農(nóng)藥殘留檢測過程中基質(zhì)效應(yīng)的研究進展

商魯寧

摘要做好農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留檢測工作是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)，而基質(zhì)效應(yīng)是影響農(nóng)藥殘留分析定量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素之一。對基質(zhì)效應(yīng)的概念及產(chǎn)生的原因進行了闡述，并重點分析了基質(zhì)匹配法、基質(zhì)凈化法、同位素內(nèi)標(biāo)法等基質(zhì)效應(yīng)補償措施，以期為農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測工作提供參考。

關(guān)鍵詞農(nóng)藥殘留；基質(zhì)效應(yīng)；基質(zhì)補償；分析保護劑

中圖分類號TS207.5+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）12-0073-03

AbstractThe detection of pesticide residues in agricultural products is an important link to ensure the quality and safety of agricultural products， matrix effect is one of the key factors affecting the quantitative accuracy of pesticide residue analysis.In this paper， the concept of matrix effect and its causes were described， the compensation methods of matrix effects， such as matrix matching method， matrix purification method and isotope internal standard method， were analyzed， in order to provide reference for the detection of pesticide residues in agricultural products.

Key wordsPesticide residue；Matrix effect；Matrix compensation；Analytical protective agent

提高農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管的重要依據(jù)。近年來，基質(zhì)效應(yīng)對農(nóng)殘檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的影響受到學(xué)者們的高度重視，對基質(zhì)效應(yīng)進行評估已成了農(nóng)藥殘留檢測方法評價不可或缺的一部分。然而，在我國農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留監(jiān)測工作中，無論是標(biāo)準(zhǔn)方法還是樣品檢測報告，都很少對基質(zhì)效應(yīng)給予足夠的重視，這可能與實際檢測工作中樣品量大、樣品種類多樣、受檢農(nóng)藥參數(shù)較多有關(guān)。因此，筆者結(jié)合其他學(xué)者的研究結(jié)果和自身的實踐經(jīng)驗，對基質(zhì)效應(yīng)的概念、產(chǎn)生原因以及如何補償?shù)冗M行了探討。

1基質(zhì)效應(yīng)的概念

美國臨床實驗室標(biāo)準(zhǔn)化委員會（NCCLS）和國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）都將基質(zhì)效應(yīng)定義為“樣品中除目標(biāo)分析物以外的其他成分對待測物測定值的影響”[1]；歐盟農(nóng)殘分析質(zhì)量控制規(guī)程中對基質(zhì)效應(yīng)的定義是“樣品中的一種或幾種非待測組分對待測物濃度或質(zhì)量測定準(zhǔn)確度的影響”[2]。基質(zhì)效應(yīng)雖然屬于干擾的一種形式，但是它并不等同于干擾，例如通過改變色譜條件或色譜柱類型可以與被分析組分達(dá)到分離的干擾。

2基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生的原因分析

影響基質(zhì)效應(yīng)的因素涉及農(nóng)藥種類、農(nóng)產(chǎn)品類型、檢測儀器原理等多個方面，因而基質(zhì)效應(yīng)對于農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的影響可以根據(jù)這些因素進行分類。

2.1農(nóng)藥的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和種類

不同的農(nóng)藥由于自身理化性質(zhì)不同，會產(chǎn)生不同的基質(zhì)效應(yīng)。例如，對氣相色譜分析而言，一般來說熱不穩(wěn)定性農(nóng)藥、極性農(nóng)藥，以及帶有氫鍵結(jié)合能力的羥基、氨基、咪唑基、磷酸基類農(nóng)藥，受基質(zhì)效應(yīng)的影響較大。這些農(nóng)藥可以稱之為基質(zhì)效應(yīng)敏感性農(nóng)藥，如甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧樂果、百菌清等。

2.2樣品的類型和濃度

基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生依賴于樣品的種類和濃度。受樣品溶液中基質(zhì)的種類、pH、濃度等因素構(gòu)成的化學(xué)環(huán)境的影響，才導(dǎo)致了同種農(nóng)藥在不同樣品基質(zhì)中表現(xiàn)出的基質(zhì)效應(yīng)和穩(wěn)定性差異。例如，溴氰菊酯2個異構(gòu)體峰的比值在不同基質(zhì)中差異顯著，溴氰菊酯異構(gòu)體2向異構(gòu)體1的轉(zhuǎn)化在酸性基質(zhì)溶液中會受到明顯的抑制[3]。Kocourek等[4]評價了農(nóng)藥在甘藍(lán)、柑橘、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)定性明顯高于其他2種。

2.3檢測儀器的類型和色譜條件

不同的檢測儀器或者色譜條件同樣是產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)的重要因素。Souverain 等[5]的研究發(fā)現(xiàn)，液質(zhì)聯(lián)用儀的ESI源比APCI源更加容易受到基質(zhì)效應(yīng)的影響。在氣相色譜或者氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀的檢測過程中，不同的進樣模式對基質(zhì)效應(yīng)的影響有著巨大的差別[6]，同時襯管的惰性程度、色譜柱的污染狀況、程序升溫條件等色譜條件同樣會影響到基質(zhì)效應(yīng)，因而做好儀器維護顯得尤為重要。

3基質(zhì)效應(yīng)的補償

考慮到基質(zhì)效應(yīng)可能會對農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果產(chǎn)生的較大影響，因此在日常檢測過程中，必須采用一些必要的手段來補償基質(zhì)效應(yīng)，從而獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。目前，常用的基質(zhì)效應(yīng)補償方法有基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液法、基質(zhì)多次凈化、同位素內(nèi)標(biāo)法等。

3.1基質(zhì)匹配法

由于基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生依賴的是被分析樣品的基質(zhì)，因而采用基質(zhì)匹配標(biāo)準(zhǔn)溶液法是補償基質(zhì)效應(yīng)的最佳途徑。目前，我國絕大部分農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心采用的都是這種方法。然而，在實際的檢測過程中，該方法卻存在著諸多的局限性。基質(zhì)效應(yīng)與基質(zhì)類型關(guān)系密切，歐盟指令[7]中就規(guī)定在使用外標(biāo)法的情況下，標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)當(dāng)盡可能地用于樣品溶液中組分相同的溶液來進行配制。而日常的農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測面對的是種類繁多的樣品類型，如果按照要求嚴(yán)格匹配每種樣品基質(zhì)將會增加大量的工作，同時考慮到獲取不含目標(biāo)農(nóng)藥樣品的難度，將會使這種方法變得不切實際。

Martínez等[8]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)。美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）則建議使用胡蘿卜（代表根類作物）、草莓（代表高含糖量作物）和萵苣（代表高葉綠素作物）作為混合通用基質(zhì)[9]。這些方法實際上是嚴(yán)格意義上的基質(zhì)匹配法的一種讓步，可以在大批量樣品的篩查過程中采用，而一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)或疑似超標(biāo)樣品，則需要采用與該樣品種類完全匹配的空白基質(zhì)進行定量矯正。

3.2基質(zhì)凈化法

樣品基質(zhì)的凈化效果越好，消除的可能產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)的共提物越多，獲得的待測溶液與溶劑制備的標(biāo)準(zhǔn)溶液類型就越相近，檢測結(jié)果受基質(zhì)效應(yīng)影響的程度就越小，就可以采用溶劑制備標(biāo)準(zhǔn)溶液進行樣品的定量分析。在質(zhì)譜檢測設(shè)備尚未普及時，常規(guī)的農(nóng)藥殘留前處理過程一般都按照提取、凈化、濃縮、定容的步驟進行。常用的凈化方法包括液液分配法、凝膠滲透色譜法（GPC）、固相萃?。⊿PE）等。而隨著高靈敏度、高選擇性的質(zhì)譜檢測儀器的普及，直接稀釋法和QuEChERS法已經(jīng)成為各級農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心常用的樣品制備技術(shù)。

盡管采用直接稀釋法或QuEChERS法進行樣品處理能夠顯著提高樣品處理效率，但是這些方法的凈化效果卻相對較差，基質(zhì)效應(yīng)也更加嚴(yán)重。而GB/T 20769—2008[10]，GB/T 19648—2006[11]中采用的凈化方法是SPE凈化方法，對于樣品的凈化效果較為理想，因此受基質(zhì)效應(yīng)的影響較小。然而，這2種方法的前處理過程較為復(fù)雜，并不太適合大批量樣品快速篩查。到目前為止，還沒有任何一種前處理方法可以完全去除基質(zhì)成分，即使去除效果較好，往往也犧牲了一部分農(nóng)藥的回收率。綜合考慮后，筆者認(rèn)為，采用不同類型的QuEChERS方法純化填料比例來應(yīng)對不同種類的水果蔬菜樣品，以獲得相對干凈的樣品溶液，是目前應(yīng)對大批量、多樣性農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測的首選方案。

3.3同位素內(nèi)標(biāo)法

通常采用的內(nèi)標(biāo)物為性質(zhì)穩(wěn)定的農(nóng)藥類似物，如GB/T 19648—2006[11]中采用的環(huán)氧七氯，NY/T 1380—2007[12]中采用的三苯基磷酸酯（TPP）等。然而，在實際的檢測過程中發(fā)現(xiàn)，盡管這些內(nèi)標(biāo)物可以在一定程度上補償由于儀器響應(yīng)波動造成的結(jié)果差異，但實際上這些內(nèi)標(biāo)物本身也會在一定程度上受基質(zhì)效應(yīng)的影響，因此這種農(nóng)藥類似物內(nèi)標(biāo)法并不能很好地解決基質(zhì)效應(yīng)問題。

然而，如果在檢測過程中，針對一些敏感性的化合物加入同位素內(nèi)標(biāo)或氘代內(nèi)標(biāo)，不僅可以消除儀器響應(yīng)對檢測結(jié)果帶來的影響，補償前處理過程中目標(biāo)物的損失，還可以顯著降低由于基質(zhì)效應(yīng)引起的被測物響應(yīng)值的變化。人們在選擇這些同位素內(nèi)標(biāo)物的時候應(yīng)當(dāng)注意內(nèi)標(biāo)物應(yīng)盡可能和待測物理化性質(zhì)相似、出峰時間相近，并且不妨礙其他待測物的分析。同位素內(nèi)標(biāo)法因此也被認(rèn)為是一種十分理想的解決基質(zhì)效應(yīng)的選擇，但是它同樣存在很多的局限性，例如大多數(shù)農(nóng)藥都沒有可售的同位素內(nèi)標(biāo)物、同位素內(nèi)標(biāo)物價格昂貴等。

3.4其他補償方法

基質(zhì)匹配法、基質(zhì)凈化法、同位素內(nèi)標(biāo)法是目前使用較廣、效果較為理想的補償基質(zhì)效應(yīng)的方法。除此以外，很多學(xué)者在解決基質(zhì)效應(yīng)方面進行了大量值得借鑒的嘗試，如改進進樣技術(shù)、引入分析保護劑，及采用統(tǒng)計學(xué)的方法等。

改進進樣技術(shù)主要是針對氣相色譜或氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法而言的。傳統(tǒng)的熱不分流進樣技術(shù)，由于樣品在進入色譜柱之前在相對高溫進樣口停留時間較長，因此每次進樣后難揮發(fā)性基質(zhì)會富集于具有活性位點的玻璃襯管上，并在高溫下分解產(chǎn)生引起基質(zhì)效應(yīng)的活性或吸附性物質(zhì)，如此反復(fù)積累，從而容易產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)。此后，很多儀器廠商針對這一問題推出了改進的進樣技術(shù)，例如脈沖不分流技術(shù)、程序升溫氣化進樣器（PTV）、直接樣品導(dǎo)入技術(shù)（DSI）、“臟”樣品導(dǎo)入（DMI）技術(shù)等，這些方法的共同點就是盡量減少難揮發(fā)性或者“臟”的基質(zhì)組分在進樣系統(tǒng)中的殘留，從而實現(xiàn)抑制基質(zhì)效應(yīng)的目的，同時還可以降低儀器進樣系統(tǒng)維護的頻率。

分析保護劑又稱掩蔽劑，是一種仿效基質(zhì)保護作用的單一化合物或簡單混合物[13]，它一般和被測物具有相似的揮發(fā)性，隨樣品進入進樣系統(tǒng)后，能迅速占據(jù)襯管上的活性位點，從而保護敏感農(nóng)藥免于被活性位點吸附，進而抑制基質(zhì)效應(yīng)，改善色譜峰型，并提升方法的穩(wěn)定性。目前，常用的分析保護劑包括3-乙氧基-1，2-丙二醇、古洛糖酸-γ-內(nèi)酯[14]、聚乙二醇、橄欖油[15]等。

除了在前處理或檢測過程中進行嘗試外，一些學(xué)者還嘗試了采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)的方法來校正由于基質(zhì)效應(yīng)造成的結(jié)果誤差[16-17]。該方法是利用純?nèi)軇?biāo)準(zhǔn)曲線校正基質(zhì)匹配校正曲線獲得校正因子，從而建立一個統(tǒng)計校正模型，這就要求系統(tǒng)環(huán)境和操作條件必須始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。然而在實際檢測中，儀器的靈敏度會不斷變化，溶劑校準(zhǔn)曲線難以保持穩(wěn)定，這就導(dǎo)致該方法在實際應(yīng)用中的效果并不理想。

4結(jié)論

大量的研究結(jié)果表明，基質(zhì)效應(yīng)會對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生重大影響，但是由于基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生的原因復(fù)雜、來源多樣，因此現(xiàn)階段還很難從根本上消除基質(zhì)效應(yīng)的影響。因此，后續(xù)的研究除了要探明產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生機理，還應(yīng)當(dāng)積極尋求更加方便、普適的補償措施。在現(xiàn)階段的農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測工作中，分析人員在開展農(nóng)藥殘留檢測項目時，必須對目標(biāo)分析物的基質(zhì)效應(yīng)進行考察評估，并采取一定的措施來消除或補償基質(zhì)效應(yīng)。

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