液-液界面合成的共价有机骨架薄膜用于高效萃取海水中的冈田海绵酸

doi:10.3724/SP.J.1123.2025.07007

摘要/Abstract

摘要：

冈田海绵酸（OA）是一种由甲藻产生的脂肪酸聚醚类生物毒素，检测其在海水中的含量不仅可以对海洋生物体中潜在毒素的积累进行早期预警，还可以描述毒素在海洋生态环境中的实际影响。然而，海水中OA的浓度很低，且基质含盐量很高，因此，在进行高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）分析前，需要对样品进行必要的前处理。本研究通过液-液界面合成法在温和条件下制备了一种亲水性的非均相共价有机骨架薄膜（TPB-BTCA），其拥有高比表面积（1 261.6 m²/g）、高孔隙度（0.6 cm³/g）、介孔结构等特点。将其用于薄膜固相萃取（F-SPE），在高盐浓度下表现出对OA优异的萃取性能。在最佳条件下，将F-SPE方法与HPLC-MS/MS技术相结合，建立了一套兼具高灵敏和高效率特性的新分析方法。该方法具有线性范围宽（0.8~500.0 pg/mL）、线性良好（r=0.999 0）、检出限低（0.2 pg/mL）和精密度高（RSD≤6.4%，n=5）的优点，并成功地在两个实际海水样品中分别检测到了5.4 pg/mL和61.8 pg/mL的OA。实验结果表明，共价有机骨架薄膜在样品预处理方面具有极大的应用潜力。

关键词: 共价有机骨架, 冈田海绵酸, 薄膜固相萃取, 高效液相色谱-串联质谱

Abstract:

Okadaic acid （OA） is a fatty acid polyether biotoxin that poses risks to human health and the ecological environment. Determining the concentrations of OA in seawater not only allows for early warnings of potential toxin accumulation in marine organisms， but also helps clarify the actual impacts of OA on marine ecosystems. However， OA exists in seawater at extremely low concentrations， and the matrix has a high salt content. Thus， adequate sample pretreatment is necessary prior to high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （HPLC-MS/MS） analysis. Film-based solid-phase extraction （F-SPE） has attracted considerable attention in sample pretreatment. Unlike conventional solid-phase extraction （SPE）， which relies on large quantities of adsorbent particles， F-SPE uses a thin film， thereby addressing common issues in SPE applications such as high column pressure， column clogging， and adsorbent leakage. Currently， most such films are prepared by modifying polymer film skeletons with a certain amount of adsorbent particles. Nonetheless， these adsorbent particles have inherent limitations， including insufficient adsorption capacity or irreversible adsorption， leading to poor extraction performance for specific targets. Therefore， developing new types of films with high extraction efficiency is highly significant， as it can facilitate the wider application and popularization of this technology. Covalent organic frameworks （COFs） are porous crystalline materials with adjustable pore size， high specific surface area， and excellent stability. COF films can not only inherit the high permeability of films， but also possess strong COF adsorption capacity. In this work， a COF film （TPB-BTCA） was synthesized through the liquid-liquid interface synthesis method under mild reaction conditions， and characterized in detail. The Fourier-transform infrared （FT-IR） spectrum， X-ray diffraction （XRD） pattern， and X-ray photoelectron （XPS） spectrum verify the successful preparation of the TPB-BTCA film using a Schiff base reaction. The scanning electron microscopy （SEM） images and water contact angle testing show the prepared TPB-BTCA film is a hydrophilic heterogeneous film with specific morphologies， which is beneficial to a more thorough and rapid contact between the film and the sample solution. The nitrogen adsorption-desorption experiment demonstrates the TPB-BTCA film has a high surface area （1 261.6 m²/g） and porosity （0.6 cm³/g）， providing sufficient and easily accessible sites to adsorb these OA molecules. Subsequently， the TPB-BTCA film-based F-SPE method was used for the extraction of OA in seawater. At the same time， the influence of potential factors on the extraction efficiency was also investigated， including the sample loading volume， the pumping speed for loading， the eluent type， the volume of the eluent， the pumping speed for elution， and the salt concentration. Under the optimal conditions， the TPB-BTCA film exhibited excellent extraction performance for OA. Finally， a new method for the detection and analysis of OA was established by combining F-SPE technology with HPLC-MS/MS instrument. The developed method has a wide linear range （0.8–500.0 pg/mL） with good linearity （r=0.999 0）， low limit of detection （0.2 pg/mL） and satisfactory precision （RSDs≤6.4%， n=5）. Meanwhile， seven seawater samples were used to evaluate the feasibility of the developed method for detecting OA in actual samples. Ultra-trace amounts of OA were detected in two seawater samples with concentrations of 5.4 pg/mL and 61.8 pg/mL， respectively. Compared with the reported HPLC-MS/MS methods， the developed method only requires a single layer of film to process large-volume （100 mL） seawater samples and achieve the lowest detection limit. This may be due to the advantages of the TPB-BTCA film， such as high permeability， high porosity， and high specific surface area， which enable it to efficiently extract OA from seawater. In conclusion， this study not only provides an effective analytical method for detecting ultra-trace OA in seawater， but also demonstrates the application potential of COF films in sample pretreatment.

Key words: covalent organic frameworks （COFs）, okadaic acid （OA）, film-based solid-phase extraction （F-SPE）, high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry （HPLC-MS/MS）

中图分类号:

O658

张文敏, 方敏, 张兰. 液-液界面合成的共价有机骨架薄膜用于高效萃取海水中的冈田海绵酸[J]. 色谱, 2025, 43(11): 1200-1208.

ZHANG Wenmin, FANG Min, ZHANG Lan. Liquid-liquid interface synthesized covalent organic framework films for efficient extraction of okadaic acid from seawater[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2025, 43(11): 1200-1208.

图/表 11

图1 TPB-BTCA薄膜的合成示意图

Fig. 1 Schematic illustration of the synthesis of TPB-BTCA filmsBTCA： 1，3，5-benzenetricarbaldehyde； TPB： 1，3，5-tris（4-aminophenyl）benzene； RT： room temperature.

图2 TPB-BTCA薄膜的（a）FT-IR图、（b）XRD图以及（c）N 1s高分辨XPS图

Fig. 2 （a） FT-IR spectra，（b） XRD pattern and （c） N 1s high-resolution XPS spectra of TPB-BTCA films

图3 TPB-BTCA薄膜的SEM图

Fig. 3 SEM images of TPB-BTCA filmsa. aqueous phase side； b. cross-section； c. organic phase side.

图4 TPB-BTCA薄膜的水接触角图

Fig. 4 Water contact angle images of TPB-BTCA films

图5 TPB-BTCA薄膜的（a）氮气吸附-脱附等温曲线和（b）孔径分布图

Fig. 5 （a） N2 adsorption-desorption isotherms and （b） pore size distribution of TPB-BTCA films

图6 TPB-BTCA薄膜的（a）稳定性和（b）重复使用性表征（n=6）

Fig. 6 Characterization of （a） stability and （b） reusability of TPB-BTCA films （n=6） DMF： N，N-dimethylformamide.

图7 （a）上样体积、（b）上样转速、（c）洗脱剂类型、（d）洗脱剂体积、（e）洗脱转速以及（f）盐浓度对OA萃取效果的影响（n=3）

Fig. 7 Effects of （a） sample loading volume，（b） loading rotational speed，（c） type of elution solvent，（d） elution volume，（e） eluting rotational speed and （f） salt concentration on extraction efficiencies of okadaic acid （OA）（n=3）Numbers in Fig. 7c： 1. DMF； 2. ethyl acetate； 3. ethanol； 4. ACN； 5. MeOH.

图8 （a）TPB-BTCA薄膜抗基质干扰实验（n=3）和（b） TPB-BTCA薄膜吸附OA前后的FT-IR图

Fig. 8 （a） Anti-interference experiment of the TPB-BTCA films （n=3） and （b） FT-IR spectra of the TPB-BTCA films before and after adsorption of OADA： domoic acid； STX： saxitoxin.

图9 （a）海水样品2和（b）海水样品4的色谱图

Fig. 9 Chromatograms of （a） seawater No. 2 and （b） seawater No. 4

表 1 本方法与其他已报道HPLC-MS/MS方法的比较

Table 1 Comparison of the developed method with other reported HPLC-MS/MS methods

Adsorbent	Mode	Adsorbent dosage/mg	Sample volume/mL	Sample type	LOD/（pg/mL）	Ref.
HLB-PGC	SPE	400.0	400.0	seawater	10.0	［10］
BD-TFPM	DSPE	1.0	5.0	shellfish	5.0	［6］
Fe₃O₄@TaTp	MSPE	5.0	1.0	seawater， shellfish	20.0	［8］
N-CNTCs	MSPE	1.5	20.0	shellfish	1.3	［9］
M-NCNTs	MSPE	4.0	20.0	shellfish	0.4	［7］
TEB-DIB films	F-SPE	-	8.0	shellfish	0.5	［5］
TPB-BTCA films	F-SPE	-	100.0	seawater	0.2	this work

表 2 OA在海水中3个水平下的加标回收率及精密度（n=5）

Table 2 Recoveries and RSDs of OA spiked at three levels in seawater （n=5）

Sample No.	Found/（pg/mL）	Recoveries （RSDs）/%
Sample No.	Found/（pg/mL）	5.0 pg/mL	25.0 pg/mL	100.0 pg/mL
1	N.D.	93.2 （5.2）	96.5 （4.9）	91.7 （7.2）
2	5.4	102.5 （4.3）	94.9 （5.6）	100.4 （3.4）
3	N.D.	88.3 （5.1）	92.7 （7.3）	98.1 （5.7）
4	61.8	97.8 （6.7）	104.5 （3.4）	92.5 （5.4）
5	N.D.	87.6 （3.8）	89.8 （6.1）	94.3 （6.5）
6	N.D.	102.4 （4.5）	91.9 （5.8）	96.4 （4.2）
7	N.D.	95.2 （4.9）	84.9 （6.2）	98.8 （5.4）

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