食品藥品檢驗(yàn)前處理技術(shù)研究

王凡 王春雷

摘 要：食品藥品是最常見的消費(fèi)品之一，其質(zhì)量安全直接關(guān)乎人們的生命健康和安全，檢驗(yàn)檢測作為發(fā)現(xiàn)問題風(fēng)險的一種重要手段，在食品藥品質(zhì)量把控和市場監(jiān)管中起到了極為重要的作用。在食品藥品檢測中，前處理的方法、技術(shù)和手段可以直接影響整個分析評價流程，因此有必要加強(qiáng)前處理技術(shù)的研究和探討。本文主要論述前處理的重要性、主要技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，同時也論述了前處理技術(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展趨勢，可為食品藥品檢測人員了解前處理的基礎(chǔ)知識提供參考，也可為前處理方法開發(fā)提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：食品藥品；檢驗(yàn)檢測；前處理；固相萃取

Abstract： Food and drug is one of the most common consumer goods， and its quality and safety are related to the life and health and safety of the people directly. As an important means of discovering the risk of problems， inspection and testing plays an? important role in the quality control and market supervision of food and drug extremely. In food and drug testing， the methods， techniques and means of pre-processing can affect the whole analysis and evaluation process directly， so it is necessary to strengthen the research and discussion of pretreatment technology. This paper mainly discusses the importance of pre-processing， the main technology and its advantages and disadvantages， and also discusses the evaluation criteria and development trend of pre-processing technology. This paper can provide reference for food and drug testing personnel to understand the basic knowledge of pre-processing， and can also provide theoretical reference for the development of pre-processing methods.

Keywords： food and drug; inspection and detection; pre-processing; solid phase extraction

1 樣品前處理的定義及其重要性

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

研究機(jī)構(gòu)對100多個食品藥品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明[1]，在整個食品藥品檢驗(yàn)過程中采樣、樣品前處理、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)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(yàn)檢測誤差來源進(jìn)行分析，操作方法、儀器設(shè)備、色譜柱的選擇、進(jìn)樣方式、積分、標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制和樣品前處理等都會引起不同程度的實(shí)驗(yàn)誤差，但從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果[2]來看樣品前處理導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差占比最大，約為30%。樣品前處理是一項(xiàng)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(guān)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(jié)果，還會影響分析儀器的使用壽命。因此，有必要對前處理進(jìn)行系統(tǒng)分析，闡述各方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)人員提供參考。

2 常見的食品分析前處理方法

2.1 無機(jī)化處理方法

無機(jī)化前處理是指在測定樣品中的無機(jī)成分（一般指元素）時，共存的有機(jī)物質(zhì)（蛋白質(zhì)、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(jī)物質(zhì)破壞掉，同時將需要測定的元素轉(zhuǎn)化成易測定的無機(jī)化合物的形式進(jìn)行檢測。無機(jī)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(jī)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(jī)物與氧氣發(fā)生反應(yīng)分解為二氧化碳、水或者氣體而揮發(fā)，剩下的無機(jī)物用來檢測分析。

干灰化法的優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)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(fā)損失，而且高溫環(huán)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(jī)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(jī)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(shí)際操作過程中消化液可單獨(dú)使用，也可組合使用，而且組合方式多種多樣，可以結(jié)合屬性和特點(diǎn)進(jìn)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(jìn)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(jī)樣品的消化，可以使用硝酸-高氯酸組合進(jìn)行消化；對于含金屬毒物且樣品中沒有揮發(fā)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(jìn)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(zhì)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(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)快速消化，該技術(shù)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(shù)是在密封狀態(tài)下對樣品進(jìn)行消化，試劑的揮發(fā)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(huán)境造成的危害，同時避免了如Pb、Se、As等能形成易揮發(fā)組分樣品的損失，此外該法用電量少，大大節(jié)約了能源。

2.2 有機(jī)前處理方法

有機(jī)前處理主要是檢測食品藥品樣品中的有機(jī)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(biāo)化合物從復(fù)雜的基質(zhì)中提取出來，并進(jìn)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(jī)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(biāo)化合物在互不相溶的兩相間的分配系數(shù)不同，將目標(biāo)物從一相轉(zhuǎn)移到另一相的過程，在實(shí)際操作過程中，可采用分液漏斗進(jìn)行手動提取，也可利用索氏提取器多次進(jìn)行提取，其中分液漏斗的提取效率較低，有機(jī)溶劑對人體傷害較大，在少量樣品的前處理和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)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(jī)溶劑，對人體傷害性大，不能滿足高效率、高準(zhǔn)確性的分析。

2.2.2 固相萃取法

固相萃取技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了20多年，是一種有效的分離純化方法，在藥物純化、環(huán)境和食品藥品前處理等多個領(lǐng)域發(fā)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(biāo)化合物的回收率，并且可以更有效地去除雜質(zhì)，更有利于樣品分析和保護(hù)分析設(shè)備。

當(dāng)前處理過程的初提取液通過固相萃取柱時，目標(biāo)分子上的功能性官能團(tuán)就會與填料上的官能團(tuán)產(chǎn)生相互作用力，以此來進(jìn)行吸附保留[5]。針對保留機(jī)理不同，可以將固相萃取過程分為目標(biāo)化合物保留過程和雜質(zhì)保留過程，操作步驟也略有區(qū)別。其中，目標(biāo)化合物保留模式有4步，即活化、上樣、淋洗和洗脫；雜質(zhì)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(biāo)化合物、吸附劑和溶劑環(huán)境3種因素的影響[6]，對于給定的目標(biāo)化合物，選擇合適的吸附劑、樣品溶劑以及洗脫溶劑是實(shí)現(xiàn)成功分離的關(guān)鍵。

使用固相萃取法進(jìn)行萃取操作時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)[7]。①樣品溶液體系性質(zhì)要與固相萃取要求相適應(yīng)。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(jī)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(zhì)時，樣品溶液體系中有機(jī)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(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)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(huán)節(jié)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(zhì)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(yīng)該重新對小柱進(jìn)行活化。

2.2.3 超臨界流體萃取法

該技術(shù)采用超臨界流體為萃取劑，將待測物從復(fù)雜的樣品基質(zhì)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(kuò)散性高和可壓縮等特點(diǎn)，對于被萃取物質(zhì)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(shí)現(xiàn)萃取操作。二氧化碳還具有不可燃、無毒、化學(xué)安全性好和廉價易得等優(yōu)點(diǎn)。但是，該技術(shù)難以萃取極性大和相對分子質(zhì)量高的化合物，當(dāng)混合物中各組分間的相對揮發(fā)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(fā)展起來的一種用于食品藥品檢測的快速樣品前處理技術(shù)，其原理與固相萃取法相似，利用吸附劑填料與雜質(zhì)間的相互作用力來吸附雜質(zhì)，達(dá)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(zhì)。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(yōu)勢。①分析速度快，可多樣品同時處理，也可實(shí)現(xiàn)多待測物同時測定。②有機(jī)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(shè)備，對操作人員能力要求較低。④對大量極性及揮發(fā)性的農(nóng)藥回收率較高，一般可大于85%。⑤分析范圍廣，可實(shí)現(xiàn)多農(nóng)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(biāo)準(zhǔn)及其發(fā)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(yàn)樣品，研究人員需開發(fā)新的前處理方法，使之涵蓋盡量多的項(xiàng)目和品種，實(shí)現(xiàn)高通量檢驗(yàn)，同時也要結(jié)合被測組分和實(shí)驗(yàn)條件等實(shí)際情況，制定切實(shí)可行的前處理方法。

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

未來樣品前處理方法的發(fā)展趨勢：①要能適應(yīng)處理復(fù)雜介質(zhì)、痕量成分、特殊性質(zhì)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(yù)分離和進(jìn)樣于一體；③要盡量減少甚至不用有毒有機(jī)溶劑，減少對檢測人員身體健康的危害。

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