利用Schiff碱网络-1功能化的磁性海泡石，在环境和食品样本中同时快速富集非甾体抗炎药（NSAIDs）和对羟基苯甲酸酯（parabens）

《Journal of Chromatography A》：pH-mediated simultaneous and fast enrichment of NSAIDs and parabens in environmental and food samples using Schiff base network-1 functionalized magnetic sepiolite

非甾体抗炎药与对苯甲酸酯类同时高效富集策略及吸附机制研究，通过酸性pH调控实现分子形态共富集，利用电荷辅助氢键及疏水/π-π堆积作用，开发磁性海泡石-Schiff碱网络复合材料MSEP@SNW-1，具有3分钟快速吸附、九次循环回收率＞85%及HPLC-UV联用高灵敏度（LOD 0.03-0.51 μg/L）特性，适用于复杂基质中痕量药物残留监测。

徐良涛|周伟|王欣|刘友平|狄鑫

沈阳药科大学药学院，中国辽宁省沈阳市文华路103号，110016

摘要

由于非甾体抗炎药（NSAIDs）和对羟基苯甲酸酯（PBs）对生态系统和人类健康的危害，同时分析这两种物质至关重要。然而，由于它们的酸解离常数差异较大，同时高效地富集PBs和NSAIDs颇具挑战性。本文构建了一种新型Schiff碱网络-1（SNW-1）功能化的磁性海泡石纳米复合材料（MSEP@SNW-1），并将其用作磁性固相萃取（MSPE）吸附剂，以实现NSAIDs和PBs的同时高效富集。通过将样品溶液调节至酸性pH值，NSAIDs和PBs均转化为分子形式，同时吸附剂带有正电荷，从而能够使用单一的MSEP@SNW-1吸附剂实现它们的共富集。MSEP@SNW-1对所有目标分析物表现出优异的吸附能力和快速吸附动力学（吸附时间为3分钟）。研究表明，电荷辅助的氢键作用、疏水作用和π-π堆叠相互作用是主要的吸附机制。值得注意的是，MSEP@SNW-1具有出色的重复使用性，即使经过九次循环后，其回收率仍保持在85%以上。随后，结合MSEP@SNW-1介导的MSPE与HPLC-UV开发了一种灵敏的分析方法，用于环境水和牛奶中PBs和NSAIDs的同时定量分析。该方法获得了优异的线性响应（R² > 0.9975）、高灵敏度（LODs：0.03-0.51 μg L^-1）和满意的加标回收率（80.2-108.6%）。本研究为复杂基质中PBs和NSAIDs的痕量监测提供了一种可靠且富有前景的策略，并提出了一种设计和应用功能化材料以同时富集多种分析物的新概念。

引言

药品和个人护理产品（PPCPs），包括抗炎药、抗生素和防腐剂，由于其可能对人类健康和生态系统造成的危害，引起了全球越来越多的关注[[1], [2], [3]]。非甾体抗炎药（NSAIDs）是PPCPs中的一个重要类别，广泛用于缓解人类和动物的疼痛和炎症[4]。由于大规模使用，NSAIDs已在水生系统和动物源性产品中被检测到[[5], [6], [7]]。即使在低浓度下，NSAIDs也可能导致不良影响，如肾脏毒性、胃肠道溃疡和心血管疾病[8,9]。对羟基苯甲酸酯（PBs）是另一类主要的PPCPs，因其低成本、广谱活性和化学稳定性而被广泛用作食品、化妆品和药品中的防腐剂[[10], [11], [12]]。因此，大量PBs被释放到水生系统中，并可能通过食物链进入人体[13,14]。研究表明，PBs具有内分泌干扰、DNA氧化损伤和乳腺癌等有害影响[[15], [16], [17]]。此外，NSAIDs和PBs在环境和食品中的共存现象也经常被记录到，这引发了对其联合暴露可能产生的协同毒性效应的担忧[18]。因此，建立一种高效且高灵敏度的分析方法以同时测定环境和食品基质中的这两种物质具有重要意义。

目前，高效液相色谱（HPLC）结合多种检测平台仍是检测PBs和NSAIDs的主要技术[19,20]。然而，由于实际样品中的复杂基质干扰以及这些分析物的低残留浓度，直接仪器分析仍然具有挑战性。因此，在HPLC分析之前进行有效的样品预处理对于准确定量PBs和NSAIDs是不可或缺的[21]。在各种技术中，MSPE因其高提取效率、操作简便性、易于分离相以及低有机溶剂消耗量而备受青睐[22,23]。然而，由于PBs和NSAIDs的酸解离常数（pKa）存在显著差异，同时富集这两种物质仍然具有挑战性。PBs的pKa约为9，而NSAIDs的pKa范围为3至5。因此，在典型的接近中性的实际样品中，PBs主要以中性分子形式存在，而NSAIDs大多以阴离子形式存在。这种存在形式的差异导致与吸附剂的相互作用要求不同，使得开发同时适用于PBs和NSAIDs的吸附剂变得复杂。值得注意的是，当溶液pH值低于NSAIDs的pKa值时，化合物倾向于以分子形式存在。因此，将样品pH值调节至低于NSAIDs的pKa值（pH < 3）可以将PBs和NSAIDs转化为分子形式。在这种状态下，它们结构中的芳香环和疏水区域完全暴露，从而可以通过单一吸附剂实现疏水作用和π-π堆叠相互作用的同时富集。此外，NSAIDs和PBs都含有丰富的氢键受体，这些受体已被证明能与带正电荷的基团形成强电荷辅助的氢键（CAHB）作用[24,25]。因此，推测带有正电荷基团、π-共轭体系和疏水结构的吸附剂可能通过CAHB、疏水作用和π-π堆叠相互作用的协同机制实现PBs和NSAIDs的高效同时富集。

Schiff碱网络-1（SNW-1）是一种由三聚氰胺和对苯二甲醛缩合而成的新兴多孔材料。由于其较大的比表面积、丰富的吸附位点以及良好的化学和热稳定性，SNW-1作为样品预处理吸附剂受到了广泛关注[[26], [27], [28]]。通常，SNW-1对芳香化合物具有优异的吸附能力，这得益于其芳香框架，使得疏水作用和π-π堆叠相互作用成为可能。此外，SNW-1含有丰富的仲胺基团，在酸性条件下可以质子化[29]，从而与氢键受体形成强CAHB作用。由于PBs和NSAIDs都含有苯环和氢键受体，并且它们在酸性条件下可以同时富集，因此SNW-1被认为是通过协同的疏水作用、π-π堆叠和CAHB作用高效共提取PBs和NSAIDs的最佳候选材料。然而，纳米级的SNW-1由于其高表面能容易在水溶液中聚集，导致分散性降低、可接触表面积减少和吸附性能下降[30]。将SNW-1负载到合适的载体上已被证明可以有效克服这一限制[31]。海泡石（SEP）是一种天然丰富的粘土矿物，具有纤维状形态[32]，是一种理想的载体。其高长径比表面有助于SNW-1的均匀分散和稳定负载，有效抑制聚集。此外，SEP的内在隧道结构和丰富的硅醇（Si-OH）基团不仅促进了质量传递，还引入了额外的吸附位点，从而提高了SNW-1的吸附动力学和效率[33]。

本文首先制备了磁性海泡石（MSEP），然后在其表面负载SNW-1，构建了一种新型磁性纳米复合材料（MSEP@SNW-1）。MSEP@SNW-1结合了磁性纳米粒子的快速分离、SNW-1的高吸附能力和SEP的抗聚集性能，使其可作为MSPE吸附剂用于PBs和NSAIDs的同时富集。酸性样品条件对于这种共提取至关重要，因为它们促进了SNW-1中仲胺基团的质子化，生成了与目标分析物形成强CAHB作用的正电荷位点。通过提取实验、密度泛函理论（DFT）计算和一系列表征技术系统研究了吸附机制。在优化条件下，建立了使用MSEP@SNW-1的MSPE-HPLC-UV方法，用于分析环境水和牛奶中的PBs和NSAIDs。这项工作首次尝试使用单一吸附剂同时提取PBs和NSAIDs。

试剂、化学品和仪器

关于化学品、试剂和仪器的详细信息见补充信息。

MSEP的合成

MSEP的制备基于之前的报道，并进行了一些修改[34]。首先，将SEP在150 °C下干燥1小时。然后，分别将3.1 g FeCl₃·6H₂O和2.4 g FeSO₄·7H₂O溶解在50 mL双蒸水中。随后，向FeCl₃·6H₂O溶液中加入1.5 g预处理的SEP，并在60 °C下搅拌1小时。接着，将FeSO₄·7H₂O溶液缓慢加入上述混合物中

MSEP@SNW-1的表征

使用TEM观察了SEP、MSEP和MSEP@SNW-1的形态特征。如图2a所示，SEP呈现出沿纤维方向排列的针状纤维结构。经过Fe₃O₄修饰后，SEP保持了原有的形态而没有塌陷，同时有许多球形纳米颗粒附着在SEP表面（图2b）。从图2c可以看出，SEP纤维和Fe₃O₄纳米颗粒上形成了明显的聚合物涂层，证实了修饰的成功

结论

在本研究中，合成了一种新型SNW-1功能化的磁性海泡石纳米复合材料（MSEP@SNW-1），作为MSPE吸附剂，证明了其在同时富集四种PBs和四种NSAIDs方面的实际应用性。MSEP@SNW-1表现出优异的性能，包括强烈的磁响应、出色的重复使用性、高吸附能力和对所有八种目标分析物的快速吸附动力学。通过将样品溶液调节至酸性pH值，实现了

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报道的工作。