浅析QuEChERS方法中GC-MS/MS检测农药残留的影响因素

潘舰　高会兰　韩叶　韩寿勇

摘 要：基质效应导致仪器对待测组分的响应出现增强或抑制，影响待测物定性和定量的准确度。基质效应主要包括色素、辛辣物质、酸碱性、样品均匀性、样品与基质一致性等因素。农药的结构与稳定性也会影响定性和定量结果的准确性。在农残检验工作中应充分考虑各种因素对GC-MS/MS的影响。

关键词：基质效应；主要因素；定性；定量

Analysis of Influencing Factors on Detection of Pesticide Residues with GC-MS/MS in QuEChERS Method

PAN Jian， GAO Huilan， HAN Ye， HAN Shouyong

（Binzhou Inspection and Testing Center， Binzhou 256600， China）

Abstract： The matrix effect leads to the enhancement or inhibition of the response in the instrument with the components to be determined， which affects the accuracy of the qualitative and analysis of the substances to be measured. The main factors of matrix effect include pigment， acrid substance， acid-base property，sample uniformity， consistency of the sample with the matrix， etc. The structure and stability of pesticides will also affect the accuracy of qualitative and quantitative results. The impact of various factors on GC-MS/MS should be fully considered in the inspection of pesticide residues.

Keywords： matrix effect; main factors; qualitative; quantitative

蔬菜水果属于植物类食材，其中含有大量的纤维素、果胶类、维生素和其他微量元素。随着人们生活水平的提高，人们对蔬菜水果的品质要求日益严格。农药被广泛应用于现代农业生产中，在防治农作物病虫害、提高产品质量和产量上做出了巨大贡献，但因用药不当或违规使用农药而导致的食品安全问题也威胁着人们的健康[1]。植物源性农药残留问题已成为民众和监管部门关注的焦点。

QuEChERS方法作为农产品检测的快速前处理技术，自开发以来备受瞩目，近几年更是被广泛地应用到蔬果、食品、土壤、中藥和水的检测中[2-4]。《食品安全国家标准 植物源性食品中208种农药及其代谢物残留量的测定 气相色谱-质谱联用法》（GB 23200.113—2018）中将QuEChERS处理方法引入样品前处理，检测样品涵盖蔬菜、水果、食用菌、谷物、油料、坚果、茶叶和香辛料，充分说明QuEChERS方法更快速、简便、经济、高效、稳定和安全[5]。QuEChERS结合质谱法是较为主要的农药多残留检测手段，正逐步取代气相色谱在农残检测中的应用。目前，QuEChERS联合质谱是多残留检测的发展趋势。但植物源性食品成分复杂，经QuEChERS方法处理后依然残留部分色素、生物碱、脂类、多糖等物质，检测过程中会产生较强的基质效应。影响基质效应的因素较多，如基质种类、被分析农药的结构性质[6]。基质效应的存在严重影响了农药残留的定量分析[7]。因此，分析国标QuEChERS方法中GC-MS/MS检测的影响因素，对于检验部门有重要的意义。

1 植物色素

植物色素在植物中广泛分布，包括脂溶性的叶绿体色素和水溶性的细胞液色素，前者存在于叶绿体中，如叶绿素；后者存在于液泡中，如花青素属黄酮类物质。植物色素是基质效应的主体，容易被QuEChERS前处理提取液萃取，是对检测影响较广的因素，大体分为深色系、浅色系和无色系。深色系如茶叶、韭菜、芹菜等；浅色系如黄瓜、大白菜、胡萝卜等；无色系如番茄、花椰菜、莲藕等。色素对大部分农药的检测起到增强效应，且同种食品色素越深基质效应也会越强。QuEChERS方法处理不同程度色素时，最主要的不同是石墨化炭黑和乙二胺-N-丙基硅烷化硅胶的用量，颜色越深使用的量越大，但回收率随之降低，使用过程中应做好质量控制。

在对样品筛查时不可能用每种基质做标准曲线，为减少工作量，一般选择浅色系做基质标曲，既能体现标准物质在基质的影响下离子化的实际情况，也能减少大量色素对进样系统的污染。经大量实验数据分析，初筛的定性准确，定量的准确度也在95%以上。

2 辛辣物质

蒜、葱、韭菜类蔬菜的细胞质里含有一种含硫有机化合物；细胞壁里含有一种蒜氨酸酶。在样品破壁匀浆的过程中，会破坏细胞壁，造成含硫有机化合物和蒜氨酸酶混合在一起发生反应，生成与有机磷和有机氯农药性质相似的丙酮酸、氨基磺酸类的含硫化合物。一般的前处理方法不能有效净化这类物质，容易污染进样系统，对农药残留检测产生较强的基质干扰甚至检测器饱和，影响检测结果和检测器寿命。解决方案是在样品粉碎前，采用500 W微波加热处理样品90 s，使酶失活从而消除其基质干扰[8]，但时间不宜过长，否则待测组分容易发生分解。

3 前处理温度、分散度和氮吹

QuEChERS盐包、净化管物质中的硫酸镁等盐与水结合放热，使得样品中一些热不稳定的农药发生分解，且易团聚成块，不利于农残的有效提取。所以一般在样品中加入提取液后，振荡1 min并放入-18 ℃冰箱中保持20 min左右（视冰箱制冷效率，以明显降低样品温度但不凝固为宜），取出晃动2～3下快速加入QuEChERS盐包，旋紧离心管盖并剧烈摇晃5～6下放入冰水中。待样品降温后再涡旋振荡、高速离心，将上清液加入净化管后也应剧烈振荡5～6下放入冰水，当净化管降温后再涡旋振荡、高速离心，可显著提高提取效果。

氮吹速率对农药回收率有一定影响，以氮气吹至液面产生凹陷但不产生液滴飞溅为宜。当液体剩余不足0.5 mL时，适当降低氮气流速，残留半滴液体为近干状态，避免液体吹干而影响回收率。

4 植物pH值

食物的酸碱性是根据食物完全燃烧后产生的灰分溶于水后溶液的酸碱性进行划分，酸性食品是指食品灰分溶于水后溶液呈酸性的食物，碱性食品是指食品灰分中含有钾、钠、钙和镁等元素，溶于水后生成碱性溶液的食物。常见植物源性食品酸碱度见表1。

一般情况下农药在酸性或中性环境中比较稳定，而在碱性环境中容易分解。由表1可知，常见植物源性食品中大部分属于酸性、弱碱性及中碱性，在QuEChERS盐包提供的环境中呈现酸性，提取条件适合农药稳定；如果是检测强堿性食品建议采用乙腈-醋酸提取液，在QuEChERS盐包提供的环境中也能呈现中性或酸性，有利于农药的稳定提取。

5 检材不同部位或不同部位占比

不同品种、不同环境条件下种植的蔬菜，植株茎与叶的比例会有差异，不同部位采样，或各部位占比不同得到的基质都会有差异。一般情况下植株茎占比增加会增加纤维素的含量，从而减少色素、多糖、脂类占比，使基质效应减弱；反之则会增强。蔬菜、水果不同品种产生的基质效应也有所不同，如四月慢、上海青都是小油菜，但颜色形状各有差异；青州蜜、水蜜桃都是桃，但颜色、水分、糖分都有较大差异。在制备基质标准物质曲线时，选取基质样品应品种相同或相近，且尽可能接近检材的各部位占比。

6 甲胺磷、氧乐果等平面结构农药

甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧乐果和乐果在国家标准中限量要求低，对定量结果的准确性要求很高。《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》（GB 2763—2021）规定，甲胺磷在水果、蔬菜（除萝卜0.1 mg·kg^-1）中限量0.05 mg·kg^-1；乙酰甲胺磷在水果、蔬菜中限量0.02 mg·kg^-1；氧乐果在水果、蔬菜中限量0.02 mg·kg^-1；乐果在水果、蔬菜（除皱叶甘蓝和甘薯0.05 mg·kg^-1）中限量0.01 mg·kg^-1。多次实验发现同样条件下新的色谱柱峰形几乎没有拖尾，随着进样次数的增加拖尾现象也逐渐加重，主要是色谱柱进样口端在载气中氧或者样品中含氧物质的作用下，活性位点容易失活，造成各种物质脱附过程不稳定，导致色谱峰拖尾，而甲胺磷等平面结构的化合物尤为明显，适当地截去色谱柱两端尤其是进样口端能明显改善拖尾。利用基质配制标准溶液在改善这几种物质的峰形时十分显著，因为基质中大量不易挥发的物质可与进样口端活性位点结合，使得目标物进入色谱柱活性强的位置，吸附解附过程平衡稳定，从而产生尖锐平滑的色谱峰，容易积分使得定量也准确。

7 甲拌磷、倍硫磷等农药的稳定性

甲拌磷、倍硫磷在植物源性食品中易氧化成亚砜和砜，随时间增加产生的氧化物也会增加，经折算后以甲拌磷、倍硫磷计的总量不变，但亚砜和砜在GC-MS/MS上的响应值比原物质低几个数量级，容易导致定量不准确。由于这两种农药限量值非常低，甲拌磷在水果、蔬菜中限量为0.01 mg·kg^-1，倍硫磷在水果、蔬菜（除结球甘蓝、樱桃限量2 mg·kg^-1，橄榄1 mg·kg^-1）中限量为0.05 mg·kg^-1，为了定量的准确性应尽量降低氧化程度，避免反复冷冻解冻样品，并在低温避光的条件下尽快检测。

8 同分异构体间的相互转化

同分异构体是指具有相同分子式的分子，各原子间的化学键相同，但原子排列却不同的一类物质。部分同分异构体有着相同或相似的化学性质，其在离子源作用下产生的离子质荷比相同，经常在质谱检测中难以区分。在检测菊酯类、苯醚甲环唑等农药时，由于同分异构体的存在会检测出多个色谱峰，如果分组处理会增加工作量，把同分异构体间无杂质峰的多个峰积分成一个面积，以此浓度跟面积的线性关系定量待测样品，经实验检测与分组定量结果基本一致。存在同分异构体的菊酯类农药，随着时间的变化各同分异构体浓度和响应也会变化，但浓度总和几乎没有变化，以面积总和计算浓度的情况下可以忽略相互转化的影响。

9 结语

农药残留检测经常遇到成分复杂、低检出限、低限量值的情况，在利用QuEChERS便捷的前处理和GC-MS/MS高灵敏度时，应综合考虑色素、辛辣物质、前处理控制、pH值、采样合理性和农药特性等因素，做到有效地提取和降低基质干扰，才能准确定性和定量。

参考文献

[1]卢熠川，王灵芝.气质联用仪在农药残留检测中的应用研究[J].警戒线，2020（13）：5-6.

[2]谢景丽，李凌云，刘新艳，等.改进的QuEChERS-液相色谱串联质谱法快速测定中草药中147种农药残留[J].农产品质量与安全，2016（2）：65-69.

[3]曹小云，陈树干，曾楚莹，等.QuEChERS-分散液液微萃取/气相色谱-串联质谱法高通量快速检测蔬果中152种农药残留[J].分析测试学报，2019，38（8）：920-930.

[4]蔡霖，席普宇，谢晴，等.QuEChERS方法联合HPLC-MS/MS和GC-MS测定土壤中110种农药残留[J].农业环境科学学报，2017，36（8）：1680-1688.

[5]司露露，梁杨琳，吕春秋，等.QuEChERS-气相色谱-串联质谱法和高效液相色谱-串联质谱法快速检测蔬菜中267种香港规例中的农药残留量[J].食品安全质量检测学报，2021，12（1）：122-136.

[6]韩梅，侯雪，邱世婷，等.QuEChERS-气相色谱-串联质谱法测定蔬菜中48种农药残留[J].中国测试，2020，46（5）：65-71.

[7]屠雨晨，陈欣慰，黄芳，等.30种农药残留在葡萄柚和三红柚中基质效应的比较[J].农业科学研究，2021，42（4）：17-22.

[8]高会兰，潘舰，韩叶，等.基于保留指数原理结合气相色谱-三重四极杆质谱法快速筛查蔬菜中农药残留的方法研究[J].食品安全质量检测学报，2021，12（2）：822-826.