食品中农兽药残留检测样品前处理方法

邓龙，周思，黄佳佳，曾上敏，张静文

1. 广东食品药品职业学院（广州 510520）；2. 广州市疾病预防控制中心（广州 510440）

近年来，食品安全事件频频出现，特别是违禁农药及兽药的使用屡禁不止，超标使用农兽药的情况时有发生。尽管检测技术的发展日新月异，检测手段也在不断提高，但在实际检测中，基体干扰等原因造成的假阳性和漏检现象十分常见，这些成为了制约食品安全检测技术发展的瓶颈问题。文章结合液液萃取、固液萃取、固相萃取等技术，从气相体系、液相体系和固相体系三个方面对食品中农药、兽药残留快速检测技术的样品前处理方法进行综述。

1 气相体系中的目标物

气相体系中的目标物包括样品本身以气态形式存在，或者液、固态基体中的易挥发成分。一般而言，样品前处理的重点在于如何快速有效地将目标物从复杂的样品基体中分离出来。对于易挥发的目标物而言，由于其特殊的性质，可以较容易地实现与样品基体的分离，从而解决样品前处理过程中的关键性问题。在农兽药残的检测中，易挥发的目标物最具针对性的样品前处理方法是顶空萃取技术。

顶空萃取过程中装置不直接与基体接触，可以实现目标物与基体物质的有效分离，减少基体对测定过程的干扰，适合于食品中易挥发、半挥发的农兽药残的检测。顶空萃取分为静态顶空萃取（S-HS）、动态顶空萃取（D-HS）和高浓度容量顶空萃取（HCCHS）三种。

1.1 传统顶空技术

传统顶空技术包括静态顶空萃取和动态顶空萃取两种。静态顶空操作方便，流路相对简单，在气相色谱的样品前处理过程中十分常见[1-2]。但样品在两相中的分布完全取决于样品本身的挥发性，当目标物挥发性不强或浓度过低时，目标物的测定会难以进行，需要进一步完善[3]。动态顶空萃取，又名吹扫捕集萃取，它通过气体的吹扫作用，使凝固相中的待测物不断地逸出，并在捕集管内富集，有利于实现对低浓度待测物的检测[4]。

1.2 高浓度容量顶空技术

近年来，高浓度容量顶空技术作为新型的顶空萃取技术发展迅速。高浓度顶空萃取技术又称为吸附萃取法，包括顶空固相微萃取（HS-SPME）、顶空搅拌吸附萃取（HS-SBSE）、顶空液相微萃取（HSLPME）和大表面积顶空采样技术（HCC-HS）[5-6]等。与传统顶空萃取方法相比，高浓度容量顶空技术操作简单，其中HS-SPME方法可直接将萃取头插入进样口，在普通的气相色谱仪上即可完成解吸与检测。如Lopez等[7]采用HS-SPME结合GC-ECD方法检测人血清中的有机氯农药和多氯联苯，最低检测限可达1 ng/L，整个操作过程只需50 min。相比于HS-SPME方法，HS-SBSE则还需要一个额外的热解吸过程，但较大的萃取量使HS-SBSE方法灵敏度更高[8]。HS-LPME方法需要选用挥发性弱的溶剂以保证液滴的稳定性，可选的溶剂种类有限，很大程度上限制了方法的使用。

2 液相体系中的目标物

液相体系中目标物包括样品本身为液态和样品经过均质、绞碎等处理过程后目标物进入溶液内两种情况。根据方法原理可分为液相萃取和吸附萃取两种。常用的方法有液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE）。近年来，液态体系中目标物的前处理正朝着无溶剂化和小型化方向发展，出现了微液相萃取、液相微萃取、微固相微萃取、固相微萃取和搅拌棒吸附萃取等方法。

2.1 液相萃取

液相萃取依据目标物在不同溶剂体系中溶解性质的差异，包括液液萃取及液相微萃取。液液萃取作为一种传统的萃取方法使用非常广泛，如一步萃取法[9]、液液萃取-体温纯化技术[10]、柱内液液萃取[11]等。但它溶剂消耗量大，易出现乳化现象，操作过程冗长，不适合大量样品的前处理分析。微液相萃取法一定程度上克服了溶剂消耗量大的不足，但易乳化、耗时的问题仍没得到有效解决。

为了进一步克服液液萃取中溶剂消耗量大等问题，在液液萃取的基础上发展出了多种液相微萃取技术，常见形式有单滴液相萃取（SDE）、膜支撑液相微萃取（MASE）和分散液液微萃取（DLLME）。

单滴液相微萃取法使用装置简单，集萃取、净化、浓缩、预分离于一体，具有高效、快速、灵敏等优点。在萃取过程中，微液滴的形成至关重要，常用的溶剂有乙酸辛酯、异戊醇和乙二醇。SDE最大的弊端在于液滴的不稳定性导致萃取重现性较差。此外，可选溶剂种类有限，萃取较为费时。膜支撑液相微萃取是基于膜对样品各组分选择渗透性能的差异建立的分离方法[12]，包括中空纤维膜（HF-LPME）、微孔膜（MMLLE）、扁平膜（SLME）等。膜支撑液相微萃取方法克服了SDE中有机液滴不稳定、容易脱落和乳化等问题，样品需求量小，富集倍数高，容易实现在线检测[5]。但需针对不同的目标物建立相应的萃取方法，且膜在反复使用容易产生记忆效应，影响测试结果的准确性，普适性不强。分散液液萃取方法是在浊点萃取和均质液液萃取的基础上发展起来的[13]，它克服了LPME方法中萃取剂与样品接触面积有限，不能达到最大富集效果的不足，具有操作简单、平衡迅速、回收率高、富集倍数大、成本低等优点，已被成功用于液态样品中杀虫剂[14]、杀菌剂[15]、除草剂[16]等药物残留的检测中，但其重现性和基体耐受性较差。

2.2 吸附剂萃取

常用的吸附萃取方法有固相萃取、微固相萃取、固相微萃取和搅拌棒吸附萃取。固相萃取（SPE）作为传统的吸附萃取技术适用范围广，可供选择的吸附剂种类繁多，从非极性的C18、离子交换材料到免疫吸附材料等皆可使用。随后又出现了分子印迹材料[17]、碳纳米管复合材料[18]、磁性材料[19]等新型材料。方法的不足之处在于样品和溶剂的消耗量大，测试中成本较高。微固相萃取的出现很大程度上克服了SPE的不足，具有微孔板、注射器、移液管等多种载体形式，其中微孔板形式已实现商品化。总的来说，微固相萃取可用于定量分析，具有快速可靠的特点，但是富集倍数还不够高。

固相微萃取技术克服了SPE需要使用柱填充物和使用溶剂进行洗脱的不足，在食品安检中农药残留如拟除虫菊酯、氨基甲酸酯类、苯基脲类[20]等，兽药残留如磺胺类[21]、四环素类[22]等的检测中应用较多。但是石英纤维脆弱，易出现断裂、涂层脱落等问题，且主要针对非极性和挥发性的分析物，适用范围有限；同时可获得的商业化固定相种类少，价格偏高。搅拌棒吸附萃取（SBSE）的萃取量大，相比于SPME具有更高的灵敏度和更好的回收率。此外，SBSE的涂层比SPME的纤维涂层更加稳定，适用于原位分析。但该方法需要手动操作将搅拌棒从溶液中取出，同时需要一个额外的解吸过程，操作比较复杂。同时，吸附量更大，要求更长的平衡时间和解吸时间，解吸后还可能需要对样品重浓缩后进样。SBSE在食品中的农药如有机磷类、氨基甲酸酯类等[23]，兽药如磺胺类[24]、咪唑类[25]的检测中均有报道。

使用SPME和SBSE方法能否获得较好的萃取效果，取决于样品在固定相和溶液中的分布，有文献报道可将目标物在固定相和溶液中的分配系数类似拟合成目标物在辛醇-水体系中的分配系数（KO/W）用于判断样品在两相的分布情况，同时，吸附平衡还需考虑涂层的厚度[26]，这为样品前处理方法的选择提供了依据。

3 固相体系中的目标物

一般而言，存在于固态样品中的目标物与基体结合十分紧密，需要通过彻底的提取过程将目标物从基体中释放出来。常用方法有固液萃取（SLE）、索氏萃取（SE）、加速溶剂萃取（ASE）、微波辅助萃取（MAE）、超声辅助萃取（SAE）、超临界萃取（SFE）和基质固相分散（MSPD）。

3.1 传统萃取技术

作为传统的萃取技术，固液萃取和索氏萃取仍在挥发性弱的目标物处理中广泛使用，具有仪器设备简单、操作容易、成本低、可处理样品量大、受基体限制小等优点，同时过程中需要优化的条件少，容易控制。但它的溶剂消耗量大、操作费时、检测前需要浓缩。一般而言，在样品种类不多，目标物性质稳定，处理时间比较充足时，索氏萃取仍不失为一个不错的选择[27]。此外，索氏萃取与其他技术相结合亦可取得不错的效果。如Prados-Rosales等[28]建立了葵花籽中有机氯农药的微波辅助-索氏萃取法，利用微波加热，快速便捷，将萃取时间缩短到45 min，获得了理想的回收率。

3.2 场辅助萃取

常见的场辅助萃取有微波辅助萃取、超声辅助萃取、加速溶剂萃取和超临界流体萃取。在微波场的作用下，极性分子偶极不断变化，产生大量的热，加速溶剂在样品中迅速渗透。超声则是利用场的空化作用加速破坏样品的表面，将样品组织迅速破壁将待测物从释放出来，一般在室温下进行，适合于热不稳定化合物的萃取。微波辅助萃取和超声辅助萃取均具有简单快速、溶剂用量少、可批量处理等优点，但在萃取完成后需要手动操作将含萃取物的溶液与基体分开。加速溶剂萃取通过高温高压场提高萃取效率实现对样品的快速处理，整个萃取过程在密封体系内完成，有效减少了有害物质对环境的影响，易于实现自动化。ASE不适合热不稳定化合物的提取，得到的提取液需要进一步净化。压力场作用下的临界流体扩散系数高、黏度低、溶解能力强，超临界流体萃取利用这一性质实现样品中目标物的快速提取。提取剂常态下为气体，极易实现目标物的分离。方法溶剂用量少，快速高效，易实现自动化，但高成本限制了方法的广泛使用。场辅助萃取在粮食、果蔬、肉类、饮料等[29]食品的安检中应用广泛。

3.3 基质固相分散

基质固相分散技术（MSPD，matrix solid-phase dispersion）是在SPE方法基础上进行改进得到的一种新的样品前处理方法，集样品的均质化、提取、分离、净化于一体，有效地减少了处理过程中的目标物损失。相比于传统的固相萃取方法，具有简单快速、样品需求量小、溶剂用量少的特点，适合于固态或半固态样品中的目标物分析，在液态样品的分析中也有使用。自Barker等与1989年首次提出后，MSPD方法在生物样品的药物残留分析中得到了广泛的应用[30]。

4 结语与展望

样品前处理方法种类繁多，每种方法都有各自的优缺点和适用范围，并不存在普遍适用于任何样品和检测方法的样品前处理技术，这就需要研究人员根据不同的检测要求建立相应的处理方法。一般在选择时，需要考虑待测物性质、样品基体、分离方法、样品后续分析等多个方面。此外，还需要考虑操作成本、方法的复杂程度、溶剂用量、自动化程度、可测样品量等。

快速、简便、经济是快速检测方法的优势所在，选择的样品前处理方法须要与这些特点相适应。快检方法多用于初筛检测，处理过程无需如色谱方法般精细，能消除基体中干扰物质的影响即可。在常见的样品前处理技术中，场辅助萃取技术、超临界流体萃取技术、动态顶空萃取需要借助于特定的仪器，而索氏萃取、搅拌棒吸附萃取、静态顶空等需时较长，均不符合快速检测简便、快速的初衷。液液萃取、固液萃取、固相微萃取、液相微萃取、基质固相分散、分散液液微萃取、膜支持液相微萃取等方法可有效除去基体干扰物或富集目标物，实现两者的分离，同时方法装置简单，实时检测中可操作性强，能较好地满足食品安全快速检测方法中样前处理的需求。