探讨磁性纳米材料的功能化及其在农兽药残留检测中的应用

◎ 张立元，顾慧丹，楼超群，孙亚威，张 露

（南京市产品质量监督检验院，江苏 南京 210000）

磁性纳米材料功能技术是近几年不断发展的全新样品处理技术，与传统吸附技术相比，磁性纳米材料在实际使用过程中凭借其物质直径较小、比表面积大、表面功能化及磁性物质化学性质等方面的优势，在农兽药残留检测中广泛应用。

1 磁性纳米材料的种类

磁性纳米材料因具备光源、电力、磁性、热敏感及材料催化等功能被广泛使用。磁性纳米离子是一种利用磁场进行系统化操作的高精尖技术，此离子一般包含2种成分，包括磁性材料和功能性的化学成分。①磁性材料一般为铁物质、镍物质及钴物质。②功能性的化学成分物质的纳米颗粒基础直径＜1 μm，较大颗粒直径一般为0.5～500.0 μm。磁性纳米材料是由许多单个的磁性纳米物质组成的磁性群体，一般被称为磁性纳米颗粒组合。磁性纳米颗粒物质自身具备较大的表面面积、优质的化学稳定性及热量稳定性，在物质催化方面具备较大的发展前景，如应用于纳米材料催化剂、生物医学和组织焦油物质提取等方面。

1.1 金属框架纳米材料

金属框架纳米材料又被称为多孔配位聚合物物质，主要由金属微离子或金属簇共同构成，是现阶段具有发展前景的多孔洞晶体材料。金属框架纳米材料是以有机配体为基础结构骨架，金属离子为物质结构的核心条件，通过配位键构成三维空间的网络结构。与传统多孔材料相比，金属框架纳米材料有机骨架结构更加多样化，如可调节的孔洞结构、可选择的多功能配合结构体等。金属框架纳米材料内部结构骨架较易被合成，因此该材料被广泛应用于材料吸附、催化等相关发展领域中[1]。在材料选择上，应充分结合磁性纳米材料及金属有机骨架的优势制作复合材料，并不断进行扩展研究。

1.2 离子液态纳米材料

离子液态纳米材料属于熔融盐物质，通常由有机阳离子物质、有机或无机阴离子物质共同构成，在室温环境或接近室温条件下，该物质呈现液体状态。离子液体物质具备液态范围较宽、蒸汽压力较低等特点和优势，被广泛应用于物质的萃取分离领域。在实际操作和实验过程中，为进一步提升离子液体物质在固态物质下的萃取能力，需将该物质作为基础萃取试剂载体与磁性纳米粒子结合，构成离子液体功能化的磁性纳米粒子，该材料主要被用于生态环境、食物检测等复杂样品的痕量分析。

1.3 碳纳米管材料

碳纳米管材料在实际应用过程中具有较强的操作优势，在此技术上发展的磁性分子物质能通往外部磁场对被测物质作进一步检测，完成被测物质的快速吸收和洗脱操作。碳纳米管材料被广泛应用于被测物质的分离和整合，不仅操作较简单，且在实际操作环节中能有效节省样品处理时间。

1.4 分子聚合纳米材料

分子聚合纳米材料包含特殊的空间结构及结构孔洞，该物质具备制作流程简单便捷、材料稳定且能反复使用等技术优势。在此技术上发展的磁性分子痕迹能通过外部磁场环境针对被测物质选择具有集中性能的材料作为基础条件[2]。该材料使用过程中，MMIP NPs系统识别位置点需构建在磁纳米粒子物质的表面或靠近表面的位置上，有效完成被测物质的快速吸附和洗脱操作。该材料可应用于被测物质的富集分离环节，操作模式较简单，且能有效节省样品预处理的时间。

2 磁性纳米材料发展趋势

磁性纳米材料展现出与常规磁性材料不同的特点，是由于其具有的磁性材料相关的物理特点且粒子长度恰好处于纳米级别，如磁单畴数据尺寸、超顺磁性临界数据尺寸、粒子作用长度及电子平均路程等均＞1～100 nm量级，当磁性体具体数据尺寸与其自身物理特点长度达到平衡时，呈现出相对反常的磁性性质。在磁性纳米材料在农兽药残留检测的应用中，纳米表征技术主要是指高科技材料基础理论研究与实际应用技术的相互结合，对我国高新材料产业的核心发展具有重要的推进作用。因此，可对全国范围内的农兽药残留检测环节进行推广和宣传，为我国高新生产技术作出更大贡献。磁性纳米材料在纳米表征技术条件下得到了进一步发展，如应用于磁性材料、信息化、自动化及机电一体化等相关方面[3]。

3 磁性纳米材料应用策略

3.1 处理前应用

进行农兽药残留物质检测时，利用磁性纳米材料能有效分析出样品应用性质的复杂程度，如生物、外部环境、食品样品等相关物质一般情况下包含多种成分，且每种成分之间组合十分复杂且多变，如金属离子物质、有机小分子聚合物质、蛋白质物质及脂肪物质等，复杂的物质成分一定程度上会导致设备污染、系统信号干扰及基础效应等问题。因此使用磁性纳米材料进行农兽药残留检测时，必须对其进行科学、有效的技术处理，实现分离富集被测物质，达到农兽药残留物质检测的最终目的。

近几年，磁性材料应用于样品物质处理已取得较高的操作效果，如磁性物质固态萃取操作时，磁性固相萃取（Magnetic Solid Phase Extraction，MSPE）技术主要以液态固色土坯理论为基础条件，以磁性与可磁化材料为基础吸附试剂，将吸附试剂添加至样品溶液中直接作用于被测目标物质上，完全吸附后，被测物质会在强磁作用下与吸附试剂一起被分离，为保证磁性材料操作质量，需选择合适的洗脱溶剂，被测物质洗脱完毕后开展后续检测操作。

农兽药残留检测使用磁性纳米材料时，需以MSPE技术为操作技术条件，以磁性纳米材料为基础条件，且物质需要根据测试情况选择适合的辅助材料，不断提升材料基础稳定性，如为进一步提升农兽药残留检测水平，技术人员需建立磁性离子液体物质与高效液相色谱联合使用等全新技术方式，用于水环境中氯物质的含量评测。在不存在挥发性有机溶剂物质检测水平情况下，磁性离子液体双水相体系（Magnetic Ionic Liquid Aqueous Two-Phase System，MILATPs）技术模式不仅具备快速萃取的优秀水平，一定程度上还可对外部磁场环境进行辅助相分离操作。

技术人员进一步提出了基础分散固态微萃取操作与高效液相色谱技术相结合的全新方式，能综合评定兽药物质检测过程中样品基础激素物质。技术人员通过专业技术研究，成功合成了PAMAM树状的大分子修饰固态操作物质，并对其技术进行详细探索和研究，通过专业技术操作开发出与高效液相色谱-紫外光谱法（High Performance Liquid Chromatography-Ultraviolet，HPLC-UV）位置相结合的磁性固相萃取方法，可对农兽药残留的基础信息和数据开展真实代谢参数评定。结合现阶段磁性纳米材料的功能化操作现状，技术人员成功将微波辅助磁固相萃取技术应用于农兽药参数检测过程中，尤其是全新复合材料内部结构中，磁性纳米材料作为MSPE吸附剂物质，对被检测材料普遍具备纯化作用。

3.2 生物传感器应用

在磁性纳米材料的应用过程中，生物传感器技术主要是一种将物质浓度转化为电信号的信息检测设备，该设备主要由分子识别结构零部件及信号转化设备共同构成，能应用于物质信息检测及农兽药残留成分分析。该生物敏感零部件对特殊的化学活性物质具备一定的选择性和可逆响应，需通过专业技术进行pH数值测定、电力导向化学信号等方面的转变进一步检测农药残留情况。如在对检测设备内部结构的研究过程中，技术人员对乙酰胆碱酯酶物质进行详细探索和技术处理，最终使物质中的微粒通过磁性设备的吸附能力覆盖整个复合薄膜表面结构，制作成一次性的有机磷农药酶传感器。由于该传感设备使用过程中对表面活性较高的蔬菜检测结果反应十分迅速，技术人员又提出了一种全新的磁性单链DNA结合蛋白复合探针的小分子检测技术手段，并通过金属颗粒上固定的适配结构体进行制作，最终制作出具有磁性物质的探针设备，可有效对食物中的氯霉素物质进行技术处理。当检测设备的探针结构上适配的结构体产生明显转变时，此技术能拓展成其他小分子物质检测[4]。

3.3 免疫分析应用

在免疫分析应用过程中，主要以磁性纳米物质为基础条件，通过在该物质表面形成连接抗体，最终形成高效的人工抗体操作材料，应用于抗体免疫反应实验的样品结构分离。目前，磁性纳米材料的功能化已被应用在生活领域及化学领域中，同时由于该物质自身技术特点优势，也能应用在复杂样品农兽药残留检测中。在免疫技术的分析和探索过程中，农兽药残留研究越来越侧重纳米颗粒技术水平、灵敏程度、技术特点及简化操作等。在众多酶物质检测过程中，Fe3O4磁性纳米粒子能较好地表现出类过氧化物酶活性水平，与其他酶物质相比，Fe3O4物质能最大程度地克服天然酶物质的温度及外部环境的约束和限制。因此，技术人员可使用磁珠酶免疫分析技术方式对被测物质进行快速分析和探索[5]。为进一步提升氯霉素物质基础检测的灵敏度，技术人员需开展方案设计，以此为基础详细对比2种免疫磁力检测技术方式，并将以上2种技术方式应用于兽药残留检测，经长时间检验，发现不同技术方式对缓冲液物质中的氯霉素物质都具有较高的灵敏度，且普遍具备较高的特异性和回收率，技术人员首次建立了用于检测牛奶中氟喹诺酮类抗生素残留的安培磁免疫传感器。

4 结语

功能化磁性纳米复合材料兼具磁性纳米粒子独特的磁分离特性和功能化材料优良的吸附特性，已在农兽药残留检测领域得到广泛应用。