Fabric Phase Sorptive Extraction -Silica-based Sol–Gel Sorbent for Simultaneous Extraction of Pyrene, Chrysene, and Benzo[a]pyrene from Urine Samples

技术摘要：用于尿液中多环芳烃（PAHs）检测的硅基溶胶-凝胶吸附剂织物相吸附萃取法

问题陈述
多环芳烃（PAHs），特别是芘（pyrene）、屈（chrysene）和苯并[a]芘（benzo[a]pyrene），被公认为具有致癌性和致突变性。虽然空气采样很常见，但它无法涵盖皮肤接触和摄入途径的暴露情况，因此需要通过尿液等基质进行生物监测。然而，生物样本的复杂性使得尿液的制备过程既耗时又具有挑战性。传统的技术，如固相萃取（SPE）、液液萃取（LLE）和固相微萃取（SPME），往往存在包括柱堵塞、有机溶剂消耗量高以及萃取效率低在内的局限性。目前需要一种先进且具有成本效益的样品前处理方法，在尽量减少预处理步骤的同时，确保高准确度和高精密度。

实验方法
本研究采用织物相吸萃取（FPSE）结合高效液相色谱（HPLC）及紫外检测技术，对尿液样本中的芘、屈和苯并[a]芘进行提取与定量分析。

• 吸附剂开发： 使用苯基/甲基/聚二甲基硅氧烷（PDMS）组成的溶胶-凝胶涂层吸附剂进行合成。选择苯基是为了促进其与目标多环芳烃之间的 $\pi$–$\pi$ 相互作用。溶胶-凝胶溶液由特定摩尔比的 PDMS 聚合物、甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲甲氧基硅烷及其他试剂配制而成，随后进行超声处理。
• 织物制备： 通过连续的 NaOH 和 HCl 洗涤对聚酯织物进行活化，干燥后通过浸渍法涂覆溶胶-凝胶溶液。涂覆后的薄膜经过热处理调节和清洗，以确保稳定性并去除未结合的残留物。
• 萃取方案： 优化的 FPSE 程序包括将 2×2 cm 的溶胶-凝胶涂层薄膜浸入 10 mL 尿液样本（稀释 10 倍，pH 7）中，在 1000 rpm 的搅拌速率下萃取 1 小时。通过加入氯化钠将离子强度调节至 15%。
• 解吸与分析： 萃取完成后，通过离心使用 1 mL 乙腈进行解吸。解吸后的样本使用 C18 色谱柱进行分析，采用乙腈和水组成的梯度洗脱流动相。针对每种分析物优化了检测波长（芘为 270 nm，苯并[a]芘为 290 nm，屈为 390 nm）。

主要贡献与优化
研究系统地优化了关键变量，以实现最大化萃取回收率：

• 样品体积： 确定 10 mL 为最佳体积；较大的体积（15–20 mL）由于吸附剂容量限制会导致效率降低。
• 吸附剂尺寸： 2×2 cm 的薄膜提供了最高的表面积和萃取效率，优于较小的尺寸。
• 萃取时间： 在 1 小时内达到平衡；较长的浸泡时间（4–6 小时）会导致回收率下降，这可能是由于回扩散或饱和所致。
• 解吸条件： 乙腈在解吸方面优于甲醇和二氯甲烷，在溶解度和 HPLC 兼容性之间取得了平衡。使用 1 mL 体积和 10 分钟解吸时间可获得最佳结果。
• 基质条件： 确定中性 pH（7）和 15% 的离子强度是最大化分析物向吸附剂转移的最佳条件。

结果
所开发的方法表现出高线性、高灵敏度和高精密度：

• 线性： 在水和尿液基质中的校准曲线相关系数（$r^2$）范围在 0.9836 至 0.995 之间。
• 灵敏度： 该方法实现了较低的检出限（LOD）和定量限（LOQ）。具体而言，芘的 LOD 为 0.9 ppm，屈和苯并[a]芘的 LOD 为 0.6 ppm。上述两者的 LOQ 分别为 0.3 ppm（芘）和 0.2 ppm（其他两种）。
• 精密度与准确度： 日内相对标准偏差（RSD）范围为 2.25% 至 4.05%，日间 RSD 范围为 3.93% 至 5.27%。萃取回收率（RR）在 93.4% 至 96.6% 之间，完全符合验证标准。
• 分离度： HPLC 系统成功分离了三种多环芳烃，呈现出明显的、互不重叠的峰，总运行时间不足 10 分钟。

意义与主张
作者声称，这种 FPSE-HPLC 方法为传统的样品前处理技术提供了一种可靠且简化的替代方案。通过利用溶胶-凝胶涂层的硅基吸附剂，该方法消除了复杂的尿液预处理步骤，从而减少了分析时间并降低了有机溶剂的消耗。溶胶-凝胶涂层具有高热稳定性和化学稳定性，允许直接与样品基质接触。研究结论指出，该方法是同时提取和测定生物样本中多环芳烃的一种稳健工具，适用于环境、职业健康及毒理学研究。作者指出，尽管 FPSE 尚未在商业上广泛普及，但其高准确度、高精密度和高重复性已证明其作为一种实用的实验室技术的地位。