《Talanta》：Sensitive Determination of Mandelic Acid in Urine samples by D-μSPE Using an H-ZSM-5@UiO-66 Composite
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摘要研究人员合成了一种沸石@金属有机框架复合材料H-ZSM-5@UiO-66，并将其作为新型吸附剂，用于从人类尿液样本中快速、灵敏地提取扁桃酸，随后通过HPLC-UV进行分析。该复合材料通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和场发射扫描电子显微镜进行了表征。研究采用中心复合设计方法，
摘要
研究人员合成了一种沸石@金属有机框架复合材料H-ZSM-5@UiO-66，并将其作为新型吸附剂，用于从人类尿液样本中快速、灵敏地提取扁桃酸，随后通过HPLC-UV进行分析。该复合材料通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和场发射扫描电子显微镜进行了表征。研究采用中心复合设计方法，系统地研究了影响D-μSPE过程的主要实验参数并进行了优化。在最优条件下（样品体积：8.5毫升；pH值：5.75；吸附剂质量：35毫克；提取时间：5分钟；用水-甲醇混合液以5:5比例洗脱7毫升；解吸时间：5分钟），该方法展现出极高的灵敏度，检测限和定量限分别为0.04和0.09微克/毫升。此外，该方法还具有出色的提取效率（93.8%）、较宽的线性动态范围（0.30–120微克/毫升，R2大于0.9992）以及良好的精密度（相对标准偏差小于3.9%）。事实证明，所开发的D-μSPE:H-ZSM-5@UiO-66–HPLC-UV方法是一种可靠且有效的方法，可用于检测实际尿液样本中的微量扁桃酸。
引言
扁桃酸是一种重要的生物标志物，它是乙苯和苯乙烯这两种广泛用于塑料、树脂、合成橡胶、涂料及溶剂生产的芳香烃在体内的主要代谢物[1]、[2]。在石化厂、塑料制造厂和涂料车间等工业环境中，人们常常会接触到这些化合物。此外，由于空气污染和燃料蒸发，普通人群中也存在低水平的接触情况[3]、[4]。国际癌症研究机构将乙苯和苯乙烯列为可能的人类致癌物（2B类），这进一步凸显了监测其生物标志物的重要性[3]、[5]。随着人们对慢性暴露、潜在健康危害的担忧日益增加，以及生物暴露指数逐渐下降，检测尿液中低浓度的扁桃酸便成了一个具有挑战性的分析任务，需要采用高度灵敏且具有选择性的分析方法[6]、[7]、[8]。
目前，已有多种分析技术被用于检测尿液中的扁桃酸，包括气相色谱法[9]、毛细管电泳法[10]，以及结合紫外检测或质谱检测的高性能液相色谱法[11]、[12]。不过，这些技术的可靠性在很大程度上取决于样品前处理步骤的效率，而这往往是整个分析流程中最关键且耗时最多的部分[13]。虽然液液萃取和固相萃取等传统样品前处理方法仍被广泛使用，但它们存在诸多局限性。这类方法通常需要多个步骤、大量有机溶剂以及较长的处理时间，而且当处理复杂生物基质中的微量分析物时，还可能出现分析物损失或预浓缩不足的问题[13]、[14]。此外，在传统的固相萃取中，将吸附剂装填到萃取柱中会限制分析物与吸附剂之间的相互作用效率，因为质量传递在很大程度上取决于样品流速。当使用纳米级吸附剂时，这一限制尤为突出，因为由此产生的背压可能会严重阻碍甚至完全阻止样品在萃取柱中的渗透。另外，共提取的基质成分会竞争吸附剂的活性位点，从而影响分析物的保留率和整体回收率[15]、[16]。
为了解决这些问题，近二十年来，小型化且能节省溶剂的萃取技术受到了广泛关注[17]、[18]。微萃取技术旨在减少溶剂消耗、缩短萃取时间，同时提升分析性能，还能保持操作的简单性并符合环保要求[14]、[19]。分散式固相萃取是由Anastassiades等人首次提出的，它是一种不同于传统固相萃取的方法，这种方法是直接将吸附剂分散到样品基质中。如果使用少量吸附剂，通常为几毫克级别，那么这种方法就被称为分散式微固相萃取[16]、[21]。在D-μSPE中，将吸附剂直接分散到样品溶液中，能够实现快速的质量传递，增强分析物与吸附剂之间的接触，进而大幅缩短萃取时间。这种技术简单灵活，尤其适合与先进的吸附剂材料结合使用，用于从复杂基质中提取分析物[15]、[22]。
吸附剂的类型是影响该方法整体效率的关键因素。迄今为止，已有多种吸附剂被用于D-μSPE中，从液体基质中提取不同的分析物，这些吸附剂包括金属有机框架及其复合材料[15]、[22]、层状双氢氧化物[23]以及碳基纳米材料[24]。
金属有机框架是一种无机-有机杂化的多孔晶体材料，它是由金属离子/簇与有机配体通过配位键结合而成的[22]、[25]。金属有机框架之所以具有优异的性能，主要是因为其功能团可以调节，而且金属配位位点也易于调控[26]、[27]。此外，金属有机框架还具有诸多出色的结构优势，比如高比表面积、可调节的孔隙率以及永久性的孔隙结构[26]。通过对金属有机框架进行功能化处理或与其复合，可以进一步提升其性能，赋予其新的功能[28]。最近，人们还开发出了将金属有机框架与其他多孔结构相结合的复合材料，以此提高其机械强度、化学稳定性以及吸附性能[25]、[29]。将金属有机框架与沸石框架结合使用，能够产生协同效应，从而形成分级孔结构，提高活性位点的可及性，进而增强与目标分析物的相互作用[30]、[31]。例如，Al-Naddaf等人发现，沸石-5A@MOF-74的吸附性能优于纯MOF-74，这种性能提升得益于该复合材料的层级孔结构[32]。
像索康尼莫比尔-5沸石这样的沸石，是一种著名的结晶微孔铝硅酸盐，因其较高的热稳定性和机械稳定性，以及由相互交叉的直通道和之字形的10元环通道构成的规整孔结构而备受重视[30]、[31]。这些特性使得沸石在吸附和催化等诸多领域都有广泛应用[31]。尤其是基于锆的金属有机框架UiO-66，因其出色的化学稳定性和水热稳定性，非常适合在水环境和生物环境中使用[33]、[34]。沸石@金属有机框架复合材料能够形成混合多孔结构，将沸石的优异稳定性和坚固性与金属有机框架的高孔隙率及可调节的功能性相结合。这一方法为开发用于微萃取技术的高效且耐用的吸附剂提供了良好的思路。
据我们所知，目前还没有任何研究报道过将H-ZSM-5@UiO-66复合材料作为吸附剂，应用于D-μSPE方法中检测人类尿液中的扁桃酸。因此，本研究旨在首次开发并验证一种基于D-μSPE的分析方法，该方法采用H-ZSM-5@UiO-66作为新型吸附剂，从尿液样本中提取扁桃酸，随后通过HPLC-UV进行分析。研究对影响该方法性能的关键参数进行了系统研究并进行了优化。最后，通过分析实际尿液样本，证明了所提出方法的实用性。
章节节选
试剂与材料
所有化学品均为分析级，无需进一步纯化即可使用。扁桃酸、氢氧化钠（纯度99.0%）、盐酸、四丙基氨氢氧化物、异丙醇铝、正硅酸四乙酯、氯化锆、对苯二甲酸以及二甲基甲酰胺均购自德国达姆施塔特的默克公司。甲醇和丙醇也来自同一公司。去离子水则由其他供应商提供。
吸附剂的表征
通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、场发射扫描电子显微镜以及能量色散X射线光谱，对所合成的H-ZSM-5@UiO-66复合材料的物理化学性质进行了全面检测。
通过场发射扫描电子显微镜分析，可以观察该复合材料的表面形态和微观结构特征（见图2a-c）。从场发射扫描电子显微镜图像可以看出，H-ZSM-5@UiO-66的
结论
在本研究中，研究人员成功合成了H-ZSM-5@UiO-66复合材料，并将其作为一种高效的吸附剂，用于结合HPLC-UV技术的分散式微固相萃取过程中，从而检测尿液样本中的扁桃酸。沸石结构与金属有机框架结构的结合提升了该材料的吸附能力，从而使提取效率更高，质量传递更快。所提出的方法具有较宽的线性范围（0.30–120微克/毫升）。
作者贡献说明
Ali Firoozichahak： 文章撰写——审阅与编辑、方法学、实验研究、资金获取、概念构思。Ali Alami： 软件应用、正式分析。Razzagh Rahimpoor： 文章撰写——审阅与编辑、方法验证、方法学、实验研究。Danial Soleymani-ghoozhdi： 文章撰写——审阅与编辑、初稿撰写、软件应用、实验研究、正式分析。
关于写作过程中是否使用生成式AI辅助技术的声明
作者仅将AI辅助工具用于语言编辑和提升文本清晰度。文章的科学内容、分析结果以及结论完全由作者负责。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本项目得到了戈纳巴德医学科学大学的批准与经费支持（编号：2106）。
Ali Firoozichahak|Razzagh Rahimpoor|Ali Alami|Danial Soleymani-ghoozhdi
伊朗戈纳巴德，戈纳巴德医学科学大学健康学院职业健康系及健康社会决定因素研究中心
