刺激响应性（可切换）深共熔溶剂在微萃取中的应用：食品安全与环境分析中的现状、挑战与前景

《Talanta》：Stimuli-responsive (switchable) deep eutectic solvents in microextraction: Status, challenges and prospects in food safety and environmental analysis

　　•动态切换通过分子相互作用控制分析物选择性。
•预测性计算工具加速理性S-DES设计。
•DLLME和HLLME主导S-DES应用，实现高效萃取。
•S-DES通过刺激控制相切换简化微萃取过程。
•固相S-DES微萃取仍待深入探索。
引言
快速工业化、城市化和集约化农业活动增加了污染物向环境和食物系统的释放。农药残留、霉菌毒素、药物和个人护理产品（PPCPs）、重金属及合成染料等污染物常在水体、土壤、沉积物和食品中检出[1]，[2]。许多此类污染物具有持久性，可能在环境介质和食物链中蓄积，对人类健康和水生生态系统构成风险。食品污染被公认为全球重大关切，因为污染物可在生产、加工和分销过程中进入食物链[3]。此外，释放到环境中的污染物可通过水生和陆生系统迁移，最终到达食物来源，通过膳食摄入增加人体暴露[4]。污染物在复杂基质中痕量及超痕量水平的存在，凸显了对灵敏、选择性和可持续分析方法的迫切需求，以实现有效监测。PPCPs因其广泛存在及对生态系统和人类健康的潜在不利影响，已成为日益受关注的环境污染物。大量研究表明，PPCPs即使在ng/L至μg/L的痕量浓度下也能产生生态效应，并已在地表水、地下水、废水、沉积物和河口生态系统中检出[5]。近期评估已在全球河口中发现药物污染，其中镇痛剂、抗生素和兴奋剂是最常检出的类别。PPCPs从生活源、工业源、农业源和医疗活动的持续释放，凸显了开发可靠分析方法以测定其在环境和食品样品中含量的重要性[5]，[6]。
样品制备是分析工作流程的基础环节，常被视为最具挑战性和最耗时的步骤。该阶段的效果直接影响萃取效率、分析物回收率以及分析方法的环境可持续性[6]，[7]。传统液相萃取（LPE）和固相萃取（SPE）技术已广泛用于分析物的分离和富集[8]。然而，这些方法通常需要有毒有机溶剂、操作繁琐、产生有害废物，且对痕量污染物的富集性能往往有限[6]，[9]。为克服这些局限，大量研究聚焦于微萃取技术的发展，该技术具有富集效率高、溶剂消耗少、萃取时间短以及更符合绿色分析化学原则等优点[10]，[11]，[12]。对可持续分析实践的日益重视，激发了将深共熔溶剂（DESs）整合到微萃取系统中的浓厚兴趣。与离子液体（ILs）类似，DESs具有可调谐的物理化学性质和优异的溶解能力；然而，它们通常更易制备、更具成本效益，且往往表现出更好的生物降解性和更低的毒性。通过改变氢键受体（HBAs）和氢键供体（HBDs）的组成和摩尔比，可合理设计DESs以实现特定的极性、粘度、疏水性和萃取选择性[13]，[14]。其可忽略的蒸气压和广泛的溶解能力使其能够高效萃取具有不同化学特性的分析物，同时最大限度地减少溶剂排放。天然深共熔溶剂（NADESs）提供了额外优势，包括高生物降解性、低细胞毒性和可再生来源，使其成为环境友好型萃取和分离技术的有吸引力的替代品[15]，[16]。此外，基于DES的萃取方法在使用AGREE和GAPI指标评估时，始终表现出优于传统溶剂法的绿色性能[6]。
尽管有这些优势，传统DES基萃取系统仍面临重大局限。无论DES是亲水性还是疏水性，高效的相分离和溶剂回收仍是主要挑战[17]，[18]，[19]。在许多情况下，DES作为一次性萃取介质使用，因为溶剂回收和再循环需要额外试剂或复杂的再生程序，这可能损害过程可持续性并增加操作成本[18]，[19]。为克服这些局限，刺激响应或可切换响应型深共熔溶剂（S-DES）作为新一代智能萃取介质应运而生。这些溶剂能够响应外部刺激（如CO2/N2、pH变化或温度变化）而可逆地改变其物理化学性质，从而在单一系统内实现集成化萃取、相分离、溶剂回收和溶剂再利用[20]。可切换溶剂的概念最早由Jessop及其同事于2005年提出[21]。基于这一概念，Sed等人开发了一种可切换深共熔溶剂，通过暴露于CO2和N2能够可逆地在亲水性和疏水性状态之间转换[22]。此后，三类主要的S-DES被频繁报道，即CO2响应型、pH响应型和温度响应型深共熔溶剂（TRDESs）[23]，[24]，[25]。这些系统为开发可持续萃取方法提供了独特机遇，因为其极性、疏水性、粘度和溶解能力可通过外部刺激按需调节[24]，[25]，[26]。
尽管一些综述对刺激响应深共熔溶剂（S-DESs）的组成、切换机制和萃取应用提供了宝贵见解（表1），但对其萃取效率和选择性控制因素的关键理解仍然有限。现有综述主要集中于溶剂制备、分类、切换策略和分析应用，相对较少关注溶剂组成、刺激诱导的物理化学变化和分子相互作用如何共同影响分析物分配和萃取性能。为填补这一空白，本综述批判性地审视了S-DES组成、响应行为、物理化学性质和萃取性能之间的关系，特别强调控制萃取效率和选择性的机制因素。本综述不仅仅是总结已报道的应用，而是评估现有实验证据，识别未解决的机制问题，并讨论当前发现支持结构-性质-性能关系的程度。还探讨了计算方法的潜在贡献，包括COSMO-RS、密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟，作为研究分子相互作用和指导未来溶剂设计的补充工具，同时承认这些方法在S-DES基微萃取中的有限应用。此外，从溶剂消耗、切换要求、再生和实际适用性的角度，批判性地考虑了所报道萃取策略的可持续性。通过整合这些视角，本综述识别出关键知识空白，并提出了研究重点，以推动S-DES基微萃取系统在食品安全和环境分析中更机制明确、选择性更高、效率更高且更可持续的发展。
章节片段
传统DES：简要背景和内在局限
DESs最早由Abbott等人[13]引入，他们报道了一种通过将氯化胆碱（HBA）和尿素（HBD）以1：2摩尔比混合形成的室温液体（熔点12°C）。DESs通常通过将HBA和HBD结合制备，所得共晶混合物的熔点显著低于各组分[13]，[15]。DESs因其低挥发性、制备简单、可调性质、低成本以及在某些情况下良好的生物降解性而备受关注。在
控制分析物萃取和选择性的分子相互作用
S-DES的萃取性能不仅受其本体物理化学性质（如极性和粘度）控制，还受溶剂组分与目标分析物之间分子水平相互作用的复杂影响。与传统萃取溶剂不同，S-DES具有动态可调的相互作用环境，可通过外部刺激可逆地改变，从而引起萃取选择性、分配行为和相亲和力的变化[27]，[28]。
S-DES在食品和环境分析微萃取中的应用
S-DES可逆改变其极性和相行为的独特能力，使其能够应用于食品和环境分析的各种微萃取形式。通过响应pH调节、CO2鼓泡或温度变化等外部刺激，S-DES可以改善分析物转移、促进相分离，并减少对分散剂、盐析剂和离心的需求。这些特性使S-DES基微萃取在
挑战、研究重点和未来展望
尽管对S-DES的兴趣日益增长，但若干挑战仍限制了其在常规食品和环境分析中的更广泛应用。一个主要局限是许多DES系统粘度相对较高，这可能会减缓传质并延长萃取时间，相比于传统有机溶剂[28]，[83]。虽然加热可以降低粘度，但过高温度可能增加能耗并影响热敏分析物。另一个挑战是有限的
结论
S-DES代表了微萃取领域的重要进展，它解决了传统DES的一些主要局限，特别是困难的相分离和有限的溶剂回收。通过CO2/N2、pH或温度诱导的可逆切换，S-DES实现了高效萃取、简化工作流程和改善可持续性。当前应用证明了其适用于测定多种污染物，包括农药、药物、
CRediT作者贡献声明
Grégoire Herzog：写作–审阅与编辑。David Chen：写作–审阅与编辑。Lim Sheh Hong：写作–审阅与编辑。Huma Javeria：写作–初稿、可视化、数据管理。Noorfatimah Yahaya：写作–审阅与编辑、监督、概念化。Ahmad Husaini Mohamed：写作–审阅与编辑。Sazlinda Kamaruzaman：写作–审阅与编辑。Nur Nadhirah Mohamad Zain：写作–审阅与编辑
利益冲突声明
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致谢
我们感谢马来西亚高等教育部通过原型开发研究资助计划（PRGS）的支持，参考编号：PRGS/1/2025/STG04/USM/02/1，账户编号：R503-KR-PRG001-0000002414-K134。同时感谢栗田水与环境基金会（KWEF）资助（资助编号：25Pmy071）以及马来西亚欧莱雅-联合国教科文组织“科学女性”（FWIS）青年人才计划的支持。H. Javeria 诚挚感谢 Huma Javeria|Noorfatimah Yahaya|Ahmad Husaini Mohamed|Sazlinda Kamaruzaman|Nur Nadhirah Mohamad Zain|Grégoire Herzog|David Chen|Lim Sheh Hong