新型功能化多孔有机骨架(POFs)整体材料的制备及其在牛奶中兽药残留高灵敏度分析的应用

As one of the most important part of people's daily diet, the milk quality inspection and monitoring, especially in veterinary drug residues, is of great significance to ensure food safety. To solve the problem in detection sensitivity and throughput of drug residues from milk, caused by the low abundance of target compounds and property variety of numerous drug residues, we will makeour best effort in the following two aspects in this project. Firstly, a novel porous organic frameworks (POFs) monolith with large surface area, high content of organo-functional groups and tunable pore size and structure will be synthesized, and used as the stationary phase in solid-phase extraction (SPE) for highly efficient enrichment of veterinary drug residues from milk, improving the detection sensitivity. Secondly, multi-functionalized POFs monolithic materials will be prepared to capture of multiple drug residues with different physicochemical properties, increasing the detection throughout. Furthermore, combined with HPLC-MS/MS technique, such POFs monolith will be used for high-throughput, high-sensitivity and high-accuracy analysis of multiple veterinary drug residues from milk. Such project is expected to solve the bottleneck problems of trace pollutant analysis in complex food matrix, and provide great important technical support for food safety.

牛奶作为人们日常饮食中的重要营养来源之一，对其兽药残留进行有效检测和监控，对于保证人们饮食的卫生安全具有很重要的意义。针对牛奶中兽药残留丰度低，种类繁多，理化性质差异大，且兽残的高灵敏度、高通量检测仍存在困难的问题，本项目旨在（1）发展比表面积大、功能基团含量高且孔径尺寸可调的多孔有机骨架(POFs)整体材料，作为新型固相萃取吸附剂，用于牛奶中兽药残留的高效富集，提高检测灵敏度；（2）基于POFs整体材料易于多功能化的优势，实现不同理化性质兽药残留的同时固相萃取，最大限度提高性质差异较大的兽残目标物的检测通量。在此基础上，结合高效液相色谱-高分辨串联质谱分析技术，实现牛奶中多兽药残留的高通量、高灵敏度与高准确度分析。通过本项目的研究，有望突破复杂食品基质中痕量污染物的检测瓶颈，为食品安全分析提供重要的技术支撑。

本项目首先针对兽药β-受体激动剂和β-受体阻滞剂的疏水性和碱性结构性质，设计了含苯基磷酸结构的多功能多孔有机聚合物整体材料，与目标分子间形成离子交换和疏水性混合相互作用，用于固相萃取牛奶中14种β-受体激动剂和β-受体阻滞剂的检测。所合成的材料具有高比表面积（545-804 m2·g−1），且富含微孔和介孔多级孔结构，对β-受体激动剂具有高吸附容量（对模板分子克伦特罗和莱克多巴胺的的吸附容量分别达224 mg·g-1和171 mg·g-1）。结合液相色谱-高分辨质谱，所得分析方法定量标准曲线线性范围可跨3-5个数量级（线性相关系数R2大于0.99），方法定量限为0.05 to 0.25 ng·g-1，检出限为0.02 to 0.1 ng·g-1。且所得样品添加回收率在73.9-119.4%，方法具有较好的重现性，日内和日间相对标准偏差（RSD%）分别低于11.7% (n=5) 和12.2% (n=4)。针对绝大部分兽药结构中含有疏水性的苯环或者其他碳链结构性质，设计了两种疏水性多孔有机聚合物整体材料（POPs），其中一种是苯-甲苯POPs，另外一种是均三苯-甲苯POPs，其中均富含苯环结构，可与兽药分子间形成较强的π-π和疏水性相互作用。本研究采用所合成的疏水性材料作为固相萃取吸附剂，结合高效液相色谱-超高分辨质谱 (Q-Exactive)分析法，建立了牛奶中β-受体激动剂和阻断剂、头孢菌素类、大环内酯类、硝基咪唑类、非甾体类抗炎药、喹诺酮类、甾体类抗炎药、磺胺类抗生素和降压药类等150种兽药的快速筛查及定量分析方法。所得兽药的高分辨质谱分析方法定量限在0.2~2 ng/g范围内，其线性范围最宽为2.5～50 ng/mL，均呈良好的线性关系（R2>0.99）；在阴性牛奶样品中进行了两个添加水平（0.8 ng/g，4 ng/g）分析，添加回收率在70 %~120%之间。并将将所建立的方法用于多个牛奶实际样中兽药残留的筛查，并对筛查为阳性的项目其进行了定量分析。本方法简单快速、灵敏度高、筛查范围广，为奶制样品的风险监测提供了一种有力的技术手段。