王 婧

QuEChERS前處理方法在農藥殘留檢測中的應用

王 婧

（山西省農業(yè)科學院農產(chǎn)品質量安全與檢測研究所，農業(yè)部農產(chǎn)品質量安全風險評估實驗室（太原），山西太原030031）

近年來，農產(chǎn)品質量安全問題備受社會關注，隨著檢測前處理方法和儀器的不斷改進更新，農產(chǎn)品中農藥殘留檢測技術日趨成熟。2003年美國科研工作者針對水果蔬菜中的農藥殘留檢測開發(fā)了QuEChERS前處理方法，該方法具有快速、簡便、低廉、高效、穩(wěn)定、安全的特點。介紹了傳統(tǒng)的前處理方法和QuEChERS前處理方法的原理，并對比得出QuEChERS前處理方法的優(yōu)勢，總結了近年來QuEChERS前處理方法在提取溶劑的pH、凈化劑、樣品加水量、操作方法4個方面的改進措施；同時綜述了近年來QuEChERS前處理方法在農產(chǎn)品及其他領域的應用情況，并對該方法的前景進行了展望。

QuEChERS；前處理；農藥；殘留

當今，隨著人們生活水平的提高，人們的飲食安全意識逐漸增強，食品的質量安全問題得到了廣泛的關注。我國已登記的化學農藥數(shù)量在逐年增加，每年都有大量新的農藥進入農田。當前農藥殘留超標情況普遍存在，農藥的濫用不僅會危害消費者的健康，還會影響我國農產(chǎn)品的出口貿易，損害進出口企業(yè)的利益。當今世界各國農作物使用的農藥有差異，禁止、限用的農藥也有很大的不同，導致進出口農產(chǎn)品的農藥殘留限量標準也存在差異，農藥殘留已成為農產(chǎn)品國際貿易的技術壁壘。為了確保農產(chǎn)品質量安全，盡快協(xié)調和統(tǒng)一國際農藥殘留標準，有必要對農藥殘留進行及時有效的監(jiān)測，不斷地提高檢測技術，開發(fā)快速、便捷、高效的農藥殘留檢測方法。目前，國際上大多采用色譜-質譜聯(lián)用技術進行農藥殘留檢測，如氣相色譜-質譜、氣相色譜-質譜/質譜、氣相色譜-三重四級桿質譜、液相色譜-質譜、液相色譜-質譜/質譜等。我國許多科研院所已購置國際先進的檢測設備，檢測的技術水平主要差別在于樣品的前處理過程，不斷探索開發(fā)快速、易操作、回收率高的前處理方法，是樣品檢測的關鍵環(huán)節(jié)。2003年，美國農業(yè)部的ANASTASSIADES等[1]開發(fā)出一種新的樣品前處理方法，該方法的優(yōu)點是快速（quick）、簡便（easy）、低廉（cheap）、高效（effective）、穩(wěn)定（rugged）和安全（safe），將6個優(yōu)點的英文單詞縮合，稱之為QuEChERS前處理方法，簡稱QuEChERS法。該方法自問世以來，引起全世界學者的關注，經(jīng)過十幾年的時間，科研工作者對QuEChERS方法不斷改進，并拓寬其應用范圍，使其成為農藥殘留檢測的首選前處理方法。本文綜述了QuEChERS方法的發(fā)展及改進過程，并綜述了近年來該方法在國內外各個領域的應用進展。

1 QuEChERS前處理方法的發(fā)展

1.1 傳統(tǒng)前處理方法介紹

早期的農藥殘留檢測前處理方法有液固萃取、液液萃取等，這些方法由于操作步驟復雜、耗時耗力、有機試劑消耗大、成本高、提取效率低等已經(jīng)被淘汰。20世紀末，更快、更便捷的樣品前處理方法[2]被引入到農藥殘留檢測中，并得到廣泛應用。目前普遍使用的農藥殘留檢測前處理方法主要有固相萃取（SPE）、固相微萃?。⊿PME）、基質固相分散萃?。∕SPD）、凝膠滲透色譜（GPC）、超零界流體萃?。⊿FE）、高效萃取吸管（DPX）等。固相萃取是在液相萃取和液固萃取原理的基礎上，根據(jù)基質干擾物和目標化合物吸附、解吸能力的差異，選擇適當?shù)奶盍?，對樣品進行選擇性的吸附和洗脫，從而達到分離、純化目標化合物的目的。目前，常用的固相萃取柱有極性柱、非極性柱、陰陽離子交換柱、共價型柱等，固相萃取柱不可重復使用，價格比較高，大多數(shù)在幾十元左右。固相萃取是農藥殘留檢測最常使用的前處理方法，具有穩(wěn)定、精確、樣品容量大、分離度高的優(yōu)點，但對于復雜基質和手性化合物的分離效果不理想[3]。固相微萃取相對于固相萃取實現(xiàn)了前處理過程一體化，更加快捷，凈化程度高，對儀器污染小，但是該方法受環(huán)境影響干擾大，進樣耗時長?；|固相分散萃取的操作簡單，可以有效避免乳化現(xiàn)象，但該方法對樣品的含水量有一定要求。凝膠滲透色譜的應用范圍比較廣泛，對含色素和脂類的樣品凈化效果好，而且凈化柱可回收重復使用，節(jié)約成本，但此方法溶劑消耗大，凈化時間長，對分子量相近的分析物選擇性弱。超零界流體萃取的凈化速度快，試劑用量少，但成本較高[4]。高效萃取吸管是將樣品和固定相及吸附劑充分混合，并快速地從樣品中提取化合物的一次性裝置，凈化速度快，溶劑用量少，但成本較高。我國對該提取法的研究還處于起步階段，研究領域主要用于蔬菜[5]。國外使用高效萃取吸管法相對較多，GUAN等[6-8]就使用高效萃取吸管法做了許多相關性的農藥殘留檢測試驗，結果表明，該方法適用于大多數(shù)水果、蔬菜中農藥殘留的分離，凈化效果好，回收率高。

1.2 QuEChERS前處理方法的介紹

早在1989年，美國的路易斯安那州的大學教授BARKER等[9]提出基質固相分散萃取技術，將樣品與C18為主的多種固體研磨、混勻后填柱，常用于微量藥物樣品的分離檢測。隨著基質固相分散萃取技術和固相萃取技術的進一步發(fā)展，2003年美國的ANASTASSIADES等經(jīng)過不斷試驗探索，最終針對含水量高、基質簡單的蔬菜水果樣品開發(fā)出一種新的簡單、高效的前處理方法，命名QuEChERS法。QuEChERS法具體步驟是：稱取10 g樣品于聚四氟乙烯離心管中，加入10 mL乙腈勻漿1 min后，再加入4 g無水硫酸鎂和1 g醋酸鈉，將離心管密封、振蕩、離心，取上層清液1 mL于小型聚四氟乙烯離心管中，加入150 mg無水硫酸鎂和25 mg PSA（N-丙基乙二胺）振蕩、離心，用一次性注射器取上層清液過有機濾膜后，注入進樣小瓶待檢。

實驗室常用的提取溶劑有丙酮、乙腈、乙酸乙酯等。用丙酮作為提取溶劑時，大量色素、脂質會溶入丙酮，不易分離提純，而且丙酮作為水溶性溶劑，需加入二氯甲烷或石油醚才能和水相分層，二氯甲烷毒性極大，不利于實驗操作者的健康。乙酸乙酯微溶于水，極性強的農藥在乙酸乙酯中的萃取效果不理想。用乙腈提取水果蔬菜中的農藥時，提取的農藥種類多、速度快、雜質少、有機相與水相分層時間短[10]，且乙腈毒性低，對實驗人員危害較小，所以，經(jīng)對比后，QuEChERS方法選用乙腈作為提取劑。在凈化步驟中，QuEChERS方法選用無水硫酸鎂作為脫水劑，PSA作為凈化劑。實驗室最常使用中性的無水硫酸鈉來脫水，但由于無水硫酸鎂脫水能力大約為無水硫酸鈉的4倍[11]，脫水速度也快于無水硫酸鈉，符合QuEChERS方法快速脫水的要求，因此，選用無水硫酸鎂作為脫水劑。凈化劑PSA的化學結構式中有2個胺基，所以，相對于只含有1個胺基的氨基粉，具有更強的離子交換能力。PSA中的2個胺基能夠跟羥基形成共價鍵氫鍵，吸附樣品基質中的脂肪酸、糖類、甾醇等雜質，從而達到凈化目的，而且與凈化劑氧化鋁相比，PSA對許多農藥吸附能力弱，凈化效果好[12]。

QuEChERS前處理方法結合色譜-質譜聯(lián)用技術在農藥殘留檢測中有著多方面的優(yōu)勢：簡化了前處理過程，平均每個樣品只需2～3 min；提高了實驗的可操作性，即使條件差的實驗室也可使用該方法提取凈化；適用于大部分農藥殘留的檢測，也適用于幾百種農藥的多殘留檢測，而且回收率較高；減少溶劑使用量，降低實驗成本，降低試劑對實驗者的健康危害。目前，許多實驗室在檢測蔬菜水果中農藥殘留時都參考了QuEChERS前處理方法，許多儀器公司也根據(jù)QuEChERS方法，為用戶制備了裝有定量凈化劑的凈化管和前處理凈化包，更加節(jié)省了前處理時間，提高了實驗效率。國外科研工作者已經(jīng)對QuEChERS方法進行了驗證和改進[13]，目前改進后的QuEChERS方法分別在2007，2008年成為美國農業(yè)化學家協(xié)會（AOAC）和歐洲標準化委員會（CEN）的標準方法，我國也參考QuEChERS方法制定了一些標準。

2 Qu ECh ERS前處理方法的改進

QuEChERS方法公布以來，全世界的科研工作者對該方法進行確證后，隨即開始對QuEChERS方法進行改進研究，以便使其適用于更多領域。

2.1 對提取溶劑pH的控制

科研工作者在使用QuEChERS方法中發(fā)現(xiàn)，部分農藥在酸性或堿性基質中不穩(wěn)定，容易降解，回收率偏低。SCHULZE等[14]在提取溶劑中加入檸檬酸鹽，形成pH約為5.2的緩沖體系；LEHOTAY等[15]在提取溶劑中加入乙酸和乙酸鈉，形成pH約為4.8的緩沖體系，緩沖鹽的加入大大降低了酸堿敏感性農藥的降解程度。

2.2 凈化劑的選擇

傳統(tǒng)的QuEChERS方法使用的凈化劑是PSA，面對復雜基質樣品的檢測，單一的凈化劑已不能滿足前處理的需求。GCB（石墨化碳黑）由于其特殊的化學結構，能有效吸附色素、甾醇等非極性干擾物，GCB對色素的吸附效果能達到90%，對色素含量較高的樣品如韭菜、菠菜等有很好的凈化效果。C18主要通過硅膠基質吸附劑來吸附脂肪等非極性干擾物，對脂肪含量較高的動物源農產(chǎn)品有很好的凈化效果。此外，還有二氧化鋯、氧化鋁、EMR-Lipid等多種凈化劑。根據(jù)不同的樣品，選擇合適搭配的凈化劑組合，有利于提高凈化效率。

2.3 樣品加水量的確定

QuEChERS方法主要針對含水量較高的蔬菜水果進行農藥提??；對于含水量較低的樣品如雞肉、奶粉、大米等農產(chǎn)品，需要適當加入適量的水（使樣品含水量高于80%）來保障提取效率。不同的加水量對試驗結果也有一定影響，如PAREJA等[16]在10 g稻米中分別加入5，7.5，10 g的水進行對比試驗，結果表明，加入7.5 g水的樣品回收率較高。因此，對于含水量低的樣品，如何達到最佳的提取效果，需要對加水量進行對比摸索試驗。

2.4 操作方法改進

在用QuEChERS前處理方法處理樣品時，需要加入無水硫酸鎂，無水硫酸鎂遇水放熱并結塊，樣品溫度升高會使一些熱不穩(wěn)定的農藥如氧樂果、甲胺磷、甲拌磷、克菌丹等發(fā)生降解，降低回收率。因此，可以在樣品勻漿前加入干冰，或將樣品提前放入冰箱降溫到4℃后再勻漿[17]。為了防止無水硫酸鎂遇水結塊，加入無水硫酸鎂后立即猛烈振蕩離心管，或者用勻漿儀打散塊狀硫酸鎂和樣品。另外，對于高脂肪含量的動植物樣品需放入冰箱冷凍過夜，對于含有硫化物的樣品如枸杞，需要微預熱后再進行提取[18]。

3 Qu ECh ERS前處理方法近年來的應用

用經(jīng)典QuEChERS方法處理含水量較高的蔬菜水果時步驟簡單，樣品處理時間短，成本低，因此，許多實驗室將其作為批量檢測和多殘留檢測的前處理方法。張愛之等[19]根據(jù)QuEChERS前處理方法，選取幾種典型蔬菜，用乙腈溶液（含體積比為1%的乙酸）作為提取劑，經(jīng)無水硫酸鎂脫水，PSA，GCB，C18凈化，利用色譜-質譜串聯(lián)技術完成了樣品中250種農藥的多殘留測定，添加回收率為60%～120%，相對標準偏差為3.5%～19.5%。同時，該試驗還對比了不同用量的無水硫酸鎂和凈化劑PSA，GCB，C18的凈化效果，結果表明，對 2 mL樣品進行凈化時，無水硫酸鎂，PSA，GCB，C18的使用量分別為 0.3，0.2，0.01，0.1 g 時凈化效果最好。NGUYEN等[20]進一步簡化了QuEChERS方法，在使用色譜-質譜串聯(lián)技術測定卷心菜和胡蘿卜中107種農藥時，由于樣品中糖類、色素等干擾物較少，所以，簡化了凈化步驟，在樣品中直接加入乙腈溶液（含體積比為1%的乙酸）提取，再加入無水硫酸鎂和醋酸銨，振蕩離心后，無需二次離心，取上層清液直接上機檢測。該方法簡單、快速，但僅適用于無脂肪、色素、糖類含量少的蔬菜樣品，檢測范圍有局限性。除了常規(guī)農藥的檢測，作為監(jiān)管機構，常常需要掌握農業(yè)種植過程中禁限用農藥的使用情況，林濤等[21]采用QuEChERS方法，建立了蔬菜中常見的41種植物生長調節(jié)劑（莠去津、2，4-D等）和隱性、禁用性、限用性農藥（多菌靈、滅幼脲、腈菌唑等）的測定方法。該方法用乙腈溶液（含體積比為1%的乙酸）提取樣品，再經(jīng)無水硫酸鎂、PSA凈化后直接進樣分析，簡化了樣品預處理的操作步驟。試驗還分別比較了不同提取溶劑（甲醇、乙腈、1%甲酸-甲醇、1%乙酸-甲醇、1%甲酸-乙腈、1%乙酸- 乙腈）和不同量的無水硫酸鎂（0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 g），PSA（0.04，0.06，0.08，0.1 g）對于目標農藥的提取情況，結果表明，當提取溶劑為1%乙酸-乙腈溶液，無水硫酸鎂用量為0.6 g，PSA用量為0.08 g時，具有最佳的提取效果。研究還發(fā)現(xiàn)，由于基質效應，PSA的用量對氨基甲酸酯類農藥的回收率影響較大。周純潔等[22]將QuEChERS方法應用于蔬菜中植物生長延緩劑（矮壯素、縮節(jié)胺、丁酰肼）的檢測，并對比了不同提取劑、凈化劑對蔬菜中這3種植物生長延緩劑的提取凈化效果。

QuEChERS方法不僅被廣泛應用于蔬菜水果中農藥殘留的測定，還適用于谷物、水產(chǎn)品、肉類等農產(chǎn)品及其他樣品[23]中農藥殘留的檢測。陳京都等[24]在5 g稻谷中加入10 mL水，再用QuEChERS方法提取凈化，用液相色譜-質譜法測定樣品中12種農藥殘留量，加標回收率符合農殘分析要求。SAPOZHNIKOVA等[25]用QuEChERS方法建立了鯰魚肌肉中18種農藥以及PCB，PAHs，PBDE等多殘留分析方法。范廣宇等[26]用QuEChERS方法提取凈化，測定了魚（黃鱔、鯉魚）、蝦等高蛋白樣品中的硫丹及其代謝物硫丹硫酸鹽含量，試驗結果能達到進出口水產(chǎn)品中硫丹的檢測要求。魏月等[27]采用QuEChERS方法測定了蜂花粉中16種多環(huán)芳烴，為蜂花粉中有機污染物監(jiān)測及風險評估提供了方法，該分析方法回收率符合分析檢測要求。

對于系統(tǒng)性的試驗如農藥殘留登記試驗，檢測對象不僅是農產(chǎn)品，還有土壤、植株等，用統(tǒng)一的前處理方法處理不同種類的樣品，能減少實驗時間，提高工作效率。葛謙等[28-29]對QuEChERs前處理方法進行摸索改進，結合液相色譜-質譜檢測法，建立了小麥籽粒、植株和土壤中氯啶菌酯及吡蚜酮的檢測方法。曾凱等[30]也采用QuEChERS法測定了土壤中16種農藥殘留。QuEChERs方法的適用范圍從蔬菜水果擴展到多種農產(chǎn)品及環(huán)境樣品，為實驗室多方面多需求的工作提供了便利。

4 Qu ECh ERS前處理方法的前景展望

經(jīng)過13 a的發(fā)展，QuEChERS前處理方法作為一種簡便、快速的殘留前處理技術，被科研工作者不斷改進并拓寬其應用范圍。應用對象已從開始的含水量高的蔬菜水果，擴展到農副產(chǎn)品肉、奶、谷物、油料等，再到環(huán)境中的土壤、水、污染物等，今后還將更廣泛地應用于各個領域。目前，QuEChERS前處理方法提取劑和凈化劑比較單一，針對復雜基質的樣品，提取和凈化效果并不理想。而且由于部分農藥的不穩(wěn)定性，用QuEChERS方法處理多殘留實驗的技術還不夠成熟。在今后的研究中，新的提取劑和凈化劑將會不斷被開發(fā)[31]，不同樣品中提取劑、凈化劑、加水量的比例將會不斷完善，高靈敏度、高通量的檢測設備在不斷被研發(fā)，QuEChERS前處理方法與各種檢測設備聯(lián)用技術將日趨成熟，更好地為農藥殘留分析提供技術支持。

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Study on the Application of QuEChERSPretreatment Method in the Detection of Pesticide Residues

WANGJing
（Institute of Quality，Safety of Agro-products and Testing Technology，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Laboratory of Quality and Safety Risk Assessment for Agro-products（Taiyuan），Ministry of Agriculture，Taiyuan 030031，China）

In recent years,the quality and safety of agricultural products has been paid much attention to by the society.With the improvement of pretreatment methods and instruments,the pesticide residue detection technology is becoming more and more mature.In 2003,American scientists developed QuEChERSas apretreatment method for the detection of pesticide residues in fruits and vegetables.Thismethod isquick,easy,cheap,effective,rugged and safe.Thispaper introduced thetheory of thetraditional pretreatment method and QuEChERS pretreatment method,and pointed out the advantages of the QuEChERS pretreatment method,and summarized the improvement measures of QuEChERSpretreatment method in the four aspects of pH,purificant,water addition amount and operation method.In this paper,the application of QuEChERSpretreatment method in agricultural products and other fields in recent years was summarized,and the prospect of thismethod was alsoprospected.

QuEChERS;pretreatment;pesticide;residue

O652.1

A

1002-2481（2017）12-2051-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.36

2017-01-24

王 婧（1987-），女，山西大同人，助理研究員，主要從事農藥殘留檢測研究工作。