農(nóng)藥多殘留檢測中的樣品基質(zhì)干擾及消除

徐美蓉

（1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；

2. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，甘肅 蘭州 730070）

基質(zhì)效應(yīng)是普遍存在于化學(xué)分析中的影響因素，在痕量和微量分析中基質(zhì)效應(yīng)表現(xiàn)尤其突出?；|(zhì)效應(yīng)最初是在酶活力測定中用人工制備的參考物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的。樣品基質(zhì)干擾也是色譜分析中的常見現(xiàn)象。近年來，由于農(nóng)藥殘留分析標準化程度的不斷深入，基質(zhì)效應(yīng)的干擾問題正逐步地受到人們的重視。1993 年，Erney 等人第一次比較系統(tǒng)地研究了農(nóng)藥殘留分析中的基質(zhì)效應(yīng)。表明當(dāng)基質(zhì)組分和被分析物一起被注入到氣相色譜中時，基質(zhì)組分可以保護有機磷化合物不被吸附和熱分解，從而使更多的分析物進入到柱中，所測得被分析物的結(jié)果就會偏高［1-3］。農(nóng)藥檢測試驗中用純?nèi)軇藴嗜芤河嬎?，有些農(nóng)藥的空白基質(zhì)加標回收率可能比理論值高幾倍，有些農(nóng)藥卻并非如此?；|(zhì)的種類和含量都會影響回收率，即使在相同的儀器操作條件下，每種農(nóng)藥的回收率可能都不同，尤其在低殘留水平時，隨著進樣的不斷進行，一些農(nóng)藥的峰會變差而難以準確積分。鑒于此，筆者總結(jié)了植物樣品農(nóng)藥殘留分析檢測中的基質(zhì)效應(yīng)及其解決方法。

1 基質(zhì)效應(yīng)及其在農(nóng)藥檢測中的表現(xiàn)

按照美國臨床實驗室標準化委員會文件，基質(zhì)效應(yīng)（matrix effect）是指標本中除分析物以外的其他成分對分析樣測定值的影響，即基質(zhì)對分析方法準確測定分析物能力的干擾［1-3］?；|(zhì)效應(yīng)是一個很廣泛的概念，幾乎存在于所有樣本中，要測定樣本中任何一個分析物時，都不可避免地要受到其影響。農(nóng)藥殘留通過儀器檢測的響應(yīng)信號強弱與存在的基質(zhì)種類有關(guān)，采用氣相色譜分離檢測的農(nóng)藥往往表現(xiàn)為基質(zhì)增強效應(yīng)（matrix induced enhancement），主要是由于基質(zhì)成分和分析物共同占據(jù)進樣口附近的活性位點，以此來防止分析物的吸附和分解，從而使分析物的響應(yīng)值加強。

2 影響基質(zhì)效應(yīng)的因素

氣相色譜分析中，基質(zhì)成分的存在減少了色譜系統(tǒng)活性位點與待測物分子作用的機會，使得待測物檢測信號有增強的現(xiàn)象。分析目標物農(nóng)藥基質(zhì)效應(yīng)含多個P=O 鍵的化合物較含單個P=O 鍵的化合物明顯；含P=O 鍵的化合物較含P=S 鍵的化合物明顯。含有同一功能基的化合物，由于極性、理化特性的差異所呈現(xiàn)的基質(zhì)效應(yīng)也會有較大差別，且同一化合物在不同化學(xué)環(huán)境和色譜系統(tǒng)中也會有所不同。

2.1 基質(zhì)的濃度、種類

基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生依賴于樣品基質(zhì)，故溶液中的基質(zhì)含量對基質(zhì)效應(yīng)的影響非常重要。基質(zhì)效應(yīng)在不同基質(zhì)種類間也會有差異［4-5］。不同植物樣品中的水分、糖、脂肪、蛋白質(zhì)等的營養(yǎng)成分含量高低和氣相色譜分析中的基質(zhì)效應(yīng)強弱有著一定的關(guān)系。Kocouerk 等評價了農(nóng)藥在甘藍、柑桔、小麥3 種不同植物提取液中的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在小麥提取液中的穩(wěn)定性明顯高于其余2 種［6］。

2.2 分析物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)

一般熱不穩(wěn)定、極性、具有氫鍵結(jié)合能力的有機磷酸酯、羥基、咪唑、氨基化合物等在氣譜分析中容易產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)。不同農(nóng)藥在同一種基質(zhì)中的基質(zhì)效應(yīng)不同，有機磷類農(nóng)藥其基質(zhì)增強效應(yīng)普遍強于有機氯和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥，這是由于有機磷類農(nóng)藥大多數(shù)含有P=O 或P=S 基團，使得農(nóng)藥更容易被進樣口活性點所吸附，從而引起較強的基質(zhì)效應(yīng)，通常含有P=O、-O-CO-NH-、-OH、-r-NH-、-N=、NH-CO-NH- 基團的農(nóng)藥表現(xiàn)出較強的基質(zhì)效應(yīng)。出峰時間較晚的擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的基質(zhì)效應(yīng)不明顯，這可能與其極性有關(guān)，表明極性越大，基質(zhì)效應(yīng)越明顯［7］。

2.3 分析物在基質(zhì)中的濃度

基質(zhì)效應(yīng)一般是在待測農(nóng)藥的濃度為4～1 000 ng/mL 時產(chǎn)生，不同的濃度水平產(chǎn)生的基質(zhì)效應(yīng)程度也不盡相同，但并非在其他濃度就不產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)。實驗結(jié)果表明，農(nóng)藥濃度在1.0 mg/L 時，所有農(nóng)藥的加標回收率均在100%左右；農(nóng)藥濃度為0.5 mg/L 時，大部分農(nóng)藥的回收率升至100%以上，有的甚至超過150%［8］。

2.4 進樣技術(shù)

不同的進樣模式（大體積進樣、脈沖進樣、柱上進樣、程序升溫氣化進樣、DMI 進樣等）對基質(zhì)效應(yīng)的影響也有較大差別。根據(jù)純?nèi)軇藰拥捻憫?yīng)結(jié)果看，不分流進樣低于脈沖不分流進樣；而脈沖進樣的柱頭壓力越大，農(nóng)藥的信號響應(yīng)越大［8］。

2.5 其它因素

檢測器、進樣口的結(jié)構(gòu)、活性位點的數(shù)量、襯管和柱子的污染狀況、載氣的流速、壓力、分析時間、分析溫度等，都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。因此，基質(zhì)效應(yīng)的評價結(jié)果具有特異性，對對象、條件不適，待測物、儀器不同以及不同的儀器使用歷史都會對評價結(jié)果有不同的反映，從而成為基質(zhì)效應(yīng)的影響因素［9-13］。

3 基質(zhì)效應(yīng)的消除與補償

基質(zhì)效應(yīng)影響待測物的定量準確度，且影響因素多變，很難被完全消除。為了提高方法的可靠性和結(jié)果的準確度，近年來，致力于消除和補償基質(zhì)效應(yīng)的研究逐漸增多，主要包括以下幾方面。

3.1 基質(zhì)匹配標準溶液的校準

由于基質(zhì)效應(yīng)依賴于分析的基質(zhì)，那么獲得精確結(jié)果的最好方式就是對每種基質(zhì)使用其匹配標液［14］。目前許多農(nóng)藥殘留檢測方法都使用基質(zhì)匹配標樣來進行校準，使標樣中的基質(zhì)環(huán)境與樣品中的相同。由于基質(zhì)效應(yīng)與基質(zhì)的類型有很大的關(guān)系，因而欲應(yīng)用基質(zhì)校準法獲得最準確的結(jié)果時，需要有與每種類型樣品都嚴格匹配的基質(zhì)。不同的基質(zhì)特性，會產(chǎn)生不同的基質(zhì)效應(yīng)，為了避免每種樣品都配制其基質(zhì)配標樣，若能有一種可用于校準所有樣品基質(zhì)效應(yīng)的標準物質(zhì)或可通用的基質(zhì)是非常有意義的。有研究建議，將黃瓜作為蔬菜的通用基質(zhì)，將西瓜作為水果的通用基質(zhì)。我們目前均采用將白菜、甘藍、番茄、黃瓜和油菜分別作為白菜類、甘藍類、茄果類、瓜類和葉菜類蔬菜的校準基質(zhì)。而作為替代方法，混合物通用基質(zhì)已開始應(yīng)用于多類常規(guī)食品的檢測，經(jīng)過評價后，適合的混合物通用基質(zhì)會減少部分繁瑣的工作量。不同類型農(nóng)作物的通用基質(zhì)可通過與其水分、糖、脂肪和（或）脂肪酸含量的匹配來選擇，應(yīng)盡量使其標準曲線的斜率與基質(zhì)匹配校準法的斜率相一致。

3.2 凈化消除基質(zhì)干擾

對農(nóng)藥殘留檢測來說，基質(zhì)凈化是必須的。一方面它可以使農(nóng)藥和基質(zhì)組分完全分離；另一方面，可以減少難揮發(fā)性化合物或熱不穩(wěn)定化合物對儀器系統(tǒng)的污染。如試樣不經(jīng)凈化而直接進行分析檢測，將增加儀器的維護頻率，從而導(dǎo)致樣品分析通量減少，分析效率降低。如上所述，雖然基質(zhì)組分可導(dǎo)致農(nóng)藥響應(yīng)大大增加，但是實際中希望用最少的基質(zhì)而獲得穩(wěn)定的基質(zhì)增強效應(yīng)，因此，典型的凈化方法是既要達到合理的樣品凈化，又只需適當(dāng)?shù)膬x器系統(tǒng)維護。采取可以有效去除基質(zhì)組分的更多凈化處理，本質(zhì)上能補償農(nóng)藥的基質(zhì)增強效應(yīng)和對基質(zhì)種類的依賴性，因而可以使用純標準溶液進行定量。實際上，因為樣品制備步驟的增多和復(fù)雜程度的增加會減少樣品的分析通量，并且也影響方法的準確度，因此使用這種增加凈化處理的方法很難獲得滿意的結(jié)果。另外，由于農(nóng)藥的性質(zhì)極其復(fù)雜，在多殘留檢測中要獲得足夠純凈的樣品和完全去除基質(zhì)組分，實際上難以做到。

在農(nóng)藥殘留分析檢測中，樣品的制備通常包括樣品與適當(dāng)溶劑均質(zhì)、從樣品基質(zhì)中提出、分離，再通過液—液萃?。òɑ|(zhì)固相分散）、凝膠滲透色譜及吸附色譜，以及一種或多種互補性吸附劑填充的固相萃取或這些方法的結(jié)合來凈化基質(zhì)［15］。超臨界流體萃取是具有較好前景的替代方法，但由于農(nóng)藥與基質(zhì)之間存在強烈的相互作用和（或）農(nóng)藥在萃取相中溶解度有限，致使某些農(nóng)藥的回收率較低，因此超臨界流體萃取在多殘留檢測中尚未廣泛應(yīng)用。

3.3 優(yōu)化進樣技術(shù)

適當(dāng)?shù)倪M樣策略以及對儀器系統(tǒng)的正確操作和維護對減少基質(zhì)效應(yīng)是有益的。經(jīng)典的不分流進樣方式仍是大多數(shù)實驗室分析農(nóng)藥殘留時采用的進樣技術(shù)。熱不分流進樣技術(shù)耐用、可靠，易于優(yōu)化，適合臟樣品的分析，有相當(dāng)大的進樣量，因此有利于痕量農(nóng)藥殘留的定量檢測。但熱不分流進樣技術(shù)易產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)，這是因為樣品在進入色譜柱之前，在相對高溫的進樣口中停留時間較長；另一方面，進樣器中的玻璃襯管存在活性位點。此外，每次進樣后富集于玻璃襯管上的難揮發(fā)性基質(zhì)組分較長時間停留在進樣口高溫下會分解產(chǎn)生引起基質(zhì)效應(yīng)的活性或吸附性產(chǎn)物，而且它們會隨著進樣而不斷變化。20 世紀90 年代后，隨著電子壓力流量控制技術(shù)的產(chǎn)生，脈沖不分流進樣技術(shù)代替了經(jīng)典的熱不分流進樣技術(shù)，大大減少了基質(zhì)效應(yīng)。對大體積程序升溫與復(fù)雜基質(zhì)進樣（DMI）技術(shù)相結(jié)合的分析方法的研究表明，進樣裝置將載有樣品的微管（microvial）送入進樣口內(nèi)，隨著程序升溫，微管中樣品的揮發(fā)性組分揮發(fā)入柱，而不揮發(fā)性物質(zhì)留在微管內(nèi)，微管在下一次進樣時則被替換，這樣可以減少因不揮發(fā)性物質(zhì)沉積在襯管內(nèi)而形成的極性位點。DMI的優(yōu)點是可以除去從微管中溢出的難揮發(fā)性基質(zhì)組分而免其進入儀器系統(tǒng)。從基質(zhì)效應(yīng)角度而言，DMI 主要問題是每次進樣時需要更換微管和（或）襯管，這會影響到檢測結(jié)果的準確性。由于目前尚沒有任何方法可以滅活與樣品及樣品蒸汽相互作用的玻璃表面的活性位點，DMI 進樣技術(shù)同樣也存在基質(zhì)效應(yīng)。

3.4 使用標準添加和內(nèi)標

標準添加也是一種補償基質(zhì)效應(yīng)的有效方法，把已知量的分析物加入到含有待測分析物（假設(shè)其濃度為X）的樣品提取液中，使其濃度分別為不同系列濃度（如1.5 X和2.0 X），分析各添加了標準品的樣品和未添加標準品樣品的色譜響應(yīng)值，作出標準曲線，根據(jù)斜率和截距可得到待測物濃度。該方法比較繁瑣，不太適合多殘留和大量樣品的測定。當(dāng)使用質(zhì)譜法檢測農(nóng)藥多殘留時，穩(wěn)定同位素標記的農(nóng)藥是非常合適的內(nèi)標物，可以用其有效校正基質(zhì)效應(yīng)［16］。因為同位素標記的待分析農(nóng)藥標準品與待分析農(nóng)藥本身受到相同的基質(zhì)效應(yīng)影響，所以待分析農(nóng)藥與用同位素標記的農(nóng)藥標準品的響應(yīng)值之比保持不變，但二者的濃度差應(yīng)盡量小至使基質(zhì)效應(yīng)與待分析農(nóng)藥和基質(zhì)濃度比不再相關(guān)。在進行大批量樣品分析檢測時，例如農(nóng)藥殘留的快速篩選，通常是向所有試樣中加入一個固定濃度的同位素標記的待分析農(nóng)藥標準品，因而欲獲得準確的分析結(jié)果，便要求基質(zhì)效應(yīng)的影響保持不變或至少在同位素內(nèi)標和待分析農(nóng)藥濃度的線性范圍內(nèi)。對于一些食品殘留檢測實驗室而言，除了儀器設(shè)備的限制外，限制這種方法使用的主要是同位素標記的農(nóng)藥標準品不易獲得且價格昂貴。

3.5 加入分析保護劑

分析保護劑是仿效基質(zhì)保護作用的單一化合物或簡單的混合物。當(dāng)在純?nèi)軇藴嗜芤汉蜆悠啡芤褐屑尤胂嗤康谋Ｗo劑時，它能同等程度地補償標準溶液和樣品溶液的基質(zhì)效應(yīng)?；|(zhì)效應(yīng)主要發(fā)生在從進樣口到色譜柱以及色譜柱到檢測器之間，可能包括待分析農(nóng)藥與硅醇基及其與玻璃襯管表面金屬離子間的相互作用。分析保護劑有效地與待分析農(nóng)藥競爭襯管中的活性位點，以最大限度地提高純?nèi)軇┲修r(nóng)藥標準品的響應(yīng)值，使之達到與基質(zhì)中農(nóng)藥同等的響應(yīng)。一般來說，具有這種保護作用的化合物通常有很強的形成氫鍵的能力，并與分析物具有相似的揮發(fā)性。Erney等證實，在色譜圖一定保留時間窗口內(nèi)，可以和待分析農(nóng)藥同時流出的化合物或其分解產(chǎn)物是比較合適的分析保護劑［17］。這表明色譜柱（至少色譜柱的前端）、色譜柱與檢測器連接處及檢測器內(nèi)表面都對基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生有一定的作用。農(nóng)藥多殘留分離分析常采用程序升溫法。Erney 等的研究結(jié)果表明，當(dāng)溫度達到能使待分析農(nóng)藥在色譜柱中的分配系數(shù)很小之前，分析保護劑和待分析農(nóng)藥能停留在色譜柱的同一部位是很重要的。

一般而言，理想的農(nóng)藥殘留檢測用分析保護劑必須滿足四個基本要求，一是溶液在進樣過程中不與待分析農(nóng)藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；二是在達到分析保護作用的濃度（有效補償純?nèi)軇藴嗜芤旱捻憫?yīng)值）時，能溶于上機溶液中；三是在色譜系統(tǒng)中不積累，以免增加系統(tǒng)的維護或縮短色譜柱的壽命；四是不能干擾擬分析農(nóng)藥的檢測。很多化學(xué)物質(zhì)可以滿足這些要求，但僅有少數(shù)化合物具有補償復(fù)雜基質(zhì)中農(nóng)藥多殘留檢測的基質(zhì)效應(yīng)，使用這樣的化合物作分析保護劑將有利于通用標準方法的開發(fā)。

4 小結(jié)

國外學(xué)者早期已注意到了農(nóng)藥殘留測定中的基質(zhì)效應(yīng)問題，特別是20 世紀90 年代初以來，建立并發(fā)明了多種用于消除或補償基質(zhì)效應(yīng)的方法和技術(shù)，而我國分析工作者近幾年才對這一客觀存在的現(xiàn)象引起重視。由于基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生對于化合物，特別是在含量較低的化合物檢測中的準確定性與定量具有較大影響，所以在進行食品或其它生物樣品中的農(nóng)藥殘留分析時，若要獲得更精確和準確的結(jié)果，必須考慮到一個基本的前提，即要對基質(zhì)效應(yīng)進行考察評估并采取有效措施進行消除或補償。同時，這也應(yīng)該是在進行方法開發(fā)或方法驗證過程中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)?；|(zhì)效應(yīng)隨不同的農(nóng)藥、不同的基質(zhì)類型和基質(zhì)濃度而變化，當(dāng)然也與進樣口的類型、設(shè)計及操作條件等儀器參數(shù)相關(guān)。有很多方法可以用來補償基質(zhì)效應(yīng)，但作為校準溶液而言，最有效的方法是基質(zhì)匹配標準溶液校準或加入分析保護劑校準。

［1］ 吳 成，許志強，張曉麗，等. 蔬菜有機磷農(nóng)藥多殘留檢測中的樣品基質(zhì)干擾及檢測方法的適宜性［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（9）：208-212.

［2］ 賀利民，劉祥國，曾振靈. 氣相色譜分析農(nóng)藥殘留的基質(zhì)效應(yīng)及其解決方法［J］. 色譜，2008（1）：98-104.

［3］ 黃寶勇，肖志勇，陳 丹. 農(nóng)藥殘留檢測方法中關(guān)于基質(zhì)效應(yīng)補償?shù)南嚓P(guān)問題探討［J］. 農(nóng)藥科學(xué)與管理，2010，31（3）：39-43.

［4］ 齊美玲. 液相色譜-質(zhì)譜法在生物樣品藥物定量分析中的基質(zhì)效應(yīng)［J］. 藥物分析雜志，2005，25（4）：476-479.

［5］ KOEOUREKV，HAJSLOVAJ，HOLDEOVAK，et al.Stbailiyt of pesticides in plnat extracts used as calibrants in the gas Chromatographic analysis of residues［J］. J.Chromatogr. A.，1998，800：297-304.

［6］ 洪 玲，雷存喜，夏陽升. 色譜法分析中的基質(zhì)效應(yīng)及其規(guī)避方法［J］. 輕工科技，2012（9）：114-115

［7］ 易盛國，侯 雪，韓 梅，等. 相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測蔬菜農(nóng)藥殘留基質(zhì)效應(yīng)與基質(zhì)分類的研究［J］. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，25（2）：537-543.

［8］ 歐菊芳. 蔬菜中農(nóng)藥多殘留氣相色譜-質(zhì)譜法測定中的基質(zhì)效應(yīng)的研究［D］. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2008.

［9］ 羅俊霞，符建偉，李德瑜，等. 14 種有機磷農(nóng)藥在9種蔬菜中的基質(zhì)效應(yīng)研究［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（23）：5 858-5 862.

［10］ 姜慧梅，謝燕萍. 基質(zhì)效應(yīng)對不同蔬菜中有機磷農(nóng)藥殘留檢測的影響［J］. 農(nóng)藥科學(xué)與管理，2014（11）：58-61.

［11］ 劉 莉，羅 軍. 基質(zhì)效應(yīng)對氣相色譜分析有機磷農(nóng)藥殘留的影響和解決方法［J］. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009（7）：146-148.

［12］ 張 瑩，羅 茜. 基質(zhì)效應(yīng)對甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化樂果及久效磷農(nóng)藥殘留測定的影響［J］. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2013（3）：56.

［13］ 楊 旭，湯佳峰，巢文軍. 基質(zhì)效應(yīng)對有機磷農(nóng)藥測定的影響及其解決方法［J］. 分析測試學(xué)報，2009，28（12）：1 368-1 372；1 377.

［14］ 賀利民，劉祥國，曾振靈. 氣相色譜分析農(nóng)藥殘留的基質(zhì)效應(yīng)及其解決方法［J］. 色譜，2008，26（1）：98-104.

［15］ PATE K，F(xiàn)USSEL R J，GOODAL D M，et al. Analysis of pesticide residues in lettuce by large volume difficult matrix introduction gasch romatography time of flight-mass spectrometry［J］. Analyst.，2003，128（10）：1 228-1 231.

［16］ 趙海峰，王建華，邴 欣，等. 蔬菜農(nóng)藥殘留GCMS 分析方法改進與基質(zhì)效應(yīng)探討［J］. 中國海洋大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006（1）：76-80.

［17］ 黃寶勇，潘燦平，張 微，等. 應(yīng)用分析保護劑補償基質(zhì)效應(yīng)與氣相色譜-質(zhì)譜快速檢測果蔬中農(nóng)藥多殘留［J］. 分析測試學(xué)報，2006（3）：11-16.