混合模式吸附劑在食品安全分析樣品前處理中的應用

任 雪，王 輕，張彥青

（天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134）

近年來，隨著社會經濟的快速發展，食品行業迎來了前所未有的機遇，但屢次發生的食品安全事件引發了社會的廣泛關注。其中，農藥、獸藥、天然毒素和非法添加物等潛在的有毒有害物質殘留是食品安全問題的主要誘因之一。因此，國內外對食品中的有毒有害物質殘留都提出了較高的限量要求，開發高效的食品安全檢測方法意義重大。雖然現代分析儀器已經取得了飛速發展，具備良好的精密度和準確度，然而，食品安全檢測方法仍面臨以下挑戰：食品中存在某些痕量甚至超痕量水平的有毒有害物質，若不經樣品前處理，直接用儀器檢測非常困難；食品基質復雜，存在干擾測定的內源性物質如色素、脂類、酚類和蛋白質等；食品樣品中往往同時存在性質不同的多組分有毒有害物質，有必要對特定種類的目標物進行高選擇性富集或同時萃取多類多組分目標物以提高分析通量。因此，開發有效的食品樣品前處理方法，以達到提高檢測靈敏度、排除基質干擾、高選擇性地萃取單一組分或同時萃取多目標物組分的目的，是應對這些挑戰的有效方法。

目前，在食品分析中常見的樣品前處理方法主要有固相萃取（solid phase extraction，SPE）[1-2]、液-液萃取[3]、固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）[4]、QuEChERS（quick,easy,cheap,effective,rugged and safe）[5-6]、磁固相萃取（magnetic solid phase extraction，MSPE）[7-8]、分散固相萃取（dispersive solid phase extraction，DSPE）[9]、分散微固相萃取（dispersive micro-solid phase extraction，D-μSPE）[10]等。其中，SPE和基于這種形式衍生的前處理方法受到了廣泛的關注。在這些方法中，吸附劑的選擇非常關鍵，因為它決定了吸附容量、選擇性和親和力等多種指標[11]。從吸附機理層面看，這些吸附劑可分為兩類，即單一模式吸附劑和混合模式吸附劑。單一模式吸附劑提供的作用力單一，對目標物缺乏選擇性[12]，萃取回收率低且不適合處理組分復雜的食品樣品。混合模式吸附劑可與目標分子發生多重相互作用，尤其在多類目標物共存體系中，能夠提高對某一目標組分分子的選擇性或實現同時富集多組分分子的目的，因此近年來成為研究熱點。目前，在藥物分析和環境分析領域均有混合模式材料的相關綜述。在食品分析領域，混合模式材料的應用越來越多，但目前鮮見相關的綜述報道。因此，針對這一現狀，本文介紹了混合模式吸附劑的特點，總結了混合模式材料的基質和合成方法，并梳理了其在食品安全分析樣品前處理中的應用，以期為混合模式材料在食品分析領域中的廣泛應用提供一定的參考。

1 混合模式吸附劑

傳統單一模式的吸附劑主要可分為反相、正相、親水和離子交換等模式。其中，反相吸附劑一般含有長鏈烷基或苯基等非極性官能團，與目標物主要發生疏水相互作用；正相和親水吸附劑通常含有羥基、氨基、羧基等極性官能團，可與目標物之間發生氫鍵、偶極-偶極或靜電等相互作用；離子交換吸附劑含有離子交換基團，可與目標物之間發生離子交換作用。混合模式吸附劑是在單一模式的基礎上，通過引入不同的官能團或特定的改性劑從而達到以上不同種類相互作用疊加的效果。例如，在反相模式吸附劑的基礎上引入可電離基團，解離的官能團可與帶電分析物之間產生離子交換作用，而在起反相作用的相骨架和分析物的疏水基團之間產生非特異性的反相作用[13]。離子交換和反相作用的雙重機制使混合模式吸附劑能夠通過多重相互作用（如氫鍵相互作用、反相作用、離子交換作用和靜電吸附作用等）與目標物結合[14]，表現出更加優異的吸附性能，提高對目標分析物的選擇性和吸附容量。

目前，在食品分析領域中研究的混合模式吸附劑主要來源于商業化制備和實驗室自制。商業化的混合模式吸附劑主要有Waters公司的Oasis系列、Biotage公司的Isolute系列、Agilent公司的Plexa系列以及一些國產品牌[13]。目前，對于文獻報道的實驗室自制混合模式吸附劑，研究者一般會根據目標物的結構特點，從吸附劑與目標物之間可能產生的作用類型來進行設計，制得的吸附劑類型更加豐富且對目標物的選擇性更強。在二氧化硅（silicon dioxide，SiO2）和聚合物或一些新興基質如金屬有機框架（metal organic framework，MOF）[15]、共價有機框架（covalent organic framework，COF）[16]、納米纖維[17-18]、生物炭[19]等基礎上，通過引入不同的作用位點來實現吸附劑與目標分析物之間的多重作用。例如同時引入烷基和離子基團[20]，或通過β-環糊精或殼聚糖[18-19]等可提供多模式作用位點的天然分子進行改性。

混合模式吸附劑在食品樣品前處理中的設計目的主要包括以下兩方面：1）實現復雜食品基質中特定種類目標分子的高選擇性富集。例如，Xu Fei等[21]通過共同引入—C18和氨基合成了反相/弱陰離子交換SiO2吸附劑，用于貝類中6 種親脂性海洋生物毒素的富集。由于疏水和靜電相互作用的存在，與—C18改性SiO2等單一模式吸附劑相比，該混合模式吸附劑對目標生物毒素的選擇性更強，有效地降低了基質效應。Wang Qing等[19]以磷酸改性生物炭為基質，通過戊二醛交聯反應引入了殼聚糖分子，制備的材料可作為吸頭尖端固相萃取（pipette tip-solid phase extraction，PT-SPE）吸附劑。由于氨基、羥基和芳香環等多作用位點的存在，該吸附劑對大米樣品中三嗪類除草劑的萃取行為與親水親脂吸附劑類似，表現出混合模式的性質，且萃取效果優于以—C18、氨基和羧基改性SiO2為代表的單一模式吸附劑。2）提高分析通量，實現食品樣品中多類多組分目標物的同時富集。如研究人員通過4-苯乙烯磺酸鈉功能化的混合模式吸附劑實現了對肉類樣品中β-阻滯劑、β-激動劑、非甾體抗炎藥和真菌毒素4 類共26 種獸藥的同時萃取[20]。另外，雞蛋中7 類（磺胺類、喹諾酮類、苯并咪唑類、硝基咪唑類、截短側耳素類、鎮靜劑和β-內酰胺類）共78 種殘留的獸藥也可通過混合模式陽離子交換吸附劑甲氨蝶呤（methotrexate，MCX）實現同時萃取[9]。基于這種理念的混合模式吸附劑在藥物分析和環境分析等領域中均有應用，如β-環糊精功能化稻殼衍生生物炭（BCMW-β-CD）可用于環境水中雙酚A和鉛離子的同時去除。如圖1所示，其中，吸附劑與鉛離子之間存在靜電吸引和絡合作用，同時與雙酚A可發生主客體包合和π-π相互作用。這樣，針對不同種類目標物存在不同的作用力，也有效地避免了不同種類目標物之間的競爭吸附[22]。實現復雜樣品基質中多靶標物的同時萃取，可以有效地縮短分析時間并能降低分析成本，是目前混合模式吸附劑的研究熱點之一，但在食品分析領域的相關研究仍處于起步階段。

圖1 BCMW-β-CD同時吸附Pb（II）和雙酚A的機理[22]Fig.1 Proposed mechanisms of simultaneous adsorption of Pb (II) and bisphenol A by BCMW-β-CD[22]

2 混合模式吸附劑的分類

混合模式吸附劑按照基質類型可以分為硅基、聚合物基和其他新興基質材料。其中硅基材料具有孔結構豐富、易于傳質、有機溶劑耐受性好等優點，同時也存在化學穩定性和機械穩定性差等缺陷[23]。聚合物基吸附劑可以更好地適應極端pH值環境，但也存在有機溶劑耐受性差、后期修飾難度大等缺點[13]。隨著樣品前處理材料的不斷發展，一些新興基質材料逐漸應用到食品分析領域中，如材料來源廣泛、綠色環保和易于改性的生物炭材料，具有高度有序結構和良好熱穩定性的COF材料，具有高比表面積、良好的萃取親和力和選擇性的MOF材料，具有良好負載能力和高比表面積的納米纖維材料等，為混合模式材料的制備提供了更加多元化的選擇。本節主要以基質種類為指標，對食品樣品前處理中應用的混合模式吸附劑及其制備方式進行簡要概述。

2.1 硅基混合模式材料

以硅材料為基質的混合模式吸附劑主要通過兩種方式制備，一是通過硅烷偶聯劑將磺酸基[20]、羧基[11]、巰基[24]或氨基[25]等可離子化基團與—C18[12,20]、—C8[20]、苯基[12]、辛基[24-25]等基團共同修飾到硅基材料的表面，使材料與分析物之間同時產生離子作用和反相作用。例如Chao Yanhong等[26]將石墨烯狀氮化硼通過硅酸乙酯鍵合到SiO2微球表面，形成包覆有石墨烯狀氮化硼納米片的高分散樹枝狀SiO2材料，作為SPE萃取劑，用于辣椒粉和飲料中合成染料的富集。另一種制備方法是利用點擊化學反應實現改性劑在硅基表面的鍵合[27]。如圖2所示，利用銅（I）催化的疊氮炔環加成點擊化學反應，將1-十二炔和5-己炔酸以不同的比例同時改性到疊氮SiO2上，制備的反相/弱陽離子交換混合模式吸附劑可用于豬肝中堿性藥物的富集[28]。

圖2 一步銅（I）催化疊氮炔環加成點擊化學反應合成silica-WCX的路線[28]Fig.2 Synthetic route of silica-WCX via single-step Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition click reaction[28]

介孔SiO2的孔徑范圍為2～50 nm，介于微孔與大孔之間。由于具有高比表面積、高孔容和均勻有序的孔結構，介孔SiO2在混合模式材料的制備方面受到越來越多的關注[29]。如有研究人員將—C18修飾到有序介孔SiO2表面，制備了反相SPE吸附劑SBA-15-C18-CO，用于牛奶中12 種內分泌干擾物的萃取[30]；同時有研究人員將—C18（—C8）和基團對介孔SiO2進行雙官能團化，得到了具有反相/強陽離子交換功能的混合模式材料，用于肉制品中獸藥殘留的檢測[20]。

為了優化萃取程序，提高萃取效率，也有研究者在磁性微球表面包覆了SiO2層，制備了磁性混合模式硅基材料。利用MSPE穩定性好、耗時短和操作簡單等優點，更好地實現了復雜食品基質中目標物的萃取。徐飛[12]以Fe3O4@SiO2磁性微球為基質，分別制備了3 種混合模式吸附劑，其中，反相/硼酸親和混合模式MSPE吸附劑可以通過疏水、π-π和硼酸親和作用力選擇性地萃取蘑菇樣品中的鵝膏和鬼筆多肽；反相/弱陰離子交換磁性介孔SiO2微球（Fe3O4@nSiO2@mSiO2@C18@NH2）可以通過疏水和靜電相互作用萃取貝類樣品中的親脂性海洋生物毒素；新型反相/弱陽離子交換混合模式磁性SiO2微球（Fe3O4@SiO2@TZ@Ph）可以通過疏水、靜電和π-π等多模式相互作用實現豬肉中氟喹諾酮類藥物的富集。表1中詳細總結了食品樣品前處理中SiO2基質的混合模式吸附劑。

表1 用于食品樣品前處理的硅基混合模式吸附劑Table 1 Silicon-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

2.2 聚合物基混合模式材料

多孔聚合物具有良好的吸附特性和較強的化學穩定性。利用離子基團對聚合物進行功能化或與含有這種離子的單體進行共聚均可以將離子基團引入到疏水性聚合物骨架中，這樣制得的材料具有混合模式的性質。目標物的疏水部分可與聚合物骨架產生疏水相互作用，而離子部分可與聚合物材料上帶相反電荷的離子相互結合[34]。引入的離子基團主要有磺酸基、羧基、季銨基、胺基等，分別產生強陽離子交換作用、弱陽離子交換作用、強陰離子交換作用和弱陰離子交換作用。

商業的混合模式離子交換聚合物材料是在大孔聚合物的基礎上通過引入離子交換基團來實現的。如Waters公司的Oasis MCX強陽離子交換吸附劑是通過在Oasis HLB骨架上引入磺酸基團制備的，主要用于食品基質中陽離子目標物的萃取。將其作為SPE吸附劑，可用于葡萄酒中3-烷基-2-甲氧基吡嗪的萃取[35]。目前最常用的商業強陰離子交換吸附劑是Waters公司的Oasis MAX，它是在Oasis HLB的基礎上經季銨基團改性制得的。帶負電的分析物可與季銨基團之間產生離子交換作用，這些同時存在的作用力使得Oasis MAX可應用于多種復雜食品基質中目標分析物的萃取。Carpinteiro等[36]選用Oasis MAX作為SPE吸附劑，結合液相色譜-電噴霧串聯質譜，測定了葡萄酒樣品中的9 種殺菌劑。弱陽離子交換吸附劑主要用于從食品樣品中選擇性地萃取堿性化合物。常用的商業弱陽離子交換吸附劑為Oasis WCX。Zhao Xin等[37]建立了基于Oasis WCX的混合模式SPE法，結合液相色譜-串聯質譜，同時測定了大豆油和花生油中的異黃酮和白藜蘆醇，與混合模式離子交換吸附劑Hicapt SAX（武漢Weltech公司）對比發現，Oasis WCX對目標物具有更強的選擇性，且在0～14的pH值范圍內對酸性、堿性和中性目標物表現出更高的回收率。弱陰離子交換吸附劑作為弱陽離子交換吸附劑的補充，主要用于復雜食品樣品中酸性目標物的選擇性萃取[38]。

除了商業混合模式聚合物吸附劑，越來越多的研究者也開展了新型混合模式聚合物的相關研究。最初報道的是二乙烯基苯和苯乙烯的共聚物[34]，但這類聚合物材料存在吸附容量低以及對極性大的目標物保留性差等問題[39]。因此，Davankov等[40]提出了“超高交聯聚合物”的概念，即通過氯甲基的傅克反應使聚合物鏈進一步交聯。超高交聯聚合物具有豐富的微孔結構和超高的比表面積，其作用位點可與分析物產生更多的相互作用。Liang Xiaoping等[41]用4-氯甲基苯乙烯和交聯劑二乙烯基苯沉淀共聚獲得了聚丙烯，在此基礎上用二甲基丁胺處理以引入季銨基團得到前體粒子（precursor particle，PP）-SAX，再通過傅克反應，合成了超高交聯強陰離子交換樹脂HXLPP-SAX（圖3），作為SPE吸附劑，用于牛奶中氟喹諾酮類藥物的萃取。HXLPP-SAX的制備過程中主要發生了超交聯反應和季銨化反應。由于具有比表面積大和微孔豐富等優點，與Oasis MAX相比，HXLPPSAX對兩性化合物的選擇性萃取性能更為突出。表2中總結了食品分析領域中聚合物基質的混合模式吸附劑。

表2 用于食品樣品前處理的聚合物基混合模式吸附劑Table 2 Polymer-based mixed-mode adsorbents used for food sample pretreatment

圖3 HXLPP-SAX樹脂制備的合成過程[41]Fig.3 Synthetic strategy for the preparation of HXLPP-SAX resins[41]

2.3 其他基質材料

2.3.1 生物炭基質材料

生物質包括所有的植物、微生物和以植物、微生物為食的動物及其產生的廢棄物。生物炭是生物質經低溫熱解產生的一種富碳材料，具有孔隙率高、芳構化程度高、含氧官能團豐富等優勢，目前在環境污染治理、生物能源生產、能源儲存等領域有著廣泛的應用。然而，由于原始生物炭的吸附選擇性差、比表面積低以及結構不均一等缺陷，其在樣品前處理領域特別是在食品有毒有害物質富集中的應用很少。因此，改善生物炭的表面化學性質和微觀結構對于擴大其應用至關重要。Wang Qing等[19]以磷酸作為活化劑，對酸棗核殼生物炭進行了活化，增大了其孔隙率并增加了表面的含氧官能團數量。在此基礎上以戊二醛為交聯劑，將殼聚糖分子改性到其表面，成功制備了具有多作用位點的混合模式吸附劑（CS-PBC），對4 種不同極性的三嗪類除草劑表現出了良好的萃取效果。如圖4所示，主要的萃取機制包括氫鍵相互作用、鹵鍵相互作用、疏水相互作用、π-π作用和由生物炭基質結構產生的孔填充作用[19]。隨著綠色分析化學和可持續發展理念的不斷深入，作為綠色友好型萃取材料的基質，預期生物炭在食品樣品前處理材料中的應用將會越來越廣泛。

圖4 CS-PBC和三嗪類除草劑之間的作用機制[19]Fig.4 Interaction mechanisms between CS-PBC and triazine herbicides[19]

2.3.2 共價有機框架基質材料

COF是一種納米多孔材料，由碳、氫、氧、氮、硼和硅等輕元素及其之間形成的共價鍵組成，具有孔徑均勻可調、比表面積大、孔隙率高、分子結構豐富、熱穩定性和化學穩定性強等特點[52]。Li Jie等[53]使用1,2,4,5-四-(4-甲酰基苯基)苯和對苯二胺這兩種單體制備了磁性COF材料（Fe3O4@COF），并將其作為磁分散固相萃取吸附劑，富集食品基質中的黃曲霉毒素。Fe3O4@COF表面的—NH2可與黃曲霉毒素分子產生氫鍵相互作用，COF層中的苯環與黃曲霉毒素中的苯環或共軛雙鍵之間可能存在π-π相互作用和疏水相互作用。

2.3.3 金屬有機框架基質材料

MOF是由有機配體和金屬離子或團簇通過配位鍵自組裝形成的有機-無機雜化材料[54]，具有較大的比表面積和獨特的多孔結構等特點。MOF材料可為分析物提供π-π和疏水相互作用，對目標分析物具有較強的親和力[42]。Shakourian等[42]合成了一種磁性MOF復合物（Fe3O4@TGA@TMU-6），并將其作為MSPE吸附劑用于大米和環境水樣中有機磷農藥的富集。基于對苯二甲酸和N,N-二甲基甲酰胺，Mao Xuejin等[15]合成了MOF材料UiO-66并將其應用于多種蔬菜中農藥殘留的檢測。UiO-66含有豐富的羥基和芳香基團，通過氫鍵和π-π堆積作用為目標農藥分子提供了大量的吸附位點。

2.3.4 納米纖維基質材料

納米纖維材料具有良好的負載能力和比表面積[55]。通過靜電紡絲技術可制備形態、厚度和直徑可控的納米纖維材料，具有穩定性強和孔隙率高等優勢，在樣品前處理方面有很大的應用潛力[56]。Cao Jiankun等[57]采用靜電紡絲法制備PAN NFM，在其表面修飾2-氨基乙硫醇鹽酸鹽得到巰基改性的PAN NFM（SH/PAN NFM），用于黃瓜、綠豆芽和黃豆芽樣品中4 種植物生長調節劑的同時富集。由于SH/PAN NFM表面上分布有許多羥基、羧基、巰基等官能團，能夠與生長調節劑分子的羧基或羥基形成氫鍵，與未進行改性的PAN NFM相比，吸附率得到明顯提升。考慮到β-激動劑呈堿性且含有苯環，引入酸性基團和苯環有望增強功能性納米纖維材料對β-激動劑的親和力。因此，該團隊在SH/PAN NFM的基礎上通過“硫醇-烯”點擊化學反應制備了4-苯乙烯磺酸鈉功能化納米纖維墊（sodium 4-styrenesulfonate functionalized nanofibers mat，SS/PAN NFM）[17]。SS/PAN NFM作為SPE吸附劑成功富集了豬肉樣品中殘留的7 種β-激動劑。研究證明SS/PAN NFM與β-激動劑之間存在靜電相互作用；引入的苯環可以與β-激動劑分子上的苯環產生π-π相互作用；2-氨基乙硫醇鹽酸鹽與PAN NFM中的氰基反應后獲得的亞氨基也可與β-激動劑分子上的羥基、氨基和亞氨基之間產生氫鍵相互作用[17]。

2.3.5 復合基質材料

不同材料復合制備的復合材料可以充分發揮各個材料作為混合模式基質的優勢并規避缺點。如純COF材料在大多數溶劑中通常存在分散性較差的問題，將具有大比表面積、高化學穩定性、適當的疏水表面和良好吸附能力的碳納米管與官能化的COF材料結合可以提高其對食品中類固醇激素的吸附能力和選擇性[58]。將聚乙烯醇和甜菊糖提取物制備的納米纖維與磁性MOF材料復合，可以通過疏水、氫鍵和π-π作用等多重機制同時提取果汁和蔬菜樣品中的多種農藥[56]。另外，Jiang Hailong等[59]開發了一種由MOF和COF組成的多孔復合材料（Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8），將其作為MSPE吸附劑應用于雙酚A的萃取。Fe3O4@TAPB-COF@ZIF-8與雙酚A之間存在強π-π堆積作用和氫鍵相互作用，對雙酚類物質表現出了良好的吸附作用。為了提高硅基材料的性能，有些研究者將SiO2與有機骨架結合起來制備了有機-無機雜化SiO2整體柱[60]。這種雜化材料結合了SiO2和有機聚合物的優點，具有高表面積、良好的化學穩定性和熱穩定性、優異的機械強度。例如，采用脂肪胺基、羧基和長鏈碳改性有機-無機雜化SiO2制備了兩性官能化的混合模式材料，可以與飲料中的酸性和堿性目標物同時發生靜電、疏水和氫鍵等作用[11]。另外，Duan Yufeng等[33]以四乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二甲基十八烷基-[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨為前驅體，首次制備了疏水/親水混合模式有機-無機雜化SiO2材料，用于保健品和奶粉中微量疏水和親水添加劑的萃取。以上研究也表明，通過針對性地設計制備方案，將不同材料組合制備的復合材料可以表現出更加優越的吸附性能，為食品分析中混合模式吸附劑基質的選擇與制備提供了更多的參考。

3 混合模式吸附劑的應用

在食品分析中，混合模式吸附劑主要用于萃取單一目標物或結構相似的同一類目標物，如農藥、獸藥殘留以及重金屬離子等。然而，在食品安全相關的國家標準中，對于同一種食品樣品，規定了多類多組分有毒有害物質的最低限量。因此，為了提高檢測效率，實現不同性質多目標分析物的同時萃取也具有重要意義。

3.1 單一組分目標物

3.1.1 農藥

農藥在提高農作物產量中發揮著重要作用，但其在農作物及其副產品中的殘留會對人類健康構成嚴重的威脅[61]。農作物及其副產品中農藥的最大殘留限量較低，這給檢測方法的建立帶來了很大挑戰。近年來混合模式吸附劑不斷發展，其中MOF和COF基質的衍生材料在農藥殘留檢測中發揮著重要的作用。

有機磷農藥能夠有效地控制雜草和昆蟲，在作物保護方面發揮著重要作用。據報道，全世界常用的有機磷農藥有100多種[42]。有機磷農藥具有嚴重的致突變性和致癌性[62]，且可能殘留于土壤、水和農產品中。Lin Xiangping等[52]以磁性COF為吸附劑，結合液相色譜-串聯質譜，對水果中的伏殺磷、亞胺硫磷和蠅毒磷進行檢測。該方法在水果樣品中對以上3 種物質的檢測限和定量限分別為0.002～0.063 mg/kg和1.00 mg/kg，回收率為72.8%～111.0%，實驗結果表明，磁性COF混合模式材料對水果中的有機磷農藥具有良好的富集性能。Shakourian等[42]合成了混合模式磁性MOF復合材料TMU-6，以其作為MSPE吸附劑用于水稻中伏殺磷、毒死蜱和丙溴磷的萃取。TMU-6與目標有機磷分子之間同時存在疏水相互作用、氫鍵相互作用和π-π作用，建立的方法線性范圍寬、檢出限低、回收率高且重復使用性好，可用于實際食品樣品中有機磷農藥的測定。除草劑能夠有效地清除雜草，有助于農作物的正常生長。二苯醚類除草劑是目前世界上使用最廣泛的除草劑之一，但其持久性和累積性易對生物體造成危害。因此，研究者合成了磁性混合模式吸附劑Fe3O4@MOF-808，其結構中有豐富的吸附位點，可以與目標物發生π-π共軛和氫鍵相互作用，在對大米樣品中除草醚、乙氧氟草醚和甲羧除草醚3 種二苯醚類除草劑的富集方面表現出良好的效果[63]。三嗪類除草劑分子含有3 個碳原子和3 個氮原子對稱排列的六元環，考慮到其可電離基團和疏水部分的同時存在，Wang Qing等[19]首次研究了混合模式吸附劑對大米基質中三嗪類除草劑的萃取。基于CS-PBC混合模式吸附劑建立的PT-SPE方法具有較低的檢測限（1.41～3.35 ng/g）、良好的線性范圍（0.01～2.00 μg/g，R2＞0.997 4）和較高的回收率（96.13%～116.25%）。

3.1.2 獸藥

動物源性食品中殘留的獸藥是一種“新興污染物”。它們在動物養殖過程中用于治療疾病、促進生長、控制或預防疾病的傳播，所以有時會存在非法濫用的情況。

磺胺類藥物作為獸藥已廣泛用于預防和治療動物疾病，然而，其在動物源性食品中的殘留一方面可能導致在人體內的蓄積，引起過敏反應，并誘導產生耐藥病原體[41]；另一方面可能會伴隨動物的排泄物轉移到水源和土壤等環境中，影響生態的可持續發展。由于結構中羧基和氨基的存在，磺胺類藥物能夠以陰離子、陽離子或兩性離子形式存在于水溶液中。混合模式吸附劑可同時提供多重作用，對不同帶電形式的磺胺類藥物實現選擇性萃取。Liang Xiaoping等[41]合成了混合模式超高交聯強陰離子交換樹脂，用于牛奶樣品中6 種氟喹諾酮類藥物的選擇性富集。研究發現該材料對兩性化合物表現出優異的選擇性，在復雜食品基質中氟喹諾酮類藥物的殘留分析方面顯示出了良好的潛力。

氨基糖苷類抗生素可用于消滅家畜和農場動物等的細菌和寄生蟲，但其在動物源性食品中的殘留可能引起人類的耳毒性、腎毒性、過敏反應和耐藥性等副作用[64]。Wang Yuan等[64]采用液相色譜-電噴霧串聯質譜法同時分析了牛奶樣品中鏈霉素、雙氫鏈霉素、大觀霉素和卡那霉素4 種氨基糖苷類藥物。在樣品前處理環節，比較了Oasis MCX、Oasis HLB和Oasis WCX 3 種商業SPE吸附劑的萃取效果，最終選擇了Oasis WCX作為混合模式SPE萃取柱。

3.1.3 重金屬

鎘、鉛、砷、鈷、鎳和鋅等重金屬離子不可生物降解，具有極強的毒性、致癌性和致突變性，即使在低濃度下也可通過食物鏈對水生生物和人體健康造成危害[65]，因此，研究食品樣品中痕量重金屬離子的測定方法非常重要。常選用混合模式聚合物基材料作為萃取劑，如Qin Jiaxing等[65]制備了混合模式羧基修飾的中空聚合物微球，其作為SPE吸附劑，結合電感耦合等離子體質譜，能夠實現紫菜、魚肉和雞肉樣品中釩、鉻、銅、鎘和鉛等離子的同時測定，該方法具有良好的抗干擾能力、較低的檢測限（0.20～0.80 μg/kg）和較高的回收率（85%～104%）。

3.1.4 非法添加劑

由于非法添加劑造成的食品安全問題層出不窮，因此，對食品添加劑劑量的控制和檢測至關重要。研究表明，三聚氰胺雖然具有較低的口服急性毒性，但在動物體內過度暴露會導致腎結石。在牛奶中同時使用三聚氰酸和三聚氰胺摻假時，由于它們之間的親和力較強，毒性也會增強。因此，Deng Xiaojun等[66]利用親水功能凝膠和陽離子交換混合模式SPE柱，結合高效液相色譜-串聯質譜，建立了同時測定雞蛋、豬肉、乳制品等樣品中三聚氰酸和三聚氰胺殘留量的方法，可有效地實現未知和陽性樣品中三聚氰酸和三聚氰胺的同時檢測。合成染料是食品中的一類非法添加劑，其中，羅丹明B和羅丹明6G會引發過敏和哮喘反應，并對皮膚和呼吸道造成刺激。納米材料由于較大的表面積，可以提供大量的吸附位點，對羅丹明B具有很高的親和力和吸附能力。因此，Chao Yanhong等[26]合成了磁性纖維狀氮化硼復合納米材料g-BN(x)@SiO2，將其作為吸附劑用于食品樣品中羅丹明B和羅丹明6G的同時富集，結合高效液相色譜，建立的檢測方法具有良好的重復性、較寬的線性范圍（10～1 000 μg/L）以及較低的檢測限（2.1～2.8 μg/L）和定量限（6.9～9.2 μg/L）。

另外，混合模式吸附劑還廣泛用于食品中微量元素[46]、維生素[67-68]、激素[47,69]、天然抗氧化劑[1]、表面活性劑[70]等物質的檢測。

3.2 多類多組分目標物

在實際的食品樣品檢測中，通常需要測定多類別的有毒有害物質，由于基質復雜，若對其逐類分析不僅過程繁瑣且耗時較長。因此，在食品分析中實現多類多目標分析物的同時富集具有重要的實際意義。然而，這些有毒有害物質的結構和性質迥異，給同時萃取帶來了很大挑戰。

將混合模式吸附劑與高效精確的儀器檢測方法相結合是實現食品中多類多殘留目標物同時分析的方法之一。采用Oasis MAX吸附劑結合液相色譜-串聯質譜法，Chrusch等[71]建立了牛肉和牛腎中3 種不同種類共29 種獸藥殘留的測定方法。多重質譜檢測在克服基質效應方面比液相色譜-串聯質譜法具有更明顯的優勢。Fan Sai等[72]采用高效液相色譜-線性離子阱質譜法，以混合模式強陽離子交換吸附劑Oasis MCX作為樣品前處理材料，同時檢測了豬肉、豬肝、豬腎中殘留的25 種β2-受體激動劑和23 種β-受體阻滯劑。另外，超高效液相色譜-質譜法也具有減少基質干擾的作用。Wang Chengfei等[9]選用商業混合模式陽離子材料MCX作為DSPE吸附劑，利用超高效液相色譜-串聯質譜法對雞蛋中的7 類（磺胺類、喹諾酮類、苯并咪唑類、硝基咪唑類、胸膜多糖類、鎮靜劑和β-內酰胺類）共78 種獸藥進行了同時分析，平均回收率為70.5%～119.2%，日間相對標準差低于17.0%，定量限為0.1～1.0 μg/kg，證明該方法可用于實際食品樣品中多類別殘留獸藥的同時富集和檢測。

隨著混合模式材料的不斷發展，根據目標物的結構和性質，有選擇地通過改性來制備混合模式吸附劑是實現多類多組分目標物同時萃取的重要方法。據報道，動物源性食品中的β-激動劑殘留會對人類健康造成嚴重危害。根據分子結構，β-激動劑可分為苯胺型、苯酚型和對苯二酚型。Cao Jiankun等[17]選擇了涵蓋以上3 類β-激動劑的7 種目標物（特布他林、沙丁胺醇、西馬特羅、萊克多巴胺、氯丙那林、克倫特羅和班布特羅），有針對性地制備了SS/PAN NFM作為SPE吸附劑，實現了對豬肉樣品中β-激動劑多類多殘留的定量測定。Mao Xuejin等[15]合成了含有羥基和芳香基團的MOF材料UiO-66，可以通過氫鍵和π-π堆積作用為農藥分子提供大量的吸附位點；同時具有均勻的微孔，可以有效地排除植物基質中大分子尺寸的干擾物。該團隊基于UiO-66建立了DSPE法，對蔬菜中的有機磷和擬除蟲菊酯類農藥進行了同時富集。Casado等[20]合成了介孔SiO2雙官能化材料和并將其作為混合模式吸附劑用于牛肉樣品中26 種獸藥殘留的檢測。在酸性條件下，堿性化合物如β-阻斷劑、β-激動劑和α-玉米赤霉醇等可與吸附劑的基團發生陽離子交換作用；而酸性化合物如非甾體抗炎藥，與吸附劑的—C18或—C8基團產生反相作用。

綜上，可以看出混合模式吸附劑在食品基質中的應用越來越廣泛。對于單一組分目標物，混合模式吸附劑通過引入多重作用位點來提升與目標分子的相互作用，可以有效提高萃取的選擇性；對于不同種類的多目標物，混合模式吸附劑也可以憑借多作用力模式來實現高通量的富集效果。

4 結語

混合模式吸附劑可選擇性地富集復雜食品基質中的目標分析物，如食品樣品中的農藥或獸藥殘留、痕量重金屬離子、天然毒素以及生產加工過程中的非法添加劑等。商業混合模式吸附劑通常是在大孔聚合物的基礎上引入離子交換基團，與目標物之間存在反相和離子交換作用。實驗室規模的混合模式材料最初是通過改性SiO2和聚合物等載體進行制備，但隨著研究的不斷深入，一些新興基質材料如生物炭、金屬有機框架、共價有機框架、納米纖維材料和復合材料等，近年來也廣泛應用到混合模式吸附劑的制備中。

根據目標分析物的結構，通過引入不同作用位點制備的混合模式吸附劑可為分析物的萃取提供多重作用力，如氫鍵、π-π、離子交換、絡合、疏水、主客體包合作用等。有關混合模式吸附劑與分析物之間作用機理的研究，目前多數報道的方法是根據吸附前后材料的表征、吸附模型的擬合、萃取中上樣溶液pH值的優化等進行綜合推斷，但有少數研究在此基礎上也結合了化學計算的理論研究手段，為混合模式吸附劑保留機理的全面探究提供了有益的借鑒和啟示。

混合模式吸附劑可以吸附單一目標物或者結構相近的同類目標物，相關的研究已較為成熟，對于食品基質中多類多組分目標物的同時萃取也有部分研究。然而，隨著食品安全標準的不斷提高，混合模式吸附劑在食品中的應用還可以在以下幾個方面進行改善和創新：1）根據目標物的結構特點，深入研究目標物和吸附劑之間可能存在的吸附機理，有針對性地設計制備混合模式吸附劑以提高對目標物的選擇性；2）在食品安全樣品前處理中，有關混合模式吸附劑與分析物之間的作用機理，多數研究只停留在理論分析層面。如果結合萃取前后材料的表征結果（如紅外光譜和X射線光電子能譜等）以及借助分析物與吸附劑之間的量子化學計算，將會有助于吸附機理的深入研究；3）實現對同一食品基質中不同性質多靶標物（比如重金屬離子與有機毒性物質）的同時萃取檢測，可以減少樣品前處理的操作步驟、縮短分析時間及降低分析成本，將是混合模式吸附劑在復雜食品基質分析方面需要探究的重要方向。