蔬菜農(nóng)藥殘留分析中基質(zhì)效應(yīng)的探討

翟嘉華

（廣東省惠州市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東惠州 516001）

隨著農(nóng)藥在蔬菜種植中的廣泛應(yīng)用，蔬菜農(nóng)藥殘留的檢測和分析成為確保食品安全的重要任務(wù)。然而，蔬菜樣品的復(fù)雜性和基質(zhì)效應(yīng)的存在常常使分析過程充滿挑戰(zhàn)?；|(zhì)效應(yīng)可能產(chǎn)生假陽性、假陰性、定量結(jié)果失真以及不確定度增加等問題，從而影響食品安全評估的準(zhǔn)確性。為了解決這些問題，分析人員需要采取一系列措施，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 基質(zhì)效應(yīng)

1.1 基質(zhì)效應(yīng)的含義

基質(zhì)效應(yīng)又稱基質(zhì)干擾，是指在樣品分析過程中，樣品基質(zhì)對所測分析物的測定結(jié)果產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。這種影響可能導(dǎo)致結(jié)果偏高或偏低，進(jìn)而對分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性產(chǎn)生影響。基質(zhì)效應(yīng)在農(nóng)藥殘留分析中尤為重要，因為蔬菜樣品作為復(fù)雜的基質(zhì)，其本身所含有的多種成分可能與分析物發(fā)生相互作用，從而擾亂了分析過程，使結(jié)果產(chǎn)生偏差[1]。

1.2 基質(zhì)效應(yīng)的成因

基質(zhì)效應(yīng)的產(chǎn)生涉及多種復(fù)雜的相互作用和影響因素，這些因素共同導(dǎo)致了樣品基質(zhì)對分析結(jié)果的影響。①化學(xué)相互作用。蔬菜樣品中的成分與目標(biāo)分析物之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)可能導(dǎo)致分析物的降解、轉(zhuǎn)化或形成新的化合物，從而影響其檢測結(jié)果。例如，酸堿性條件下，一些分析物可能會與樣品中的某些成分發(fā)生中和反應(yīng)或水解反應(yīng)，導(dǎo)致測定結(jié)果不準(zhǔn)確。②吸附作用。蔬菜樣品中的有機和無機成分可能與目標(biāo)分析物發(fā)生吸附作用，這種吸附作用可能導(dǎo)致分析物在樣品基質(zhì)中的富集或損失，從而影響其測定。此外，樣品的顆粒大小、表面性質(zhì)以及分析物的極性都可能影響吸附作用的強度。③離子效應(yīng)。樣品中的離子濃度和組成可能對分析物的電荷分布和溶解度產(chǎn)生影響，這在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)中尤為顯著，這是因為離子的存在可能影響色譜保留時間和質(zhì)譜信號強度。④共存物干擾。蔬菜樣品中可能存在與目標(biāo)分析物具有類似性質(zhì)的成分，導(dǎo)致在分析過程中難以準(zhǔn)確區(qū)分目標(biāo)分析物和其他干擾物質(zhì)。這些干擾物質(zhì)可能與分析物在分析儀器中的檢測信號重疊，導(dǎo)致結(jié)果誤判。⑤萃取效率差異。樣品中的不同成分對提取劑的親和力可能不同，導(dǎo)致樣品制備過程中不同成分的提取效率存在差異，這可能會使分析結(jié)果不穩(wěn)定，特別是在樣品制備步驟中可能引入不確定性。

2 蔬菜農(nóng)藥殘留分析中基質(zhì)效應(yīng)對分析結(jié)果的影響

2.1 假陽性結(jié)果的產(chǎn)生

基質(zhì)效應(yīng)在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中會導(dǎo)致假陽性結(jié)果的出現(xiàn)，這是由于樣品基質(zhì)中的化合物與目標(biāo)農(nóng)藥殘留物產(chǎn)生交叉反應(yīng)，引發(fā)誤判。最具代表性的則是液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定多氯聯(lián)苯（Polychlorinated Biphenyls，PCBs）的過程。

PCBs 是一類環(huán)境污染物，但與蔬菜中可能存在的多環(huán)芳烴存在結(jié)構(gòu)上的相似性。在進(jìn)行蔬菜農(nóng)藥殘留分析時，特別是對于含有高濃度多環(huán)芳烴的樣品，PCBs 可能與這些基質(zhì)成分發(fā)生共振、碰撞誘導(dǎo)解離等反應(yīng)，產(chǎn)生類似的質(zhì)譜碎片，進(jìn)而導(dǎo)致PCBs與基質(zhì)成分的信號重疊，被錯誤地判定為農(nóng)藥殘留物，從而產(chǎn)生假陽性結(jié)果。

有研究以辣椒樣品為研究對象，分析了其中的PCBs 含量，使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析時，發(fā)現(xiàn)一些質(zhì)譜碎片的相對豐度與已知的PCBs 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有相似的特征，但實際上這些碎片是由于樣品基質(zhì)中的某些組分引起的，這種情況會誤導(dǎo)分析人員將這些碎片歸因于PCBs 殘留，從而導(dǎo)致假陽性結(jié)果的產(chǎn)生[2]。

2.2 假陰性結(jié)果的產(chǎn)生

基質(zhì)效應(yīng)在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中也可能導(dǎo)致假陰性結(jié)果的出現(xiàn)，這意味著實際樣品中存在農(nóng)藥殘留，但由于基質(zhì)效應(yīng)的影響，分析結(jié)果未能正確檢測出來。這種情況主要是由于基質(zhì)成分與分析物相互作用，降低了分析物的檢測信號，或者干擾了分析物的分離和測定過程。例如，采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry，HPLC-MS/MS）技術(shù)對蔬菜樣品中的殺蟲劑殘留進(jìn)行分析，在分析過程中可能存在一些樣品基質(zhì)成分（如色素、多酚類化合物等）與目標(biāo)農(nóng)藥的色譜特性相似，從而干擾了分析物的分離和檢測，導(dǎo)致分析物的信號峰被掩蓋、降低，未能正確檢測出農(nóng)藥殘留，產(chǎn)生假陰性結(jié)果。

在實際應(yīng)用中，假陰性結(jié)果的出現(xiàn)可能會對食品安全評估造成嚴(yán)重風(fēng)險，如果某種有害農(nóng)藥在蔬菜中的殘留量本來超過了安全標(biāo)準(zhǔn)，但由于基質(zhì)效應(yīng)的影響，分析結(jié)果顯示農(nóng)藥殘留量低于標(biāo)準(zhǔn)，這會掩蓋實際食品中的風(fēng)險，導(dǎo)致食品安全評估不夠準(zhǔn)確。

2.3 定量結(jié)果的失真

基質(zhì)效應(yīng)可能在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中導(dǎo)致定量結(jié)果失真，這是因為基質(zhì)效應(yīng)可能會引發(fā)分析物在不同濃度下的響應(yīng)變化，從而影響標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性，進(jìn)而影響定量分析的準(zhǔn)確性。特別是在低濃度下，基質(zhì)效應(yīng)可能對分析信號產(chǎn)生更大的影響，使得定量結(jié)果的失真更為顯著。

在定量分析中，常常使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法推斷樣品中分析物的濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線通常在不同濃度下測得分析物信號與其濃度之間的線性關(guān)系，但基質(zhì)效應(yīng)可能會使這種線性關(guān)系發(fā)生變化，尤其在低濃度下。這是因為樣品基質(zhì)中的成分可能與分析物相互作用，影響分析信號的生成機制，從而使得分析信號在低濃度范圍內(nèi)的響應(yīng)非線性增加或減少。

基質(zhì)效應(yīng)引發(fā)的定量結(jié)果失真可能會對食品安全評估產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在一些情況下，實際蔬菜樣品中的農(nóng)藥殘留濃度可能在合規(guī)限值之上，但由于基質(zhì)效應(yīng)的干擾，分析結(jié)果顯示濃度在合規(guī)范圍內(nèi)，從而掩蓋了食品中潛在的風(fēng)險，對食品安全評估和消費者的健康構(gòu)成潛在威脅。

3 蔬菜農(nóng)藥殘留分析中基質(zhì)效應(yīng)的解決方法

3.1 樣品預(yù)處理和提取

在蔬菜農(nóng)藥殘留分析過程中，基質(zhì)效應(yīng)對分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性有著顯著影響。樣品預(yù)處理和提取是減少或消除基質(zhì)效應(yīng)對分析的干擾的常用方法，通過適當(dāng)?shù)臉悠奉A(yù)處理和提取方法，可以有效地將分析物與樣品基質(zhì)分離，從而降低基質(zhì)效應(yīng)的影響，提高分析的準(zhǔn)確性。

樣品預(yù)處理的主要目標(biāo)是去除樣品中的基質(zhì)成分，如水分、脂肪、色素等，這些基質(zhì)成分可能與目標(biāo)分析物發(fā)生相互作用，導(dǎo)致信號干擾和分析結(jié)果失真。樣品預(yù)處理可以通過以下幾種方式實現(xiàn)。①液液萃取。液液萃取是一種將樣品中的目標(biāo)分析物轉(zhuǎn)移到有機溶劑中的方法，通過選擇適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑，可以實現(xiàn)分析物的選擇性分離，從而降低基質(zhì)效應(yīng)的影響。②固相萃取。固相萃取利用固相材料的親和性，將分析物從樣品中富集出來，能選擇性地吸附目標(biāo)分析物，同時去除基質(zhì)成分，從而降低基質(zhì)效應(yīng)的影響。例如，針對番茄樣品的農(nóng)藥殘留分析中，目標(biāo)農(nóng)藥為苯噻蟲酮，番茄中含有豐富的色素和脂肪等基質(zhì)成分，可能影響農(nóng)藥分析的準(zhǔn)確性，研究人員采用了固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE）作為樣品預(yù)處理方法，以分離目標(biāo)農(nóng)藥（苯噻蟲酮）并去除基質(zhì)干擾。在實驗中，研究人員將番茄樣品經(jīng)過切割和混合處理，然后使用C18固相萃取柱將目標(biāo)農(nóng)藥富集。結(jié)果顯示，在添加不同濃度苯噻蟲酮的樣品中，SPE 法的平均回收率為85.2%～98.6%，與未經(jīng)處理的樣品相比，SPE 法有效降低了基質(zhì)效應(yīng)的影響，使得分析結(jié)果更加準(zhǔn)確[3]。③QuEChERS 法。QuEChERS 法是一種多步驟的樣品處理方法，通過分散固相萃取和液液分離步驟，實現(xiàn)分析物的富集和凈化。綜上，通過樣品預(yù)處理，不僅可以降低基質(zhì)效應(yīng)的影響，還可以提高分析儀器的性能和穩(wěn)定性。此外，合適的樣品預(yù)處理方法還能降低儀器的維護(hù)頻率，延長儀器的使用壽命。

3.2 內(nèi)標(biāo)法

在分析樣品中，基質(zhì)效應(yīng)可能會導(dǎo)致目標(biāo)分析物信號減弱或增強，從而影響定量結(jié)果的準(zhǔn)確性。內(nèi)標(biāo)法是蔬菜農(nóng)藥殘留分析中解決基質(zhì)效應(yīng)問題的常用方法，該方法通過引入一個結(jié)構(gòu)相似但不受基質(zhì)效應(yīng)影響的化合物作為內(nèi)標(biāo)，以校正基質(zhì)效應(yīng)引起的信號變化，從而提高定量結(jié)果的精確性和可靠性。

內(nèi)標(biāo)法的應(yīng)用步驟如下。①內(nèi)標(biāo)物質(zhì)選擇。內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的選擇需要考慮與目標(biāo)分析物相似的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及不受基質(zhì)效應(yīng)影響的特點，這確保了內(nèi)標(biāo)物質(zhì)能夠在樣品處理和分析中與分析物表現(xiàn)出相似的行為。②內(nèi)標(biāo)添加。已知濃度的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)被加入樣品中，通常在樣品制備的早期階段，內(nèi)標(biāo)的濃度應(yīng)接近或相似于預(yù)期的目標(biāo)分析物濃度，以確保內(nèi)標(biāo)效果的準(zhǔn)確性。③樣品制備。樣品需要經(jīng)過一系列制備步驟，如提取、凈化等，以獲得準(zhǔn)確的分析物和內(nèi)標(biāo)濃度。④分析儀器設(shè)置。在分析儀器中，需要針對分析物和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)設(shè)置適當(dāng)?shù)臋z測條件，如離子化方式、檢測時間等。⑤信號比較和校正。通過比較目標(biāo)分析物和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的信號強度，可以校正由基質(zhì)效應(yīng)引起的信號變化，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的信號與其已知濃度之間的關(guān)系用于計算和校正目標(biāo)分析物的濃度。

內(nèi)標(biāo)法的優(yōu)勢在于它可以校正基質(zhì)效應(yīng)引起的信號變化，從而提高分析結(jié)果的精確性和可靠性。內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的引入，實際上是建立了一個相對于基質(zhì)效應(yīng)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，能使得分析結(jié)果更具可比性。然而，在應(yīng)用內(nèi)標(biāo)法時，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的選擇、濃度確定以及校準(zhǔn)過程等都需要經(jīng)過嚴(yán)格驗證，以確保其能有效地對基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行校正。

3.3 多重監(jiān)測模式

在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中，采用多重監(jiān)測模式可以顯著提高分析物的特異性和可靠性。這種方法利用質(zhì)譜分析技術(shù)，通過選擇多個特異性的質(zhì)譜轉(zhuǎn)換反應(yīng)來增強目標(biāo)分析物的檢測和定量。在質(zhì)譜分析中，基質(zhì)效應(yīng)可能導(dǎo)致分析物信號受到干擾，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。多重監(jiān)測模式通過選擇多個特異性的質(zhì)譜轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使得分析物在質(zhì)譜中具有獨特的特征信號，能夠與基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生的信號區(qū)分開，這有助于減小假陽性和假陰性結(jié)果的發(fā)生概率，提高分析的可靠性。

多重監(jiān)測模式的操作步驟如下。①反應(yīng)選擇。在多重監(jiān)測模式中，需要選擇適當(dāng)?shù)馁|(zhì)譜轉(zhuǎn)換反應(yīng)對，這些反應(yīng)對應(yīng)于分析物和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的特定質(zhì)荷比，以增加分析物的特異性。②分析設(shè)置。在質(zhì)譜儀中，設(shè)置多個質(zhì)譜轉(zhuǎn)換反應(yīng)的監(jiān)測窗口，其監(jiān)測窗口會依次掃描，記錄分析物和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)荷比信號[4-5]。③數(shù)據(jù)分析。通過分析儀器獲得的數(shù)據(jù)，對不同質(zhì)譜轉(zhuǎn)換反應(yīng)的信號進(jìn)行分析，多個特異性的信號可以被用來校正基質(zhì)效應(yīng)帶來的干擾，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，對番茄樣品中一種特定農(nóng)藥（氯氟氰菊酯）的殘留進(jìn)行分析，傳統(tǒng)的質(zhì)譜分析中，樣品基質(zhì)成分可能引發(fā)信號干擾，從而影響分析物的檢測和定量，而采用多重監(jiān)測模式可以有效地解決這一問題。在多重反應(yīng)監(jiān)測分析中，首先選擇氯氟氰菊酯分析所需的特異性碎片離子，如母離子和多個特定的碎片離子。然后，針對每個特異性碎片離子，選擇相應(yīng)的質(zhì)荷比窗口進(jìn)行監(jiān)測，通過這種方式，即使存在樣品基質(zhì)的影響，由于特異性碎片離子的選擇，分析儀器可以選擇性地檢測到氯氟氰菊酯的信號，從而提高了定量的準(zhǔn)確性。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)品和質(zhì)譜庫建立

在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中，通過使用含有不同基質(zhì)成分的標(biāo)準(zhǔn)品，并建立相應(yīng)的質(zhì)譜庫，可以有效解決基質(zhì)效應(yīng)帶來的信號干擾問題，可以幫助分析人員區(qū)分基質(zhì)效應(yīng)引起的信號與目標(biāo)分析物信號之間的差異，從而減小假陽性或假陰性結(jié)果的發(fā)生概率，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

①標(biāo)準(zhǔn)品的使用。標(biāo)準(zhǔn)品是已知濃度的分析物的樣品，其成分可以與真實樣品基質(zhì)類似。在蔬菜農(nóng)藥殘留分析中，可以制備包含不同基質(zhì)成分的標(biāo)準(zhǔn)品，這些標(biāo)準(zhǔn)品中含有與目標(biāo)分析物相同的基質(zhì)成分，以模擬實際樣品的復(fù)雜性。通過使用標(biāo)準(zhǔn)品，分析人員可以在實驗室條件下模擬基質(zhì)效應(yīng)，并觀察分析結(jié)果的變化。②質(zhì)譜庫的建立。質(zhì)譜庫是一個包含了不同分析物的質(zhì)譜信息的數(shù)據(jù)庫。在質(zhì)譜分析中，不同的分析物具有獨特的質(zhì)譜圖譜，包括母離子和碎片離子等。建立質(zhì)譜庫可以記錄不同分析物的質(zhì)譜圖譜，用于鑒別和定量分析。通過使用含有不同基質(zhì)成分的標(biāo)準(zhǔn)品，分析人員可以在實驗室中重現(xiàn)基質(zhì)效應(yīng)的影響，或在標(biāo)準(zhǔn)品中添加不同濃度的目標(biāo)分析物，還可以模擬分析樣品的復(fù)雜性，包括基質(zhì)成分和分析物的相互作用。然后，使用質(zhì)譜儀對這些標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分析，獲取目標(biāo)分析物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

蔬菜農(nóng)藥殘留分析中的基質(zhì)效應(yīng)是一個復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的問題，但通過合適的方法和策略，可以有效降低其帶來的影響。例如，樣品預(yù)處理和提取、內(nèi)標(biāo)法、多重監(jiān)測模式以及標(biāo)準(zhǔn)品與質(zhì)譜庫建立等方法為克服基質(zhì)效應(yīng)提供了多樣的解決方案。未來，分析人員應(yīng)繼續(xù)努力創(chuàng)新，進(jìn)一步提高蔬菜農(nóng)藥殘留分析的準(zhǔn)確性和可靠性，為人們提供更安全的食品。