一种用于在FAAS测定前从食用油中同时分离并预浓缩Cd(II)和Cu(II)的无损分析方法

《Food Chemistry》：A non-destructive analytical protocol for simultaneous separation and preconcentration of Cd(II) and Cu(II) from edible oils prior to FAAS determination

　　

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  首次将经过Sudan III功能化的Fe₃O₄（Fe₃O₄@SDAN3）作为吸附剂，用于从食用油和氢化植物油中分离并富集Cd(II)和Cu(II)。
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  通过中心复合设计优化了影响吸附过程（涡旋时间、Fe₃O₄@SDAN3的质量以及样品体积）和洗脱过程（涡旋时间、洗脱剂的浓度和体积）的参数。
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  该方法可实现目标分析物的同时分离与富集，每小时的样品处理量可达35份。
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  该无损检测方法已成功应用于多种食用油及氢化植物油样品的分析。
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  通过蓝色适用性等级指数、绿色分析流程指数、可持续性样品制备指标以及分析绿色度指标等，对该方法的可持续性和环保性进行了评估。

引言

由于营养价值高，植物油作为人类饮食中的重要组成部分，在全球范围内被广泛食用。它们不仅在家庭烹饪和食品加工中起着关键作用，还在制药和化妆品行业有着重要应用。鉴于植物油的广泛应用及其大量消费，其质量和氧化稳定性至关重要（Ba?dat Ya?ar等人，2012）。不幸的是，这些关键参数可能会受到光、金属、氧气、温度和水等多种外部因素的影响（Shishov, Djelouat等人，2025；Shishov, Savinov等人，2025）。尤其是光和金属可能会协同作用，加速食用油的氧化反应。铜因其Cu⁺/Cu²⁺氧化还原活性，即使在极低浓度下也能有效促进氧化反应（Zapater等人，2024）。镉主要以+2价态存在，缺乏有助于高效氧化还原循环的可变价态，因此其氧化还原活性可能低于铜。不过，这些离子的累积效应和协同作用仍会直接影响油的稳定性和保质期（Bodur, Karademir Tutar等人，2025）。氧化反应会导致有害降解产物的生成，如过氧化氢、烷氧基自由基和过氧基自由基，这些产物会带来不良风味、哈喇味、颜色变深以及必需脂肪酸的流失。此外，食用油中被有毒重金属如镉污染会因其生物积累性和毒性而对人类健康造成严重威胁（Ba?dat Ya?ar等人，2012；Tang等人，2024；Tokay & Ba?dat，2016）。

因此，准确且灵敏地检测食用油中的痕量金属对于保障公共健康、确保产品质量以及符合监管要求具有重要意义。由于油样基质具有高粘度、疏水性强以及有机成分复杂等特点，直接分析油样面临诸多挑战（Aleg?z等人，2025；Karan等人，2018）。所以在进行仪器分析之前，必须先进行有效的样品前处理。

在相关研究中，为去除植物油中复杂的有机基质以便进行元素分析，人们通常采用多种先进的样品前处理方法，包括湿法消化、干法灰化、微波辅助酸消化以及酸/配体辅助萃取。每种样品前处理方法都旨在将分析物提取到新的水相基质中，或完全分解有机成分（Ba?dat Ya?ar等人，2012；Bodur, Karademir Tutar等人，2025；Shishov, Djelouat等人，2025；Tokay & Ba?dat，2016）。然而，这些方法往往耗时费力，需要熟练的实验室人员操作，且在处理过程中还存在分析物丢失或污染的风险，有时还会引发爆炸等安全隐患。此外，这些样品前处理方法的另一个局限性是所得结果的可靠性和重复性较差，这可能会影响分析结果。正是由于这些局限性和缺陷，分析化学家们开始致力于开发更创新、更高效且更环保的样品前处理策略。

固相萃取法具有诸多优点，比如操作简单、溶剂消耗少、富集因子高，还能选择性地提取目标分析物（Soylak等人，2024；Tokay & Ba?dat，2019；Wei等人，2025；Y?lmaz等人，2025）。由于该方法的原理是将分析物从样品基质转移到固相上，然后再将保留的组分从固相中洗脱到新基质中，因此非常适合用于克服油样中较高的有机基质效应。近年来，一种名为磁固相萃取法的改良型固相萃取技术受到了越来越多的关注，它具有操作简便、化学试剂消耗少、分离速度快以及比表面积大的特点（Arain & Soylak，2025；Bah??van等人，2024；Bodur, Erarpat Bodur等人，2025；Flieger等人，2024；Mdluli等人，2026；Zeytinci等人，2025）。此外，所使用的磁性颗粒很容易进行改性，这种改性方式能够方便地对表面进行修饰，并快速与目标分析物达到平衡状态（Maleki等人，2025；Nikbakhsh等人，2024）。与传统固相萃取法相比，磁固相萃取法无需过滤、离心和/或泵来分离样品，只需外部磁铁即可完成分离操作。除了能缩短样品前处理时间外，这种方法还能减少有毒溶剂的使用，符合绿色化学的理念（Koel & Kaljurand，2006）。

在本研究中，研究人员开发了一种绿色的涡旋辅助分散磁固相萃取法（VA-d-MSPE），用于在通过火焰原子吸收光谱法检测之前，从液态食用油和氢化植物油样品中同时分离并富集Cd(II)和Cu(II)离子。研究采用了经Sudan III改性的纳米磁性固体吸附剂（Fe₃O₄@SDAN3），用于从油相基质中分离并富集目标分析物。通过中心复合设计，系统地优化了影响吸附和洗脱效率的实验参数。实践证明，该方法适用于在复杂油相基质中检测痕量金属，具有较低的检测限、较高的富集因子以及良好的回收率。本研究的主要创新点在于无需进行传统的样品分解步骤，因为传统方法处理高有机含量的油相基质需要大量能量、耗费大量人力且设备成本高昂。此外，与传统方法相比，该方法在操作简便性、溶剂消耗量以及符合绿色化学理念方面都具有显著优势。

章节要点

仪器设备

本研究使用了配备D₂灯的Perkin Elmer AAnalyst 200型号火焰原子吸收光谱仪（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市），用于检测Cd(II)和Cu(II)的含量。检测目标分析物时则使用了Perkin Elmer的多元素空心阴极灯作为光源。实验设定的工作波长为Cu(II)为324.75纳米，Cd(II)为228.80纳米，乙炔和空气的流速分别为2.5升/分钟和10.0升/分钟。此外还使用了Sartorius TE 214 S型号分析仪器

涡旋时间对吸附作用的影响

吸附剂与样品之间的接触时间是固相萃取过程中的关键因素。合适的涡旋时间能够使吸附剂的吸附位点与目标分析物之间达到平衡，进而影响提取效率（Saeedi等人，2025）。本研究探讨了在10至600秒的不同时间内，Cd(II)和Cu(II)从模拟油相基质的标准化学疏水溶液中在Fe?O?@SDAN3上的吸附行为。实验中，准备了含有5.0(±0.1)微克每种分析物的5毫升有机金属标准溶液

结论

本研究旨在改进一种新的VA-d-MSPE方法，用于在通过火焰原子吸收光谱法检测之前，从食用油和氢化植物油样品中分离并富集Cd(II)和Cu(II)。该方法充分利用了Fe?O?的磁性以及Sudan III的络合能力，无需对复杂的有机油相基质进行分解即可实现目标分析物的提取。在这项研究中，研究人员使用了之前已经合成并完成特性分析的Fe?O?@SDAN3磁性纳米颗粒

作者贡献说明

Enes Aleg?z：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、数据可视化、结果验证、软件应用、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理。Sema Ba?dat：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、数据可视化、结果验证、正式分析、数据整理、概念构建。Feyzullah Tokay：文章撰写——审阅与编辑、文章撰写——初稿撰写、数据可视化、实验指导、资源提供、项目管理、方法设计、概念构建。

利益冲突声明

作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了土耳其科学技术研究委员会（TüB?TAK）2209-A——本科生研究项目支持计划的支持（项目编号：1919B012203091）。

Enes Aleg?z|Sema Ba?dat|Feyzullah Tokay