《Microchemical Journal》：The role of solid phase extraction and solid phase microextraction techniques based on the aerogel sorbents in food samples analysis. A comprehensive review
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气凝胶因高比表面积、选择性吸附和环保特性，在食品基质痕量分析中SPE/SPME技术中的应用显著提升检测灵敏度，2020-2025年研究聚焦材料开发与集成现代分析仪器，但存在成本高、稳定性待优化等问题。
Vahid Jalili | Mehdi Ahmadi | Milad Abbasi
伊朗萨韦赫医科大学职业健康工程系，萨韦赫健康决定因素研究中心
摘要
样品制备被认为是检测复杂基质中微量目标分析物最关键的步骤。气凝胶具有出色的性能，包括低密度、多孔结构、高表面积、优异的吸附能力和良好的热稳定性，使其适合作为样品制备的萃取介质。近年来，气凝胶吸附剂在样品制备技术中的应用显著增加。本文综述了2020年以来气凝胶在固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）中用于分离和富集复杂食品基质中微量化合物的分类、发展及应用情况。文中详细描述了最常用的气凝胶吸附剂类型，并讨论了其在食品样品分析中的应用挑战及进展。此外，还探讨了基于气凝胶的萃取技术与现代分析仪器的结合，强调了这些技术在提升食品安全和质量评估方面的潜力。
引言
确保食品的安全性和质量是一个重要的全球性挑战，它影响着公共卫生、监管标准和消费者信心。从农田到超市货架，食品的整个过程涉及多个环节，每个环节都需要对农药、重金属、微生物残留物和掺杂物等污染物进行严格检测[1]。样品制备是样品分析中的关键步骤，其主要目的是在样品进行检测之前简化样品处理并消除基质干扰。常用的样品制备技术包括固相萃取（SPE）和固相微萃取（SPME）。选择合适的萃取相对于提高SPE和SPME的效率至关重要。吸附剂在化合物的采样和分析中起着重要作用，选择合适的吸附剂或吸附剂组合对于有效分析目标分析物至关重要[2][3]。所选吸附剂必须足够稳定，能够在采样过程中保留目标分析物，并在解吸过程中将其完全释放。商业吸附剂（如聚二甲基硅氧烷、羧基苯等）常用于各种化合物的采样。为了提高萃取效率并克服传统商业吸附剂的局限性（如蒸汽容量有限），目前的研究重点在于合成纳米结构材料（如气凝胶）[4][5]。纳米材料和多孔物质的最新进展将基于气凝胶的萃取技术引入食品分析化学领域，成为一种变革性的方法。气凝胶是一种超轻、高孔隙率且表面积大的材料，能够从水果、蔬菜、乳制品和肉类等复杂食品基质中选择性地捕获多种分析物，从而实现更高效的萃取过程，减少溶剂使用量，缩短分析时间，并提高检测限。在新型材料中，气凝胶脱颖而出，与水凝胶和纳米乳液并驾齐驱[6][7]。气凝胶的研究始于1931年，当时Steven Kistler发现了将硅胶转化为气凝胶的方法。Kistler通过提高温度和压力超过其临界点，使气体取代了凝胶中的液体颗粒。他制备的气凝胶包括基于硅胶、氧化锡和纤维素的产品。尽管气凝胶的生产已有近百年历史，但其商业化应用是在最近几代才逐渐兴起的。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将气凝胶定义为在气体（主要是空气）环境中形成非流体结构的胶体颗粒网络[8][9]。使用气凝胶吸附剂的SPE和SPME技术标志着样品制备方法的重要进展，这些独特特性使得萃取更加高效，同时减少了其他物质的干扰，广泛应用于环境监测、药物分析和食品安全检测。为了评估食品安全并维护公共卫生标准，食品产品需要接受污染物、添加剂和残留物的检测。气凝胶吸附剂的应用有助于识别农产品中的有害物质，如农药和霉菌毒素。近期文献中有多篇文章探讨了气凝胶在食品样品分析中的吸附作用[10][11][12]。如图2所示，不同的SPE和SPME模型采用了气凝胶吸附剂来分析食品样品。尽管气凝胶吸附剂在食品样品分析中的应用日益增多，但目前尚无关于这一主题的综合性综述文章。因此，本文重点介绍了2020年至2025年间气凝胶在SPE和SPME技术中的关键作用，以及其在样品采样和分析中的重要性。气凝胶的历史发展、当前应用及未来潜力突显了其在推动分析方法进步方面的作用。随着该领域研究的不断深入，气凝胶将在提高食品分析的准确性和效率方面发挥重要作用，最终提升食品安全和质量。
气凝胶吸附剂的基础知识与类型
气凝胶的制备过程涉及去除凝胶结构中的液体部分。这一现象的典型例子是水凝胶的脱水过程。气凝胶的结构需要一个有序的多孔固体框架来满足其定义要求。制造气凝胶时使用的具体干燥方法决定了其结构特性、功能与机械性能以及物理化学性质。
基于气凝胶的SPE在食品样品分析中的应用
分析化学技术已经发展到能够检测复杂基质中的微量分析物。通常，样品在检测前需要预处理以获得灵敏的分析结果。虽然样品制备过程容易出错，但它是一个关键步骤，能够实现全面分析。适当的预处理可以有效去除干扰杂质，显著富集分析物，并提高分析过程的灵敏度和选择性[65][66][67]。
纤维固相微萃取
固相微萃取（SPME）最初是由Pawliszyn等人开发的，用于多种化学化合物的样品制备。该技术的优点包括无需溶剂、可重复使用、成本低廉以及缩短分析时间。SPME的自动化潜力及其与其他分析技术的集成尤为显著。迄今为止，SPME方法已经检测出了多种化合物。
气凝胶与传统吸附剂的对比
基于硅胶的气凝胶因其在复杂食品系统中的高比表面积、介孔可调性和化学稳定性而成为食品分析中最受研究的吸附剂类型。最新研究表明，它们已被用于从谷物、果汁和乳制品中分离农药残留物、霉菌毒素和兽药，由于表面功能化处理，对目标分析物的选择性得到了提升。
挑战与未来展望
尽管气凝胶吸附剂在食品化学中的SPE和SPME技术中具有巨大潜力及广泛应用，但仍存在一些限制和挑战。本节将详细阐述这些挑战，并提出未来研究如何克服这些障碍，以进一步增强气凝胶在食品工业中的实际应用。
结论
SPE和SPME技术因其高灵敏度、简便性和有效性而备受关注，尤其是在食品样品分析领域。这些方法通常不需要过滤或离心，仅需少量有机溶剂。当与色谱方法结合使用时，它们为全球研究人员提供了多种独特的萃取方法和优化技术。
作者贡献声明
Vahid Jalili：撰写——综述与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、方法论设计、研究实施、概念构建。
Mehdi Ahmadi：软件开发与资源协调。
Milad Abbasi：数据整理与正式分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
