QuEChERS技術在農殘檢測方面的研究進展

李云蕊，孫顯國

(1.楚雄彝族自治州檢驗檢測認證院，云南 楚雄 675000；2.昆明正大豬業有限公司，云南 昆明 650000)

蔬菜和水果中含有人體必需的維生素、膳食纖維和無機鹽等，是生活必需品。合理使用農藥可削弱病、蟲害隱患，提高蔬果產量和品質，但違規使用或不當使用農藥，往往會帶來農產品質量安全問題，威脅人類身體健康[1]。為保障農產品質量，國家相關部門在不斷修改完善農藥殘留最大限量標準(要求漸趨嚴格)，相關法規也在不斷出臺，這就給農藥殘留分析提出了更高的技術要求。

結合氣相色譜、高效液相色譜、高效液相色譜串聯質譜、氣相色譜串聯質譜，目前已經提出了多種適合不同蔬果的農藥殘留檢測方法[2]。考慮到蔬果上農殘含量低、基質復雜、干擾多，因此在儀器分析前往往需要對樣品進行前處理。樣品前處理是農殘檢測的關鍵部分，包括將待測農藥從復雜的蔬果基質中提取、分離、凈化、富集，開發高效的前處理技術對于蔬果農殘檢測來說是至關重要的。QuEChERS(quick，easy，cheap，effective，rugged，safe)前處理技術因快速、簡單、成本低、高效、可靠、安全等特點在農殘分析中引起了廣泛關注并得到迅速發展[3]。本文主要針對QuEChERS技術原理及在多組分農殘檢測方面的應用進行綜述。

1 QuEChERS技術的原理

QuEChERS技術首先由美國科學家Lehotay及德國Anastassiades教授提出[4]，其過程包括：①樣品提取。樣品均質后，用提取劑萃取待測分析物。②相分離。采用鹽析方法促進液液分離分層。③提取液凈化。取上層提取液加入凈化材料，除去共萃基質，減小基質效應。

1.1 提取劑

高效提取樣品中目標分析物是提取劑應具備的基本條件。李敏等人[5]結合氣相色譜/質譜串聯法對比了甲醇、乙腈、丙酮和乙酸乙酯幾種常用的提取劑對蔬果中222種農殘的提取效率。結果顯示，乙腈能較好的提取多數農藥，提取率為75%～120%的農藥組分高達97.7%，遠高于甲醇(58.6%)、丙酮(78.8%)和乙酸乙酯(74.3%)。但僅用純乙腈作為提取劑，提取效能也是有限的，不適合酸性或堿性基質中不穩定、容易降解的敏感化合物。因此使用乙腈提取劑的同時引入檸檬酸鹽緩沖液或乙酸鹽緩沖液來提高提取效率也是常見做法。此外，開發綠色安全的新型提取劑也是分析工作者努力的方向之一。韓曉菲[6]、陳培云[7]提出，以低共熔溶劑作為有機提取劑的綠色替代品，具有提取效率高、基質效應低、綠色環保無毒等優點，已被廣泛用于農產品、食品、環境，以及石油化工等領域的樣品前處理過程中。

1.2 脫水劑

脫水劑的主要作用是在目標分析物的萃取過程中產生鹽析效應，促進相分離。常用的脫水劑包括硫酸鎂、硫酸鈉、氯化鈉、醋酸銨等。其中，硫酸鎂在乙腈中的析出效果最優，硫酸鎂和氯化鈉的組合在QuEChERS前處理中應用最為廣泛。但使用硫酸鎂脫水劑處理樣品時往往存在以下問題：①硫酸鎂遇水放熱使溫度升高，造成熱不穩定的目標分析物降解，降低回收率；②硫酸鎂遇水結塊使提取不充分；③硫酸鎂屬于非揮發性鹽，進入分析儀器后沉積影響儀器性能。因此脫水劑的使用過程中應注意控制溫度、樣品分散程度以及定期維護儀器。

1.3 凈化材料

凈化過程中凈化材料的選擇是決定QuEChERS方法性能的重要因素。常用凈化材料[8]主要有N-丙基乙二胺鍵合硅膠(PSA)、十八烷基鍵合硅膠(C18)和石墨化碳黑(GCB)，其凈化作用如表1。

表1 QuEChERS中常用凈化材料

總的來說，在樣品的前處理過程中既要保證目標分析物的提取效率，又要盡可能多地去除雜質，這兩點是整個QuEChERS前處理過程的關鍵。根據不同目標分析物的性質，可以有針對性地調整提取劑、脫水劑和凈化材料的種類和用量以達到最優的提取及凈化效果。

2 QuEChERS技術在多組分農殘檢測方面的應用

GB23200.113-2018是目前常用的多組分農殘檢測標準，采用QuEChERS技術處理樣品(乙腈、硫酸鎂、氯化鈉、檸檬酸鈉和檸檬酸氫二鈉萃取分離，PSA凈化)，結合氣相色譜-質譜法實現了植物源性食品中208種農藥及其代謝物殘留的測定。類似的QuEChERS前處理技術在GB23200.121-2021中也被采用，用于植物源性食品中331種農藥及其代謝物殘留的測定。Fabiane M. Stringhini則簡化了QuEChERS技術，用醋酸乙腈提取樣品后，加硫酸鎂、醋酸鈉分離，接著取上層清液稀釋10倍并過濾后，結合超高效液相色譜串聯質譜直接定量檢測。這種快速、無需凈化的QuEChERS改良方法最終實現了番茄中129種農藥殘留的定量檢測[9]。

除了上述綜合性的農藥檢測方法外，將常用農藥分為有機磷類、有機氯類、擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、三唑類、酰胺類農藥等。針對具體性質的農藥也開發了更加適配的QuEChERS樣品處理技術及檢測方法。

2.1 有機磷類農藥

自1943年Gerhard Schrader研制出第一種有機磷殺蟲劑，有機磷農藥(OPPs)迅速發展，如今已超150種。OPPs多為磷酸或硫代磷酸酯類，因廣譜、高效被廣泛應用。但OPPs易抑制膽堿酯酶活性，長期接觸存在神經系統紊亂、肝腎臟損傷及癌變風險[10]。為有效監測OPPs的使用，徐國鋒等人提出了QuEChERS/氣相色譜法測定水果中31種OPPs殘留[11]：取勻漿后樣品 10 g，加 10 mL 乙腈、2.0 g 氯化鈉振蕩后離心分層；繼續取 2 mL 上清液，加 0.2 g C18和 0.4 g 無水硫酸鎂凈化，離心后結合氣相色譜定量檢測表明，該方法中OPPs的線性相關系數范圍為0.9903～0.9999、檢出限0.4～6 μg/kg、回收率在81.7%～120.7%之間，可滿足水果中31種OPPs殘留快速檢測的實際需要。而王軍提出取 10 g 黃瓜樣品加入 10 mL 乙腈、1.0 g 氯化鈉和 4.0 g 硫酸鎂，振蕩離心轉移上清液到含 1.0 g 無水硫酸鎂的離心管中，再次振蕩并離心；接著取 1 mL 上清液用功能化磁性碳納米管凈化，磁性分離后用于氣相色譜/質譜檢測。結果顯示，10種OPPs的回收率在73.5%～114.2%之間，驗證了功能化磁性碳納米管新型凈化材料的去干擾能力強于傳統凈化材料C18、PSA，能有效去除色素、脂類、醇類、有機酸、金屬離子等干擾物質[12]。

2.2 有機氯農藥

有機氯農藥(OCPs)持久性強，殘留在水和土壤中對生態環境和農作物均會造成嚴重污染。Anna Sadowska-Rociek選取杏、李子和木瓜等水果樣品展開實驗，評價了QuEChERS技術用于14種OCPs測定的有效性。首先取 10 g 勻漿樣品，加入 10 mL 乙腈、1 g 二水檸檬酸鈉、0.5 g 檸檬酸氫二鈉、1 g 氯化鈉和 4 g 硫酸鎂，立即振蕩搖勻、離心分層；接著取上清液 6 mL，加入 0.15 g PSA和 0.9 g 硫酸鎂后振蕩搖勻；離心后繼續取上清液氮吹濃縮，結合氣相色譜/質譜法對提取物進行分析：在2～1000 ng/mL 質量濃度范圍內，OCPs呈現良好的線性關系，定量限為0.001～0.013 mg/kg；當OCPs加標量為 0.008 mg/kg 時，回收率在70%～120%之間。結果表明，該方法可實際應用于OCPs殘留的測定[13]。

2.3 擬除蟲菊酯類農藥

擬除蟲菊酯類農藥是一類廣譜殺蟲劑，具有親脂性易發生生物富集，長期接觸可能會出現基因突變、DNA損傷、免疫紊亂和氧化應激等癥狀。Tian等人開發了一種改進的QuEChERS技術快速有效提取各種食用菌中的擬除蟲菊酯類農藥：取 10 g 食用菌均質樣品，加入 5 mL 水和 10 mL 乙腈振蕩，繼續加入 1 g 氯化鈉和 4 g 硫酸鎂，再次振蕩；離心后取上層清液 1 mL，加入凈化材料，繼續振蕩，得到的上清液即可用于氣相色譜/質譜法分析檢測。其中，不同的凈化材料對不同食用菌的預處理效果不同。通過實驗優化得出：平菇和雞腿菇選取 20 mg PSA和 30 mg C18凈化；褐菇、金針菇用 50 mg PSA凈化；香菇用 50 mg C18凈化，可以獲得較高的回收率。最終結果顯示，該方法測定食用菌中10種擬除蟲菊酯類殺蟲劑殘留量時，不同基質的定量限均在 5.57 μg/kg 以下，3個不同添加水平下(10、100和 1000 μg/kg)的回收率均在72.8%～103.6%之間，因此可用該方法快速檢測食用菌中的擬除蟲菊酯類殺蟲劑[14]。Zhang等人則對辣椒中的8種擬除蟲菊酯類農殘進行檢測：10 g 辣椒樣品中加入 20 mL 酸化乙腈，渦旋 1 min，再加入 2 g 氯化鈉，渦旋離心后轉移上層清液至梨形瓶中，蒸發濃縮后加入 2 mL 正己烷、150 mg PSA和 50 mg GCB渦旋后離心，過濾上清液到自動進樣瓶中；氣相色譜分析顯示：擬除蟲菊酯類農藥在0.05～20 μg/mL 范圍內線性良好，定量限分別為綠辣椒和紅辣椒0.004～0.04 mg/kg、脫水紅辣椒0.04～0.5 mg/kg，且該方法已應用于實際樣品檢測[15]。

2.4 氨基甲酸酯類農藥

作為被廣泛使用的殺蟲劑，氨基甲酸酯類農藥主要通過抑制膽堿酯酶活性而致效。以新鮮蘆筍、蘆筍罐頭為研究對象，趙曉琳建立了20種氨基甲酸酯類農藥殘留的QuEChERS/超高效液相色譜-電噴霧串聯四極桿質譜法定量分析方法[16]：首先將 5 g 均質的蘆筍樣品于具塞離心管中，加入少許氯化鈉、10 mL 乙腈溶液，超聲離心后取 5 mL 上清液，與凈化材料(25 mg C18和 25 mg PSA)渦旋混合，濾膜過濾后上機測定；結果顯示，20種氨基甲酸酯類農藥的線性范圍均在2.5～25 μg/L 之間，檢出限1～3 μg/kg，定量限小于等于 0.005 mg/kg，同時滿足蘆筍及其罐頭制品的檢測要求。吳燕梅等人則優化了QuEChERS技術，在測定鮮茶葉中21種氨基甲酸酯類農殘時發現，該類農藥極性較大，堿性條件下易分解，以1%甲酸乙腈代替純乙腈，提取率普遍更高；其次對比凈化材料GCB的用量表明，每 1 mL 提取液使用 7.5 mg GCB時，能夠最大限度去除色素且保持對平面結構農藥的弱吸附。因此吳燕梅等人最終選擇1%甲酸乙腈作為提取溶劑，50 mg PSA、50 mg C18、7.5 mg GCB、150 mg 硫酸鎂組成凈化材料，實現了鮮茶葉中21種氨基甲酸酯類農藥的快速測定[17]。

2.5 三唑類農藥

三唑類農藥屬于有機雜環化合物，作為殺菌劑、殺蟲劑和植物生長調節劑被廣泛應用，由其引發的殘留問題備受關注。針對茄果類蔬菜中三唑類農殘，劉慶菊改進了傳統QuEChERS前處理技術[18]：取 5.00 g 勻漿茄果類樣品，加入 10 mL 乙腈和1顆陶瓷均質子，恒溫振蕩 30 min 后加入 4.0 g 硫酸鎂、1.0 g 氯化鈉，渦旋離心后取 6 mL 上清液加入到含 900 mg 硫酸鎂和 150 mg PSA的離心管中；渦旋取上清液過濾膜上機測定表明，在0.02～1.00 mg/L 范圍內三唑類農藥線性良好，定量限為 0.02 mg/L，可廣泛用于茄果類蔬菜中三唑酮殘留測定。針對水果中15種三唑類農藥殘留，李海飛通過比較得出：稱取勻漿后的水果樣品 10 g，加 10 mL 乙腈、1.0 g 氯化鈉、 4.0 g 硫酸鎂，振搖1 min即可實現三唑類農藥的有效提取；離心后取1.0 mL上層提取液轉入有 25 mg PSA、25 mg C18、150 mg 硫酸鎂的 10 mL 離心管中，渦旋 1 min，靜置，過濾膜后即可完成對樣品的高效凈化；結果表明，在蘋果、梨、桃、葡萄、櫻桃、香蕉及橙子7種基質中，15種三唑類農藥中的平均回收率為85.7%～120.1%，在10～400 μg/L 范圍內線性關系良好，檢出限為0.9～9.5 μg/kg。該QuEChERS前處理方法簡便高效，適用于水果中三唑類農藥多殘留的快速檢測[19]。

2.6 酰胺類農藥

酰胺類農藥是一類廣譜、低毒、易降解的化學殺菌劑，廣泛用于防治霜霉病、灰霉病。畢思遠已將QuEChERS技術用于漿果中7種酰胺類殺菌劑的檢測[20]：取 5.0 g 漿果樣品，用 20 mL 乙酸乙腈萃取，萃取液加 5 g 無水硫酸鎂鹽析，PSA、C18、GCB凈化后吹干；繼續加入正己烷定容；經氣相色譜/質譜法測定顯示：該方法線性范圍為0.04～4.0 mg/L，檢出限0.001～0.003 mg/kg，可實現葡萄、藍莓和獼猴桃等漿果中酰胺類殺菌劑的定量檢測。甘蔗中22種苯酰胺類農殘曾秋霞也采用了QuEChERS技術與氣相色譜/質譜法結合檢測：均質甘蔗樣品 10.00 g，加入 20 mL 乙腈提取，5 g 氯化鈉鹽析分層后，取 8 mL 上層清液于凈化管中(含無水硫酸鎂、PSA、C18、GCB)渦旋混勻，離心取 4 mL 上清液氮吹近干，加 2 mL 乙酸乙酯復溶后上機得到：22種苯酰胺類農藥在5～500 μg/L 范圍內線性良好，檢出限0.1～3.8 μg/kg，定量限0.4～12.5 μg/kg。該方法靈敏且準確，適用于甘蔗中22種苯酰胺類農藥殘留的檢測[21]。

3 結語

綜上所述，QuEChERS前處理技術已被不斷優化并廣泛應用于不同農產品中有機磷類、有機氯類、擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、三唑類、酰胺類等農殘的快速檢測。在今后，將繼續圍繞以下三點深入研究：1)探尋綠色環保的提取劑，逐漸解決提取劑種類單一、提取效果有限、有機提取劑危害身體健康等問題；2)開發新型凈化材料，拓寬凈化材料適用范圍，進一步升級其凈化能力；3)推進QuEChERS前處理技術與各種高靈敏度、高通量檢測設備聯用，更好地服務于農殘定量分析。