在通过HPLC-MS检测之前，利用羟基官能化的共价有机框架对具有内分泌干扰作用的双酚类化合物进行富集处理

《Journal of Chromatography A》：The enrichment of endocrine-disrupting bisphenols by hydroxyl-functionalized covalent organic framework prior to detection by HPLC-MS

检测水中双酚类化合物的敏感方法研究，通过合成羟基功能化共价有机框架(TD-COF)材料，结合固相萃取-高效液相色谱-质谱联用技术，建立了双酚A、双酚B、双酚S、双酚F的检测方法，检测限达0.03-3.5 ng g?1，回收率87%-107%，相对标准偏差4%-6.5%。

李宗凯|王小青|王倩倩|李志|吴秋华|王春

河北农业大学理学院，保定 071001，中国

摘要

内分泌干扰性双酚类物质作为内分泌干扰化学物质，对人类内分泌系统构成重大风险。开发准确且高灵敏度的检测方法以检测食品中微量双酚类物质对于确保食品安全和预防健康风险至关重要。本文采用4,4′,4′'-三氨基三苯甲烷和3,3′-二羟基-[1,1′-联苯]-4,4′-二羧醛作为单体，合成了一个羟基功能化的共价有机框架（TD-COF）。与不含羟基的COF相比，TD-COF对双酚类物质的吸附能力更强，这主要归因于氢键和π-π相互作用的存在。通过结合高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）技术和基于TD-COF的固相萃取技术，建立了一种用于分析河水和鸡肉中四种双酚类物质的方法。在最佳条件下，该方法表现出较低的检测限（河水：0.03-0.15 ng mL^-1，鸡肉：1.4-3.5 ng g^-1）、令人满意的加标回收率（河水：87.0-107%，鸡肉：88.5-105%）以及良好的相对标准偏差（河水：4.5-6.5%，鸡肉：4.0-5.7%）。

引言

内分泌干扰性双酚类物质作为能够改变人体激素水平的内分泌干扰化学物质[1]，可以在人体和环境中逐渐积累并持续存在[2]。值得注意的是，像双酚S、双酚F、双酚A和双酚B这样的内分泌干扰性双酚类物质由于在日常产品（如农产品、个人护理产品、塑料制品等）和食品中的普遍存在而受到了广泛关注[3]、[4]、[5]。长期接触这些双酚类物质可能导致多种健康问题，包括性发育过早或延迟、癌症、生殖系统紊乱和免疫疾病[6]、[7]、[8]。欧盟规定的双酚A在食品中的最大残留限量为0.05 mg kg^-1[9]。因此，迫切需要开发高效、高灵敏度的方法来分析微量内分泌干扰性双酚类物质，以确保环境和食品安全。

早期，人们使用配备紫外（UV）或荧光（FLD）检测器的液相色谱（LC）来检测双酚类物质。然而，UV的灵敏度和选择性较低。尽管FLD具有较高的灵敏度，但对双酚类物质的选择性仍然较低[10]。因此，人们开发了GC-MS来提高双酚类物质检测的灵敏度和选择性。然而，衍生化过程大大延长了分析时间，限制了其广泛应用[11]。因此，高选择性的LC/MS成为双酚类物质分析的标准方法[12]。然而，由于双酚类物质的微量浓度和样品基质的复杂性，对其的灵敏分析颇具挑战性。因此，在色谱分析之前进行适当的样品预处理至关重要。通过样品预处理可以有效富集低浓度的内分泌干扰性双酚类物质并减少基质干扰。常见的样品预处理方法包括固相萃取（SPE）[13]、磁固相萃取[14]、液-液萃取[15]、分散液-液微萃取[16]和分散固相萃取[17]。SPE是一种成熟的样品预处理技术，因其抗基质干扰、增强富集效果、操作简便可行、成本低廉和自动化程度高而广泛应用于复杂基质样品中的目标物质富集[18]。

SPE的选择至关重要，因为它直接决定了SPE的性能，包括选择性和检测限。目前，已有多种材料被广泛用作双酚类物质吸附的吸附剂，包括碳基材料[19]、共价有机框架（COFs）[20]、金属有机框架[21]和分子印迹聚合物[22]。其中，COFs是一类多孔晶体材料，由C、B、N、O等轻元素的共价键构成[23]。作为一种新兴的吸附剂材料，功能化COFs因其出色的稳定性、增强的性能、有序均匀的孔结构以及广泛的应用潜力而引起了广泛的研究兴趣[24,25]。例如，熊等人[26]将氨基引入COF中，使其对双酚A的吸附能力显著提高。徐等人[27]合成了葡萄糖内酯功能化的COF，显著增强了吸附剂的亲水性，从而提高了其对双酚的吸附亲和力。陈等人[28]制备了环糊精-氟化COF，表现出优异的主客体相互作用。杨等人[29]报道了一种膜保护的磁性COF，具有改进的萃取稳定性和对雌激素的优异吸附能力。刘等人[30]在镍铬合金纤维上原位合成了双功能介孔COF，表现出对双酚的高吸附能力和选择性。这些研究表明，通过引入功能基团可以显著提高COF对目标化合物的吸附亲和力，主要是因为功能基团提供了更多的活性作用位点，如氢键位点和电荷位点。因此，设计和合成用于高效吸附和灵敏检测内分泌干扰性双酚的功能化COF是可行且有价值的。

基于此，我们首次使用4,4′,4′'-三氨基三苯甲烷（TTA）和3,3′-二羟基-[1,1′-联苯]-4,4′-二羧醛（DBD）作为单体，成功制备了一种羟基功能化的COF（称为TD-COF）。TD-COF的水接触角明显小于不含羟基的TB-COF，表明TD-COF的极性更强。预计TD-COF对内分泌干扰性双酚的吸附能力将优于TB-COF，因为TD-COF具有更多的羟基活性位点。通过密度泛函理论（DFT）计算和实验验证，氢键和π-π相互作用是主导双酚在TD-COF上吸附的主要作用力。然后，利用TD-COF作为SPE吸附剂，并结合HPLC-MS技术，建立了一种用于检测河水和鸡肉中内分泌干扰性双酚的灵敏有效方法（TD-COF@SPE-HPLC-MS）。

试剂、材料和仪器

双酚A（BPA，>99%）、双酚B（BPB，>98%）、双酚S（BPS，99%）、双酚F（BPF，98%）、4,4′-联苯二羧醛（BD）、4,4′,4′'-三氨基三苯甲烷（TTA）、3,3′-二羟基-[1,1′-联苯]-4,4′-二羧醛（DBD）、1,4-二氧环己烷（99%）、1,3,5-三甲基苯（97%）、乙酸（HPLC级）、乙腈（HPLC级）和丙酮（HPLC级）均购自上海阿拉丁生化科技有限公司。所用水为Wahaha纯净水。

表征

TD-COF、TB-COF、DBD、BD和TAA的FT-IR光谱如图2a所示。在TB-COF和TD-COF的FT-IR光谱中，C=O（1701 cm^-1）和-NH₂峰（3453 cm^-1、3350 cm^-1、3206 cm^-1）消失，同时出现了C=N（1617 cm^-1）和-OH吸收峰（3359 cm^-1），证实了TB-COF和TD-COF的成功合成[31]、[32]、[33]。使用SEM观察了TD-COF和TB-COF的形态。TD-COF表现出多孔网络结构（图2b）。

结论

总之，通过简单的Schiff碱反应成功合成了羟基功能化的COF（TD-COF），并用于有效吸附内分泌干扰性双酚类物质。TD-COF对四种双酚的吸附能力优于不含羟基的TB-COF。吸附机制通过DFT理论计算和相关实验得到了验证。TD-COF与双酚之间的主要作用力是氢键和π-π共轭作用。

电子补充材料

相关数据见电子补充材料。

作者贡献声明

李宗凯：撰写 – 原始草案，研究，概念构思。王小青：验证，研究。王倩倩：监督，研究。李志：研究。吴秋华：撰写 – 审稿与编辑，监督。王春：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理。

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所述的工作。

致谢

感谢国家自然科学基金（32072295, 31671930, 31571925, 31471643）、河北省自然科学基金（B2023204011）、河北农业大学人才引进计划（YJ2023041）以及中央政府引导的地方科技发展基金项目（246Z1207G）的财政支持。