分子印迹固相萃取光谱法快速检测猪肉中左氧氟沙星

张圆 李龙 苏立强 初洪涛 孙琳 覃潇 杜一平

摘 要 以表面接枝乙烯基的硅胶为载体，左氧氟沙星为模板分子，合成了选择性识别左氧氟沙星的印迹聚合物。使用元素分析、红外光谱对制备的聚合物进行表征，通过动态吸附及选择性吸附进行性能测定。结果表明，此印迹聚合物最大吸附量达56.33 mg/g，印迹因子为2.62。将所合成的硅胶表面左氧氟沙星分子印迹聚合物用于实验室自主开发的分子印迹固相萃取漫反射光谱检测装置，对左氧氟沙星进行定量分析。样品经此装置固相萃取后，不经洗脱，直接对固相萃取介质进行漫反射光谱测定，简化了操作过程，提高了灵敏度。标准曲线的回归方程为A=0.0496C+0.2412，线性范围为0.25～9.0 mg/L， 相关系数R2=0.9924，检出限为0.24 mg/L。猪肉样品中的加标回收率为89.1%～92.0%，相对标准偏差RSD为3.4%～7.9%（n=3）。相比于传统的富集分离技术，本方法具有装置小型化和集成化、灵敏度和选择性高、成本低、简单快速等优点。

关键词 分子印迹； 左氧氟沙星； 固相萃取； 漫反射光谱

1 引 言

分子印跡聚合物是一种基于模板分子和功能单体之间相互作用的选择性富集材料。传统的合成分子印迹的方法主要有本体聚合法、原位聚合法和沉淀聚合法[1]。但传统方法存在模板分子洗脱不完全、识别位点结合效率低、传质速率慢等缺点[2]。相比于其它方法，表面印迹制备技术在支撑材料的表面构建分子识别系统[3～7]。由于其识别位点位于材料表面，使得模板分子更易与识别位点结合，可快速达到饱和吸附，因此具有良好的热稳定性、较高的结合速率以及较大的吸附容量[8～10]。目前常用的支撑印迹材料主要有硅胶纳米微球[11，12]、硅胶纳米管[13]及磁性纳米微球等[14]。

膜富集-在线漫反射光谱检测技术，又称膜固相萃取光谱技术，在被测组分富集后不经洗脱而在固相材料上直接测定固相光谱，方法简单、快速、灵敏，选择性较好[15]。Wang 等[16]将膜固相萃取技术与紫外可见光谱结合，利用金属离子与络合剂反应生成有色疏水络合物，然后将有色络合物富集到滤膜上，无需洗脱，直接对滤膜上的物质进行检测。Li 等[17]对常规的膜富集过程进行改进，构建了一种多通道膜富集装置测定饮料和河水样品中罗丹明B的浓度，利用多通道富集装置，将多个样品富集在同一张膜上，最大限度减小实验中所用膜的差异性。Wei 等[18]提出了一种快速、简单、灵敏的膜富集固相萃取结合漫反射光谱定量检测光气的方法，操作简单，背景干扰少。

在膜固相萃取光谱技术基础上，本研究选用分子印迹作为富集材料，发展了一种分子印迹固相萃取-在线漫反射检测技术，进一步提高了检测目标分子的选择性。以表面接枝乙烯基的硅胶为载体，合成了左氧氟沙星印迹聚合物，并将此聚合物应用于分子印迹固相萃取光谱技术中，实现了猪肉中抗生素左氧氟沙星[19]的快速检测。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Evolution 220紫外-可见分光光度计（赛默飞世尔科技有限公司）； SHB三循环泵真空泵（上海卫铠水仪器设备有限公司）； 超声波清洗器（上海声彦超声仪器有限公司）； DZF-6020真空干燥箱（上海予英仪器有限公司）； 实验用水为超纯水（≥18.2 MΩ·cm，SARTORIUS arium611DI，Germany）。

HCl、甲醇（永华科技（江苏）有限公司）； 硅胶（200～300目，上海盛亚化工有限公司）； 甲苯、丙酮（国药集团化学试剂有限公司）； 甲基丙烯酸（MAA， 上海凌峰化学试剂有限公司）； 乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA， 日本东京化成工业株式会社）； 偶氮二异丁腈（AIBN）、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、乙酸（上海晶纯生化科技股份有限公司）。

2.2 硅胶活化与硅烷化

称取硅胶10 g于250 mL圆底烧瓶中，加入150 mL 10% HCl， 110℃搅拌12 h，用超纯水洗至中性，在120℃下真空干燥12 h，以增加硅胶表面的羟基数目，并除去硅胶表面的杂质。

称取活化好的硅胶，加入100 mL甲苯、 10 mL KH-570，在氮气保护下110℃回流12 h，产物依次用甲苯、甲醇、丙酮洗涤过滤，在60℃条件下真空干燥过夜，得到表面硅烷化偶联剂的硅胶[6]。

2.3 左氧氟沙星分子印迹聚合物（MIP）的制备

称取模板分子0.1852 g（0.5 mmol）和功能单体MAA 0.1812 g（2 mmol）溶于50 mL甲醇-甲苯（9∶1， V/V）混合溶剂中，超声30 min，静置过夜。加入1 g硅烷化硅胶、交联剂EDMA 10 mmol（2.0435 g）、引发剂AIBN 30 mg，反复充氮排氧后密封，60℃保温并在磁力搅拌下反应24 h，将产物过滤，并用甲醇洗涤。用甲醇-乙酸（9∶1， V/V）索氏提取，除去模板分子，直至提取液中未检测到左氧氟沙星的信号为止（采用紫外可见分光光度法检测左氧氟沙星）。将得到的MIP用丙酮沉降以及甲醇洗涤后，过滤，60℃条件下真空干燥12 h，获得左氧氟沙星MIP。合成非分子印迹（NIP）的过程与MIP过程相同，只是不加模板分子。

2.4 聚合物的表征

2.4.1 吸附动力学曲线的测定 准确称取MIP 20 mg至10 mL左氧氟沙星溶液的离心管中，室温下分别振荡5、10、20、40、80和100 min，离心，取上清液，用紫外可见分光光度计测量上清液的浓度。按照公式（1）计算吸附量Q（mg/g）

Q=（C0-Cx）V/m（1）

其中，C0为吸附前左氧氟沙星的初始浓度（mg/L）； Cx为吸附后左氧氟沙星的平衡浓度（mg/L）； V为溶液的体积（mL）； m为聚合物质量（g）。

2.4.2 吸附等温线的测定 准确称取20 mg MIP至装有10 mL左氧氟沙星溶液的离心管中，室温下振荡10 min，离心，取上清液，用紫外可见分光光度计测定吸附后上清液的浓度。NIP重复上述步骤。根据吸附前后溶液中左氧氟沙星的浓度计算MIP及NIP的吸附量。印迹因子是评价分子印迹特异性的重要参数，按照公式（2）计算：

α=QMIP/QNIP（2）

其中α为印迹因子； QMIP为MIP平衡时的吸附量（mg/g）； QNIP为NIP平衡时的吸附量（mg/g）。

2.4.3 吸附选择性的测定 准确称取20 mg MIP，分别加入10 mL 100 mg/L的左氧氟沙星、恩诺沙星、四环素标准溶液，室温下振荡4 h，离心，测上清液浓度。同样处理NIP。根据公式（1）计算各自吸附量。用分配系数KD、选择性系数 k和相对选择性系数k'考察聚合物的吸附特异性：

KD = Qe/Ce，k=KD氧氟沙星/KDi， k' = kMIP/kNIP

其中，Qe（mg/g） 为平衡吸附量，Ce（mg/mL） 为吸附平衡时上清液中左氧氟沙星等的浓度，KD和KDi 分别为氧氟沙星和竞争分子的分配系数，kMIP和kNIP分别为MIP和NIP的选择性系数。

2.5 猪肉样品的提取与净化

猪肉样品购于本地超市，称取10 g于50 mL烧杯中，加入10 mL磷酸盐缓冲溶液（pH=7）作为提取液，超声10 min后，3000 r/min 离心5 min，上清液移至另一烧杯中，向残渣中加入10 mL磷酸盐缓冲液（pH =7），重复上述操作1次，合并上清液。LC-C18固相萃取柱依次用2.0 mL的甲醇、磷酸盐缓冲液淋洗活化，取上清液进行上样，用10 mL甲醇洗脱2次。收集洗脱液于50 mL离心管中， 备用。实际样品猪肉中未检测出左氧氟沙星，向猪肉样品中添加2、5和9 mg/L的左氧氟沙星，测定回收率。

2.6 分子印迹固相萃取光谱的检测

本实验利用所制备的印迹聚合物代替膜材料，进行固相萃取光谱检测。设计了专门的富集分离和光谱检测装置，如图1所示，此装置含有能够截留吸附材料的富集模块5，模块上下有通道孔1和2，用于吸附材料的填装和样品溶液的流入和流出。

在真空或压力的作用下，样品溶液通过富集模块5上侧的孔道1流过吸附材料，进行富集和分离，滤液通过下方的孔道2流出。此装置的上下端均用反光铝片3、4进行封装，侧面使用铝箔进行封装，保证整个装置不漏光。富集后，在富集端直接测定漫反射紫外光谱。

准确称取60 mg MIP装填于封装型富集分离装置中，富集20 mL不同浓度的左氧氟沙星标准溶液或猪肉样品洗脱液，将装置直接放置在紫外-可见漫反射吸收光谱仪上检测。

3 结果与讨论

3.1 表面印迹材料的表征

3.1.1 元素分析 活化硅胶和硅烷化硅胶的元素分析结果表明，活化硅胶表面的碳、氢元素含量均低于0.50%； 活化硅胶表面接枝KH-570后，碳、氢元素含量分别提高到9.79%和1.51%。表明硅烷化偶联剂KH-570已成功接枝到硅胶表面。

3.1.2 红外光谱分析 在活化硅胶的红外光谱图（图2）中，1103 cm1是SiOSi的伸缩振动峰，973 cm1是SiOH的伸缩振动峰，3445和1635 cm1是OH的伸缩振动峰，表明硅胶经过酸活化后表面富含活性的羟基。由图2可见，羟基的相对强度明显减弱，973 cm1 处的SiOH吸收峰消失，硅烷化后的CO的特征吸收峰在1721 cm1。表面印迹聚合物MIP的红外谱图中，聚合物中酯基的不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收峰在1148 cm1[19～21]。

3.2 印迹聚合物对氧氟沙星的吸附性能

吸附动力学实验结果表明，在0～10 min，表面印迹材料对左氧氟沙星的吸附量迅速增加，并达到平衡。吸附时间明显快于以沉淀聚合方法制备的聚合物[23]，这是由于表面印迹方法制备的聚合物的识别位点暴露在外面，因而MIP具有很快的传质和吸附速度。

随着左氧氟沙星浓度的逐渐增大，印迹聚合物和非印迹聚合物的吸附量也逐渐增加（图3），当左氧氟沙星浓度大于800 mg/L后，印迹聚合物的吸附量已趋于平衡。说明在此浓度下，印迹聚合物对左氧氟沙星的吸附已经达到平衡，处于饱和状态，吸附容量为56.33 mg/g。在相同浓度下，MIP的吸附量明显高于NIP的吸附量， 这是因为MIP中存在与左氧氟沙星空间结构、尺寸大小、结合位点完全匹配的孔穴，这些特异性的结合位点增强了左氧氟沙星与印迹聚合物的亲和性。而非印迹聚合物缺少特异性结合位点，对左氧氟沙星的吸附为非特异性的表面物理吸附，吸附容量为21.5 mg/g，吸附容量小。通过计算得出印迹聚合物的印迹因子为2.62。说明此印迹聚合物具有较高的特异性[24，25]。

3.3 印迹聚合物的选择性能研究

在相同的初始浓度下，印迹聚合物对左氧氟沙星的吸附量远大于四环素和恩诺沙星，说明此印迹聚合物对左氧氟沙星具有良好的识别力。MIP对于四环素和恩诺沙星的选择性系数 k分别为7.82和19.49， MIP相对NIP的相對选择性系数 k'分别为1.05、1.36，以上结果说明，MIP对左氧氟沙星具有良好的吸附能力（图4）。

3.4 印迹聚合物在固相萃取光谱检测中的应用

将左氧氟沙星分子印迹聚合物材料装填在图1的装置中，富集不同浓度的左氧氟沙星标准溶液，富集后直接放置在紫外-可见漫反射吸收光谱仪上检测光谱，检测波长为297 nm，图5是标准曲线图。线性方程为A=0.0496C+0.2412，R2=0.9924，线性范围为0.25～9.0 mg/L，其中C为左氧氟沙星的浓度（mg/L），A为左氧氟沙星/甲醇溶液在297 nm下的吸光度值， 检出限为0.24 mg/L（3σ）。对猪肉样品中左氧氟沙星进行了检测，结果见表1。 左氧氟沙星在猪肉样品中的加标回收率为89.1%～92.0%，RSD为3.4%～7.9%（n=3）。国标方法采用液相色谱-质谱法检测左氧氟沙星，步骤繁琐、仪器要求高[26]，本方法简单快速、易于操作、成本低、便于携带，有望应用于大量样品的现场快速筛查。

4 结 论

本研究合成了硅胶表面左氧氟沙星分子印迹聚合物，其对左氧氟沙星有较强的吸附能力，吸附量为QMIP=56.33 mg/g，在10 min内接近饱和吸附，具有快速富集的能力。将所合成的左氧氟沙星分子印迹聚合物与固相萃取光谱技术相结合检测左氧氟沙星，检出限为0.24 mg/L，对猪肉样品进行检测，加标回收率在89.6%～92.0%之间，RSD为3.4%～7.9%，可满足实际分析要求。本方法简单、快速，灵敏度高， 选择性好，为食品中抗生素的快检提供了一种新方法。

References

1 Wackerlig J， Schirhagl R. Anal. Chem.， 2016， 88（1）： 250-261

2 Li Q， Su H， Tan T. Biochem. Engineer. J.， 2008， 38（2）： 212-218

3 Gao B， An F， Zhu Y.Polymer， 2007， 48（8）： 2288-2297

4 Xu P， Xu W， Zhang X， Yang Y. Microchim. Acta， 2010， 171（3）： 441-449

5 ZHOU Yan-Mei， XU Wen-Guo， TONG Ai-Jun. Chinese J. Anal. Chem.， 2006， 34（11）： 1551-1554

周艳梅， 徐文国， 童爱军. 分析化学， 2006， 34（11）： 1551-1554

6 SU Li-Qiang， LUAN Tian， GUO Xiao-Li. Chemistry， 2012， 75（10）： 908-913

苏立强， 栾 田， 郭晓丽. 化学通报， 2012， 75（10）： 908-913

7 JI Feng， ZHAO Li-Xia， FENG Yin-Zhong， YAN Wei， LIN Jin-Ming. Chinese J. Anal. Chem.， 2008， 36（7）： 920-924

冀 峰， 赵利霞， 冯饮忠， 严 炜， 林金明. 分析化学， 2008， 36（7）： 920-924

8 Yang R， Zhu D， Wen H， Fu A， Zhao Z， Dai G， Miao Z， Hu Y. J. Sep. Sci.， 2017， 40（5）： 1150-1157

9 ZHAO Li-Juan， QI Yu-Xia， WEI Ling-Ling， LI Wen-Jing， LI Ya， WANG Fu-Qiang， GONG Pu-Lin. Chinese J. Anal. Chem.， 2016， 44（10）： 1562-1567

赵丽娟， 祁玉霞， 魏玲玲， 李文婧， 李 亚， 王富强， 龚波林. 分析化学， 2016， 44（10）： 1562-1567

10 Jaroniec M， Deryo A， Marczewski A. Chemischer Informationsdienst， 1983， 114（4）： 393-397

11 LIU Qiu-Ye， LI Wen-You， HE Xi-Wen， CHEN Lang-Xing， ZHANG Yu-Kui. Acta Chimica Sinica， 2008， 66（1）： 56-62

刘秋叶， 李文友， 何锡文， 陈朗星， 张玉奎. 化学学报， 2008， 66（1）： 56-62

12 Xia Z， Lin Z， Xiao Y， Wang L， Zheng J， Yang H， Chen G. Biosens. Bioelectron.， 2013， 47（47C）： 120-126

13 Yang H H， Zhang S Q， Yang W， Chen X L， Zhuang Z X， Xu J G， Wang X R. J. Am. Chem. Soc.， 2004， 126（13）： 4054-4055

14 Xu C， Uddin K M， Shen X， Jayawardena Hs， Yan M， Ye L.ACS Appl. Mater. Interfaces， 2013， 5（11）： 5208-5213

15 Li W， Wang H T， Jiang W， Wang L， Zhang R Q， Li H， Wu T， Du Y P.Anal. Methods， 2015， 8（1）： 129-135

16 Wang L， Cao P， Li W， Tong P J， Zhang X F， Du Y P. Spectrochim. Acta A， 2016， 159： 151-156

17 Li W， Wang L， Tong P J， Iqbal J， Zhang X F， Wang X， Du Y P.RSC Adv.， 2014， 4（94）： 52123-52129

18 Wei H， Li H， Liu P， Tao X， Fan C， Li L， Zhang R， Du Y.Spectr. Lett.， 2017， 50（9）： 470-475

19 ZENG Hua-Jin， LI Meng-Ting， LI Qing， HU Fei-Fei.Chinese Journal of Luminescence， 2016， 37（4）： 481-486

曾華金， 李梦婷， 李 晴， 胡菲菲. 发光学报， 2016， 37（4）： 481-486

20 CHEN Yan-Ting. Chemical Research and Application， 2015， 27（12）： 1875-1878

陈颜婷. 化学研究与应用， 2015， 27（12）： 1875-1878

21 TANG Zhi-Ming， MA Xin-Bin. Chemical Industry and Engineering Progress， 2016， 35（4）： 1162-1166

唐志明， 马新宾. 化工进展， 2016， 35（4）： 1162-1166

22 GONG Yan-Ru， WANG Yue， DONG Jia-Bin， YANG Jing， REN Xiao-Wei， GONG Bo-Lin. Chinese J. Anal. Chem.， 2014， 42（1）： 28-35

龚艳茹， 王 玥， 董佳斌， 杨 静， 任晓伟， 龚波林. 分析化学， 2014， 42（1）： 28-35

23 GAO Yan-Bu， ZHU Gui-Fen， FAN Jing.Chemical Research and Application， 2011， 23（8）： 980-984

高燕哺， 朱桂芬，樊 静. 化学研究与应用， 2011， 23（8）： 980-984

24 SU Chao， SU Li-Qiang， ZHANG Xin-Jia， WEI Dan.Chemical Industry Times， 2013， 27（1）： 1-4

苏 超， 苏立强， 张欣佳， 魏 丹. 化工时刊， 2013， 27（1）： 1-4

25 GAO Yuan， SU Li-Qiang， LI Ji-Jiao.Chemical Industry Times， 2015， 29（12）： 16-19

高 源， 苏立强， 李继姣. 化工时刊， 2015， 29（12）： 16-19

26 GB/T 21312-2007， Analysis of Fourteen Quinolones in Food of Animal Origin by High Performance Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. National Standards of the People's Republic of China

動物源性食品中14种喹诺酮药物残留检测方法. 中华人民共和国国家标准. GB/T 21312-2007