术[6]。分光光度法在分析实验室中仍然被广泛且成功地使用，而且随着新仪器和改进技术的出现，这一技术正在经历某种程度的复兴[7]。

将固相萃取（SPE）引入该方法可以提高铜的原子光谱测定的选择性和灵敏度[5]，类似的结论也适用于液相微萃取技术。但需要注意的是，液相微萃取（LPME）技术可能存在一些缺点和局限性，尤其是在收集少量萃取物时，而“填充”型 μSPE 技术（如移液器尖端微固相萃取（PT-μSPE）通常不会出现这些问题。

本研究的目的是开发一种新的 PT-μSPE 方法，用于环境水样、饮用水和食品样品中铜（以 CuNc 复合物形式存在）的预浓缩。该方法首先使用抗坏血酸将 Cu(II) 还原为 Cu(I)，然后利用置于移液器尖端的疏水性 C8 吸附剂进行 CuNc 的形成和萃取，随后通过 UV–Vis 和 ETAAS 进行检测。这是首次将 Neo-Cuproine 用于铜的选择性螯合，以形成有色复合物。这种方法具有双重优势：一方面形成了 UV–Vis 检测所需的有色复合物，另一方面对疏水性吸附剂表面具有高亲和力。这使得该预浓缩步骤适用于 UV–Vis 和 ETAAS 两种检测方法，并能够检测到亚微克级别的铜浓度。所开发的 PT-μSPE 方法具有灵活性，可以与两种不同的检测技术（UV–Vis 和 ETAAS）结合使用，从而覆盖两个数量级不同的浓度范围，且无需重新优化萃取条件。

实验部分

化学品和试剂

除非另有说明，所有使用的化学品和溶剂均为分析级。整个实验过程中使用的是超纯水（18.2 MΩ·cm）。以下试剂未经额外纯化直接使用：CuSO₄ × 5H₂O（Centralchem，斯洛伐克）、抗坏血酸（Sigma-Aldrich，英国）、Neo-Cuproine（Nc）（Lachema，捷克共和国）、乙腈（Merck，德国；Centralchem，斯洛伐克）、乙醇（Merck，德国；Centralchem，斯洛伐克）、H₂SO₄（Centralchem，斯洛伐克）

PT-μSPE 适宜实验条件的研究

最初使用 UV–Vis 检测对 PT-μSPE 方法的主要参数进行了优化。随后使用 ETAAS 检测进行的回收测试证实，针对 UV–Vis 优化的条件也适用于 ETAAS，铜的回收率约为 100%。因此，无需对 PT-μSPE 方法进行额外的 ETAAS 检测优化。

结论

本文首次开发了一种用于痕量铜测定的 PT-μSPE 方法，该方法结合了两种检测技术。在几乎相同的化学和萃取条件下，统一应用了预浓缩方案，有效消除了重新优化的需要，显著减少了方法开发的时间和成本。同时，该方法还采用了更灵敏和更具选择性的 ETAAS 检测技术。

资助与致谢

本项目由欧盟 NextGenerationEU 通过斯洛伐克的恢复与韧性计划（项目编号 09I03–03-V01–00043）资助。V. A. 感谢斯洛伐克教育、科学、研究与体育部的科学资助机构（VEGA 1/0142/25）的支持。S.Z. 感谢帕沃尔·约瑟夫·沙法里克大学在她的博士后期间提供的支持。

作者贡献声明

Serhii Zaruba：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、资源准备、方法学研究、资金申请、数据分析、概念构思。 Ingrid Hagarová：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、数据分析。 Miroslava Ihnátová：初稿撰写、实验研究。 Vasil Andruch：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写。