新型回缩式薄膜固相微萃取装置在人工甜味剂时间加权平均浓度监测中的开发与验证

为解决人工甜味剂(AS)在环境水体中的长期监测难题，研究人员开发了一种基于回缩式薄膜固相微萃取(TF-SPME)的被动采样装置，用于时间加权平均(TWA)浓度监测。通过实验室与野外校准验证，该装置对ACE、SAC等AS的采样速率(RS)稳定(0.0033-0.0075 mL day-1)，线性累积效果显著(R2>0.9363)，且与理论值偏差<20%。研究证实该装置适用于地表水中AS的长期监测，为环境污染物评估提供了绿色高效的解决方案。

　　

在当今食品工业中，人工甜味剂(Artificial Sweeteners, AS)作为糖替代品被广泛使用，但其环境归趋和生态风险仍存在争议。这类化合物具有高度持久性，已在全球地表水中频繁检出，研究表明它们可能干扰水生生物的内分泌系统、肠道菌群甚至繁殖能力。然而，传统抓取采样(grab sampling)仅能提供瞬时浓度数据，无法反映污染物在动态水体中的真实暴露水平。面对这一挑战，加拿大滑铁卢大学的研究团队在《Green Analytical Chemistry》发表了一项创新研究，开发了一种回缩式薄膜固相微萃取(Retracted Thin Film Solid Phase Microextraction, TF-SPME)装置，实现了对地表水中AS时间加权平均浓度(Time Weighted Average, TWA)的长期精准监测。

研究采用铜管-Teflon复合结构设计被动采样装置，内置HLB-WAX涂层薄膜作为吸附相，通过10 mm扩散路径控制物质传输。关键技术包括：1) 零沉降行为(Zero-sink behavior)验证，通过间歇/连续暴露实验确认涂层吸附稳定性；2) 实验室校准(60 ng mL^-1 AS标准液，30天)与野外校准(加拿大Grand River下游30天部署)相结合；3) 基于斯托克斯-爱因斯坦方程计算扩散系数(D)；4) 使用AGREE评估体系对比TF-SPME与主流POCIS设备的绿色性能。

3.1 回缩式TF-SPME作为TWA采样器的验证
通过3分钟快速解吸时间和零沉降测试，证实HLB-WAX涂层能有效抵抗浓度波动干扰。面流速测试显示静态与动态(150 rpm)条件下提取量无统计学差异，满足TWA采样器对流速不敏感的核心要求。

3.2 实验室校准
在5°C模拟环境温度下，装置对6种AS的R_S为0.0033-0.0075 mL day^-1，其中糖精(SAC)最高(0.0075 mL day^-1)，新橙皮苷二氢查耳酮(NHDC)最低。R_SZ/AD值接近1，证实装置符合菲克扩散定律，且实验值与理论预测偏差<20%。

3.3 河水样本分析
在Grand River实际监测中，检出ACE(2.97±16.9% ng mL^-1)、SAC(0.91±23.4% ng mL^-1)等4种AS，而ASP和NHDC浓度低于方法定量限(MLOQ)。数据变异系数(%RSD)16.9-27.5%，符合中等波动水体校准要求。

3.4 野外校准
30天累积数据显示线性关系优异(R²>0.9363)，现场R_S为0.0045±0.0002(三氯蔗糖)至0.0070±0.0009 mL day^-1(安赛蜜)，与实验室数据高度吻合。特别值得注意的是，三氯蔗糖(SUC)虽具有最高环境浓度(26.5 ng mL^-1)，但因强HLB-WAX亲和性导致R_S略高于理论值。

3.5 绿色评估
通过AGREE指标对比显示，TF-SPME在自动化程度(原则#5)和废物产生量(原则#7)上显著优于传统POCIS。虽然两者均需LC-MS分析，但TF-SPME整合了采样-富集-保存流程，减少有机溶剂消耗，综合绿色评分更高。

这项研究的意义在于：1) 首创将回缩式TF-SPME应用于AS的TWA监测，克服了POCIS设备对流速敏感的缺陷；2) 通过理论建模与实证校准相结合，证实装置在湍流水体中的可靠性；3) 绿色评估体系为环境监测技术选择提供量化依据。尽管当前R_S较低限制短期监测，但通过优化扩散路径或开发高容量吸附剂可进一步提升性能。该技术为持久性污染物生态风险评估提供了标准化工具，推动被动采样向更精准、更可持续的方向发展。