一种基于新型Zn-NFoH吸附剂的快速、可持续的微固相萃取方法，用于检测食品和水样中的微量铅(II)

《Food Chemistry》：A rapid and sustainable dispersive Micro-solid phase extraction method based on a novel Zn-NFoH sorbent for trace Lead(II) determination in food and water matrices

绿色高效检测铅的Zn-NiFe oxyhydroxide纳米材料dμSPE方法研究。通过XRD、BET等表征证实材料具有层状结构和丰富活性位点，优化条件（10 mg, 60 s）实现2.5 μg/L检测限，准确验证通过NIST SRM 1577b等标准样品。

　　

Furkan Uzcan|Abdulhameed Kori|Mustafa Soylak

土耳其开塞利埃尔吉耶斯大学理学院化学系

摘要

本研究提出了一种绿色、快速且高效的检测有毒痕量铅（Pb(II)）的方法，该方法基于一种新型的锌掺杂镍铁羟氧化物（Zn-NFoH）纳米复合材料，在分散微固相萃取（dμSPE）过程中实现高灵敏度检测。通过XRD、BET、FT-IR和FE-SEM技术验证了该吸附剂的纳米结构形态和功能特性。最佳实验条件仅需10毫克吸附剂，提取时间仅需60秒。该方法表现出优异的分析性能，检测限（LOD）低至2.5 μg L^?1，富集倍数为20，相对标准偏差（RSD）低于5.0%。使用认证参考物质（TMDA-64.3和NIST SRM 1577b）对方法的准确性进行了严格验证。该方法已应用于水和可食用肝脏样品中铅(II)的检测。

引言

重金属离子被视为高毒性污染物，经常污染废水，对全球工业界和环境机构构成严重威胁（Akbari & Khezeli, 2025）。这些金属离子因其毒性而对健康构成重大危害（Ahmed et al., 2022; Bilgi? et al., 2025; ?irin et al., 2025）。因此，在环境样品中检测和定量这些有毒元素对分析化学家来说是一个复杂挑战，尤其是因为需要准确测定痕量金属浓度（?a?lar & Saka, 2025; Konan? & Asan, 2025; Sadee & Jameel Ali, 2023）。铅尤其具有毒性，会对人体健康造成严重损害，主要是因为它会对代谢功能产生破坏性影响（Gao et al., 2025）。此外，科学证据证实了铅的致癌性（Dogruyol et al., 2025; Wang et al., 2022）。世界卫生组织（WHO）将饮用水中铅的最大允许浓度定为10 μg L^?1。即使暴露于低于此阈值的铅，长期接触也可能导致严重的健康问题，这凸显了开发高灵敏度检测技术的必要性（Madhavi et al., 2025; Samuel et al., 2021）。

已有多种分析技术用于重金属检测，包括电热原子吸收光谱法（ETAAS）（Khodadadi et al., 2022）、火焰原子吸收光谱法（FAAS）（Khah et al., 2021; Seifpour et al., 2025）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）（Anissa et al., 2023）和电感耦合等离子体光发射光谱法（ICP-OES）（Shaheen et al., 2023）。尽管有这些技术进步，但由于环境样品中重金属浓度通常较低且样品基质复杂，分析仍面临诸多困难。因此，常采用样品富集方法来提高检测灵敏度（Soylak et al., 2021）。例如液-液萃取（LLE）（Khatibi et al., 2022）、浊点萃取（Liu et al., 2021）、化学沉淀（Benalia et al., 2022）和固相萃取（SPE）等方法已被开发出来，用于从各种样品类型中有效分离和浓缩重金属（Badawy et al., 2022; Topuz & Top?akar, 2025）。

SPE作为一种应用广泛的样品制备方法，具有易于操作、操作快速简便以及吸附剂选择多样等优点（Li et al., 2025; Mako? et al., 2020; Saracoglu et al., 2001）。SPE技术的最新进展集中在微型化SPE格式的开发上，使其成为符合绿色分析化学原则的环保方法（Bozseki et al., 2025; Soylak & Yigit, 2015）。其中，分散微SPE因操作简便而备受关注——只需将少量吸附剂直接加入样品溶液中并使其分散在介质中，以最大化吸附剂与目标分析物之间的相互作用面积（Yamini et al., 2019）。常见的分散方法包括涡流混合和超声搅拌，这两种方法都能促进分析物向吸附剂表面的转移（Duman & Soylak, 2024; Xiang et al., 2025）。SPE的多样性还体现在其与多种吸附材料的兼容性上，从而扩展了其应用范围（Soylak et al., 2012）。

镍铁羟氧化物（NFoH）作为一种有效的吸附材料受到关注，因为它具有高表面积、层状结构以及镍和铁离子提供的丰富活性位点。通过控制合成方法获得的多孔结构增强了其吸附能力（Trotochaud et al., 2014）。NiFe羟氧化物对多种无机和有机污染物具有强亲和力，非常适合用于环境修复。其表面的羟基团促进了离子交换、络合和静电吸引等化学作用，这对于从水溶液中高效去除重金属离子和其他有毒物质至关重要。此外，该材料的稳定性、易于功能化和可重复使用性使其成为废水处理和污染物封存过程中可持续且经济高效的吸附剂（Babar et al., 2021; Yan et al., 2017）。

NFoH由于其层状结构和镍铁离子之间的协同作用而表现出良好的吸附性能。为了进一步提高其吸附性能，在NFoH中引入了Zn²⁺离子。锌掺杂策略性地增加了材料的表面积、孔隙率和活性位点数量。锌的存在改变了电子环境和表面电荷分布，从而增强了与污染物的相互作用并提高了离子交换效率。此外，锌的加入还提高了羟基矩阵的热稳定性和结构稳定性，减少了聚集并改善了在水介质中的分散性（Han et al., 2019; Jung et al., 2023）。

为应对复杂基质中痕量Pb²⁺检测的分析挑战，本研究开发了一种使用锌掺杂镍铁羟氧化物（Zn-NFoH）纳米材料的分散微固相萃取（dμSPE）方法。锌的引入旨在增强表面功能和活性位点的可用性。主要目标是利用这种吸附剂的独特性质，开发出超快速（总提取时间60秒）且环保（仅需10毫克吸附剂）的检测方案，以满足高通量样品制备的需求。通过系统优化关键实验参数（如pH值、吸附剂用量、吸附/解吸接触时间、洗脱液体积和基质效应），最大化了提取效果。该方法与高分辨率连续光源火焰原子吸收光谱法（HR-CS FAAS）结合使用，实现了灵敏度和准确的定量分析。使用认证参考物质（NIST SRM 1577b牛肝和TMDA-64.3）进行验证，确认了该方法的有效性和适用性，检测限和定量限分别为2.5 μg L^?1和8.2 μg L^?1。锌掺杂的镍铁羟氧化物-分散微固相萃取（Zn-NFoH@dμSPE）方法为环境样品中铅含量的监测提供了一种稳健、快速且有效的预处理策略。

仪器设备

重金属的分析检测使用ContrAA-800火焰原子吸收光谱仪（Analytik Jena，德国耶拿）进行，该仪器配备了集成氙弧灯。该精密仪器配备双单色仪，包括棱镜预单色仪和高分辨率连续光源，旨在提高光谱分辨率。所有铅（Pb-II）的测量均在283.3 nm的主要分析波长下进行。

材料表征

图1(a)显示了Zn-NFoH的X射线衍射（XRD）图谱。衍射图谱证实了结构的形成，未观察到ZnO或ZnFe?O?等次要相，表明锌成功掺入了镍铁基质中。

在低角度区域（15–20°）观察到的宽而强烈的衍射峰是羟氧化物（003）反射的特征，表明形成了有序的层状结构。

结论

本研究详细描述了一种新型锌掺杂镍铁羟氧化物（Zn-NFoH）吸附剂的合成和应用，该吸附剂基于绿色化学原理设计，用于铅(II)的富集。在确认其结构特性后，通过dμSPE方法进行了测试，结果显示该方法具有优异的分析性能。其环保特性体现在仅需10毫克吸附剂和1分钟的提取时间即可完成检测，且准确度高。

作者贡献声明

Furkan Uzcan：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学研究。Abdulhameed Kori：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学研究。Mustafa Soylak：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。