合成胺官能化的磁性共价有机框架，用于高效磁固相萃取，并通过UPLC-MS/MS技术同时测定食品中的11种霉菌毒素

《Journal of Chromatography B》：Synthesis of amine-functionalized magnetic covalent organic framework for efficient magnetic solid-phase extraction and simultaneous determination of eleven mycotoxins in food by UPLC-MS/MS

合成新型磁性胺基功能化共价有机框架材料Fe3O4@COF-NH2，通过π-π堆积和氢键作用高效吸附11种霉菌毒素，建立UPLC-MS/MS联用方法，检测限低至0.02-0.10 μg/kg，回收率74.5%-99.5%，为谷物中多类霉菌毒素高通量检测提供新平台。

　　

王慧超|任玉龙|敖瑞|王秀娟|徐秀丽|连杰|张峰

中国质量检验检测研究院食品安全研究所，北京100176

摘要

首次合理设计并合成了一种新型胺功能化的磁性共价有机框架Fe₃O₄@COF-NH₂，该材料由1,3,5-三(对甲酰苯基)苯(TFPB)和2,2’-二硝基联苯胺(2,2’-DNB)构成。这种具有易于合成、高稳定性和可调孔隙率的核心-壳层材料被用作高效吸附剂，用于从复杂的谷物基质中磁固相萃取(MSPE)十一种霉菌毒素。得益于其丰富的活性位点，该吸附剂表现出优异的性能，这得益于π-π堆叠和氢键作用的协同效应。结合UPLC-MS/MS技术，该方法实现了快速且稳健的分析，检测限极低(0.02–0.10 μg/kg)，回收率高达74.5%–99.5%。这项工作为高通量、灵敏和可靠的霉菌毒素监测提供了一个强大的实用平台，对食品安全应用具有重要意义。

引言

食品安全已成为一个重大的全球公共卫生问题，随着公众对高质量生活标准的不断追求，这一问题受到了广泛关注。霉菌毒素是一类由曲霉菌、青霉菌和镰刀菌等真菌产生的有毒次级代谢物，在食品供应链中构成了特别隐蔽和普遍的化学危害[1]、[2]。这些毒素在种植、加工和储存过程中会污染各种农产品，并在到达消费者之前在多个阶段累积[3]。人类接触霉菌毒素与一系列严重的健康风险相关，包括致癌、致突变、致畸和免疫抑制作用[4]、[5]。

在已鉴定的数百种霉菌毒素中，黄曲霉素(AFs)、赭曲霉毒素A(OTA)、玉米赤霉烯酮(ZEN)及其衍生物由于广泛存在和强毒性而尤为令人担忧[6]。黄曲霉素B₁(AFB₁)被国际癌症研究机构(IARC)列为I类人类致癌物[7]。OTA是一种强效的肾毒素，也被归类为可能的人类致癌物(2B类)[8]、[9]，而ZEN及其代谢物具有强烈的雌激素活性，对生殖健康构成重大风险[10]。这些毒素在谷物等主食中的频繁共存可能导致叠加或协同毒性效应，加剧健康威胁[11]、[12]。因此，包括欧盟和美国FDA在内的全球监管机构已为这些霉菌毒素制定了严格的最大残留限量。因此，开发快速、灵敏和准确的分析方法以同时测定这些霉菌毒素对于确保食品安全、保护公众健康和支持监管执行至关重要。

目前，高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)及其超高效版本(UPLC-MS/MS)已成为霉菌毒素痕量测量的金标准，因为它们具有出色的灵敏度和选择性[13]、[14]、[15]。然而，由于显著的基质效应，直接分析复杂的食品基质仍然具有挑战性，因为共提取的成分如蛋白质、脂质和碳水化合物可能会抑制或增强分析物信号，从而影响分析的准确性和可靠性[16]、[17]。这需要一个有效的样品预处理步骤，以选择性分离和富集目标分析物并去除干扰物质。尽管QuEChERS[18]、[19]和免疫亲和色谱(IAC)[20]等技术被广泛使用，但它们分别存在选择性不足或成本高和重复使用性有限等局限性。

在这种情况下，固相萃取(SPE)及其高级形式——磁固相萃取(MSPE)变得越来越重要。特别是MSPE，通过使用磁性纳米颗粒作为吸附剂，可以在外部磁场的作用下快速方便地从样品溶液中分离目标物质，大大简化了工作流程并减少了分析时间[21]。MSPE程序的性能严重依赖于吸附剂材料的性质[22]。最近，包括功能化超交联聚合物[23]、废物衍生磁性吸附剂[24]和共价有机框架(COFs)[25]、[26]在内的多孔有机聚合物因其高表面积和可调功能位点而成为非常有前景的候选材料。它们明确的结构和可定制的功能性使得可以合理设计具有特定主客体相互作用的材料，如π-π堆叠、氢键和静电相互作用，使其非常适合选择性捕获目标分子[27]、[28]。

尽管取得了这些进展，但开发一种能够高效同时捕获结构多样的霉菌毒素(如AFs、OTA和ZEN)的单一吸附剂材料仍然是一个重大挑战。我们假设，对磁性COF进行合理的功能化可以创建协同结合位点来应对这一挑战。由于目标霉菌毒素都含有羰基或羟基，将胺功能引入COF骨架可以建立强氢键和静电相互作用[29]。例如，富含氮的杂环多孔聚合物[30]和极性可调的磁性超交联聚合物[31]已被证明对黄曲霉素具有异常的亲和力，这验证了我们的假设，即功能化可以显著提高吸附选择性和容量。

在这里，我们报告了一种新型胺功能化的磁性COF(Fe₃O₄@COF-NH₂)的设计和合成，该材料通过TFPB和2,2’-DNB的席夫碱缩合反应构建。系统地表征了合成材料的形态、结构和物理化学性质。通过动力学和等温研究阐明了吸附机制，并结合了理论模拟。这种新的吸附剂被开发用于通过MSPE协议从复杂食品基质中同时预浓缩AFs、OTA和ZEN，随后使用UPLC-MS/MS进行准确定量。所建立的方法在灵敏度、准确性和精度方面表现出优异的性能，突显了功能化磁性COFs在食品安全监测中用于高通量和可靠霉菌毒素分析的巨大潜力。

材料与试剂

霉菌毒素标准品，包括黄曲霉素B₁(AFB₁)、黄曲霉素B₂(AFB₂)、黄曲霉素G₁(AFG₁)、黄曲霉素G₂(AFG₂)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、α-玉米赤霉醇(α-ZEL)、β-玉米赤霉醇(β-ZEL)、赭曲霉毒素A(OTA)、伏马菌素B₁(FB₁)和伏马菌素B₂(FB₂)，由First Standard(天津，中国)提供。氧化铁(Fe₃O₄（纳米粉末，97%）来自Sigma-Aldrich(圣路易斯，MO，美国)。1,3,5-三(4-甲酰苯基)苯(TFPB)和

Fe₃O₄@COF-NH₂的制备与表征

为了验证Fe₃O₄@COF-NH₂复合物的成功合成、结构完整性和功能化，使用了多种分析技术进行了全面表征。分析重点关注材料的微观结构、表面化学、结晶度和磁响应，这些都是其作为吸附剂应用性能的基础。

结论

在这项研究中，成功合成了一种新型胺功能化的磁性共价有机框架Fe3O4@COF-NH2，并将其用作从谷物样品中磁固相萃取十一种霉菌毒素的高效吸附剂。这种合理设计的材料具有稳定的核心-壳层结构和丰富的活性位点，表现出由π-π堆叠、氢键和静电相互作用协同驱动的优异吸附性能。

CRediT作者贡献声明

王慧超：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析、概念化。任玉龙：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析、概念化。敖瑞：撰写——审稿与编辑。王秀娟：撰写——审稿与编辑、研究、概念化。徐秀丽：撰写——审稿与编辑。连杰：撰写——审稿与编辑、监督。张峰：撰写——审稿与编辑、监督、项目

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号32372430）和中国质量检验检测研究院基础研究基金（编号2025JK022）的支持。