8-羥基喹啉在食品中雙酚A檢測(cè)的固相萃取-熒光法研究

雙酚A（BPA）作為食品接觸材料（如塑料包裝、罐頭涂層）的常見添加劑，易遷移至食品中，長(zhǎng)期攝入可能干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)。傳統(tǒng)BPA檢測(cè)方法（如高效液相色譜-質(zhì)譜法）雖靈敏度高，但設(shè)備成本高、操作復(fù)雜，難以滿足基層實(shí)驗(yàn)室批量檢測(cè)需求。8-羥基喹啉（8-HQ）因能與BPA形成具有熒光活性的絡(luò)合物，結(jié)合固相萃取（SPE）的富集凈化優(yōu)勢(shì)，可構(gòu)建“低成本、高靈敏、易操作”的固相萃取-熒光檢測(cè)體系。該研究通過優(yōu)化它與BPA 的絡(luò)合條件、SPE富集參數(shù)及熒光檢測(cè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)食品中痕量BPA的精準(zhǔn)檢測(cè)，為食品安全監(jiān)管提供實(shí)用技術(shù)支撐。

一、檢測(cè)原理：8-羥基喹啉與雙酚A的熒光絡(luò)合機(jī)制

8-羥基喹啉與BPA的熒光檢測(cè)基于“分子間相互作用-熒光信號(hào)增強(qiáng)”原理，核心是利用它的結(jié)構(gòu)特性激活BPA的熒光活性，同時(shí)通過絡(luò)合反應(yīng)提升檢測(cè)特異性與靈敏度。

（一）8-羥基喹啉與BPA的絡(luò)合作用機(jī)制

BPA分子本身熒光量子產(chǎn)率低（約0.01），直接熒光檢測(cè)靈敏度不足；而8-羥基喹啉分子含羥基（-OH）與氮雜環(huán)，可通過兩種方式與BPA形成穩(wěn)定絡(luò)合物，顯著增強(qiáng)熒光信號(hào)：

氫鍵作用：8-羥基喹啉的羥基氫與BPA 分子中酚羥基的氧形成氫鍵（鍵能約 20-30 kJ/mol），改變 BPA的分子構(gòu)型，減少其激發(fā)態(tài)能量通過非輻射躍遷耗散，使熒光量子產(chǎn)率提升至 0.15-0.2；

π-π堆積作用：8-羥基喹啉的芳香雜環(huán)與BPA的苯環(huán)結(jié)構(gòu)通過π-π堆積形成共軛體系，延長(zhǎng)分子共軛長(zhǎng)度，使熒光發(fā)射波長(zhǎng)紅移（從BPA單獨(dú)存在的290nm紅移至340-350nm），同時(shí)增強(qiáng)熒光強(qiáng)度（增強(qiáng)倍數(shù)達(dá)10-15倍）。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)8-HQ與BPA 的摩爾比為2:1時(shí)，可形成穩(wěn)定的1:2型絡(luò)合物（穩(wěn)定常數(shù)lgK=11.8），此時(shí)熒光信號(hào)極強(qiáng)，且不受食品中常見酚類物質(zhì)（如對(duì)羥基苯甲酸酯）的干擾。

（二）固相萃取的富集凈化作用

食品基體復(fù)雜（如油脂、蛋白質(zhì)、色素）會(huì)干擾熒光檢測(cè)，固相萃取的核心作用是“富集 BPA-8-HQ絡(luò)合物+去除基體雜質(zhì)”：

富集作用：食品中BPA含量多為痕量（如塑料包裝食品中BPA 遷移量常＜10μg/kg），通過 SPE柱（如C18柱）對(duì)BPA-8-HQ絡(luò)合物的特異性吸附，可將樣品中BPA的富集倍數(shù)提升至50-100倍，滿足痕量檢測(cè)需求（檢出限可達(dá)0.1μg/kg）；

凈化作用：SPE柱可通過疏水作用選擇性吸附BPA-8-HQ絡(luò)合物（疏水性強(qiáng)），而食品中的水溶性雜質(zhì)（如糖類、無機(jī)鹽）、極性色素（如葉綠素）則隨淋洗液流出，減少基體對(duì)熒光信號(hào)的猝滅或干擾，使檢測(cè)回收率穩(wěn)定在90%-105%。

二、實(shí)驗(yàn)體系優(yōu)化：從絡(luò)合條件到檢測(cè)參數(shù)的全流程調(diào)控

構(gòu)建高靈敏的固相萃取-熒光檢測(cè)體系，需重點(diǎn)優(yōu)化“8-HQ 與BPA 的絡(luò)合條件”“固相萃取參數(shù)”“熒光檢測(cè)參數(shù)”三大核心環(huán)節(jié)，解決基體干擾、熒光強(qiáng)度不足、富集效率低等問題。

（一）8-羥基喹啉與BPA 的絡(luò)合條件優(yōu)化

絡(luò)合條件直接決定熒光信號(hào)強(qiáng)度與穩(wěn)定性，需圍繞“pH值、摩爾比、反應(yīng)溫度與時(shí)間”展開優(yōu)化：

pH值優(yōu)化：8-羥基喹啉的羥基解離度與BPA的酚羥基電離狀態(tài)受pH影響顯著 ——pH過低（＜6.0）時(shí)，它與BPA均以分子態(tài)存在，氫鍵作用弱，熒光強(qiáng)度低；pH過高（＞9.0）時(shí)，BPA 易被氧化，熒光信號(hào)猝滅；實(shí)驗(yàn)表明，在pH=7.0-7.5的Tris-HCl緩沖溶液（0.1mol/L）中，8-羥基喹啉與BPA的絡(luò)合效率極高，熒光強(qiáng)度達(dá)到峰值，且pH波動(dòng)±0.2時(shí)信號(hào)變化＜5%。

摩爾比優(yōu)化：當(dāng)8-羥基喹啉與BPA的摩爾比從1:1增至2:1時(shí)，熒光強(qiáng)度線性上升（因形成1:2型穩(wěn)定絡(luò)合物）；繼續(xù)增至3:1時(shí)，過量8-羥基喹啉會(huì)產(chǎn)生自聚集，導(dǎo)致熒光猝滅；因此，適宜的摩爾比確定為2:1，此時(shí)熒光強(qiáng)度穩(wěn)定且無自猝滅現(xiàn)象。

反應(yīng)溫度與時(shí)間優(yōu)化：室溫（25℃）下反應(yīng)15分鐘，熒光強(qiáng)度即可達(dá)到平衡（因氫鍵與π-π堆積反應(yīng)速率快）；溫度升高至 35℃以上時(shí)，絡(luò)合物穩(wěn)定性下降，熒光強(qiáng)度反而降低；因此，選擇25℃反應(yīng)15分鐘，兼顧效率與穩(wěn)定性。

（二）固相萃取參數(shù)優(yōu)化

固相萃取參數(shù)（如SPE柱類型、洗脫溶劑、流速）影響富集效率與凈化效果，需針對(duì)BPA-8-HQ絡(luò)合物的特性優(yōu)化：

SPE柱類型選擇：對(duì)比C18柱、HLB柱（親水-親脂平衡柱）與NH2柱（氨基柱）——C18 柱對(duì)疏水性BPA-8-HQ絡(luò)合物的吸附容量很大（約100μg/g），且洗脫回收率極高（＞95%）；HLB柱吸附容量相近但成本高；NH2柱因極性強(qiáng)，吸附率僅60%；因此選擇C18柱作為富集凈化柱。

洗脫溶劑優(yōu)化：洗脫溶劑需兼顧“溶解絡(luò)合物+不破壞絡(luò)合結(jié)構(gòu)”—— 甲醇-水混合溶劑（體積比8:2）既能有效溶解BPA-8-HQ絡(luò)合物（溶解度＞500μg/mL），又不會(huì)破壞氫鍵與π-π堆積作用；若甲醇比例過高（＞9:1），會(huì)導(dǎo)致柱內(nèi)雜質(zhì)共洗脫，增加干擾；因此確定甲醇-水（8:2）為合適的洗脫溶劑，洗脫體積5mL 即可實(shí)現(xiàn)完全洗脫。

流速控制：上樣流速過快（＞2mL/min）會(huì)導(dǎo)致絡(luò)合物未充分吸附即流出，吸附率下降；過慢（＜0.5mL/min）則延長(zhǎng)操作時(shí)間；實(shí)驗(yàn)確定上樣流速1mL/min、洗脫流速0.5mL/min，此時(shí)吸附率＞98%，洗脫效率＞95%，且操作時(shí)間可控（單樣品SPE處理約20分鐘）。

（三）熒光檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化

熒光檢測(cè)參數(shù)（激發(fā)波長(zhǎng)、發(fā)射波長(zhǎng)、狹縫寬度）直接影響檢測(cè)靈敏度與信噪比，通過熒光光譜掃描確定適宜的參數(shù)：

激發(fā)與發(fā)射波長(zhǎng)確定：對(duì)BPA-8-HQ絡(luò)合物進(jìn)行熒光光譜掃描 —— 激發(fā)光譜最大吸收峰位于270nm（對(duì)應(yīng)8-HQ與BPA的共軛體系激發(fā)），發(fā)射光譜最大峰位于345nm（對(duì)應(yīng)絡(luò)合物的熒光發(fā)射）；因此選擇激發(fā)波長(zhǎng)270nm、發(fā)射波長(zhǎng)345nm，避免食品基體中其他物質(zhì)的熒光干擾（如蛋白質(zhì)熒光發(fā)射多在300nm以下）。

狹縫寬度優(yōu)化：激發(fā)狹縫與發(fā)射狹縫寬度從5nm增至10nm時(shí)，熒光強(qiáng)度顯著提升，但背景噪聲也隨之增加；繼續(xù)增至15nm時(shí)，信噪比下降；因此選擇狹縫寬度10nm，此時(shí)信噪比極高（＞50），檢出限極低（0.1μg/kg）。

三、實(shí)際樣品檢測(cè)與方法驗(yàn)證

將優(yōu)化后的固相萃取-熒光法應(yīng)用于“塑料包裝飲用水、嬰幼兒奶粉、食用油”三類典型食品樣品，驗(yàn)證方法的實(shí)用性、準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，同時(shí)與傳統(tǒng)高效液相色譜-質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）對(duì)比，評(píng)估方法可行性。

（一）樣品前處理流程

針對(duì)不同食品基體特性，設(shè)計(jì)差異化前處理步驟，確保BPA 完全提取：

塑料包裝飲用水：直接取100mL水樣，加入8-羥基喹啉溶液（按摩爾比2:1），用Tris-HCl緩沖液調(diào)節(jié)pH至7.0，反應(yīng)15分鐘后，通過C18柱固相萃取，洗脫液定容至5mL，進(jìn)行熒光檢測(cè)；

嬰幼兒奶粉：稱取5.0g奶粉，加入20mL甲醇超聲提取（功率300W，時(shí)間10分鐘），離心（5000rpm，10分鐘）取上清液，加水稀釋至100mL，后續(xù)絡(luò)合與SPE步驟同飲用水；

食用油：稱取 10.0g食用油，加入30mL正己烷溶解，再加入20mL甲醇-水（8:2）反萃取（振蕩10分鐘），離心取下層水相，加水稀釋至100mL，后續(xù)步驟同上。

（二）方法驗(yàn)證結(jié)果

通過線性范圍、檢出限、回收率、精密度四項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)證方法性能：

線性范圍與檢出限：BPA濃度在0.1-100μg/L范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與濃度呈良好線性關(guān)系（R²=0.9992）；以3倍信噪比計(jì)算，檢出限（LOD）為0.1μg/kg，定量限（LOQ）為 0.3 μg/kg，遠(yuǎn)低于國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)中BPA的遷移限量（如食品接觸塑料中BPA遷移量≤0.6mg/kg）；

回收率與精密度：在三類食品樣品中添加低（1μg/kg）、中（10μg/kg）、高（50μg/kg）三個(gè)水平的BPA標(biāo)準(zhǔn)品，回收率均在90%-105%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）＜6%（n=6），表明方法準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性良好；

與HPLC-MS/MS對(duì)比：對(duì)20批實(shí)際食品樣品分別用兩種方法檢測(cè)，結(jié)果無顯著性差異（t檢驗(yàn)P＞0.05），但固相萃取-熒光法的檢測(cè)成本僅為HPLC-MS/MS的1/10，操作時(shí)間縮短60%，更適合基層實(shí)驗(yàn)室批量檢測(cè)。

四、研究意義與應(yīng)用前景

該研究構(gòu)建的“8-羥基喹啉-固相萃取-熒光法”，突破了傳統(tǒng)BPA檢測(cè)方法“高成本、高門檻”的局限，具有三大核心價(jià)值：

成本優(yōu)勢(shì)：無需昂貴質(zhì)譜設(shè)備，僅需熒光分光光度計(jì)（基層實(shí)驗(yàn)室普遍配備），單樣品檢測(cè)成本降至 50元以下，適合大規(guī)模推廣；

操作優(yōu)勢(shì)：前處理步驟簡(jiǎn)化（SPE+熒光檢測(cè)），操作人員經(jīng)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可掌握，單個(gè)樣品檢測(cè)時(shí)間控制在1小時(shí)內(nèi)，滿足批量檢測(cè)需求；

靈敏度優(yōu)勢(shì)：通過8-羥基喹啉絡(luò)合熒光增強(qiáng)與 SPE 富集，檢出限低至 0.1 μg/kg，可覆蓋食品中痕量BPA的檢測(cè)需求。

未來，該方法可進(jìn)一步拓展：一方面，通過修飾8-羥基喹啉分子（如引入熒光基團(tuán)）提升絡(luò)合物熒光強(qiáng)度，進(jìn)一步降低檢出限；另一方面，開發(fā)“固相萃取柱-熒光檢測(cè)”一體化裝置，實(shí)現(xiàn)樣品 “進(jìn)樣-檢測(cè)”自動(dòng)化，推動(dòng)其在食品生產(chǎn)企業(yè)自檢、市場(chǎng)監(jiān)管抽查等場(chǎng)景的廣泛應(yīng)用，為食品中BPA 的常態(tài)化監(jiān)管提供技術(shù)保障。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.sgelg.cn/