8-羥基喹啉在食品中雙酚A檢測的固相萃取-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，長期攝入可能干擾人體內分泌系統。傳統BPA檢測方法（如高效液相色譜-質譜法）雖靈敏度高，但設備成本高、操作復雜，難以滿足基層實驗室批量檢測需求。8-羥基喹啉（8-HQ）因能與BPA形成具有熒光活性的絡合物，結合固相萃取（SPE）的富集凈化優勢，可構建“低成本、高靈敏、易操作”的固相萃取-熒光檢測體系。該研究通過優化它與BPA 的絡合條件、SPE富集參數及熒光檢測參數，實現食品中痕量BPA的精準檢測，為食品安全監管提供實用技術支撐。

一、檢測原理：8-羥基喹啉與雙酚A的熒光絡合機制

8-羥基喹啉與BPA的熒光檢測基于“分子間相互作用-熒光信號增強”原理，核心是利用它的結構特性激活BPA的熒光活性，同時通過絡合反應提升檢測特異性與靈敏度。

（一）8-羥基喹啉與BPA的絡合作用機制

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

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的分子構型，減少其激發態能量通過非輻射躍遷耗散，使熒光量子產率提升至 0.15-0.2；

π-π堆積作用：8-羥基喹啉的芳香雜環與BPA的苯環結構通過π-π堆積形成共軛體系，延長分子共軛長度，使熒光發射波長紅移（從BPA單獨存在的290nm紅移至340-350nm），同時增強熒光強度（增強倍數達10-15倍）。

實驗證實，當8-HQ與BPA 的摩爾比為2:1時，可形成穩定的1:2型絡合物（穩定常數lgK=11.8），此時熒光信號極強，且不受食品中常見酚類物質（如對羥基苯甲酸酯）的干擾。

（二）固相萃取的富集凈化作用

食品基體復雜（如油脂、蛋白質、色素）會干擾熒光檢測，固相萃取的核心作用是“富集 BPA-8-HQ絡合物+去除基體雜質”：

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BPA-8-HQ絡合物的特異性吸附，可將樣品中BPA的富集倍數提升至50-100倍，滿足痕量檢測需求（檢出限可達0.1μg/kg）；

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

二、實驗體系優化：從絡合條件到檢測參數的全流程調控

構建高靈敏的固相萃取-熒光檢測體系，需重點優化“8-HQ 與BPA 的絡合條件”“固相萃取參數”“熒光檢測參數”三大核心環節，解決基體干擾、熒光強度不足、富集效率低等問題。

（一）8-羥基喹啉與BPA 的絡合條件優化

絡合條件直接決定熒光信號強度與穩定性，需圍繞“pH值、摩爾比、反應溫度與時間”展開優化：

pH值優化：8-羥基喹啉的羥基解離度與BPA的酚羥基電離狀態受pH影響顯著 ——pH過低（＜6.0）時，它與BPA均以分子態存在，氫鍵作用弱，熒光強度低；pH過高（＞9.0）時，BPA 易被氧化，熒光信號猝滅；實驗表明，在pH=7.0-7.5的Tris-HCl緩沖溶液（0.1mol/L）中，8-羥基喹啉與BPA的絡合效率極高，熒光強度達到峰值，且pH波動±0.2時信號變化＜5%。

摩爾比優化：當8-羥基喹啉與BPA的摩爾比從1:1增至2:1時，熒光強度線性上升（因形成1:2型穩定絡合物）；繼續增至3:1時，過量8-羥基喹啉會產生自聚集，導致熒光猝滅；因此，適宜的摩爾比確定為2:1，此時熒光強度穩定且無自猝滅現象。

反應溫度與時間優化：室溫（25℃）下反應15分鐘，熒光強度即可達到平衡（因氫鍵與π-π堆積反應速率快）；溫度升高至 35℃以上時，絡合物穩定性下降，熒光強度反而降低；因此，選擇25℃反應15分鐘，兼顧效率與穩定性。

（二）固相萃取參數優化

固相萃取參數（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BPA-8-HQ絡合物的特性優化：

SPE柱類型選擇：對比C18柱、HLB柱（親水-親脂平衡柱）與NH2柱（氨基柱）——C18 柱對疏水性BPA-8-HQ絡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，吸附率僅60%；因此選擇C18柱作為富集凈化柱。

洗脫溶劑優化：洗脫溶劑需兼顧“溶解絡合物+不破壞絡合結構”—— 甲醇-水混合溶劑（體積比8:2）既能有效溶解BPA-8-HQ絡合物（溶解度＞500μg/mL），又不會破壞氫鍵與π-π堆積作用；若甲醇比例過高（＞9:1），會導致柱內雜質共洗脫，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 即可實現完全洗脫。

流速控制：上樣流速過快（＞2mL/min）會導致絡合物未充分吸附即流出，吸附率下降；過慢（＜0.5mL/min）則延長操作時間；實驗確定上樣流速1mL/min、洗脫流速0.5mL/min，此時吸附率＞98%，洗脫效率＞95%，且操作時間可控（單樣品SPE處理約20分鐘）。

（三）熒光檢測參數優化

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

激發與發射波長確定：對BPA-8-HQ絡合物進行熒光光譜掃描 —— 激發光譜最大吸收峰位于270nm（對應8-HQ與BPA的共軛體系激發），發射光譜最大峰位于345nm（對應絡合物的熒光發射）；因此選擇激發波長270nm、發射波長345nm，避免食品基體中其他物質的熒光干擾（如蛋白質熒光發射多在300nm以下）。

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

三、實際樣品檢測與方法驗證

將優化后的固相萃取-熒光法應用于“塑料包裝飲用水、嬰幼兒奶粉、食用油”三類典型食品樣品，驗證方法的實用性、準確性與穩定性，同時與傳統高效液相色譜-質譜法（HPLC-MS/MS）對比，評估方法可行性。

（一）樣品前處理流程

針對不同食品基體特性，設計差異化前處理步驟，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緩沖液調節pH至7.0，反應15分鐘后，通過C18柱固相萃取，洗脫液定容至5mL，進行熒光檢測；

嬰幼兒奶粉：稱取5.0g奶粉，加入20mL甲醇超聲提取（功率300W，時間10分鐘），離心（5000rpm，10分鐘）取上清液，加水稀釋至100mL，后續絡合與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，后續步驟同上。

（二）方法驗證結果

通過線性范圍、檢出限、回收率、精密度四項指標驗證方法性能：

線性范圍與檢出限：BPA濃度在0.1-100μg/L范圍內，熒光強度與濃度呈良好線性關系（R²=0.9992）；以3倍信噪比計算，檢出限（LOD）為0.1μg/kg，定量限（LOQ）為 0.3 μg/kg，遠低于國家食品安全標準中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）三個水平的BPA標準品，回收率均在90%-105%之間，相對標準偏差（RSD）＜6%（n=6），表明方法準確性與穩定性良好；

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

四、研究意義與應用前景

該研究構建的“8-羥基喹啉-固相萃取-熒光法”，突破了傳統BPA檢測方法“高成本、高門檻”的局限，具有三大核心價值：

成本優勢：無需昂貴質譜設備，僅需熒光分光光度計（基層實驗室普遍配備），單樣品檢測成本降至 50元以下，適合大規模推廣；

操作優勢：前處理步驟簡化（SPE+熒光檢測），操作人員經簡單培訓即可掌握，單個樣品檢測時間控制在1小時內，滿足批量檢測需求；

靈敏度優勢：通過8-羥基喹啉絡合熒光增強與 SPE 富集，檢出限低至 0.1 μg/kg，可覆蓋食品中痕量BPA的檢測需求。

未來，該方法可進一步拓展：一方面，通過修飾8-羥基喹啉分子（如引入熒光基團）提升絡合物熒光強度，進一步降低檢出限；另一方面，開發“固相萃取柱-熒光檢測”一體化裝置，實現樣品 “進樣-檢測”自動化，推動其在食品生產企業自檢、市場監管抽查等場景的廣泛應用，為食品中BPA 的常態化監管提供技術保障。

本文來源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網 http://www.c7lunwen.cn/