食品中農(nóng)獸藥殘留檢測樣品前處理方法

鄧龍，周思，黃佳佳，曾上敏，張靜文

1. 廣東食品藥品職業(yè)學院（廣州 510520）；2. 廣州市疾病預防控制中心（廣州 510440）

近年來，食品安全事件頻頻出現(xiàn)，特別是違禁農(nóng)藥及獸藥的使用屢禁不止，超標使用農(nóng)獸藥的情況時有發(fā)生。盡管檢測技術(shù)的發(fā)展日新月異，檢測手段也在不斷提高，但在實際檢測中，基體干擾等原因造成的假陽性和漏檢現(xiàn)象十分常見，這些成為了制約食品安全檢測技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。文章結(jié)合液液萃取、固液萃取、固相萃取等技術(shù)，從氣相體系、液相體系和固相體系三個方面對食品中農(nóng)藥、獸藥殘留快速檢測技術(shù)的樣品前處理方法進行綜述。

1 氣相體系中的目標物

氣相體系中的目標物包括樣品本身以氣態(tài)形式存在，或者液、固態(tài)基體中的易揮發(fā)成分。一般而言，樣品前處理的重點在于如何快速有效地將目標物從復雜的樣品基體中分離出來。對于易揮發(fā)的目標物而言，由于其特殊的性質(zhì)，可以較容易地實現(xiàn)與樣品基體的分離，從而解決樣品前處理過程中的關(guān)鍵性問題。在農(nóng)獸藥殘的檢測中，易揮發(fā)的目標物最具針對性的樣品前處理方法是頂空萃取技術(shù)。

頂空萃取過程中裝置不直接與基體接觸，可以實現(xiàn)目標物與基體物質(zhì)的有效分離，減少基體對測定過程的干擾，適合于食品中易揮發(fā)、半揮發(fā)的農(nóng)獸藥殘的檢測。頂空萃取分為靜態(tài)頂空萃取（S-HS）、動態(tài)頂空萃取（D-HS）和高濃度容量頂空萃取（HCCHS）三種。

1.1 傳統(tǒng)頂空技術(shù)

傳統(tǒng)頂空技術(shù)包括靜態(tài)頂空萃取和動態(tài)頂空萃取兩種。靜態(tài)頂空操作方便，流路相對簡單，在氣相色譜的樣品前處理過程中十分常見[1-2]。但樣品在兩相中的分布完全取決于樣品本身的揮發(fā)性，當目標物揮發(fā)性不強或濃度過低時，目標物的測定會難以進行，需要進一步完善[3]。動態(tài)頂空萃取，又名吹掃捕集萃取，它通過氣體的吹掃作用，使凝固相中的待測物不斷地逸出，并在捕集管內(nèi)富集，有利于實現(xiàn)對低濃度待測物的檢測[4]。

1.2 高濃度容量頂空技術(shù)

近年來，高濃度容量頂空技術(shù)作為新型的頂空萃取技術(shù)發(fā)展迅速。高濃度頂空萃取技術(shù)又稱為吸附萃取法，包括頂空固相微萃取（HS-SPME）、頂空攪拌吸附萃取（HS-SBSE）、頂空液相微萃取（HSLPME）和大表面積頂空采樣技術(shù)（HCC-HS）[5-6]等。與傳統(tǒng)頂空萃取方法相比，高濃度容量頂空技術(shù)操作簡單，其中HS-SPME方法可直接將萃取頭插入進樣口，在普通的氣相色譜儀上即可完成解吸與檢測。如Lopez等[7]采用HS-SPME結(jié)合GC-ECD方法檢測人血清中的有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯，最低檢測限可達1 ng/L，整個操作過程只需50 min。相比于HS-SPME方法，HS-SBSE則還需要一個額外的熱解吸過程，但較大的萃取量使HS-SBSE方法靈敏度更高[8]。HS-LPME方法需要選用揮發(fā)性弱的溶劑以保證液滴的穩(wěn)定性，可選的溶劑種類有限，很大程度上限制了方法的使用。

2 液相體系中的目標物

液相體系中目標物包括樣品本身為液態(tài)和樣品經(jīng)過均質(zhì)、絞碎等處理過程后目標物進入溶液內(nèi)兩種情況。根據(jù)方法原理可分為液相萃取和吸附萃取兩種。常用的方法有液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE）。近年來，液態(tài)體系中目標物的前處理正朝著無溶劑化和小型化方向發(fā)展，出現(xiàn)了微液相萃取、液相微萃取、微固相微萃取、固相微萃取和攪拌棒吸附萃取等方法。

2.1 液相萃取

液相萃取依據(jù)目標物在不同溶劑體系中溶解性質(zhì)的差異，包括液液萃取及液相微萃取。液液萃取作為一種傳統(tǒng)的萃取方法使用非常廣泛，如一步萃取法[9]、液液萃取-體溫純化技術(shù)[10]、柱內(nèi)液液萃取[11]等。但它溶劑消耗量大，易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，操作過程冗長，不適合大量樣品的前處理分析。微液相萃取法一定程度上克服了溶劑消耗量大的不足，但易乳化、耗時的問題仍沒得到有效解決。

為了進一步克服液液萃取中溶劑消耗量大等問題，在液液萃取的基礎(chǔ)上發(fā)展出了多種液相微萃取技術(shù)，常見形式有單滴液相萃取（SDE）、膜支撐液相微萃取（MASE）和分散液液微萃取（DLLME）。

單滴液相微萃取法使用裝置簡單，集萃取、凈化、濃縮、預分離于一體，具有高效、快速、靈敏等優(yōu)點。在萃取過程中，微液滴的形成至關(guān)重要，常用的溶劑有乙酸辛酯、異戊醇和乙二醇。SDE最大的弊端在于液滴的不穩(wěn)定性導致萃取重現(xiàn)性較差。此外，可選溶劑種類有限，萃取較為費時。膜支撐液相微萃取是基于膜對樣品各組分選擇滲透性能的差異建立的分離方法[12]，包括中空纖維膜（HF-LPME）、微孔膜（MMLLE）、扁平膜（SLME）等。膜支撐液相微萃取方法克服了SDE中有機液滴不穩(wěn)定、容易脫落和乳化等問題，樣品需求量小，富集倍數(shù)高，容易實現(xiàn)在線檢測[5]。但需針對不同的目標物建立相應(yīng)的萃取方法，且膜在反復使用容易產(chǎn)生記憶效應(yīng)，影響測試結(jié)果的準確性，普適性不強。分散液液萃取方法是在濁點萃取和均質(zhì)液液萃取的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[13]，它克服了LPME方法中萃取劑與樣品接觸面積有限，不能達到最大富集效果的不足，具有操作簡單、平衡迅速、回收率高、富集倍數(shù)大、成本低等優(yōu)點，已被成功用于液態(tài)樣品中殺蟲劑[14]、殺菌劑[15]、除草劑[16]等藥物殘留的檢測中，但其重現(xiàn)性和基體耐受性較差。

2.2 吸附劑萃取

常用的吸附萃取方法有固相萃取、微固相萃取、固相微萃取和攪拌棒吸附萃取。固相萃取（SPE）作為傳統(tǒng)的吸附萃取技術(shù)適用范圍廣，可供選擇的吸附劑種類繁多，從非極性的C18、離子交換材料到免疫吸附材料等皆可使用。隨后又出現(xiàn)了分子印跡材料[17]、碳納米管復合材料[18]、磁性材料[19]等新型材料。方法的不足之處在于樣品和溶劑的消耗量大，測試中成本較高。微固相萃取的出現(xiàn)很大程度上克服了SPE的不足，具有微孔板、注射器、移液管等多種載體形式，其中微孔板形式已實現(xiàn)商品化。總的來說，微固相萃取可用于定量分析，具有快速可靠的特點，但是富集倍數(shù)還不夠高。

固相微萃取技術(shù)克服了SPE需要使用柱填充物和使用溶劑進行洗脫的不足，在食品安檢中農(nóng)藥殘留如擬除蟲菊酯、氨基甲酸酯類、苯基脲類[20]等，獸藥殘留如磺胺類[21]、四環(huán)素類[22]等的檢測中應(yīng)用較多。但是石英纖維脆弱，易出現(xiàn)斷裂、涂層脫落等問題，且主要針對非極性和揮發(fā)性的分析物，適用范圍有限；同時可獲得的商業(yè)化固定相種類少，價格偏高。攪拌棒吸附萃取（SBSE）的萃取量大，相比于SPME具有更高的靈敏度和更好的回收率。此外，SBSE的涂層比SPME的纖維涂層更加穩(wěn)定，適用于原位分析。但該方法需要手動操作將攪拌棒從溶液中取出，同時需要一個額外的解吸過程，操作比較復雜。同時，吸附量更大，要求更長的平衡時間和解吸時間，解吸后還可能需要對樣品重濃縮后進樣。SBSE在食品中的農(nóng)藥如有機磷類、氨基甲酸酯類等[23]，獸藥如磺胺類[24]、咪唑類[25]的檢測中均有報道。

使用SPME和SBSE方法能否獲得較好的萃取效果，取決于樣品在固定相和溶液中的分布，有文獻報道可將目標物在固定相和溶液中的分配系數(shù)類似擬合成目標物在辛醇-水體系中的分配系數(shù)（KO/W）用于判斷樣品在兩相的分布情況，同時，吸附平衡還需考慮涂層的厚度[26]，這為樣品前處理方法的選擇提供了依據(jù)。

3 固相體系中的目標物

一般而言，存在于固態(tài)樣品中的目標物與基體結(jié)合十分緊密，需要通過徹底的提取過程將目標物從基體中釋放出來。常用方法有固液萃取（SLE）、索氏萃取（SE）、加速溶劑萃取（ASE）、微波輔助萃取（MAE）、超聲輔助萃取（SAE）、超臨界萃取（SFE）和基質(zhì)固相分散（MSPD）。

3.1 傳統(tǒng)萃取技術(shù)

作為傳統(tǒng)的萃取技術(shù)，固液萃取和索氏萃取仍在揮發(fā)性弱的目標物處理中廣泛使用，具有儀器設(shè)備簡單、操作容易、成本低、可處理樣品量大、受基體限制小等優(yōu)點，同時過程中需要優(yōu)化的條件少，容易控制。但它的溶劑消耗量大、操作費時、檢測前需要濃縮。一般而言，在樣品種類不多，目標物性質(zhì)穩(wěn)定，處理時間比較充足時，索氏萃取仍不失為一個不錯的選擇[27]。此外，索氏萃取與其他技術(shù)相結(jié)合亦可取得不錯的效果。如Prados-Rosales等[28]建立了葵花籽中有機氯農(nóng)藥的微波輔助-索氏萃取法，利用微波加熱，快速便捷，將萃取時間縮短到45 min，獲得了理想的回收率。

3.2 場輔助萃取

常見的場輔助萃取有微波輔助萃取、超聲輔助萃取、加速溶劑萃取和超臨界流體萃取。在微波場的作用下，極性分子偶極不斷變化，產(chǎn)生大量的熱，加速溶劑在樣品中迅速滲透。超聲則是利用場的空化作用加速破壞樣品的表面，將樣品組織迅速破壁將待測物從釋放出來，一般在室溫下進行，適合于熱不穩(wěn)定化合物的萃取。微波輔助萃取和超聲輔助萃取均具有簡單快速、溶劑用量少、可批量處理等優(yōu)點，但在萃取完成后需要手動操作將含萃取物的溶液與基體分開。加速溶劑萃取通過高溫高壓場提高萃取效率實現(xiàn)對樣品的快速處理，整個萃取過程在密封體系內(nèi)完成，有效減少了有害物質(zhì)對環(huán)境的影響，易于實現(xiàn)自動化。ASE不適合熱不穩(wěn)定化合物的提取，得到的提取液需要進一步凈化。壓力場作用下的臨界流體擴散系數(shù)高、黏度低、溶解能力強，超臨界流體萃取利用這一性質(zhì)實現(xiàn)樣品中目標物的快速提取。提取劑常態(tài)下為氣體，極易實現(xiàn)目標物的分離。方法溶劑用量少，快速高效，易實現(xiàn)自動化，但高成本限制了方法的廣泛使用。場輔助萃取在糧食、果蔬、肉類、飲料等[29]食品的安檢中應(yīng)用廣泛。

3.3 基質(zhì)固相分散

基質(zhì)固相分散技術(shù)（MSPD，matrix solid-phase dispersion）是在SPE方法基礎(chǔ)上進行改進得到的一種新的樣品前處理方法，集樣品的均質(zhì)化、提取、分離、凈化于一體，有效地減少了處理過程中的目標物損失。相比于傳統(tǒng)的固相萃取方法，具有簡單快速、樣品需求量小、溶劑用量少的特點，適合于固態(tài)或半固態(tài)樣品中的目標物分析，在液態(tài)樣品的分析中也有使用。自Barker等與1989年首次提出后，MSPD方法在生物樣品的藥物殘留分析中得到了廣泛的應(yīng)用[30]。

4 結(jié)語與展望

樣品前處理方法種類繁多，每種方法都有各自的優(yōu)缺點和適用范圍，并不存在普遍適用于任何樣品和檢測方法的樣品前處理技術(shù)，這就需要研究人員根據(jù)不同的檢測要求建立相應(yīng)的處理方法。一般在選擇時，需要考慮待測物性質(zhì)、樣品基體、分離方法、樣品后續(xù)分析等多個方面。此外，還需要考慮操作成本、方法的復雜程度、溶劑用量、自動化程度、可測樣品量等。

快速、簡便、經(jīng)濟是快速檢測方法的優(yōu)勢所在，選擇的樣品前處理方法須要與這些特點相適應(yīng)。快檢方法多用于初篩檢測，處理過程無需如色譜方法般精細，能消除基體中干擾物質(zhì)的影響即可。在常見的樣品前處理技術(shù)中，場輔助萃取技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、動態(tài)頂空萃取需要借助于特定的儀器，而索氏萃取、攪拌棒吸附萃取、靜態(tài)頂空等需時較長，均不符合快速檢測簡便、快速的初衷。液液萃取、固液萃取、固相微萃取、液相微萃取、基質(zhì)固相分散、分散液液微萃取、膜支持液相微萃取等方法可有效除去基體干擾物或富集目標物，實現(xiàn)兩者的分離，同時方法裝置簡單，實時檢測中可操作性強，能較好地滿足食品安全快速檢測方法中樣前處理的需求。