在科学中，重金属是指一类由于低剂量下具有毒性作用、同时具有高原子质量和密度的金属元素（Gurmen等人，2024年；Li等人，2023年）。最具毒性的重金属包括砷、汞、铅和镉。这些金属作为污染物在土壤、水和活细胞中积累。由于它们在环境中的长期存在、毒性以及在生物体内的积累，铅和镉对环境和公共健康构成了重大威胁（Rasin等人，2025年；Soylak，1998年）。它们可以进入食物链，对人类和动物产生负面影响（Ravansalar等人，2025年；Xu等人，2022年）。
铅是人类已知最古老的金属之一，自人类诞生以来就存在。它曾被用于油漆、管道、焊料和燃料；然而，自20世纪70年代以来，其使用量逐渐减少。另一方面，镉最早是在19世纪初被发现的，通常归功于Friedrich Stromeyer在研究碳酸锌矿物时的发现（Nordberg & Nordberg，2022年）。随着锌和铅采矿的发展，镉的制造也得到了扩展，其在电镀、颜料、塑料稳定剂和镍镉电池等工业领域的应用在20世纪得到了加速（Upadhyay，2024年）。在高使用量时期，由于环境控制不严，导致了广泛的污染和健康问题，因此需要更严格的限制和深入的毒理学研究（R. Zhou等人，2024年）。
镉和铅是非常有毒的元素，它们的积累会导致一系列健康问题（Farias等人，2024年；Manousi等人，2023年）。镉是一种累积性肾毒素，长期暴露会导致骨软化、近端肾小管功能障碍和骨折风险增加（Galvez-Fernandez等人，2021年；Rasin等人，2025年）。日本著名的Itai-itai病就是由于灌溉水受到镉污染引起的。镉的危害随着时间的推移而增加，尤其是在肾脏皮质和肝脏中，这与其较长的生物半衰期有关。镉暴露还可能与心血管代谢紊乱和癌症有关，尽管这些关联的程度取决于暴露水平（Jagirani等人，2022年；Kataoka, Miyata等人，2024年；Naksen等人，2022年；Rasin等人，2025年）。铅对所有生物都有害，尤其是对发育中的神经系统有特别严重的损害。即使在婴儿中，少量的铅暴露也会导致生长迟缓、行为问题以及认知能力下降。铅还会导致高血压、肾功能障碍和生殖能力受损。铅会干扰血红素的生物合成，产生氧化应激，并干扰神经递质的释放和细胞内通讯，类似于钙和其他必需的二价阳离子（Chookaew等人，2024年；Farias等人，2024年；Rasin等人，2025年）。
镉和铅也对环境有害。镉会减缓蛋白质合成，干扰代谢过程，并抑制细菌和真菌的生长（Anzar等人，2024年）。铅在某些浓度下具有毒性，可以增强细菌或真菌的活性，这解释了某些物种中铅含量较高的原因。这两种金属都会引起氧化应激，影响基因活性，并损害多种物种的生物过程，表明它们对环境和生态系统的持久影响（Shahzad等人，2024年）。因此，镉和铅既是工业发展的遗产，也是环境破坏的象征（Galvez-Fernandez等人，2021年）。它们的持久性、生物累积性和高度毒性使它们成为监测的重点污染物，以保护环境和公共健康（Mo等人，2024年）。
使用样品预处理策略（如样品制备步骤），可以实现低检测限和低基质效应，从而在食品和水样中测量镉和铅的浓度（Farias等人，2024年）。因此，实际样品中的测量需要一种简单、环保且快速的提取技术来分离样品基质并提高分析方法的灵敏度。符合绿色分析化学的方法，已经引入了几种微萃取技术和程序，以减少样品体积和溶剂消耗，同时提高效率并适应自动化分析（Swebocki等人，2023年）。这些程序包括微固相萃取（μSPE）、分散型μSPE、磁固相萃取（MSPE）和固相微萃取（SPME）（Hua等人，2025年；Saeedi等人，2025年）。μSPE是一种创新且易于使用的制备技术，它将分离、预浓缩和脱附结合在一个过程中。它具有多种优点，如提取效率提高、样品使用量减少以及溶剂消耗和处置成本显著降低（Kataoka, Ishizaki等人，2024年）。
火焰原子吸收光谱法（FAAS）常用于重金属的测量。它可以测定多种重金属，如Cd(II)和Pb(II)。这种分析技术常用于测量食品、水、土壤、空气和生物样品中的镉和铅。当FAAS与μSPE结合使用时，可以显著提高痕量金属分析的灵敏度和选择性。这种组合有助于有效的预浓缩和基质去除，确保对环境和食品样品中极低浓度Cd(II)和Pb(II)的准确测量（El?i等人，2000年；Geng等人，2026年；Ghaedi等人，2009年；Shkir，2022年）。
Li?Fe?O?/ND–COOH是一种创新的纳米复合材料，将尖晶石锂铁氧体与羧基化纳米钻石结合在一起。这种复合材料结合了铁氧体的磁性和ND–COOH的高表面活性及官能团。Li?Fe?O?纳米颗粒具有强磁性，在外部磁场的作用下能快速从样品溶液中分离出来。同时，ND–COOH含有羧基和羟基，使其更有效地吸附金属离子（Gharbi等人，2025年）。纳米级形状提供了更大的表面积和活性位点，从而提高了萃取效率（Abdel-Galil等人，2021年）。Li?Fe?O?/ND–COOH通过多种物理化学机制协同作用。静电吸引起着重要作用，因为ND–COOH上的负电荷氧基团可以与水溶液中的正电荷Cd(II)和Pb(II)离子相互作用。当金属离子与ND–COOH上的羟基中的供体原子结合时，还会发生表面络合，生成稳定的螯合物。此外，还有离子交换机制参与其中。在复合材料表面，Cd(II)和Pb(II)可以取代纳米复合材料表面的可交换阳离子（如Li?和Fe2?/Fe3?）（Soon等人，2022年）。Li?Fe?O?核心通过引入表面羟基来增强吸附过程，这些羟基可以螯合其他金属，从而在萃取后促进吸附剂的磁回收（Zhang等人，2023年）。
在这项工作中，首次将Li?Fe?O?/ND–COOH纳米复合材料作为吸附剂用于涡流辅助的磁微固相萃取（VA-m-μSPE）分离Pb(II)和Cd(II)。工作假设是，将磁性锂铁氧体核心与羧基化纳米钻石结合，可以产生一种协同界面，增强金属离子的吸附并实现快速磁分离（Majeed等人，2023年）。Li?Fe?O?组分提供超顺磁行为，实现快速高效的相分离，而ND–COOH壳层提供丰富的含氧官能团（–COOH和–OH），作为活性结合位点。Pb(II)和Cd(II)主要通过静电吸引、表面络合/螯合以及氢键辅助相互作用被保留。纳米钻石壳层的高表面积增加了可接触的结合位点密度，加速了质量传递，而铁氧体核心则确保了吸附剂的快速磁回收。快速的质量传递和多个活性位点的存在提高了Pb(II)和Cd(II)的选择性吸附，从而减少了共存基质组分对FAAS/GF-AAS/ICP-MS测量的干扰。
