食品藥品檢驗(yàn)前處理技術(shù)研究

王 凡，王春雷

（聊城市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東聊城 252000）

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(guò)物理、化學(xué)或生物手段去除干擾物質(zhì)，同時(shí)將目標(biāo)物分離出來(lái)，達(dá)到儀器可以分析的狀態(tài)，多數(shù)時(shí)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(cè)的溶液形式。有時(shí)若目標(biāo)物難以在現(xiàn)有儀器上進(jìn)行檢測(cè)，需要通過(guò)衍生化等方式將其定量轉(zhuǎn)化為一種易于檢測(cè)的化合物。

研究機(jī)構(gòu)對(duì)100多個(gè)食品藥品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明[1]，在整個(gè)食品藥品檢驗(yàn)過(guò)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(shí)間占比分別為6%、61%、27%和6%，由此可見(jiàn)前處理耗時(shí)最長(zhǎng)。從食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)誤差來(lái)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(huì)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(lái)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(shí)、煩瑣且容易引入分析測(cè)定誤差的過(guò)程，而樣品前處理方法對(duì)樣品的分析起著至關(guān)重要的作用，某種程度上來(lái)說(shuō)，樣品前處理的好壞不僅直接影響最終的分析結(jié)果，還會(huì)影響分析儀器的使用壽命。因此，有必要對(duì)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(jiàn)的食品分析前處理方法

2.1 無(wú)機(jī)化處理方法

無(wú)機(jī)化前處理是指在測(cè)定樣品中的無(wú)機(jī)成分（一般指元素）時(shí)，共存的有機(jī)物質(zhì)（蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、油脂等）可能會(huì)干擾測(cè)定。因此，在食品藥品檢測(cè)過(guò)程中要將樣品中的有機(jī)物質(zhì)破壞掉，同時(shí)將需要測(cè)定的元素轉(zhuǎn)化成易測(cè)定的無(wú)機(jī)化合物的形式進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)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(wú)機(jī)物用來(lái)檢測(cè)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(shí)測(cè)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(lái)提高檢出率，該法適用范圍廣，操作簡(jiǎn)便，無(wú)需人員看守，但該法容易造成待測(cè)組分揮發(fā)損失，而且高溫環(huán)境下坩堝材料會(huì)吸收部分待測(cè)組分，造成回收率偏低。因此，灰化過(guò)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(guò)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(shí)還需要加入一些氧化劑或者催化劑，再通過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)于含金屬毒物且樣品中沒(méi)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(guò)程中利用微波對(duì)介質(zhì)有快速加熱和升溫的特性來(lái)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(shí)間一般為3～4 min，尤其是對(duì)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(duì)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(duì)人體和環(huán)境造成的危害，同時(shí)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(cè)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(guò)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(lái)，并進(jìn)一步的純化和濃縮，供儀器分析檢測(cè)。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(jiàn)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(guò)程，在實(shí)際操作過(guò)程中，可采用分液漏斗進(jìn)行手動(dòng)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(duì)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(duì)樣品需求量大，且萃取的時(shí)間較長(zhǎng)，需要用到大量的有機(jī)溶劑，對(duì)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(gè)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(guò)程的初提取液通過(guò)固相萃取柱時(shí)，目標(biāo)分子上的功能性官能團(tuán)就會(huì)與填料上的官能團(tuán)產(chǎn)生相互作用力，以此來(lái)進(jìn)行吸附保留[5]。針對(duì)保留機(jī)理不同，可以將固相萃取過(guò)程分為目標(biāo)化合物保留過(guò)程和雜質(zhì)保留過(guò)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(guò)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(duì)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(shí)，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(cè)化合物時(shí)，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(shí)，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(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。③過(guò)柱流速要合適，不能過(guò)快或過(guò)慢，特別是樣品溶液上柱和洗脫兩個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)柱速度要控制。一般過(guò)柱流速為1～3 mL·min-1。④對(duì)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(duì)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(cè)物從復(fù)雜的樣品基質(zhì)中分離出來(lái)。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(duì)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(wú)毒、化學(xué)安全性好和廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)。但是，該技術(shù)難以萃取極性大和相對(duì)分子質(zhì)量高的化合物，當(dāng)混合物中各組分間的相對(duì)揮發(fā)度或極性差別較大時(shí)，難以同時(shí)被萃取。

2.2.4 QuEChERS法

QuEChERS法是近年發(fā)展起來(lái)的一種用于食品藥品檢測(cè)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(lái)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(guò)膜后供GC-MS或LC-MS檢測(cè)。

QuEChERS方法具有以下優(yōu)勢(shì)。①分析速度快，可多樣品同時(shí)處理，也可實(shí)現(xiàn)多待測(cè)物同時(shí)測(cè)定。②有機(jī)溶劑使用量少，價(jià)格低廉，污染小。③操作簡(jiǎn)便，無(wú)需特別昂貴的儀器設(shè)備，對(duì)操作人員能力要求較低。④對(duì)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(shí)檢測(cè)。

3 樣品前處理方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及其發(fā)展趨勢(shì)

雖然樣品前處理的方法有很多，但沒(méi)有一種方法適合所有的被測(cè)組分和所有的檢驗(yàn)樣品，研究人員需開(kāi)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(shí)也要結(jié)合被測(cè)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(píng)價(jià)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(jiǎn)便，是否對(duì)人體和環(huán)境造成傷害。

未來(lái)樣品前處理方法的發(fā)展趨勢(shì)：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(duì)檢測(cè)人員身體健康的危害。