食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的樣品前處理技術(shù)研究

傅小紅

摘 要：長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)藥殘留問(wèn)題在食品安全領(lǐng)域中備受關(guān)注。在解決農(nóng)藥殘留問(wèn)題上，農(nóng)藥殘留分析檢測(cè)技術(shù)扮演著重要角色，而農(nóng)藥殘留檢測(cè)中樣品前處理技術(shù)是易出現(xiàn)誤差、耗時(shí)最長(zhǎng)的步驟。因此，要想提升農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果的精確性與檢測(cè)效率，就需要對(duì)樣品前處理技術(shù)展開研究。

關(guān)鍵詞：樣品前處理；農(nóng)藥殘留；固相微萃取；超臨界流體萃取

Study on Sample Pretreatment Technology in Determination of Pesticide Residues in Food

Fu Xiaohong

（Nanchang Inspection and Testing Center， Nanchang 330000， China）

Abstract： For a long time， the problem of pesticide residues has attracted much attention in the field of food safety. Pesticide residue analysis and detection technology plays an important role in solving the problem of pesticide residues， and sample pretreatment technology is the most time-consuming and error prone step in pesticide residue detection. Therefore， in order to improve the accuracy and efficiency of pesticide residue detection results， it is necessary to study the sample pretreatment technology.

Keywords： sample pretreatment; pesticide residues; solid-phase microextraction; supercritical fluid extraction

食品是人們最基礎(chǔ)的物質(zhì)需求，食品安全問(wèn)題則是關(guān)系國(guó)計(jì)民生、人們身體健康的重要問(wèn)題。然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可避免會(huì)使用一些農(nóng)藥，部分農(nóng)藥會(huì)間接或直接殘存于水產(chǎn)品、果品、蔬菜與谷物等食品中，人體攝入后會(huì)嚴(yán)重危害其身體健康。

食品中農(nóng)藥殘留的分析是在復(fù)雜的基質(zhì)中對(duì)低濃度待測(cè)組分進(jìn)行定性與定量分析，主要包括樣品制備、純化富集、分離檢測(cè)和綜合分析等步驟。測(cè)定農(nóng)藥殘留量時(shí)的樣品前處理步驟主要包括凈化與萃取。提取一般是指樣品中的農(nóng)藥溶解分離的過(guò)程，但由于某些樣品組成復(fù)雜，在經(jīng)過(guò)提取之后，為了實(shí)現(xiàn)待測(cè)物和干擾雜質(zhì)分離，還要進(jìn)行凈化

處理[1]。

液-液分配、振蕩提取、索式提取等是常用的提取凈化技術(shù)，所用設(shè)備價(jià)格低廉，但容易出現(xiàn)誤差，且費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，同時(shí)使用的有機(jī)溶劑較多，可能會(huì)污染環(huán)境。鑒于此，本文重點(diǎn)對(duì)超臨界流體萃?。⊿upercritical Fluid Extraction，SFE）、凝膠滲透色譜（Gel Permeation Chromatography，GPC）、固相微萃?。⊿olid-Phase Microextraction，SPME）以及固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE）等幾種能提高自動(dòng)化水平、減少樣品用量、提升凈化與提取效率、節(jié)省溶劑、降低勞動(dòng)強(qiáng)度的樣品前處理技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討。

1 食品中殘留農(nóng)藥的危害

我國(guó)人口數(shù)量較多，對(duì)于糧食的需求極大。得益于食品市場(chǎng)需求與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的刺激，近些年我國(guó)不斷擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，但在此過(guò)程中為使農(nóng)作物產(chǎn)量得到保障，許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會(huì)用到化肥與農(nóng)藥。若農(nóng)藥用量不合理，則會(huì)導(dǎo)致蔬菜、谷物、果品、土壤及水體內(nèi)殘留一些農(nóng)藥，進(jìn)而給農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)惡劣影響。更為關(guān)鍵的是，人們?nèi)糸L(zhǎng)期食用含有農(nóng)藥殘留的食品，則會(huì)對(duì)其身體健康和生命安全造成危害。即便是我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與出口貿(mào)易高度繁榮的當(dāng)下，仍會(huì)出現(xiàn)由農(nóng)藥殘留導(dǎo)致的食品安全事件。因此，為了確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)農(nóng)業(yè)良好發(fā)展，保證人們的身體健康，相關(guān)部門應(yīng)借助更高效、科學(xué)的樣品前處理技術(shù)，提高農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果的精確性。

2 樣品前處理技術(shù)的類型與應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.1 固相萃取技術(shù)

固相萃取技術(shù)是應(yīng)用較多、發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)的一種樣品預(yù)處理技術(shù)，源自液固萃取和柱液相色譜。主要原理是在固體吸附劑作用下，完成液體樣品內(nèi)目標(biāo)化合物的吸附，使其與樣品的干擾化合物、基體分離，再依托洗脫液洗脫吸附，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的分離與富集。按照固相萃取柱內(nèi)的不同填料可以分為以下幾類：①離子交換型，NH2等帶電荷的離子交換樹脂為柱中填料，旨在實(shí)現(xiàn)帶電荷化合物的萃??；②反相固相萃取，填料為苯基柱、C18、C8等，主要萃取中等極性-非極性化合物；③正相固相萃取，填料均為硅鎂吸附劑、氧化鋁和硅膠等極性的物質(zhì)，萃取極性物質(zhì)。此外，也可借助配體-受體結(jié)合或抗原抗體反應(yīng)原理，進(jìn)行親和型固相萃取的制備，展開選擇性洗脫。

固相萃取的主要步驟包括柱預(yù)處理、加樣、去除干擾雜質(zhì)以及待測(cè)組分回收。其中，加到萃取柱上的樣品量與萃取柱的尺寸、類型、待測(cè)組分的保留性質(zhì)等因素有關(guān)。相較于傳統(tǒng)液-液萃取法，該方法優(yōu)勢(shì)更為明顯，待測(cè)組分回收率高，操作簡(jiǎn)單、萃取速度快、分離效果好，通常僅需5～10 min就可完成分析，耗時(shí)僅為液-液萃取法的20%。此外，該方法對(duì)溶劑的使用量較少，有效減少了雜質(zhì)的引入，減輕了有機(jī)溶劑對(duì)人體健康和環(huán)境的威脅[2]。

2.2 固相微萃取

固相微萃取技術(shù)于1990年被研發(fā)提出，1994年被真正用到農(nóng)藥檢測(cè)中。該技術(shù)是由固相萃取技術(shù)發(fā)展而來(lái)，該技術(shù)的應(yīng)用使固相萃取吸附劑孔道容易堵塞的問(wèn)題得到了有效解決，屬于進(jìn)樣、濃縮、萃取、采集一體化，無(wú)溶劑的一種樣品前處理技術(shù)。該技術(shù)所用裝置組成部分簡(jiǎn)單，即萃取頭與手柄，和普通樣品注射器相似。其萃取頭涂有不同吸附劑或固定相的熔融石英纖維，上有不銹鋼針，且套有不銹鋼管，在鋼管內(nèi)纖維頭能夠伸縮。

固相微萃取技術(shù)的萃取模式為頂空法，重點(diǎn)是完成廢水水樣或揮發(fā)性固體的萃取，在樣品頂空中進(jìn)行石英纖維的放置；或是直接法，即在樣品中暴露石英纖維，多用于液體樣品或半揮發(fā)性氣體的萃取[3]。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程主要為吸附與解吸，也就是濃縮的待測(cè)物解吸附進(jìn)入分析儀器完成分析的過(guò)程和待測(cè)物在石英纖維上的涂層和樣品間濃縮、吸附、擴(kuò)散的過(guò)程。吸附時(shí)待測(cè)物與樣品和涂層間遵循相似相溶原則，分配平衡，屬于物理吸附過(guò)程。解吸則根據(jù)固相微萃取后續(xù)分離手段的不同而有所差異，對(duì)于高效液相色譜，要在特殊解吸室內(nèi)采用解吸劑解吸；針對(duì)氣相色譜，萃取纖維直插樣口展開熱解吸。石英纖維表面固定液的pH值、厚度、類型、樣品冷卻或加熱處理等因素都影響著固相微萃取的靈敏度和選擇性。聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯酸酯（PA）和碳酸-模板樹脂（car-boxen-PTR）等是如今商業(yè)化固相微萃取纖維的主要涂層。此外，還需要注意樣品的極性不同，所選固定相也應(yīng)具有差異，常用的固定相與其萃取對(duì)象見表1。

更改涂層厚度或是涂漬材料，能實(shí)現(xiàn)固相微萃取選擇性的調(diào)節(jié)；難提取化合物回收率的改善，則可通過(guò)對(duì)pH值的調(diào)節(jié)或加入鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)。固相微萃取技術(shù)采用的纖維能夠重復(fù)使用超過(guò)50次，且價(jià)格便宜。相較于其他提取技術(shù)，該技術(shù)具有提取速度快

（15 min）、所需樣品量較少等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，該技術(shù)多聯(lián)合氣相色譜技術(shù)應(yīng)用在對(duì)食品、動(dòng)植物、醫(yī)藥或環(huán)境樣品中半揮發(fā)與揮發(fā)性農(nóng)藥殘留量的分析中。

2.3 凝膠滲透色譜技術(shù)

凝膠滲透色譜技術(shù)不僅可用于小分子物質(zhì)的分離和鑒定，還可以用來(lái)分析化學(xué)性質(zhì)相同分子體積不同的高分子同系物，物質(zhì)分離主要借助分子篩性質(zhì)的固定凝膠。隨著更多種類非水溶劑分離凝膠的出現(xiàn)，該技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用在食品農(nóng)藥檢測(cè)中。

為了得到良好的分離效果，就要保證檢測(cè)所用相關(guān)儀器處在最佳的性能狀態(tài)，同時(shí)選取適宜的應(yīng)用載體與相關(guān)溶劑，從而減小凝膠滲透色譜顯示的參數(shù)誤差。其中，樣品載體的選擇需保證其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與機(jī)械性能，載體粒度越小，分布越均勻，分離質(zhì)量就越理想[4]。同時(shí)，檢測(cè)人員在處理多種載體色譜柱時(shí)，應(yīng)借助串聯(lián)方式，擴(kuò)大檢測(cè)范圍，提升分離質(zhì)量。溶劑質(zhì)量直接影響著待測(cè)物質(zhì)溶解度，凝膠滲透色譜為液體狀態(tài)，因此進(jìn)行保存處理時(shí)，溶劑沸點(diǎn)應(yīng)高于實(shí)驗(yàn)溫度，熔點(diǎn)應(yīng)低于室內(nèi)溫度，且要保證所用溶劑的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、毒性低等。綜上，凝膠滲透色譜技術(shù)具有使用效率高、范圍大、能重復(fù)試驗(yàn)且凈化容量大等優(yōu)勢(shì)。

2.4 超臨界流體萃取

處在臨界壓力與溫度的高密度流體，即為超臨界流體。其介于液體與氣體之間，具有兩者的優(yōu)勢(shì)。超臨界流體萃取技術(shù)是將超臨界狀態(tài)的流體作為溶劑，萃取樣品內(nèi)待測(cè)組分[5]。

超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，萃取劑的選用應(yīng)注意其價(jià)格、溶解能力等。超臨界流體中CO2出現(xiàn)頻率較多，其具有容易提純、不會(huì)給樣品帶來(lái)污染、化學(xué)惰性、無(wú)臭和無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，適用于非極性物質(zhì)的萃取，但由于其屬于非極性溶劑，萃取極性化合物較為困難。因此，在應(yīng)用過(guò)程中，可通過(guò)少量添加CClF3、NO2、MeOH、NH3等極性化合物，得到更理想的萃取結(jié)果。

超臨界流體萃取技術(shù)的流程分為萃取和分離兩部分，而除了萃取劑會(huì)影響到萃取效率之外，還應(yīng)注意如下因素。

（1）改性劑。溶劑質(zhì)量是待測(cè)物溶解度和分離選擇性是否良好的關(guān)鍵。采用CO2作為萃取劑，對(duì)蔬菜試樣中甲胺磷農(nóng)藥展開分析，在改性劑不同的情況下，甲胺磷農(nóng)藥回收率在45%～82%；以甲醇為改性劑則能提升回收率（90%～114%），此外CClF3、NH3等為常用的改性劑。

（2）溫度。萃取效果受溫度的影響也較大，溫度的改變會(huì)引發(fā)流體密度和待測(cè)物蒸汽壓的變化。雖然待測(cè)物蒸汽壓在臨界點(diǎn)附近低壓范圍升溫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定升高，但會(huì)影響流體密度，進(jìn)而導(dǎo)致萃取劑溶劑化能力不佳。反之，高壓范圍區(qū)升溫，能快速增加待測(cè)組蒸汽壓，使萃取效率得以改善。當(dāng)前一些研究認(rèn)為，與被測(cè)物與活化部分解吸動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)密切的一項(xiàng)因素，便是萃取溫度[6]。因此，相較于加入改性劑，升高萃取溫度更利于效率的提升，但這也會(huì)提高對(duì)于設(shè)備、樣品選擇的要求，經(jīng)濟(jì)成本較高。

（3）壓力。在流體為超臨界且溫度一定時(shí)，若密度出現(xiàn)變化，則溶質(zhì)溶解度也會(huì)出現(xiàn)改變，進(jìn)而使萃取效果發(fā)生變化。密度的參數(shù)之一為萃取壓力，因此萃取效率的提升，可借助調(diào)壓途徑實(shí)現(xiàn)。由于超臨界流體N2O和CO2在高溫時(shí)，隨著壓力加大，其流體密度會(huì)明顯增加，因此會(huì)減小分子間平均自由程，加強(qiáng)溶質(zhì)和溶劑間親合力，加強(qiáng)流體溶劑化能力，從而提升萃取效率。

3 樣品前處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近些年我國(guó)食品檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)較好，通過(guò)更新食品檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了誤差的縮小和檢測(cè)效率的提升。此外，樣品前處理環(huán)節(jié)通過(guò)融入信息科技手段，有效減少了前處理誤差，人們的基本日常飲食安全得到了良好保障。但就整體角度而言，農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)仍待優(yōu)化。因此該領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)加強(qiáng)探索、研究，注重檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的整理、總結(jié)，以推動(dòng)食品檢測(cè)技術(shù)不斷朝著無(wú)毒害、安全化及高效化的方向發(fā)展。此外，技術(shù)人員應(yīng)利用暴露組學(xué)、代謝組學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科原理，綜合評(píng)估樣品前處理技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，以提高食品農(nóng)藥殘留風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精準(zhǔn)性，推動(dòng)食品安全保障體系的建立和完善。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可避免會(huì)用到農(nóng)藥，其能有效預(yù)防雜草、蟲害和疾病對(duì)作物的危害和侵蝕，進(jìn)而保證作物產(chǎn)量。但是，作物上殘留的農(nóng)藥會(huì)在很大程度上危害人體的身體健康，還可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到破壞。面對(duì)此現(xiàn)狀，就必須注重農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)水平的提升，而能否將農(nóng)藥殘留成分順利檢出，樣品前處理技術(shù)扮演著重要角色。因此，檢測(cè)操作人員需要不斷提高自身的業(yè)務(wù)素養(yǎng)，高度重視食品前處理環(huán)節(jié)，采用先進(jìn)、高效、安全的前處理方式對(duì)樣品展開處理，以確保能夠精準(zhǔn)檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留。

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