食品農藥殘留檢測中的樣品前處理技術研究

傅小紅

摘 要：長期以來，農藥殘留問題在食品安全領域中備受關注。在解決農藥殘留問題上，農藥殘留分析檢測技術扮演著重要角色，而農藥殘留檢測中樣品前處理技術是易出現(xiàn)誤差、耗時最長的步驟。因此，要想提升農藥殘留檢測結果的精確性與檢測效率，就需要對樣品前處理技術展開研究。

關鍵詞：樣品前處理；農藥殘留；固相微萃取；超臨界流體萃取

Study on Sample Pretreatment Technology in Determination of Pesticide Residues in Food

Fu Xiaohong

（Nanchang Inspection and Testing Center， Nanchang 330000， China）

Abstract： For a long time， the problem of pesticide residues has attracted much attention in the field of food safety. Pesticide residue analysis and detection technology plays an important role in solving the problem of pesticide residues， and sample pretreatment technology is the most time-consuming and error prone step in pesticide residue detection. Therefore， in order to improve the accuracy and efficiency of pesticide residue detection results， it is necessary to study the sample pretreatment technology.

Keywords： sample pretreatment; pesticide residues; solid-phase microextraction; supercritical fluid extraction

食品是人們最基礎的物質需求，食品安全問題則是關系國計民生、人們身體健康的重要問題。然而在農業(yè)生產中不可避免會使用一些農藥，部分農藥會間接或直接殘存于水產品、果品、蔬菜與谷物等食品中，人體攝入后會嚴重危害其身體健康。

食品中農藥殘留的分析是在復雜的基質中對低濃度待測組分進行定性與定量分析，主要包括樣品制備、純化富集、分離檢測和綜合分析等步驟。測定農藥殘留量時的樣品前處理步驟主要包括凈化與萃取。提取一般是指樣品中的農藥溶解分離的過程，但由于某些樣品組成復雜，在經(jīng)過提取之后，為了實現(xiàn)待測物和干擾雜質分離，還要進行凈化

處理[1]。

液-液分配、振蕩提取、索式提取等是常用的提取凈化技術，所用設備價格低廉，但容易出現(xiàn)誤差，且費力、費時，同時使用的有機溶劑較多，可能會污染環(huán)境。鑒于此，本文重點對超臨界流體萃?。⊿upercritical Fluid Extraction，SFE）、凝膠滲透色譜（Gel Permeation Chromatography，GPC）、固相微萃?。⊿olid-Phase Microextraction，SPME）以及固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE）等幾種能提高自動化水平、減少樣品用量、提升凈化與提取效率、節(jié)省溶劑、降低勞動強度的樣品前處理技術的特點及應用注意事項進行了探討。

1 食品中殘留農藥的危害

我國人口數(shù)量較多，對于糧食的需求極大。得益于食品市場需求與農業(yè)生產技術發(fā)展的刺激，近些年我國不斷擴大農業(yè)生產規(guī)模，但在此過程中為使農作物產量得到保障，許多生產環(huán)節(jié)都會用到化肥與農藥。若農藥用量不合理，則會導致蔬菜、谷物、果品、土壤及水體內殘留一些農藥，進而給農產品品質和農業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來惡劣影響。更為關鍵的是，人們若長期食用含有農藥殘留的食品，則會對其身體健康和生命安全造成危害。即便是我國農產品生產與出口貿易高度繁榮的當下，仍會出現(xiàn)由農藥殘留導致的食品安全事件。因此，為了確保農產品質量，推動農業(yè)良好發(fā)展，保證人們的身體健康，相關部門應借助更高效、科學的樣品前處理技術，提高農藥殘留檢測結果的精確性。

2 樣品前處理技術的類型與應用注意事項

2.1 固相萃取技術

固相萃取技術是應用較多、發(fā)展時間較長的一種樣品預處理技術，源自液固萃取和柱液相色譜。主要原理是在固體吸附劑作用下，完成液體樣品內目標化合物的吸附，使其與樣品的干擾化合物、基體分離，再依托洗脫液洗脫吸附，實現(xiàn)目標化合物的分離與富集。按照固相萃取柱內的不同填料可以分為以下幾類：①離子交換型，NH2等帶電荷的離子交換樹脂為柱中填料，旨在實現(xiàn)帶電荷化合物的萃取；②反相固相萃取，填料為苯基柱、C18、C8等，主要萃取中等極性-非極性化合物；③正相固相萃取，填料均為硅鎂吸附劑、氧化鋁和硅膠等極性的物質，萃取極性物質。此外，也可借助配體-受體結合或抗原抗體反應原理，進行親和型固相萃取的制備，展開選擇性洗脫。

固相萃取的主要步驟包括柱預處理、加樣、去除干擾雜質以及待測組分回收。其中，加到萃取柱上的樣品量與萃取柱的尺寸、類型、待測組分的保留性質等因素有關。相較于傳統(tǒng)液-液萃取法，該方法優(yōu)勢更為明顯，待測組分回收率高，操作簡單、萃取速度快、分離效果好，通常僅需5～10 min就可完成分析，耗時僅為液-液萃取法的20%。此外，該方法對溶劑的使用量較少，有效減少了雜質的引入，減輕了有機溶劑對人體健康和環(huán)境的威脅[2]。

2.2 固相微萃取

固相微萃取技術于1990年被研發(fā)提出，1994年被真正用到農藥檢測中。該技術是由固相萃取技術發(fā)展而來，該技術的應用使固相萃取吸附劑孔道容易堵塞的問題得到了有效解決，屬于進樣、濃縮、萃取、采集一體化，無溶劑的一種樣品前處理技術。該技術所用裝置組成部分簡單，即萃取頭與手柄，和普通樣品注射器相似。其萃取頭涂有不同吸附劑或固定相的熔融石英纖維，上有不銹鋼針，且套有不銹鋼管，在鋼管內纖維頭能夠伸縮。

固相微萃取技術的萃取模式為頂空法，重點是完成廢水水樣或揮發(fā)性固體的萃取，在樣品頂空中進行石英纖維的放置；或是直接法，即在樣品中暴露石英纖維，多用于液體樣品或半揮發(fā)性氣體的萃取[3]。這項技術的應用過程主要為吸附與解吸，也就是濃縮的待測物解吸附進入分析儀器完成分析的過程和待測物在石英纖維上的涂層和樣品間濃縮、吸附、擴散的過程。吸附時待測物與樣品和涂層間遵循相似相溶原則，分配平衡，屬于物理吸附過程。解吸則根據(jù)固相微萃取后續(xù)分離手段的不同而有所差異，對于高效液相色譜，要在特殊解吸室內采用解吸劑解吸；針對氣相色譜，萃取纖維直插樣口展開熱解吸。石英纖維表面固定液的pH值、厚度、類型、樣品冷卻或加熱處理等因素都影響著固相微萃取的靈敏度和選擇性。聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯酸酯（PA）和碳酸-模板樹脂（car-boxen-PTR）等是如今商業(yè)化固相微萃取纖維的主要涂層。此外，還需要注意樣品的極性不同，所選固定相也應具有差異，常用的固定相與其萃取對象見表1。

更改涂層厚度或是涂漬材料，能實現(xiàn)固相微萃取選擇性的調節(jié)；難提取化合物回收率的改善，則可通過對pH值的調節(jié)或加入鹽來實現(xiàn)。固相微萃取技術采用的纖維能夠重復使用超過50次，且價格便宜。相較于其他提取技術，該技術具有提取速度快

（15 min）、所需樣品量較少等優(yōu)點。當前，該技術多聯(lián)合氣相色譜技術應用在對食品、動植物、醫(yī)藥或環(huán)境樣品中半揮發(fā)與揮發(fā)性農藥殘留量的分析中。

2.3 凝膠滲透色譜技術

凝膠滲透色譜技術不僅可用于小分子物質的分離和鑒定，還可以用來分析化學性質相同分子體積不同的高分子同系物，物質分離主要借助分子篩性質的固定凝膠。隨著更多種類非水溶劑分離凝膠的出現(xiàn)，該技術開始逐漸被應用在食品農藥檢測中。

為了得到良好的分離效果，就要保證檢測所用相關儀器處在最佳的性能狀態(tài)，同時選取適宜的應用載體與相關溶劑，從而減小凝膠滲透色譜顯示的參數(shù)誤差。其中，樣品載體的選擇需保證其具有良好的化學穩(wěn)定性與機械性能，載體粒度越小，分布越均勻，分離質量就越理想[4]。同時，檢測人員在處理多種載體色譜柱時，應借助串聯(lián)方式，擴大檢測范圍，提升分離質量。溶劑質量直接影響著待測物質溶解度，凝膠滲透色譜為液體狀態(tài)，因此進行保存處理時，溶劑沸點應高于實驗溫度，熔點應低于室內溫度，且要保證所用溶劑的化學性質穩(wěn)定、毒性低等。綜上，凝膠滲透色譜技術具有使用效率高、范圍大、能重復試驗且凈化容量大等優(yōu)勢。

2.4 超臨界流體萃取

處在臨界壓力與溫度的高密度流體，即為超臨界流體。其介于液體與氣體之間，具有兩者的優(yōu)勢。超臨界流體萃取技術是將超臨界狀態(tài)的流體作為溶劑，萃取樣品內待測組分[5]。

超臨界流體萃取技術應用過程中，萃取劑的選用應注意其價格、溶解能力等。超臨界流體中CO2出現(xiàn)頻率較多，其具有容易提純、不會給樣品帶來污染、化學惰性、無臭和無毒等優(yōu)點，適用于非極性物質的萃取，但由于其屬于非極性溶劑，萃取極性化合物較為困難。因此，在應用過程中，可通過少量添加CClF3、NO2、MeOH、NH3等極性化合物，得到更理想的萃取結果。

超臨界流體萃取技術的流程分為萃取和分離兩部分，而除了萃取劑會影響到萃取效率之外，還應注意如下因素。

（1）改性劑。溶劑質量是待測物溶解度和分離選擇性是否良好的關鍵。采用CO2作為萃取劑，對蔬菜試樣中甲胺磷農藥展開分析，在改性劑不同的情況下，甲胺磷農藥回收率在45%～82%；以甲醇為改性劑則能提升回收率（90%～114%），此外CClF3、NH3等為常用的改性劑。

（2）溫度。萃取效果受溫度的影響也較大，溫度的改變會引發(fā)流體密度和待測物蒸汽壓的變化。雖然待測物蒸汽壓在臨界點附近低壓范圍升溫時，會出現(xiàn)一定升高，但會影響流體密度，進而導致萃取劑溶劑化能力不佳。反之，高壓范圍區(qū)升溫，能快速增加待測組蒸汽壓，使萃取效率得以改善。當前一些研究認為，與被測物與活化部分解吸動力學關聯(lián)密切的一項因素，便是萃取溫度[6]。因此，相較于加入改性劑，升高萃取溫度更利于效率的提升，但這也會提高對于設備、樣品選擇的要求，經(jīng)濟成本較高。

（3）壓力。在流體為超臨界且溫度一定時，若密度出現(xiàn)變化，則溶質溶解度也會出現(xiàn)改變，進而使萃取效果發(fā)生變化。密度的參數(shù)之一為萃取壓力，因此萃取效率的提升，可借助調壓途徑實現(xiàn)。由于超臨界流體N2O和CO2在高溫時，隨著壓力加大，其流體密度會明顯增加，因此會減小分子間平均自由程，加強溶質和溶劑間親合力，加強流體溶劑化能力，從而提升萃取效率。

3 樣品前處理技術的發(fā)展趨勢

近些年我國食品檢測技術發(fā)展趨勢較好，通過更新食品檢測技術，實現(xiàn)了誤差的縮小和檢測效率的提升。此外，樣品前處理環(huán)節(jié)通過融入信息科技手段，有效減少了前處理誤差，人們的基本日常飲食安全得到了良好保障。但就整體角度而言，農藥殘留檢測技術仍待優(yōu)化。因此該領域技術人員還應加強探索、研究，注重檢測經(jīng)驗的整理、總結，以推動食品檢測技術不斷朝著無毒害、安全化及高效化的方向發(fā)展。此外，技術人員應利用暴露組學、代謝組學與其他相關學科原理，綜合評估樣品前處理技術的風險，以提高食品農藥殘留風險評估的精準性，推動食品安全保障體系的建立和完善。

4 結語

農業(yè)生產中不可避免會用到農藥，其能有效預防雜草、蟲害和疾病對作物的危害和侵蝕，進而保證作物產量。但是，作物上殘留的農藥會在很大程度上危害人體的身體健康，還可能導致當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到破壞。面對此現(xiàn)狀，就必須注重農藥殘留檢測技術水平的提升，而能否將農藥殘留成分順利檢出，樣品前處理技術扮演著重要角色。因此，檢測操作人員需要不斷提高自身的業(yè)務素養(yǎng)，高度重視食品前處理環(huán)節(jié)，采用先進、高效、安全的前處理方式對樣品展開處理，以確保能夠精準檢測食品中農藥殘留。

參考文獻

[1]席少華.食品農藥殘留檢測技術的應用探討[J].食品界，2021（5）：87-88.

[2]張曉航，韓金鋼.快速檢測技術在食品農藥殘留檢測中的應用[J].中外交流，2021，28（3）：126.

[3]趙國萍，劉玉波.食品農藥殘留檢測技術與人體健康研究[J].江蘇調味副食品，2020（1）：37-40.

[4]李首昌.綠色食品農藥殘留檢測技術探討[J].南方農業(yè)，2019，13（17）：118-119.

[5]李首昌.固相萃取在食品農藥殘留檢測應用探討[J].現(xiàn)代化農業(yè)，2020（3）：33-35.

[6]張紅霞.食品農藥殘留檢測中樣品前處理技術研究進展[J].農業(yè)開發(fā)與裝備，2018（10）：70-71.