利用THB-Salen-COFs结合UPLC?MS/MS方法测定地表水环境中喹诺酮类抗生素残留

《Microbiology Resource Announcements》：Determination of quinolone antibiotic residues in surface water environments by THB-Salen-COFs combined with UPLC?MS/MS

提高水样中抗生素预处理效率是检测关键，本研究通过THB-Salen-COFs材料构建多孔吸附剂，结合UPLC-MS/MS建立七种喹诺酮类抗生素检测方法，线性相关系数＞0.998，检测限低至0.001μg·L?1，回收率76.24%-105.51%，方法稳定可靠。

　　

郝伟丽|张汉宁|王凯|马玲|连考奇|史红梅

河北医科大学公共卫生学院；河北环境与人类健康重点实验室，石家庄050017，中国

摘要

提高样品预处理的效率是检测环境水中抗生素残留的关键。在本研究中，制备了THB-Salen-COFs，并证实其具有多孔结构，随后将其用作分散固相萃取（d-SPE）吸附剂，用于水样中喹诺酮类（QNs）的检测。在优化吸附和脱附条件后，建立了一种结合超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）的方法，用于检测水样中的7种QN残留物。在最佳条件下，THB-Salen-COFs-d-SPE-UPLC-MS/MS方法在0.1–100.0 μg·L?1的范围内表现出良好的线性关系（R2 > 0.998），检测限和定量限分别为0.001–0.033 μg·L?1和0.003–0.101 μg·L?1。该方法的基质效应在可接受范围内（94.74–109.45%），不同加标水平的回收率为76.24–105.51%（RSD ≤ 8.23%）。使用所提出的方法处理实际地表水样品后，成功检测到了所有7种分析物。因此，该方法灵敏可靠，可用于水样中7种QN的定量分析。

引言

喹诺酮类（QNs）因其强大的抗菌活性、稳定的代谢过程、较低的生产成本以及与其他抗菌药物无交叉耐药性而被广泛使用[1]。作为一类完全合成的抗生素，自1962年首次合成萘啶酸以来，已经开发出了四代QN，其中第三代和第四代应用最为广泛[2]。随着对动物蛋白需求的增加，食品动物中抗生素的使用也在增加，而QN类抗生素的残留物可能通过食物链进入人体并积累[3]。QN类抗生素通过直接作用于细菌DNA拓扑异构酶来抑制细菌DNA复制，但它们难以被人体和动物完全吸收[1,4]。研究表明，30%至70%的QN类抗生素以原始形式通过粪便和尿液排出体外，甚至用于水产养殖的QN类抗生素也可能直接排放到水体中，从而大大增加了环境中抗生素的暴露量[1,5]。QN类化合物的结构中含有羧基、氟原子、哌嗪基或哌嗪衍生物等极性基团，这些基团提高了其水溶性；因此，这些化合物经常在环境水中被检测到[2,6]。即使在低浓度下，长期暴露也可能导致细菌产生抗生素耐药性，对公共健康和生态环境构成潜在风险[7,8]。在世界卫生组织制定的抗菌素耐药性风险管理策略中，36种QN类抗生素（如左氧氟沙星和洛美沙星）被列为“最高优先级的关键重要抗菌药物”[9]。作为新兴的环境污染物，水环境中的抗生素污染已成为全球关注的问题[10]。

目前，QN类残留物的检测方法包括免疫测定-表面增强拉曼散射法[11]、荧光法[12]、高效液相色谱[13]以及高效液相色谱与质谱联用[14]，其中超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）具有高灵敏度，能够实现快速分析。在样品预处理技术领域，常用的提取技术包括液-液萃取（LLE）[15]、分散液-液微萃取（DLLME）[16]、传统固相萃取（SPE）[5]、分散SPE（d-SPE）[17]和磁性SPE（MSPE）[18]。吸附剂是提取过程中的关键因素，探索具有高选择性和良好稳定性的新型高效吸附剂材料是目前的发展趋势。近年来，报道了多种新型纳米和微米级吸附剂，如石墨烯[19]、碳纳米管（CNTs）[20]、金属有机框架（MOFs）[21]和共价有机框架（COFs）[22]。

COF材料由于其固有的多孔性、丰富的结合位点和较大的表面积，表现出优异的分离和富集性能[23]。通过单甲基胺与醛在酸性条件下的脱水缩合反应制备的亚胺连接COFs，在水中具有出色的稳定性和高结晶度，适用于生物或环境分析应用[24]。Salen化合物是一类[O,N,N,O]四齿双Schiff碱配体，其与COF结构的独特结合可用于制备Salen-COFs[25]。迄今为止，Salen-COFs通常在进一步金属化后用于手性催化，但在环境分析中的应用较少[26,27]。

基于QN类和Salen-COFs的结构特征，本研究设计了一种多孔结构框架，具体思路如下：首先，THB-Salen-COFs的共轭芳香框架与QN类的芳香核心之间发生π-π堆叠；其次，材料中Salen位点的含氮/氧基团与QN类的可电离基团（如羧基、哌嗪基）之间形成氢键。选择7种QN类药物作为代表性分析物，包括罗索沙星（ROS）、达诺氟沙星（DNO）、恩诺沙星（ENR）、 difloxacin（DIF）、斯帕氟沙星（SPA）、莫西沙星（MOX）和格雷帕沙星（GEP）。然后，通过一步法合成了名为THB-Salen-COFs的吸附剂，并将其用于水样中7种QN类残留物的富集和纯化。最后，结合UPLC-MS/MS方法，提出了一种用于检测环境地表水中7种QN的方法。

化学试剂和溶液

7种QN类的参考标准品购自Alta Scientific（天津，中国），纯度高于99.3%。详细信息见表S1，结构见图S1。准确称量每种喹诺酮标准品并溶解在适当体积的乙腈中，制备1.0 mg·L?1的单标准品储备液。通过系列稀释从上述溶液中获得含有7种QN类的混合标准品溶液（1.0 mg·L?1）

THB-Salen-COFs的表征

制备的THB-Salen-COFs呈浅黄色粗糙粉末状，通过表征技术测试了其形态和结构。扫描电子显微镜（SEM）图像（图1a, b）显示COFs为分散良好的球形颗粒，表面带有不规则的花状条纹。透射电子显微镜（TEM）（图1c, d）结果揭示了其内部的多孔结构，颗粒直径约为0.22 μm。

如图2a中的FT-IR图像所示，在1633 cm?1处有吸收峰

结论

本研究设计并制备了具有多孔结构的球形THB-Salen-COFs，作为水环境中7种QN类的d-SPE吸附剂。在优化色谱、质谱和预处理条件后，建立了d-SPE-UPLC-MS/MS检测方法。在0.1–100.0 μg·L?1范围内，7种QN类的线性关系良好（R2 > 0.998），检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.001–0.033 μg·L?1和0.003–0.101 μg·L?1。此外，该方法表现出令人满意的结果

CRediT作者贡献声明

郝伟丽：撰写 – 原始草稿、方法学、实验设计。张汉宁：验证。王凯：监督、概念构思。马玲：可视化。连考奇：撰写 – 审稿与编辑。史红梅：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号82373626）、河北省自然科学基金（编号H2022206045）、河北省科技计划（编号223777116D）以及中央政府指导的河北省地方科技发展项目（编号246Z7721G）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。