《Foods》：Evaluation of a Luffa Cylindrica-Based Biosorbent as an Alternative for Sample Preparation in the Multiresidue Determination of Pesticides in Fish Fillets by UHPLC-MS/MS
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农药在鱼类体内的生物蓄积可能对人类健康构成风险。本研究开发了一种基于壳聚糖修饰的丝瓜络（Luffa cylindrica）生物吸附剂，用于超高效液相色谱-串联质谱法（UHPLC-MS/MS）测定鱼片中农药多残留的提取液净化阶段。该生物吸附剂是一种
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农药在鱼类体内的生物蓄积可能对人类健康构成风险。本研究开发了一种基于壳聚糖修饰的丝瓜络（Luffa cylindrica）生物吸附剂，用于超高效液相色谱-串联质谱法（UHPLC-MS/MS）测定鱼片中农药多残留的提取液净化阶段。该生物吸附剂是一种可持续、可再生且低成本的替代材料，可通过分散固相萃取（d-SPE）对食品提取液进行净化。该方法采用原始QuEChERS程序提取分析物，随后使用所开发的生物吸附剂进行净化步骤，最终通过UHPLC-MS/MS进行测定。净化效率主要通过监测磷脂的去除来评估，结果表明该材料具有较高的基质共提取化合物去除能力。该方法针对鱼片中130种农药进行了验证，大多数评估农药的方法定量限（LOQ）为0.001 mg kg?1。将该方法应用于商业鱼片样品，检测到农药浓度范围为0.0062至0.1308 mg kg?1，证明该生物吸附剂是复杂脂质基质样品前处理的一种有前景的替代方案。
论文解读文章
一、研究背景与意义
农药在农业中的大量使用已引发对其潜在影响水生生态系统和非靶标生物的广泛关注。这些化合物可通过地表径流、淋溶和施用过程中的漂移进入水生环境，造成多种环境介质和水生生物的污染。鱼类即使暴露于亚致死浓度的污染物，也可能引发氧化应激、组织病理学改变以及鳃和肝脏等器官的细胞损伤，从而损害其基本生理功能。近年来，超高效液相色谱-串联质谱法（UHPLC-MS/MS）已被广泛用于鱼类中农药的测定，该技术具有高灵敏度、高选择性，能够在复杂鱼类基质中同时定量多种微污染物，甚至达到超痕量水平。然而，鱼类样品分析面临的主要挑战之一是高脂质含量的存在，这些脂质在样品制备过程中被部分共提取，干扰分析并导致基质效应（MEs）。
QuEChERS方法因其对多种类农药残留的广泛适用性而被认为特别适合动物源性食品的提取，包括乳制品、肉类、鱼类和蛋类。该方法符合绿色分析化学的发展趋势，与传统技术相比显著减少了溶剂和材料的使用，降低了样品制备相关的环境影响。在QuEChERS方法的提取液净化步骤中，通常使用伯仲胺（PSA）、十八烷基硅烷（C18）和石墨化碳黑（GCB）等吸附剂，通过分散固相萃取（d-SPE）方式简化操作。提取液净化是复杂基质中农药残留分析的关键步骤，因为共提取组分去除不充分会损害电离效率和质谱分析响应。对于高脂质含量样品，C18因其保留非极性化合物（如脂质）的能力而被广泛使用，此外还有EMR-Lipid?和Z-Sep+?等专用商品化吸附剂。
然而，在化学复杂性较高的食品基质中，对具有更高选择性和吸附效率材料的需求推动了新型吸附剂的发展，包括多壁碳纳米管（MWCNTs）、氧化石墨烯（GO）和金属有机框架（MOFs）。尽管这些材料性能优异，但其在合成、成本、可获得性和环境影响方面的局限性正推动研究者探索基于可再生资源的替代方案。在此背景下，天然来源的生物吸附剂因其兼具净化效率和可持续性而受到关注。丝瓜络（Luffa cylindrica）因其三维多孔结构而备受瞩目，该结构由相互连接的纤维网络组成，具有较高的结构稳定性和与多种有机化合物相互作用的潜力。此外，该材料表现出高吸附能力，尤其对油性化合物，这使其适用于去除干扰物质的工艺。然而，为进一步增强其与特定化合物相互作用的能力，可采用化学修饰手段。壳聚糖是一种生物聚合物，因其含有氨基（–NH2）和羟基（–OH）官能团而受到关注，这些基团可与基质中的分子（包括磷脂）建立不同的化学相互作用。壳聚糖是通过甲壳素脱乙酰化获得的多糖，甲壳素是甲壳类动物外骨骼的主要结构成分。除生物相容性、可生物降解性和低毒性外，壳聚糖对多种有机化合物具有高亲和力，是净化高脂质含量食品提取液以测定农药残留的有效材料。
基于生物吸附材料在样品前处理中的应用潜力，本研究旨在开发并评价一种由丝瓜络经壳聚糖修饰制备的生物吸附剂，用于鱼提取液的净化步骤，以支持UHPLC-MS/MS多残留农药测定。研究考察了该材料去除基质干扰化合物（特别是磷脂）的性能，并与d-SPE程序中常规使用的吸附剂进行了比较。此外，研究对130种农药的分析方法进行了验证，并应用于商业鱼片样品，以评估该生物吸附剂作为低成本、可持续替代方案的可行性。
二、研究技术方法概述
研究人员开发了一种基于丝瓜络经壳聚糖修饰的生物吸附剂。制备过程中，将1 g研磨后的丝瓜络浸泡于含1 g壳聚糖的1 mol L?1乙酸溶液中，室温接触12小时，随后用蒸馏水洗涤三次并在80 °C烘箱中干燥至恒重。研究采用了巴西南里奥格兰德州中部地区超市购买的20份商业鱼片样品。样品前处理采用改良的QuEChERS方法：约5 g样品加入10 mL含0.1%甲酸的乙腈，涡旋1分钟，加入4 g无水硫酸镁和1 g氯化钠，再次涡旋后离心，取1 mL上清液进行净化。净化步骤比较了多种策略，包括Captiva EMR-Lipid?和Phree?柱的通过模式、PSA+C18的d-SPE模式、壳聚糖修饰丝瓜络（CMVS）的d-SPE模式以及乳化/破乳程序。分析采用Xevo TQ UHPLC-MS/MS系统，配备Acquity UPLC? BEH C18色谱柱，电喷雾正离子模式（ESI+），选择反应监测（SRM）模式采集数据。生物吸附剂的表征采用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。方法验证遵循SANTE指南，在四个加标水平（0.001、0.005、0.010和0.020 mg kg?1）下进行七重复的回收率和精密度研究。可持续性评估采用AGREEprep和BAGI（Blue Applicability Grade Index）两种指标。
三、研究结果
3.1 稀释条件对UHPLC-MS/MS测定农药残留的影响
研究人员在评价提取液最终组成时发现，用流动相稀释会导致色谱峰变宽且拖尾更严重，而用水稀释则产生更清晰、对称的峰形。因此，选择用超纯水进行两倍稀释，以避免过高稀释倍数并保持足够的灵敏度。
3.2 生物吸附剂的表征
扫描电子显微镜（SEM）分析显示，未修饰的丝瓜络表面粗糙且具有高度多孔的三维结构。经壳聚糖修饰后，由于纤维被壳聚糖聚合物层包覆，表面粗糙度降低，但三维多孔结构得以保留，表明修饰过程未损害材料的架构。这种多孔网络的保留对分析物扩散和吸附位点的可利用性至关重要。FTIR光谱分析显示，修饰后的丝瓜络在3500–3300 cm?1、1600–1550 cm?1和1150–1000 cm?1区域发生变化，可归因于壳聚糖特征官能团的存在，如羟基（–OH）、氨基（–NH2）和酰胺基。这些光谱变化表明壳聚糖与丝瓜络细胞壁主要成分（纤维素和半纤维素）之间发生了相互作用，证实了壳聚糖通过氢键和聚合物链重排被成功掺入植物基质中。
3.3 净化性能比较
研究人员以0.005 mg kg?1加标空白样品为对象，根据回收率在70–120%之间且相对标准偏差（RSD）≤20%的化合物数量来评价不同净化策略的性能。结果显示，Phree?吸附剂表现最佳，134种化合物获得可接受回收率；壳聚糖修饰丝瓜络（CMVS）次之，130种化合物获得满意结果。Phree?能够回收而CMVS未能回收的4种化合物为fenazaquine、flusilazole、furatiocarb和hexitiazox。PSA+C18体系回收124种化合物，而乳化/破乳和EMR-Lipid?表现较差，分别仅有116种和115种化合物满足SANTE接受标准。尽管未超越Phree?，修饰丝瓜络的结果与QuEChERS方法中广泛使用的商品化吸附剂相当，回收率范围为71–118%。磷脂去除的UHPLC-MS/MS评价进一步证实了修饰丝瓜络在去除基质脂质化合物方面的效率。该材料的高效净化性能可能与其结构中壳聚糖的氨基和羟基有关，这些基团有利于与基质组分发生氢键和静电相互作用等多种类型的相互作用，从而在保留具有不同理化性质分析物的同时有效保留脂质和磷脂。
3.4 方法可持续性评估
研究人员采用AGREEprep和BAGI两种互补指标评估方法的可持续性和实用性。AGREEprep评估结果显示，所开发方法获得0.62的可持续性得分，表明环境性能令人满意，但在样品制备和环境安全方面仍有改进空间。BAGI指数评估获得75.0分的总体评分，表明从蓝色分析化学角度看，该程序具有良好的实际适用性，但部分与分析效率相关的参数仍可进一步优化。
3.5 方法验证结果
基质效应评价显示不同化合物表现出不同行为：carbendazim的基质效应为5.3%（信号增强），属于低基质效应；atrazine的基质效应为46.8%，属于中等程度；diazinon表现出最强的基质效应（72.9%），属于强基质效应。这些结果证实了使用基质匹配校准以补偿基质干扰导致的定量误差的重要性。校准曲线在0.5至20.0 μg L?1浓度范围内构建，相关系数大于0.99，表明方法具有良好的线性。日内回收率范围为71–115%，符合SANTE指南的接受限值。方法定量限（LOQ）为：109种化合物为0.001 mg kg?1，21种化合物为0.005 mg kg?1，对应的检测限（LOD）分别为0.0003和0.0015 mg kg?1。这些限值总体低于类似研究中报道的值，表明本方法在检测能力方面具有优势。
3.6 方法在鱼片样品中的应用
对鱼片样品的分析揭示了多种农药残留的存在。其中，atrazine的浓度最高，在样品A11中定量为0.1308 mg kg?1。此外，trifloxystrobin、fenpropimorph、epoxiconazole、propiconazole、pyraclostrobin和clomazone的检测浓度范围为0.0010至0.0897 mg kg?1。所有检出化合物的浓度均高于方法建立的定量限（LOQ = 0.001 mg kg?1）。值得注意的是，样品A11中同时观察到除草剂atrazine（0.1308 mg kg?1）和杀菌剂propiconazole（0.0295 mg kg?1）的最高浓度，而样品A4中定量了杀菌剂fenpropimorph（0.0062 mg kg?1）。所有检出的农药目前均在大规模农业中广泛使用。农药残留在水生生物中的检测是环境质量变化的重要指标，这些化合物可通过地表径流、大气传输或淋溶过程进入水生环境，并可能因某些农药的理化特性而在环境中持久存在，沿食物链发生生物蓄积和传递，对不同营养级产生潜在影响并对人类健康构成风险。
四、讨论总结与研究结论
本研究的讨论部分指出，所开发的基于丝瓜络经壳聚糖修饰的生物吸附剂在去除脂质干扰物方面表现出高能力，有效降低了基质效应并产生了更高分析质量的提取液。与商品化吸附剂相比，该生物吸附剂在净化性能上优于PSA+C18和EMR-Lipid?，同时具有可再生、低成本的环境优势。研究还强调了持续监测水生环境中农药残留的重要性，因为农药暴露可引发水生生物的生物化学、生理和遗传改变，其中atrazine因其广泛农业使用及潜在的内分泌和代谢干扰效应而需特别关注。
研究结论指出，本研究成功开发并应用了一种高效的分析方法，可在极低水平下对鱼片样品中的农药进行多残留测定。该方法采用基于QuEChERS的提取步骤，随后使用壳聚糖修饰丝瓜络生物吸附剂进行净化，该材料表现出高脂质干扰物去除能力。方法对130种化合物进行了验证，表现出良好的选择性、线性、精密度和准确度。低定量限证明了该方法的灵敏度及其在复杂基质（如鱼片组织）中痕量农药残留测定的适用性。将该方法应用于实际样品，在部分鱼样中检测到多种农药残留，证实了这些污染物在水生环境中的存在。因此，该方法在食品安全评估中具有应用潜力，有助于推进复杂基质中污染物分析的更高效、可持续分析策略的发展。
