《Microchemical Journal》：Simple materials with significant performance: efficient sulfonamides quantification in aquatic and
in vivo samples by SPME-LC-MS/MS based on hyper-crosslinked porous polymer
编辑推荐：
•同时开发了一种适用于水生和活体采样的SPME方法。•开发了绿色、稳定且易于合成的超交联聚合物，并将其应用于SPME纤维中，以增强磺胺类药物的吸附效率。•所提出的方法显著减少了有机溶剂的使用，体现了环境可持续性原则。•所提出的方法仅需10分钟即可在非致死条件下采样鱼类肌肉组织
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同时开发了一种适用于水生和活体采样的SPME方法。
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开发了绿色、稳定且易于合成的超交联聚合物，并将其应用于SPME纤维中，以增强磺胺类药物的吸附效率。
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所提出的方法显著减少了有机溶剂的使用，体现了环境可持续性原则。
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所提出的方法仅需10分钟即可在非致死条件下采样鱼类肌肉组织中的磺胺类药物。
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未来相关领域的研究应优先采用以目的为导向和性能为中心的设计理念来开发简单材料，而非盲目追求复杂结构的材料。
引言
磺胺类药物是一类抗菌药物，在全球范围内广泛应用于医疗行业和畜牧业。然而，其广泛应用导致磺胺类药物残留存在于环境中。据统计，每年有超过20,000吨磺胺类药物被释放到全球环境中[1]。过去几十年来，越来越多的研究关注环境中磺胺类药物的残留问题，大多数研究表明磺胺类药物普遍以低浓度存在[2]，[3]，[4]，这仍有助于促进抗生素抗性基因的选择和传播[5]，并引发了公众对耐药菌出现问题的广泛关注。此外，这些残留物在水生生态环境中可以迁移进入水生生物体内，可能干扰其正常生理功能并造成不利影响[6]，[7]，[8]。研究表明，即使与环境浓度相关的残留磺胺类药物也可能干扰斑马鱼的生长发育，并引起神经毒性[6]。此外，由于磺胺类药物的消耗量并未显著减少[9]，由于兽药的使用或残留药物的迁移，在水生生物中观察到磺胺类药物的积累[10]，[11]。因此，食品安全面临重大挑战，因为食用磺胺类药物超标的 aquatic 动物组织可能导致人体不良反应[9]。鉴于各类水产制品的大量消耗[12]，相关法规已对此类产品中抗生素的允许残留量设定了限制[13]。最重要的是，必须开发高效的分析方法来检测环境水体和水生生物中的磺胺类药物残留，以确保生态和食品安全。
考虑到不同基质中残留磺胺类药物的低浓度，液相色谱-串联质谱检测器因其卓越的分离和分析能力，已被广泛用于磺胺类药物的定量分析[14]。在色谱分析之前，必须进行适当的样品前处理。固相萃取、溶剂萃取和QuEChERS方法被认为是检测各种样品中磺胺类药物的传统样品前处理方法[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。然而，在这些传统样品前处理过程中消耗大量有机溶剂，且操作繁琐[21]。此外，常规方法在动物组织样品前处理过程中通常导致实验动物死亡。此外，体外实验程序存在提供的结果可能无法准确反映实时生理结果的风险[22]。固相微萃取将采样、萃取和预浓缩过程整合为单一一步操作[21]，显著降低了样品前处理的复杂性。在SPME过程中，有机溶剂的消耗也大幅减少。另一方面，SPME以其无创或微创的特性，便于活体采样，从而提高了所获结果的准确性[23]。近年来，SPME通过避免牺牲实验动物并产生更精确的结果，在活体采样方面展现了显著的实际价值[24]。SPME已被广泛应用于环境和生物分析。
SPME纤维表面的涂层对预浓缩能力有重大影响，直接影响分析方法的灵敏度。目前已开发并应用了几种商业化的SPME纤维用于污染物和药物的富集与分析[25]，[26]，然而它们对磺胺类药物这种极性分子的萃取能力往往有限[27]，[28]。最近，各种先进功能材料，如金属有机框架和共价有机框架，已被用于SPME中高效萃取极性分析物，这得益于它们的大比表面积、丰富的孔结构和官能团[29]，[30]，[31]，[32]，[33]，[34]。然而，在制备这些多孔晶体材料时通常需要苛刻的反应环境。此外，昂贵的单体、较长的反应时间以及不理想的产品收率共同导致了较高的制备成本。不建议在SPME的简单吸附过程中使用如此复杂和昂贵的材料。超交联多孔聚合物具有许多显著优势，包括温和的合成条件、成本效益高的单体、坚固的结构以及优异的化学稳定性[35]。引入不同的单体和交联剂有助于建立具有各种官能团的交联网络结构，从而促进分析物与聚合物之间的亲和力。二氯苄基联苯是一种理想的交联剂，通过Friedel-Crafts烷基化反应和亲核取代反应来合成超交联多孔聚合物[36]。色氨酸可以作为具有芳香环骨架结构和活性官能团的单体，这不仅有助于构建超交联多孔聚合物，还能增强对极性药物分子的亲和力。基于DB和Tp的超交联多孔聚合物，在保持材料稳定性的前提下，有望对磺胺类药物表现出良好的吸附性能。
在此研究中，合成超交联多孔聚合物并应用于SPME纤维涂层，随后将其与液相色谱-串联质谱联用，建立了检测8种磺胺类药物在水生和活体样品中的检测方法（表S1）。罗非鱼作为养殖、加工和贸易的理想鱼类，已被用作研究毒性和生物效应的研究模型[37]。本研究选择罗非鱼作为活体采样的水生生物模型。分别研究了水样采样和活体采样的最佳萃取参数。经过全面的方法验证后，成功应用所开发的方法定量检测了水样和罗非鱼肌肉组织样品中的8种磺胺类药物（图1）。这项工作表明，通过策略性制备的简单且成本效益高的无定形聚合物材料同样可以在SPME中对环境污染物表现出优异的吸附性能，为水生和活体样品建立了一种绿色、快速且准确的采样方法。
各章节摘要
试剂与材料
本研究中的所有试剂均为分析纯或更高纯度，未经进一步纯化即直接使用。二氯苄基联苯、无水三氯化铁、二氯乙烷、聚丙烯腈、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺二氚苯和磺胺吡啶购自上海麦克林生化科技有限公司。色氨酸、甲酸、磺胺嘧啶、磺胺甲氧嘧啶和磺胺噻二唑购自阿拉丁生化科技有限公司。
超交联多孔聚合物的表征
三种超交联多孔聚合物均通过一步超交联反应合成，但单体比例不同。首先，利用傅里叶变换红外光谱通过观察官能团诊断峰吸收的变化来确认单体之间的超交联作用。如图2D所示，由碳-氯键伸缩振动产生的729至563 cm?1波数范围的吸收带，在红外光谱中消失。
结论
在本研究中，合成了基于色氨酸和二氯
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同时开发了一种适用于水生和活体采样的SPME方法。
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开发了绿色、稳定且易于合成的超交联聚合物，并将其应用于SPME纤维中，以增强磺胺类药物的吸附效率。
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所提出的方法显著减少了有机溶剂的使用，体现了环境可持续性原则。
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所提出的方法仅需10分钟即可在非致死条件下采样鱼类肌肉组织中的磺胺类药物。
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未来相关领域的研究应优先采用以目的为导向和性能为中心的设计理念来开发简单材料，而非盲目追求复杂结构的材料。
引言
磺胺类药物是一类抗菌药物，在全球范围内广泛应用于医疗行业和畜牧业。然而，其广泛应用导致磺胺类药物残留存在于环境中。据统计，每年有超过20,000吨磺胺类药物被释放到全球环境中[1]。过去几十年来，越来越多的研究关注环境中磺胺类药物的残留问题，大多数研究表明磺胺类药物普遍以低浓度存在[2]，[3]，[4]，这仍有助于促进抗生素抗性基因的选择和传播[5]，并引发了公众对耐药菌出现问题的广泛关注。此外，这些残留物在水生生态环境中可以迁移进入水生生物体内，可能干扰其正常生理功能并造成不利影响[6]，[7]，[8]。研究表明，即使与环境浓度相关的残留磺胺类药物也可能干扰斑马鱼的生长发育，并引起神经毒性[6]。此外，由于磺胺类药物的消耗量并未显著减少[9]，由于兽药的使用或残留药物的迁移，在水生生物中观察到磺胺类药物的积累[10]，[11]。因此，食品安全面临重大挑战，因为食用磺胺类药物超标的 aquatic 动物组织可能导致人体不良反应[9]。鉴于各类水产制品的大量消耗[12]，相关法规已对此类产品中抗生素的允许残留量设定了限制[13]。最重要的是，必须开发高效的分析方法来检测环境水体和水生生物中的磺胺类药物残留，以确保生态和食品安全。
考虑到不同基质中残留磺胺类药物的低浓度，液相色谱-串联质谱检测器因其卓越的分离和分析能力，已被广泛用于磺胺类药物的定量分析[14]。在色谱分析之前，必须进行适当的样品前处理。固相萃取、溶剂萃取和QuEChERS方法被认为是检测各种样品中磺胺类药物的传统样品前处理方法[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]。然而，在这些传统样品前处理过程中消耗大量有机溶剂，且操作繁琐[21]。此外，常规方法在动物组织样品前处理过程中通常导致实验动物死亡。此外，体外实验程序存在提供的结果可能无法准确反映实时生理结果的风险[22]。固相微萃取将采样、萃取和预浓缩过程整合为单一一步操作[21]，显著降低了样品前处理的复杂性。在SPME过程中，有机溶剂的消耗也大幅减少。另一方面，SPME以其无创或微创的特性，便于活体采样，从而提高了所获结果的准确性[23]。近年来，SPME通过避免牺牲实验动物并产生更精确的结果，在活体采样方面展现了显著的实际价值[24]。SPME已被广泛应用于环境和生物分析。
SPME纤维表面的涂层对预浓缩能力有重大影响，直接影响分析方法的灵敏度。目前已开发并应用了几种商业化的SPME纤维用于污染物和药物的富集与分析[25]，[26]，然而它们对磺胺类药物这种极性分子的萃取能力往往有限[27]，[28]。最近，各种先进功能材料，如金属有机框架和共价有机框架，已被用于SPME中高效萃取极性分析物，这得益于它们的大比表面积、丰富的孔结构和官能团[29]，[30]，[31]，[32]，[33]，[34]。然而，在制备这些多孔晶体材料时通常需要苛刻的反应环境。此外，昂贵的单体、较长的反应时间以及不理想的产品收率共同导致了较高的制备成本。不建议在SPME的简单吸附过程中使用如此复杂和昂贵的材料。超交联多孔聚合物具有许多显著优势，包括温和的合成条件、成本效益高的单体、坚固的结构以及优异的化学稳定性[35]。引入不同的单体和交联剂有助于建立具有各种官能团的交联网络结构，从而促进分析物与聚合物之间的亲和力。二氯苄基联苯是一种理想的交联剂，通过Friedel-Crafts烷基化反应和亲核取代反应来合成超交联多孔聚合物[36]。色氨酸可以作为具有芳香环骨架结构和活性官能团的单体，这不仅有助于构建超交联多孔聚合物，还能增强对极性药物分子的亲和力。基于DB和Tp的超交联多孔聚合物，在保持材料稳定性的前提下，有望对磺胺类药物表现出良好的吸附性能。
在此研究中，合成超交联多孔聚合物并应用于SPME纤维涂层，随后将其与液相色谱-串联质谱联用，建立了检测8种磺胺类药物在水生和活体样品中的检测方法（表S1）。罗非鱼作为养殖、加工和贸易的理想鱼类，已被用作研究毒性和生物效应的研究模型[37]。本研究选择罗非鱼作为活体采样的水生生物模型。分别研究了水样采样和活体采样的最佳萃取参数。经过全面的方法验证后，成功应用所开发的方法定量检测了水样和罗非鱼肌肉组织样品中的8种磺胺类药物（图1）。这项工作表明，通过策略性制备的简单且成本效益高的无定形聚合物材料同样可以在SPME中对环境污染物表现出优异的吸附性能，为水生和活体样品建立了一种绿色、快速且准确的采样方法。
各章节摘要
试剂与材料
本研究中的所有试剂均为分析纯或更高纯度，未经进一步纯化即直接使用。二氯苄基联苯、无水三氯化铁、二氯乙烷、聚丙烯腈、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺二氚苯和磺胺吡啶购自上海麦克林生化科技有限公司。色氨酸、甲酸、磺胺嘧啶、磺胺甲氧嘧啶和磺胺噻二唑购自阿拉丁生化科技有限公司。
超交联多孔聚合物的表征
三种超交联多孔聚合物均通过一步超交联反应合成，但单体比例不同。首先，利用傅里叶变换红外光谱通过观察官能团诊断峰吸收的变化来确认单体之间的超交联作用。如图2D所示，由碳-氯键伸缩振动产生的729至563 cm?1波数范围的吸收带，在红外光谱中消失。
结论
在本研究中，合成了基于色氨酸和二氯苄基联苯的超交联多孔材料，通过优化单体比例以增强吸附能力，实现了对磺胺类药物的高效吸附。由于含有大量官能团（包括羧基和氨基）以及较大的比表面积，基于超交联多孔聚合物的SPME纤维对8种磺胺类药物表现出优异的萃取能力。在优化萃取参数的基础上，该方法成功应用于水样和罗非鱼肌肉组织样品中磺胺类药物的定量检测，为环境和水生生物样品中磺胺类药物的分析提供了一种绿色、快速且准确的方法。
CRediT作者贡献声明
叶鹏飞：撰写初稿，验证，方法论，形式化分析，概念化。陈天宁：调查，数据整理。郭金浩：方法论，形式化分析。李楠：调查，形式化分析。邱俊朗：形式化分析，数据整理。陈国生：形式化分析，数据整理。阮文红：撰写-审阅与编辑，监督，项目管理，经费获取。朱芳：撰写-审阅与编辑，监督，项目管理。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（22376226、42307308、52173092和22476218）、青源科技项目（2024BQW013、2024KJJ016和2024BQW023）、广西科技项目（AB23049003）、南方电网公司研究项目（GDKJXM20231263）、广东省重点研发计划（2020B1111350002）以及南方海洋科学与工程项目的资助。
叶鹏飞 | 陈天宁 | 郭金浩 | 李楠 | 邱俊朗 | 陈国生 | 阮文红 | 朱芳 | 欧阳刚峰
