食品藥品檢驗前處理技術研究

王 凡，王春雷

（聊城市檢驗檢測中心，山東聊城 252000）

1 樣品前處理的定義及其重要性

樣品前處理是從復雜的食品藥品基質中，通過物理、化學或生物手段去除干擾物質，同時將目標物分離出來，達到儀器可以分析的狀態，多數時候還需要將目標物進行純化和富集，并將目標物制成便于檢測的溶液形式。有時若目標物難以在現有儀器上進行檢測，需要通過衍生化等方式將其定量轉化為一種易于檢測的化合物。

研究機構對100多個食品藥品檢驗實驗室的研究結果表明[1]，在整個食品藥品檢驗過程中采樣、樣品前處理、數據處理和數據分析所消耗時間占比分別為6%、61%、27%和6%，由此可見前處理耗時最長。從食品藥品檢驗檢測誤差來源進行分析，操作方法、儀器設備、色譜柱的選擇、進樣方式、積分、標準曲線繪制和樣品前處理等都會引起不同程度的實驗誤差，但從統計分析結果[2]來看樣品前處理導致的實驗誤差占比最大，約為30%。樣品前處理是一項極其耗時、煩瑣且容易引入分析測定誤差的過程，而樣品前處理方法對樣品的分析起著至關重要的作用，某種程度上來說，樣品前處理的好壞不僅直接影響最終的分析結果，還會影響分析儀器的使用壽命。因此，有必要對前處理進行系統分析，闡述各方法的優缺點，為實驗人員提供參考。

2 常見的食品分析前處理方法

2.1 無機化處理方法

無機化前處理是指在測定樣品中的無機成分（一般指元素）時，共存的有機物質（蛋白質、糖類、脂肪、油脂等）可能會干擾測定。因此，在食品藥品檢測過程中要將樣品中的有機物質破壞掉，同時將需要測定的元素轉化成易測定的無機化合物的形式進行檢測。無機化前處理方法一般分為干灰化法和濕消解法。

2.1.1 干灰化法

干灰化法又叫灼燒法，是最常用的破壞有機物的方法之一，一般是將樣品放在坩堝中高溫灼燒，使樣品脫水、焦化，有機物與氧氣發生反應分解為二氧化碳、水或者氣體而揮發，剩下的無機物用來檢測分析。

干灰化法的優點是樣品直接灰化，不加或者很少加溶劑，可以有較低的空白值，而且一次可以同時測量多批次樣品，若灼燒后產生的灰分少，可以增加樣品量來提高檢出率，該法適用范圍廣，操作簡便，無需人員看守，但該法容易造成待測組分揮發損失，而且高溫環境下坩堝材料會吸收部分待測組分，造成回收率偏低。因此，灰化過程中要采取適宜的灰化溫度，溫度一般以500～550 ℃為宜，最好不要超過600 ℃。若樣品灰化后仍不變白，可加適量的酸幫助灰化溶解，此外也可以加入助灰化劑加速有機物的氧化。

2.1.2 濕消解法

濕消解法又叫消化法[3]，通常是在適量的樣品中加入硝酸、硫酸等氧化性酸，有時還需要加入一些氧化劑或者催化劑，再通過加熱煮沸，將樣品中的有機物分解為CO2和H2O。常用的酸有硫酸、硝酸和高氯酸等，常用的氧化劑有過氧化氫和高錳酸鉀等，常用的催化劑有硫酸銅和硫酸汞等。

實際操作過程中消化液可單獨使用，也可組合使用，而且組合方式多種多樣，可以結合屬性和特點進行選擇。對于生物樣品和渾濁污水的處理可以使用硝酸-硫酸組合進行消化，但該組合不適用于含有堿土金屬的樣品；對于特別難氧化的有機樣品的消化，可以使用硝酸-高氯酸組合進行消化；對于含金屬毒物且樣品中沒有揮發性元素的生物樣品的消化，可以使用硫酸-硝酸-高氯酸組合進行消化。

微波消解法是目前常用的濕法消解方法之一，它是在消解的過程中利用微波對介質有快速加熱和升溫的特性來輔助消解。微波消解最大的特點是能實現快速消化，該技術的消化時間一般為3～4 min，尤其是對于食品藥品和生物樣品的消化，而且該技術是在密封狀態下對樣品進行消化，試劑的揮發損失量極少，這樣既能有效降低酸的使用量，也可以有效減少酸氣排放對人體和環境造成的危害，同時避免了如Pb、Se、As等能形成易揮發組分樣品的損失，此外該法用電量少，大大節約了能源。

2.2 有機前處理方法

有機前處理主要是檢測食品藥品樣品中的有機化合物或其衍生物和代謝物，而不是單一的某種元素，主要是通過不同的原理和方法將目標化合物從復雜的基質中提取出來，并進一步的純化和濃縮，供儀器分析檢測。按照提取的原理不同，可以將有機前處理分為液液萃取法、固相萃取法、超臨界流體萃取法和QuEChERS法等。

2.2.1 液液萃取法

液液萃取法是最常見的，使用最多的一種提取方法，主要是利用目標化合物在互不相溶的兩相間的分配系數不同，將目標物從一相轉移到另一相的過程，在實際操作過程中，可采用分液漏斗進行手動提取，也可利用索氏提取器多次進行提取，其中分液漏斗的提取效率較低，有機溶劑對人體傷害較大，在少量樣品的前處理和實驗室教學中使用較多。采用液液萃取法對樣品需求量大，且萃取的時間較長，需要用到大量的有機溶劑，對人體傷害性大，不能滿足高效率、高準確性的分析。

2.2.2 固相萃取法

固相萃取技術已經發展了20多年，是一種有效的分離純化方法，在藥物純化、環境和食品藥品前處理等多個領域發揮著重要作用，可用于樣品的分離、純化和濃縮[4]，與液液萃取法相比可以大大提高目標化合物的回收率，并且可以更有效地去除雜質，更有利于樣品分析和保護分析設備。

當前處理過程的初提取液通過固相萃取柱時，目標分子上的功能性官能團就會與填料上的官能團產生相互作用力，以此來進行吸附保留[5]。針對保留機理不同，可以將固相萃取過程分為目標化合物保留過程和雜質保留過程，操作步驟也略有區別。其中，目標化合物保留模式有4步，即活化、上樣、淋洗和洗脫；雜質保留模式有3步，即活化、上樣和洗脫。

在固相萃取過程中，保留和洗脫均受目標化合物、吸附劑和溶劑環境3種因素的影響[6]，對于給定的目標化合物，選擇合適的吸附劑、樣品溶劑以及洗脫溶劑是實現成功分離的關鍵。

使用固相萃取法進行萃取操作時，應注意以下幾點[7]。①樣品溶液體系性質要與固相萃取要求相適應。例如，以C18為固相萃取吸附劑吸附待測化合物時，樣品溶液體系中有機溶劑的比例不能太高；但以C18為固相萃取吸附劑吸附樣品中的雜質時，樣品溶液體系中有機溶劑的比例不能太低。②要注意填料承載能力，防止上樣超載導致檢測結果不準確。③過柱流速要合適，不能過快或過慢，特別是樣品溶液上柱和洗脫兩個環節的過柱速度要控制。一般過柱流速為1～3 mL·min-1。④對于使用硅膠基質的固相萃取小柱在樣品溶液上柱前不能干涸，如果干涸了應該重新對小柱進行活化。

2.2.3 超臨界流體萃取法

該技術采用超臨界流體為萃取劑，將待測物從復雜的樣品基質中分離出來。最常用的萃取劑是超臨界二氧化碳，它具有表面張力低、黏度低、擴散性高和可壓縮等特點，對于被萃取物質有著良好的溶解和穿透能力，且臨界溫度為31.05 ℃，可在室溫附近實現萃取操作。二氧化碳還具有不可燃、無毒、化學安全性好和廉價易得等優點。但是，該技術難以萃取極性大和相對分子質量高的化合物，當混合物中各組分間的相對揮發度或極性差別較大時，難以同時被萃取。

2.2.4 QuEChERS法

QuEChERS法是近年發展起來的一種用于食品藥品檢測的快速樣品前處理技術，其原理與固相萃取法相似，利用吸附劑填料與雜質間的相互作用力來吸附雜質，達到除雜凈化的目的[8]。操作步驟一般如下。①樣品制備。②乙腈、醋酸乙腈溶液或者緩沖溶液提取分離。③加入MgSO4、Na2SO4等鹽類去除樣品溶液的水分。④加入石墨化炭黑吸附劑、乙二胺-N-丙基硅烷等吸附劑去除雜質。⑤離心后取上清液過膜后供GC-MS或LC-MS檢測。

QuEChERS方法具有以下優勢。①分析速度快，可多樣品同時處理，也可實現多待測物同時測定。②有機溶劑使用量少，價格低廉，污染小。③操作簡便，無需特別昂貴的儀器設備，對操作人員能力要求較低。④對大量極性及揮發性的農藥回收率較高，一般可大于85%。⑤分析范圍廣，可實現多農藥殘留或多獸藥殘留的同時檢測。

3 樣品前處理方法的評價標準及其發展趨勢

雖然樣品前處理的方法有很多，但沒有一種方法適合所有的被測組分和所有的檢驗樣品，研究人員需開發新的前處理方法，使之涵蓋盡量多的項目和品種，實現高通量檢驗，同時也要結合被測組分和實驗條件等實際情況，制定切實可行的前處理方法。

評價一種前處理方法一般應遵循以下準則[9]，即干擾組分能否去除干凈，目標物回收率是否在合理范圍內，操作是否簡便，是否對人體和環境造成傷害。

未來樣品前處理方法的發展趨勢：①要能適應處理復雜介質、痕量成分、特殊性質成分分析的要求；②要盡量減少操作步驟，盡量集采樣、萃取、凈化、濃縮、預分離和進樣于一體；③要盡量減少甚至不用有毒有機溶劑，減少對檢測人員身體健康的危害。