QuEChERS法在果蔬食品農(nóng)殘檢測中的優(yōu)化改進(jìn)研究

楊洋，田黎

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550001)

QuEChERS法在果蔬食品農(nóng)殘檢測中的優(yōu)化改進(jìn)研究

楊洋，田黎

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽550001)

在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，闡述了傳統(tǒng)QuEChERS前處理方法的基本步驟和特點(diǎn)，果蔬食品農(nóng)殘檢測中QuEChERS方法在取樣、提取、凈化及檢測步驟的優(yōu)化改進(jìn)研究，對其發(fā)展趨勢作一展望.

QuEChERS法；果蔬；農(nóng)藥殘留；優(yōu)化改進(jìn)

農(nóng)藥殘留(pesticide residues)是指農(nóng)藥施用后殘存于農(nóng)產(chǎn)品、生物體和環(huán)境中的微量農(nóng)藥以及農(nóng)藥的代謝物、降解物和有毒雜質(zhì)等所有衍生物的總稱[1].由于農(nóng)藥的種類繁多、化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)各異、樣品基質(zhì)復(fù)雜、痕量殘留等特點(diǎn)使得農(nóng)藥殘留的檢測成為國內(nèi)外重點(diǎn)研究課題之一.

我國是水果和蔬菜產(chǎn)銷大國，果蔬食品中的農(nóng)藥殘留檢測是避免人體健康受害、環(huán)境污染以及貿(mào)易壁壘等問題出現(xiàn)的重要手段.樣品農(nóng)殘前處理主要包括提取、凈化、濃縮，占整個(gè)檢測分析2/3的時(shí)間且大部分的誤差來源于此，是農(nóng)殘分析檢測的關(guān)鍵，因此發(fā)展快速、安全、靈敏、可靠以及無污染的農(nóng)殘檢測前處理技術(shù)是保障果蔬食品質(zhì)量安全的重要基礎(chǔ).QuEChERS方法就是集快速(Quick)、簡單(Easy)、低廉(Cheap)、有效(Effective)、穩(wěn)定(Rugged)和安全(Safe)為一體的農(nóng)殘檢測前處理技術(shù)，該方法目前在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用.通過文獻(xiàn)調(diào)研，了解傳統(tǒng)QuEChERS前處理方法的基本步驟和特點(diǎn)，重點(diǎn)研究果蔬食品農(nóng)殘檢測中QuEChERS方法在取樣、提取、凈化及檢測步驟的優(yōu)化改進(jìn)，并對其發(fā)展趨勢作一展望.

1 簡述QuEChERS方法

1.1 QuEChERS法

2003年，美國農(nóng)業(yè)部Anastassiades M等人開發(fā)了一種基于固相萃取和基質(zhì)固相分散技術(shù)的預(yù)處理方法，該方法快速、簡便 、價(jià)格低廉、穩(wěn)定安全，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的農(nóng)藥多殘留物分析，稱為 QuEChERS法[2].其基本操作步驟如下：(1)取樣：稱取10 g勻質(zhì)樣品于50 mL聚氟乙烯離心管；(2)提?。簶悠分屑尤?0 mL乙腈，浸提，再依次加入1 g氯化鈉(NaCl)和4 g無水硫酸鎂(無水MgSO4)，振搖混勻1 min，鹽析離心分層；(3)凈化：移取分層后的上清液1 mL至含有150 mg無水MgSO4和25 mgPSA(乙二胺-N-丙基硅烷吸附劑)的離心管中，混勻1 min，離心分層，進(jìn)行分散固相萃取凈化；(4)檢測：凈化后的上清液直接用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)或液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)進(jìn)行農(nóng)藥多殘留分析.其中，利用單一溶劑乙腈進(jìn)行浸提， NaCl和無水MgSO4促使其鹽析分層，無水MgSO4除水的同時(shí)產(chǎn)熱使萃取溫度適宜，加入PSA利于除去提取液中的脂肪酸、糖類和某些極性親脂性色素等.

1.2 QuEChERS方法的特點(diǎn)

QuEChERS方法相對于其他常用前處理技術(shù)，如固相萃取(SPE)、凝膠滲透色譜法(GPC)、超臨界流體萃取(SFE)等，與檢測儀器結(jié)合分析的優(yōu)勢在于[3-4]：(1)能同時(shí)檢測超過200多種農(nóng)藥，同時(shí)包括含脂肪的介質(zhì)體系；(2)對于大多數(shù)的農(nóng)藥，包括極性、易揮發(fā)和一些難分析的農(nóng)藥，使用該方法的加標(biāo)回收率都大于85%；(3)采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校正，有較高的精密度和準(zhǔn)確度；(4)分析時(shí)間短，每1h可處理30～40個(gè)預(yù)先稱重的樣品，使分析效率大大的提高；(5)溶劑使用量少，價(jià)格低廉，不使用含氯化物溶劑，對環(huán)境造成的污染小，并且乙腈加到容器后立即密封，降低了分析人員的危險(xiǎn)；(6)整個(gè)過程所需要的器具和設(shè)備都非常簡單，主要使用離心試管和離心機(jī)，無需添置大型設(shè)備和大量玻璃器皿，所需的空間也?。?7)操作簡單，無需良好訓(xùn)練和較高技能便可很好的完成；(8)方法嚴(yán)格,在凈化過程中有機(jī)酸均被除去，對檢測儀器的影響較小.

但是，QuEChERS法最初的設(shè)計(jì)是用于高含水量的水果和蔬菜的樣品前處理，對于含水量低的或者脂肪含量高的其他果蔬樣品，仍具有樣品凈化效果不理想、農(nóng)藥提取效率較低、凈化過程中損失大等缺點(diǎn)[5].

2 QuEChERS方法的優(yōu)化改進(jìn)

QuEChERS方法經(jīng)過10多年的發(fā)展，國內(nèi)外研究學(xué)者在果蔬食品農(nóng)殘檢測中對該法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，將其發(fā)展成為了一種可根據(jù)基質(zhì)特點(diǎn)和待測物性質(zhì)自由組合的多農(nóng)殘檢測模板，能同時(shí)對絕大多數(shù)農(nóng)藥達(dá)到較高質(zhì)量的分析方法.QuEChERS方法在果蔬農(nóng)殘檢測中的優(yōu)化改進(jìn)主要體現(xiàn)在取樣、提取、凈化、檢測步驟上.其中提取與凈化是農(nóng)殘檢測前處理中的重要步驟.

2.1 果蔬取樣

傳統(tǒng)的QuEChERS方法是一種針對高含水量果蔬農(nóng)藥多殘留檢測的前處理方法，對于含水量低的樣品，調(diào)整取樣量或添加一定量的水，以確保充分提取果蔬中的待測組分.果蔬食品農(nóng)殘檢測前處理時(shí)，樣品取樣量與添加水量一般原則[6]是：含水量大于80%時(shí)取樣量為10 g；含水量25%～80%的蔬菜和水果，添加水的量為樣品質(zhì)量(通常取10 g)減去其本身的含水量，以土豆為例，按含水量為70%計(jì)算，則其添加水量應(yīng)為3 g(10 g-10 g×70%)；含水量低于25%的果蔬，如干果，取樣量為5 g，添加水量為7.5 g(水可在基質(zhì)粉碎前添加).同時(shí)，對有些樣品基質(zhì)的取樣也需特殊處理，比如高脂肪含量的樣品需過夜冷凍，大蒜、洋蔥及韭菜等含硫化物的樣品可以在微波爐中加熱幾秒鐘后再稱取.因此，不同的樣品基質(zhì)，取樣量和處理并不固定，需根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件適當(dāng)調(diào)整，以確保滿足實(shí)驗(yàn)要求.

2.2 提取

提取是采用適當(dāng)?shù)奶崛∪軇┖头椒▽埩粼跇悠分械霓r(nóng)藥(待測組分)溶解分離出來.起初的QuEChERS方法的提取過程是在樣品中加入單一提取溶劑乙腈進(jìn)行浸提，然后加入NaCl和無水MgSO4進(jìn)行鹽析離心分層，得到的上清液以供凈化后進(jìn)行測定.Anastassiades[7]等考察了不同溶劑的提取效果，發(fā)現(xiàn)用乙腈提取后，仍會(huì)有相當(dāng)一部分水殘留在有機(jī)相中.但是通過加入吸水劑和鹽析劑，鹽析離心分層可將殘留的水分除去，確保了凈化后測定的準(zhǔn)確度和精密度.乙腈作為該方法的常用提取溶劑，可同時(shí)提取多種農(nóng)藥殘留物，對干擾物油脂和色素提取較少，而且操作簡單.

在對較為復(fù)雜的基質(zhì)及酸堿不穩(wěn)定的農(nóng)藥進(jìn)行處理時(shí)，為了獲得更好的回收率，需根據(jù)基質(zhì)和待測物性質(zhì)對提取溶劑進(jìn)行篩選或添加緩沖液作為保護(hù)劑，研究人員通過利用醋酸、檸檬酸、乙酸乙酯等溶液對傳統(tǒng)QuEChERS法的提取步驟進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn).2003年，Mastovská等[8]采用傳統(tǒng)QuEChERS方法對生菜、柑橘及其他幾種基質(zhì)中的235種農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在酸性的柑橘基質(zhì)中，對酸敏感的農(nóng)藥如吡蚜酮回收率很低，而對堿敏感的農(nóng)藥如克菌丹、易菌靈等在非酸性基質(zhì)中都有降解.此后，Lehotay等[9]人研究了QuEChERS法中加入緩沖液來提高某些對堿敏感的農(nóng)藥回收率，即采用含0.1%醋酸(HAC)的乙腈作為提取液，以無水醋酸鈉(NaAC)代替NaCl作為鹽析劑，借助HAC/ NaAC緩沖系統(tǒng)來控制水相和有機(jī)相的酸堿度，改善百菌清等農(nóng)藥的回收率.國內(nèi)農(nóng)業(yè)部胡西洲等[10]也通過此改進(jìn)方法研究了蔬菜中11種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留分析，結(jié)果表明，農(nóng)藥回收率在67.7%～105.3%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD)≤10.6%，證明該法適合蔬菜中的農(nóng)藥殘留分析.2007年，Payá等[11]在黃瓜、檸檬、柑橘樣品中，將 QuEChERS 方法改良，即在第一步提取時(shí)，添加檸檬酸鈉和檸檬酸二鈉作為緩沖保護(hù)劑，加入600 μL的NaOH來調(diào)節(jié)pH值，在離心后的每毫升提取液中加入150 mg無水MgSO4、25 mg PSA，提取液中加入10μL5%甲酸(作為萃取物的穩(wěn)定劑)進(jìn)行再酸化，然后分別進(jìn)行GC-MS/MS、LC-MS/MS 分析.結(jié)果證明，平均回收率為 70%～110%，RSD≤10%，加入檸檬酸鹽，建立緩沖體系對某些酸堿敏感的農(nóng)藥的分離有良好的作用.通過緩沖鹽體系的加入對提取步驟進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，目前已有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法，比如加入醋酸鹽緩沖體系的美國官方分析方法 “AOAC Official Method 2007.01”和中國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“NY/T1380-2007”，以及采用檸檬酸鹽緩沖體系的歐盟官方分析方法“European Standard EN 15662”[12-13].

總之，對傳統(tǒng)QuEChERS方法的提取步驟優(yōu)化改進(jìn)主要是為了有效提取易受pH影響的待測物，盡可能減少堿性或酸性不穩(wěn)定農(nóng)藥的降解，以及拓展可使用此方法的基質(zhì)種類的范圍.

2.3 凈化

凈化是將提取后的待測組分與干擾雜質(zhì)分離，其中的關(guān)鍵是選取除去干擾物質(zhì)的凈化材料.常用的凈化材料[4,6,14]包括：原方法中PSA吸附劑，它能除去許多極性基質(zhì)成分，如脂肪酸、糖類和某些極性親脂性色素；GCB(石墨化碳黑)多用于除去樣品農(nóng)殘中葉綠素、類胡蘿卜素等色素類雜質(zhì)；C18可以除去脂肪和脂類等非極性物質(zhì)干擾；碳納米管因物理化學(xué)特性易與其他原子結(jié)合，是一種較為理想的吸附材料等等.凈化材料的種類和用量根據(jù)不同樣品基質(zhì)干擾情況和目標(biāo)待測物的性質(zhì)確定，比如可通過幾種吸附劑的混合使用，改善農(nóng)殘檢測的凈化效果，提高待測物質(zhì)的回收率.Shen等[15]在利用QuEChERS方法處理大蒜、洋蔥等特殊的復(fù)雜基質(zhì)時(shí)，采用經(jīng)正己烷飽和后的酸化乙腈作為提取溶劑，通過PSA/GCB/ C18凈化，氣相色譜-負(fù)離子化-質(zhì)譜法(GC-NCI-MS)測定，結(jié)果顯示，除洋蔥和辣椒中的氰戊菊酯和溴氰菊酯外，其余檢測物的回收率在70%～130%之間，RSD<14%.董靜等[16]在檢測果蔬中54種農(nóng)藥殘留時(shí)，樣品用0.1%冰醋酸-乙腈溶液提取，凈化時(shí)，加入PSA/GCB/ODSC18/氨丙基粉混合型的分散固相萃取改善凈化效果，結(jié)果顯示，檢出限在3～25 μg/kg之間，在添加含量0.05～1.0 mg/kg范圍內(nèi)回收率在60%～120%之間，RSD在4%～14%，達(dá)到農(nóng)殘檢測的要求.Zhao等[17]采用QuEChERS方法檢測蔬菜和水果中的農(nóng)藥殘留時(shí)，用多壁碳納米管替代 PSA作為凈化材料，結(jié)合GC-MS分析，結(jié)果顯示，30種農(nóng)藥的回收率在71%～110%，RSD<15%.

QuEChERS方法與其他前處理技術(shù)聯(lián)用，比如分散液相微萃取(DLLME)、凝膠滲透色譜法(GPC)等，也可改善凈化效果.Melo等[18]在檢測番茄中30種農(nóng)藥殘留時(shí)，用乙腈萃取，NaCl和無水MgSO4鹽析離心分層，結(jié)合DLLME，省去凈化過程，應(yīng)用GC-MS進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，除烯菌酮和噻蟲嗪的回收率為61.6%、58.9%外，其余28種農(nóng)藥的回收率在70%～120%之間，RSD≤20%，檢測限為0.0027～0.25 mg/kg，定量限為0.0089～0.84 mg/kg.盧大勝等[19]檢測果蔬中的25種農(nóng)藥殘留，采用QuEChERS方法聯(lián)合GPC-GC/MS，在黃瓜基質(zhì)加標(biāo)樣品中，按照QuEChERS法處理兩份樣品，一份采用GPC-GC/MS分析農(nóng)藥殘留，另一份直接用GC/MS分析.結(jié)果證明，GPC能很好地除去樣品基質(zhì)中潛在的如油脂、生物堿、聚合物等干擾物質(zhì)，使得GPC-GC/MS能改善由于基質(zhì)干擾導(dǎo)致的GC/MS靈敏度差、定性和定量不準(zhǔn)確等問題，同時(shí)也降低了儀器的維護(hù)成本.

2.4 檢測

除了在樣品取樣處理、提取和凈化過程上對原QuEChERS法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，國內(nèi)外研究人員在檢測過程中也通過提取液濃縮、不同高效檢測儀器聯(lián)用等手段提高該方法的處理效果，擴(kuò)寬在農(nóng)殘檢測中的處理范圍.Furlani等[20]應(yīng)用GC-ECD測定甘蔗汁中的7種常見農(nóng)藥殘留，在凈化過程中上清液將原方法中的移取1 mL改為4 mL，用0.2 gPSA和 0.6 g無水MgSO4凈化，離心后取2 mL上清液，氮?dú)獯抵两?，溶?00 μL甲苯后分析檢測.結(jié)果表明，在添加水平為0.05～2.0 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)大于0.995，回收率為62.9%～107.5%，RSD為3.7%～9.3%.夏鳴等[21]在GC-MS/MS同時(shí)檢測圓蔥、辣根中122種農(nóng)藥殘留時(shí)，優(yōu)化改進(jìn)了QuEChERS方法，用40 mL乙酸乙酯∶正己烷飽和的乙腈(15∶85,V∶V)加入5.0 g醋酸鈉和1%冰乙酸的混合試劑作為提取液，超聲40 min，提取后的上清液經(jīng)PSA/GCB凈化后，于40℃真空快速濃縮近干，濃縮液用1.0 mL乙酸乙酯定容、渦混，離心，上清液過0.45 μm微孔濾膜，供GC-MS/MS測定.結(jié)果顯示，本方法的最低檢出限范圍在0.000625～0.05 mg/kg，122種農(nóng)藥在圓蔥、辣根中的回收率范圍為60.0%～130.6%，RSD為3.7%～29.8%.

另外，高靈敏度的色譜-質(zhì)譜檢測儀器可以允許提取液有更低的樣品濃度，高選擇性的色譜-質(zhì)譜檢測儀器更能忽略與目標(biāo)物同時(shí)出峰的雜質(zhì)的干擾.因此，QuEChERS法的優(yōu)化改進(jìn)可以通過與高效檢測儀器的聯(lián)用實(shí)現(xiàn)[22].

3 QuEChERS法的前景展望

縱觀QuEChERS法在果蔬農(nóng)殘檢測中的優(yōu)化改進(jìn)，不難發(fā)現(xiàn)，一方面，由于樣品基質(zhì)和待測物各異，通過改變提取溶劑、添加緩沖液、調(diào)整不同吸附劑以及聯(lián)用高效的檢測儀器等手段在不同步驟對QuEChERS法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，可以提高農(nóng)殘回收率，達(dá)到檢測的目的.QuEChERS法已發(fā)展成為了一種可根據(jù)基質(zhì)特點(diǎn)和待測物性質(zhì)自由組合的多農(nóng)殘檢測模板.雖然QuEChERS法最初是檢測果蔬中的農(nóng)藥殘留，但目前，該法在新領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，比如環(huán)境樣品農(nóng)藥殘留檢測[23]、農(nóng)產(chǎn)品獸藥檢測[24]及生物樣品農(nóng)藥檢測[25]等等.另一方面，為了QuEChERS法進(jìn)一步成熟，還需不斷優(yōu)化改進(jìn)，比如GCB的使用會(huì)降低部分農(nóng)藥的回收率，能否有更適合的凈化材料或方法除去色素的干擾，提取溶劑或緩沖液是否適配不同檢測儀器等等.可以預(yù)見，隨著社會(huì)的需求和科技的進(jìn)步，QuEChERS方法在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用必將越來越成熟，適用范圍也必將越來越廣泛.

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【責(zé)任編輯：徐明忠】

Optimization improvement of QuEChERS method in the detection of pesticide residues in fruits and vegetables

YANG Yang,TIAN Li

(Geography and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001,China)

This paper describes the pretreatment methods of basic steps and characteristics for traditional QuEChERS, as well as optimization improvement study for QuEChERS method in the detection of pesticide residues in fruits and vegetables, including sampling, extraction, purification and optimize the detection step, and for a prospect of its development trend.

QuEChERS; fruits and vegetables; pesticide residues; optimization improvement

2014-09-20

楊洋(1990-)，女，侗族，貴州遵義市人，貴州師范大學(xué)碩士研究生，主要從事喀斯特環(huán)境和環(huán)境化學(xué)的研究.

O652

A

1672-3600(2015)03-0066-04