農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)樣品前處理技術(shù)匯總

食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),糧食、蔬菜和水果是人們生活必需食品,食品的安全問(wèn)題既是最基本的質(zhì)量要求,也是關(guān)系到人民健康和國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。但是由于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥被大量的使用,一部分農(nóng)藥會(huì)直接或間接殘存于谷物、蔬菜、果品、畜禽產(chǎn)品、水產(chǎn)品中以及土壤中。人類在食用了被農(nóng)藥污染的食品、糧食、水果及蔬菜后,殘留在其中的農(nóng)藥會(huì)積累在體內(nèi),引發(fā)疾病,嚴(yán)重危害了人民健康和生命安全。另外,由于農(nóng)藥殘留問(wèn)題引發(fā)的各國(guó)之間的貿(mào)易糾紛也時(shí)有發(fā)生。因而,農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)一直是國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品和食品安全研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。食品中農(nóng)藥殘留的分析是在復(fù)雜的基質(zhì)中對(duì)低濃度待測(cè)組分進(jìn)行定性和定量分析,通常需經(jīng)過(guò)樣品制備、純化富集、分離檢測(cè)和綜合分析等步驟。農(nóng)藥殘留量測(cè)定中的樣品前處理主要包括萃取和凈化等步驟。提取是將樣品中的農(nóng)藥溶解分離出來(lái)的操作步驟,而由于某些樣品組成復(fù)雜,提取后往往還需經(jīng)過(guò)凈化步驟才能達(dá)到待測(cè)物與干擾雜質(zhì)分離。本文綜述了近年來(lái)食品中農(nóng)藥殘留分析中的固相萃取、固相微萃取、微波輔助萃取和超臨界流體萃取等樣品前處理技術(shù)。這些新技術(shù)的共同特點(diǎn)是:節(jié)省時(shí)間、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省溶劑、減少樣品用量、提高提取或凈化效率和提高自動(dòng)化水平。

    1　樣品前處理技術(shù)

    1·1　固相萃取
    固相萃取法主要用于液相色譜分析中樣品前處理,其原理是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標(biāo)化合物吸附,與樣品的基體和干擾化合物分離,然后再利用洗脫液洗脫或加熱解吸附,達(dá)到分離和富集目標(biāo)化合物的目的。根據(jù)固相萃取柱中填料的不同, SPE主要可分為以下幾種類型:
    1)正相固相萃取:柱中填料都是極性的,如硅膠、氧化鋁和硅鎂吸附劑等,用來(lái)萃取(保留)極性物質(zhì)。
    2)反相固相萃取:柱中填料通常是非極性的或是弱極性的,如C8、C18和苯基柱等,所萃取的目標(biāo)化合物通常是中等極性到非極性的化合物。
    3)離子交換型固相萃取:柱中填料是帶電荷的離子交換樹(shù)脂,如NH3所萃取的目標(biāo)化合物是帶電荷的化合物。此外,也可以利用抗原抗體反應(yīng)或配體,受體結(jié)合的原理制備親和型固相萃取,可進(jìn)行選擇性洗脫。但是抗體和受體的制備比較困難,對(duì)有機(jī)溶劑敏感,所以在實(shí)際應(yīng)用上受到限制。
    固相萃取操作步驟包括柱預(yù)處理、加樣、洗去干擾組分和回收待測(cè)組分四個(gè)部分。其中加到萃取柱上的樣品量取決于萃取柱的尺寸、類型、待測(cè)組分的保留性質(zhì)以及待測(cè)組分與基質(zhì)組分的濃度等因素。SPE的另一種分離情況是雜質(zhì)被保留在柱上,待測(cè)組分通過(guò)柱。樣品被凈化但不能富集待測(cè)組分,也不能分離保留性質(zhì)比待測(cè)組分更弱的雜質(zhì),即凈化不*。與傳統(tǒng)的液液萃取法相比,固相萃取克服了液/液萃取技術(shù)及一般柱層析的缺點(diǎn),具有待測(cè)組分的高回收率,并能有效地將待測(cè)組分與干擾組分分離,萃取過(guò)程簡(jiǎn)單快速、溶劑省、重現(xiàn)性好,一般分析只需5~10min,是液/液萃取法的1 /10,所需溶劑也只有液液萃取法的10%,并減少了雜質(zhì)的引入,減輕了有機(jī)溶劑對(duì)人身和環(huán)境的影響。
    1·2　固相微萃取
    固相微萃取技術(shù)是在固相萃取技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種萃取分離技術(shù),它克服固相萃取吸附劑孔道易堵塞的缺點(diǎn),是一種無(wú)溶劑,集采樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體的樣品前處理新技術(shù)。固相微萃取裝置類似普通樣品注射器,由手柄和萃取頭兩部分組成。萃取頭是一根涂有不同固定相或吸附劑的熔融石英纖維,石英纖維接不銹鋼針,外套不銹鋼管(用來(lái)保護(hù)石英纖維),纖維頭可在不銹鋼管內(nèi)伸縮。固相微萃取的萃取模式主要可分為兩種:直接法,即將石英纖維暴露在樣品中,主要用于半揮發(fā)性的氣體、液體樣品萃取;頂空法,將石英纖維放置在樣品頂空中,主要用于揮發(fā)性固體或廢水水樣萃取。固相微萃取包括吸附和解吸兩個(gè)過(guò)程,即樣品中待測(cè)物在石英纖維上的涂層與樣品間擴(kuò)散、吸附、濃縮的過(guò)程和濃縮的待測(cè)物解吸附進(jìn)入分析儀器完成分析的過(guò)程。吸附過(guò)程中待測(cè)物在涂層與樣品之間遵循相似相溶原則,平衡分配。這一步主要是物理吸附過(guò)程。固相微萃取比其他任何提取技術(shù)都快,一般只需15min(固相萃取需1h,而液/液萃取需4~8h),而且只需少量樣品。目前固相微萃取主要與GC /MS聯(lián)用,用來(lái)分析環(huán)境、醫(yī)藥、食品和動(dòng)植物樣品中揮發(fā)和半揮發(fā)性農(nóng)藥殘留量。
    1·3　微波輔助萃取
    微波輔助萃取是1986年匈牙利學(xué)者Ganzler等人通過(guò)利用微波能萃取土壤、食品、飼料等固體物中的有機(jī)物,提出了一種新的少溶劑樣品前處理方法。微波輔助萃取技術(shù)是對(duì)樣品進(jìn)行微波加熱,利用極性分子可迅速吸收微波能量的特性來(lái)加熱一些具有極性的溶劑達(dá)到萃取樣品中目標(biāo)化合物,分離雜質(zhì)的目的。與傳統(tǒng)的振蕩提取法相比,微波輔助萃取具有高效、安全快速、試劑用量小和易于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),適用于易揮發(fā)物質(zhì)如農(nóng)藥等的提取,并可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品的提取。微波輔助萃取中溶劑的選擇非常重要,直接影響到萃取結(jié)果。由于非極性溶劑介電常數(shù)小,對(duì)微波透明或部分透明無(wú)法進(jìn)行萃取分離。
    因此在微波萃取時(shí),要求溶劑必須具有一定的極性,對(duì)待測(cè)組分有較強(qiáng)的溶解能力,對(duì)后續(xù)測(cè)定的干擾較少。此外也應(yīng)考慮溶劑沸點(diǎn)因素。常用的萃取劑有:甲醇、乙醇、丙酮、乙酸甲苯、二氯乙烷和乙腈等有機(jī)溶劑。用苯、正己烷等非極性溶劑萃取時(shí)必須加入一定比例的極性有機(jī)溶劑。微波輔助萃取的最佳參數(shù)除了萃取溶劑外,還包括了萃取設(shè)備、萃取溫度及時(shí)間的選擇。操作中要求控制溶劑溫度使其不沸騰,且在該溫度下待測(cè)物不分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于萃取回收率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)的幅度不大,可忽略不計(jì)。而萃取回收率在一定的溫度范圍內(nèi)隨溫度增加而增加,且各物質(zhì)的最佳萃取回收率溫度都不同。
    1·4　超臨界流體萃取
    所謂超臨界流體是指處于臨界溫度和臨界壓力的高密度流體。這種流體介于氣體和液體之間,兼具二者的優(yōu)點(diǎn)。超臨界流體萃取是指利用處于超臨界狀態(tài)的流體作為溶劑對(duì)樣品中待測(cè)組分的萃取方法。在選用超臨界流體萃取萃取劑時(shí)應(yīng)考慮:臨界條件是否容易達(dá)到、溶解能力的大小、萃取劑的毒性和腐蝕性對(duì)裝置是否有影響、價(jià)格等因素。常用的超臨界流體為CO2,它具有無(wú)毒、無(wú)臭、化學(xué)惰性、不污染樣品、易于提純、超臨界條件溫和等特點(diǎn),是萃取熱不穩(wěn)定的非極性物質(zhì)的良好溶劑。但CO2屬非極性溶劑,在萃取極性化合物時(shí)具有一定的局限性;實(shí)際應(yīng)用時(shí),通過(guò)加入少量的改進(jìn)劑如NH3、MeOH、NO3、CCLF3,等極性化合物來(lái)改善萃取效果。超臨界流體萃取的流程由萃取與分離兩過(guò)程組成,影響超臨界流體萃取效率的因素,除了萃取劑的選擇外,主要還有: 1)壓力的影響。當(dāng)流體處于超臨界狀態(tài)且溫度一定的條件下,密度的變化將引起溶質(zhì)溶解度的同步變化從而改變萃取的效果。因?yàn)檩腿毫槊芏鹊闹匾獏?shù)之一可通過(guò)調(diào)壓途徑提高萃取效率。并可根據(jù)待測(cè)組分在流體中的溶解度大小,使其先后在不同的壓力范圍內(nèi)被萃取。2)溫度影響。溫度對(duì)萃取效果的影響較為復(fù)雜,由于溫度的變化將影響流體密度和待測(cè)物的蒸氣壓的變化。在臨界點(diǎn)附近低壓范圍區(qū),升溫雖使待測(cè)物蒸氣壓略微升高,但由于流體密度的急劇下降,導(dǎo)致萃取劑溶劑化能力的減弱。相反,在高壓范圍區(qū),升高溫度使待測(cè)組分蒸氣壓迅速增加,改善了萃取效率。3)改性劑的影響。選擇良好的溶劑不僅有利于提高待測(cè)物的溶解度,而且有利于提高分離的選擇性。用CO2為萃取劑制樣分析新鮮蔬菜試樣時(shí)發(fā)現(xiàn),不用改性劑時(shí)農(nóng)藥的回收率范圍僅為45% ~82%,加入甲醇為改性劑則回收率提高到90% ~114%。常用的改性劑有NH3、NO2和CCLF3等。
    1·5　凝膠滲透色譜技術(shù)
    凝膠滲透色譜技術(shù)是根據(jù)溶質(zhì)(被分離物質(zhì))分子量的不同,通過(guò)具有分子篩性質(zhì)的固定相(凝膠),使物質(zhì)達(dá)到分離。凝膠滲透色譜法最初主要用來(lái)分離蛋白質(zhì),但隨著適用于非水溶劑分離的凝膠類型的增加,凝膠滲透技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量?jī)艋靡园l(fā)展。凝膠滲透色譜的最佳參數(shù)主要決定于載體、溶劑的選擇。載體凝膠滲透色譜是具有分離作用的關(guān)鍵,其結(jié)構(gòu)直接影響儀器性能及分離效果。因此,要求載體具有良好的化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性、一定的機(jī)械強(qiáng)度、不易變形、流動(dòng)阻力小、不吸附待測(cè)物質(zhì)、分離范圍廣(取決于載體的孔徑分布)等性質(zhì)。同時(shí)分離效果還與載體的粒度大小和填充密度有關(guān)。為了擴(kuò)大分離范圍和分離容量,一般選擇幾種不同孔徑的載體混合裝柱,或串聯(lián)裝有不同載體的色譜柱,其中載體的粒度越小、越均勻、填充得越緊密越好。良好的溶劑有利于提高待測(cè)物質(zhì)的溶解度,避免操作時(shí)因分析對(duì)象的改變而更換溶劑。由于凝膠滲透色譜為液體色譜,則要求溶劑的熔點(diǎn)在室以下,而沸點(diǎn)應(yīng)高于實(shí)驗(yàn)溫度,且溶劑的粘度小,以減小流動(dòng)阻力。另外溶劑還必須具備毒性低、易于純化、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及不腐蝕色譜設(shè)備的特點(diǎn)。此外,分離效率除了載體、溶劑的選擇以外,還包括合適的溫度和溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的影響。與吸附柱色譜等凈化技術(shù)相比,凝膠滲透色譜技術(shù)具有凈化容量大、可重復(fù)使用、適用范圍廣、使用自動(dòng)化裝置后凈化時(shí)間縮短、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
    2　食品中農(nóng)藥殘留前處理技術(shù)的發(fā)展前景
    樣品的前處理是農(nóng)藥殘留量檢測(cè)過(guò)程中重要的步驟之一,它對(duì)保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,減少對(duì)色譜柱和檢測(cè)儀器的污染,提高檢測(cè)效率都具有重要的影響。食品中農(nóng)藥的殘留量一般在10-6~10-9(W/W)或更低的水平,除了要求檢測(cè)方法具有相當(dāng)高的靈敏度和選擇性外,也對(duì)樣品的前處理技術(shù)提出了更高的要求。不同的前處理技術(shù)有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,在實(shí)際工作中,應(yīng)根據(jù)待測(cè)樣品種類和基質(zhì)、測(cè)定結(jié)果要求和檢測(cè)儀器的不同,并結(jié)合實(shí)際條件選用合適的樣品前處理方法。未來(lái)農(nóng)藥殘留量檢測(cè)的樣品前處理技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該是盡可能的快速、精確、環(huán)保和高度自動(dòng)化,以盡可能的避免樣品轉(zhuǎn)移的損失,減少各種人為因素的偶然誤差。
    3　討論
    不同的前處理技術(shù)有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,我們?cè)趯?shí)際工作中,應(yīng)根據(jù)待測(cè)樣品種類和基質(zhì)、測(cè)定結(jié)果要求和檢測(cè)儀器的不同,并結(jié)合實(shí)際條件選用合適的樣品前處理方法。