多殘留檢測的前處理技術及檢測方法比較

楊 麗，葉爾買克，王 震，儲曉剛*，張金龍，寧海龍

(1.阿拉山口出入境檢驗檢疫局技術中心，新疆阿拉山口 833418；2.中國檢驗檢疫科學研究院，北京 100123)

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多殘留檢測的前處理技術及檢測方法比較

楊 麗1，2，葉爾買克1，王 震2，儲曉剛2*，張金龍1，2，寧海龍1

(1.阿拉山口出入境檢驗檢疫局技術中心，新疆阿拉山口 833418；2.中國檢驗檢疫科學研究院，北京 100123)

當前人們對于食品的安全越來越關注，農藥殘留和獸藥殘留是目前重要的食品安全問題，對食品中農藥殘留和獸藥殘留進行快速檢測對人們健康有著重要的意義，而對食品基質中多種獸藥殘留和農藥殘留進行檢測依賴于有效的前處理方法和精密的分析儀器。分析了農藥殘留和獸藥殘留分析檢測的研究背景和現狀，并對國內外不同食品基質中農藥殘留和獸藥殘留的前處理方法及檢測方法進行了比較，為食品中農、獸藥殘留監控提供參考。

多殘留；前處理技術；分析檢測方法

我國是一個農業、畜牧業大國，隨著人們生活需求水平的提高，動物源性食品和植物源性食品日益增加。動物源性食品是指全部可食用的動物組織以及蛋和奶，包括肉類及其制品(含動物臟器)、水生動物產品等。植物源性食品包括糧食及其各種糧食加工制品(如面粉、淀粉等)、蔬菜及其制品、油籽油料類及其制品、中藥材、干果和堅果類(如核桃、各種瓜子等)、轉基因食品、植物油(如花生油、大豆油等)、茶葉、可可咖啡原料類、麥芽、啤酒花、水果制品、調味料(如胡椒、胡椒粉，大、小茴香等)、醬腌制品、煙草制品類及輻照食品。

隨著農業生產和科學技術的快速發展，植物源食品的病蟲害日益增多，對動物源食品的品質要求也在提升，農、獸藥用量增大，品種增加，農藥和獸藥已成為農業、畜牧業中不可或缺的角色，但農、獸藥的長期使用和濫用，使得其通過食物鏈作用在人體累積，容易致畸、致癌、致突變，還會對生態環境造成嚴重的污染與危害[1]。因此，建立快速、可靠的多殘留檢測技術，對改善環境污染，保證人類健康有著重要的意義。近年來，農、獸藥的殘留檢測已成為當今社會的一大熱點問題。在食品安全領域，我國對蔬果、茶葉等植物源性食品和雞蛋、牛奶等動物源性食品關于農、獸藥殘留的檢測已經開展。但食品種類紛繁復雜，農、獸藥品種的不斷增加給不同基質農、獸藥殘留檢測，尤其是快速、高效測定不同類型多殘留帶來難題。

目前，國內外樣品前處理技術有超臨界流體萃取(SFE)、液液萃取(LLE)、液液分散微萃取(DLLME)、加速溶劑萃取等基于溶劑分配原理的前處理[2-3]；固相萃取(SPE)、攪拌棒吸附萃取(SPSE)、固相微萃取(SPME)、基質固相分散法(QuEChERS)等基于吸附原理的固相前處理；還包括基于分子大小的凝膠滲透色譜(GPC)[3]。分析檢測以氣相色譜-三重四級桿串聯質譜法和液相色譜-三重四級桿串聯質譜法為主，氣相色譜(GC)、氣相色譜-串聯質譜(GC-MS)、液相色譜分析(HPLC)、高效液相色譜-串聯質譜(HPLC-MS/MS)法及其他儀器分析法為輔[4-6]。

筆者針對國內外現有的農、獸殘的多殘留檢測技術，通過對不同基質的樣品前處理方法、主要檢測方法進行比較分析，進而得出更有針對性的多殘留檢測方法，為農、獸藥殘留檢測及食品質量控制提供科學依據和技術支持。

1 前處理方法比較研究

前處理不僅要最大限度地提取待測目標物，還需要最大程度地減小雜質的存在，從而降低基質干擾，降低檢測限[7]。不同基質，前處理方式也存在一定的差異。復雜的樣品基質可能含有大量的葉綠素、甾醇、油脂及其他成分，這些都可能影響測定的結果[8]。

1.1 液相前處理技術 該技術具有很高的選擇性和萃取容量，多用于定性與半定量分析[8]，以超臨界流體萃取和加速溶劑萃取為主要手段。

1.1.1 超臨界流體萃取特性分析。超臨界流體萃取技術(SFE)在食品農、獸藥殘留分析領域得到廣泛應用。由于二氧化碳具有臨界常數低、毒性低、無污染且廉價的特點，可作為超臨界流體萃取技術的溶劑[9]。但在低溫高壓環境下，提取目標農藥化合物時，二氧化碳易將基質中的脂溶性物質大量帶出，在提取后需進行凈化。若凈化效果不佳，共提物對目標物質產生干擾，不能用氣相色譜分離。因此經超臨界流體萃取的提取物常用液相色譜和毛細管電泳(CE)分析。試驗中加入二氯甲烷、丙酮或甲醇作為有機修飾劑，以提高二氧化碳對目標分析物的提取率[9-10]。與傳統的基于溶劑分配原理的方法相比，超臨界流體萃取的提取率更高，使用溶劑較少且成本低，但設備價格高、占地面積大、維護成本高。

1.1.2 加速溶劑萃取特性分析。加速溶劑萃取(ASE)是通過改變萃取條件來提高萃取效率和加快萃取速率的萃取方法，改變萃取條件通常是指提高萃取的溫度和壓力，所采用的壓力(10.3～20.6 MPa)和溫度(較常壓的沸點高50～100 ℃)與超臨界流體萃取技術相近[8]。在高壓高溫下的溶劑仍保持液態，整個處理過程均在密閉環境中進行，高溫與高壓加速了溶質的擴散速率，并增加了物質的溶解度，不僅提高了萃取效率，而且減少了有機溶劑用量[11-12]。與其他方法相比，加速溶劑萃取法具有環保、提取快速、高效、自動化程度高、選擇性高、操作安全等特點[12]。

1.2 固相前處理技術 該技術適用于農藥處于液體環境的樣品，以攪拌棒吸附萃取、分散固相萃取和固相微萃取為主。對于固體與半固體基質則需要預先在有機溶液中浸提[12-13]。因此在使用固相前處理技術處理固體及半固體基質時，需以液相前處理技術為輔，才能獲得最佳的提取效果。

1.2.1 攪拌棒吸附萃取特性分析。攪拌棒吸附萃取(SBSE)是在固相微萃取技術(SPME)的基礎上發展的新型樣品前處理技術，避免了固相微萃取中攪拌子攪拌的競爭吸附[13]。因萃取材料用量多，SBSE比SPME的檢出限低，操作步驟簡單。目前，我國SBSE僅應用在食品中揮發性物質風味成分與環境中持久性污染物的檢測[14]。

1.2.2 QuEChERS方法特性分析。QuEChERS技術是近年來國際上最新發展起來的一種多種類和多殘留分析前處理技術，2003年由美國化學家StevenJ·Lehotay和德國的Michelangelo Anastassiadas提出，該法將提取、分離和凈化等多個步驟融為一步，采用內標法校正，具有分析時間短、溶劑使用量少、操作簡便、精密度高、穩定性好、回收率高、價格低廉、污染小等特點，且適用性廣，對于不同食品，如果蔬菜、植物、谷物、肉類等，QuEChERS技術均有一定報道[15]。

1.2.2.1 樣品預處理分析。在樣品制備階段，動物源性食品和植物源性食品均取其可食用部分，攪碎混勻，-20 ℃低溫密封保存，待測。

在樣品稱量階段，一般由樣品含水量和密度決定稱量樣品的質量，如新鮮蔬菜、水果一般稱樣10 g左右，谷物等干樣稱樣5 g左右，發酵產品、香料等稱樣2 g左右[4]。干樣品要加入一定量的水，待提取。

1.2.2.2 提取、鹽析、凈化、濃縮方法分析。在提取過程，使用的溶劑有乙腈、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、環己烷、正己烷等。溶劑的提取遵循“相似相溶”原理，即極性弱的農藥(如有機氯等)用弱極性的溶劑(如正己烷)提取；而極性強的農藥(如有機磷)用較強極性的溶劑(如丙酮、乙腈等)提取[5]。提取步驟所使用的溶劑一般為乙腈(對于強極性農藥的提取也可以使用甲醇作為提取溶劑)，當測定的目標農藥中含有極性堿敏感化合物時，通常使用酸化乙腈(或甲醇)，即在乙腈(或甲醇)中加入1%甲酸，使提取溶劑pH小于5，以提高堿敏感農藥的穩定性。酸化過程也可在凈化步驟之后進行，即在凈化液中加入少量含有5%(體積分數)甲酸的乙腈溶液，可以起到保護堿敏感農藥、提高回收率的作用[5-6]。對于含糖量、脂肪和蠟質較多的樣品，在提取過程中可加入適量的正己烷，提高農藥的回收率[6]。

樣品經過提取后，提取液中仍然存在大量共萃物，需添加適量的緩沖鹽來調節提取液，減少待測農藥的損失[6]，常用的緩沖鹽主要參照PN-EN15662推薦的種類和數量。需要注意的是，無水硫酸鎂遇水后會產生大量的熱，不利于待測農殘的測定，應確保乙腈在無水硫酸鎂之前加入[6，16]。

常用的提取方式有3種：超聲波、渦旋、搖床振蕩。對于含糖類較高的基質，均質提取會使得樣品發生乳化，不利于農殘檢測，故應采用超聲提取的方式[16]。

凈化過程中，復雜樣品基質需加入吸附劑將干擾基質去除，常用的吸附劑有N-丙基乙二胺(PSA)、C18、石墨化炭黑(GCB)。其中PSA可以有效地去除脂肪酸、有機酸和一些極性色素和糖類，屬于正相萃取柱[17]；C18具有疏水作用，主要用于反相萃取，對于非極性組分有吸附作用，如抗菌素、藥物、碳水化合物、類固醇、水溶性維生素等[17-19]；對于含葉綠素等色素含量較高的蔬菜、水果等樣品，為避免色素成分對目標農藥的干擾，凈化過程中通常會加入石墨化炭黑(GCB)[18]。在樣品凈化之后，常用氮吹或旋轉蒸發法對樣品進行濃縮。

1.2.3 固相微萃取(SPME)。SPME是利用物質在溶劑與萃取涂層之間的分配比不同來進行分離，將萃取纖維暴露于頂空或樣品中進行萃取。萃取頭的涂層是固相微萃取裝置的核心部分，涂層的性質決定了分析方法的檢出限與應用范圍，可通過化學手段對涂層纖維材料進行改性，從而增加涂層的分子識別能力，以及提高萃取過程的選擇性。常用的固相微萃取涂層材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二乙烯基苯(DVB)、碳分子篩(CMS)、聚乙二醇(PPEG)和聚丙烯酸酯(PA)[1]。固相微萃取技術可快速、靈敏地提取揮發性農藥，且固相微萃取/氣相色譜技術所采用襯管的內徑更細(約為0.75 mm)，可減少熱敏性物質在進樣口處的分解，獲得更加穩定的載氣流量，因此氣相色譜圖峰形尖銳、分離度好。

2 檢測方法比較研究

在多殘留分析檢測中，根據基質中農、獸殘的種類來選擇分析測試所用的儀器。目前，分析測試手段主要是氣相色譜法、氣相色譜-質譜聯用法、液相色譜法及液相色譜-質譜聯用法，其中，又以GC-MS/MS和UPLC-MS/MS為主。

2.1 氣相色譜法和氣質聯用法在多殘留檢測中的應用分析 在多殘留檢測中，氣相色譜法和氣質聯用法一般適用于分析非極性、半極性及揮發性和半揮發性的組分。目前，主要用于抗生素、有機磷、多環芳烴類等藥物殘留檢測[18]。

氣相色譜方法有許多高靈敏、通用性或專一性強的檢測器供選用，如氫火焰離子化檢測器(FID)、火焰光度檢測器(FPD)、電子捕獲檢測器(ECD)、氮磷檢測器(NPD)、熱導檢測器(TCD)等。對于含P、S的物質，可選擇火焰光度檢測器，該檢測器對這類化合物具有較高的靈敏度和選擇性[18]；氮磷檢測器則對含N、P的化合物表現出極高的選擇性和靈敏度，比如甲胺磷和百草枯等農藥[18-19]；電子捕獲檢測器也是農藥殘留檢測中常用的一種檢測器，一些含有電負性較大的基團的化合物可選擇該類檢測器，目標化合物的電負性越強，該類檢測器表現出來的靈敏度就越高，如對一些有機氯類農藥可選用電子捕獲檢測器[19]。

串聯質譜的檢測采用選擇離子監測模式或單離子監測模式，能更好地排除基質干擾，提高分析的選擇性和檢測靈敏度，而且適用范圍遠大于氣相色譜法，在多殘留檢測中應用更廣。

2.2 液相色譜法和液質聯用法在多殘留檢測中的應用分析 在多殘留檢測中，主要有高效液相色譜(HPLC)、超高效液相色譜(UPLC)、高效液相色譜-串聯質譜法(HPLC-MS/MS)、超高效液相色譜-串聯質譜法(UPLC-MS/MS)等方式，它是以液體作流動相的一種色譜法，具備速度快、效率高、靈敏度高、操作自動化的特點[19]。在農、獸藥殘留檢測領域主要使用的檢測器有熒光檢測器、二極管陣列檢測器和紫外檢測器。紫外檢測器的優點是靈敏度較高，流量和溫度的變化影響小，是梯度淋洗的一種比較理想的檢測器，但是只能檢測對紫外光有吸收的藥物殘留[20-22]。熒光檢測器屬于選擇性檢測器，其靈敏度在目前常用的HPLC檢測器中是最高的，它適用于能激發熒光的化合物[21-22]。

串聯質譜的檢測采用多反應監測模式，檢出限低，重現性好，可提高分析的選擇性和檢測靈敏度，能更好地排除基質干擾，適用于多殘留檢測領域。

2.3 不同分析方法在多殘留檢測中的比較 在多殘留快速檢測領域，氣相/氣質聯用法、液相/液質聯用法是分析檢測的主要方法，在許多方面均有報道。如占繡萍等[23]利用超高效液相色譜-質譜聯用法測定蔬菜中多殺霉素等農藥殘留；孟曉萌等[24]利用氣相色譜-質譜聯用法測定干制紅棗中17種農藥殘留；肖彥春等[25]利用DB-17 石英毛細管色譜柱、FPD 檢測器，采用氣相色譜法對蔬菜中有機磷農藥進行多殘留分析，線性相關系數在0.992 0～1.000 0，最低檢出限為0.005～0.010 mg/kg，分析時間短，分離效果好，準確度及精密度較高。查閱大量文獻發現，這2類檢測方法在多殘留檢測領域均有其實用性，常用檢測方法的比較分析見表1。

表1 氣相/氣質聯用法與液相/液質聯用法比較研究

3 結語與展望

目前，用于食品中多殘留檢測的前處理方式均有其優點與局限性。以超臨界流體萃取和加速溶劑萃取為代表的液相萃取技術的設備價格昂貴、維護費用高，且在分析中對于目標化合物的選擇性差，且儀器使用前后均需進行清洗維護，操作耗時繁瑣。

在固相萃取技術中，攪拌棒固相萃取不適用于多種農殘的同時檢測，固相萃取柱價格高，不能重復利用，耗費的時間較長。固相微萃取試驗結果的重現性不穩定，優化萃取溫度、時間、溶液離子強度和攪拌速度的步驟繁瑣，而且一種固相微萃取頭適用的農藥種類較少，商品化的萃取材料較少，不能滿足多種農藥殘留同時分析的要求。凝膠滲透色譜儀價格高，在處理成分復雜的基質，尤其是含脂類較高的基質時，不能一次除去對目標物造成干擾的共提雜質，需要進一步凈化，此外，凝膠填料的載荷量也需提高。QuEChERS在處理含糖、蛋白質、脂類、色素等大分子基質雜質時，分散萃取劑種類及用量、緩沖鹽、振蕩提取以及吸附劑的種類和數量也各有不同，目前，雖有QuEChERS試劑盒來代替傳統的提取方法，但是農、獸藥種類和基質類型繁多，為了提升提取效率，QuEChERS試劑盒還需完善與提高。

在多殘留檢測分析儀器領域，以GC、GC-MS、GC-MS/MS、HPLC/UPLC、HPLC/UPLC、HPLC/UPLC-MS、HPLC/UPLC-MS/MS法為主，還有一些新型檢測技術，如高分辨質譜法檢測多殘留。目前，逐漸由傳統的氣相色譜法、液相色譜法向氣相色譜-串聯質譜、液相色譜-串聯質譜方向發展，氣相色譜-質譜法主要用于非極性或中性、易揮發、熱穩定性的農藥檢測，如有機磷、有機氯、多環芳烴等[26]；而液相色譜-質譜法范圍更廣，可實現強極性、難揮發、熱不穩定性農藥的高通量檢測，如氨基甲酸酯和擬除蟲菊酯類農藥等[26]，還可以在室溫下利用流動相的各項優化來提高多種農藥的分離效率[27]。另外，隨著液相色譜與質譜技術的不斷改進與發展，如超高效色譜-三重四級桿串聯質譜法的開發利用，使得分離效果與效率大大提升。

隨著人們對食品安全問題的關注與農業進出口貿易的增長，農藥殘留監控的法規也日益嚴格。因此，研究低耗高效、高通量篩查和多殘留檢測已成為農藥監測技術的發展趨勢。

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Comparison Research on Pre-treatment Technologies and Detection Methods of Multi-residue Analysis

YANG Li1,2, YEER Mai-ke1, WANG Zhen2, CHU Xiao-gang2*et al>

(1. Technology Center of Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau in Alashankou, Alashankou, Xinjiang 833418; 2. Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing 100123)

Since people pay more and more attention to food safety, pesticide residues and veterinary drug residues in food safety become an important issue, and the rapid detection of pesticide residues and veterinary drugs residues in food has an important significance on people's health. While testing veterinary drug residues and pesticide residues in complex food matrix mainly depends on effective pretreatment methods and sophisticated analytical instruments. In this research, we summarized the research background and status of pesticide residues and veterinary drug residue, and reviewed the research progress in China and other countries on pretreatment technologies and analytical instruments in different food matrices, aiming at providing a reference for the residues monitoring in food.

Multi-residue; Pretreatment methods; Analysis and inspection methods

楊麗(1988- )，女，山西五臺人，助理工程師，碩士，從事食品檢測研究。*通訊作者，研究員，從事食品安全檢測技術研究。

2016-08-10

TS 207

A

0517-6611(2016)29-0081-03