QuEChERS法在果蔬食品农残检测中的优化改进研究

杨洋，田黎

(贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州 贵阳550001)

QuEChERS法在果蔬食品农残检测中的优化改进研究

杨洋，田黎

(贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州 贵阳550001)

在文献调研的基础上，阐述了传统QuEChERS前处理方法的基本步骤和特点，果蔬食品农残检测中QuEChERS方法在取样、提取、净化及检测步骤的优化改进研究，对其发展趋势作一展望.

QuEChERS法；果蔬；农药残留；优化改进

农药残留(pesticide residues)是指农药施用后残存于农产品、生物体和环境中的微量农药以及农药的代谢物、降解物和有毒杂质等所有衍生物的总称[1].由于农药的种类繁多、化学结构和性质各异、样品基质复杂、痕量残留等特点使得农药残留的检测成为国内外重点研究课题之一.

我国是水果和蔬菜产销大国，果蔬食品中的农药残留检测是避免人体健康受害、环境污染以及贸易壁垒等问题出现的重要手段.样品农残前处理主要包括提取、净化、浓缩，占整个检测分析2/3的时间且大部分的误差来源于此，是农残分析检测的关键，因此发展快速、安全、灵敏、可靠以及无污染的农残检测前处理技术是保障果蔬食品质量安全的重要基础.QuEChERS方法就是集快速(Quick)、简单(Easy)、低廉(Cheap)、有效(Effective)、稳定(Rugged)和安全(Safe)为一体的农残检测前处理技术，该方法目前在国内外广泛应用.通过文献调研，了解传统QuEChERS前处理方法的基本步骤和特点，重点研究果蔬食品农残检测中QuEChERS方法在取样、提取、净化及检测步骤的优化改进，并对其发展趋势作一展望.

1 简述QuEChERS方法

1.1 QuEChERS法

2003年，美国农业部Anastassiades M等人开发了一种基于固相萃取和基质固相分散技术的预处理方法，该方法快速、简便 、价格低廉、稳定安全，实现了高质量的农药多残留物分析，称为 QuEChERS法[2].其基本操作步骤如下：(1)取样：称取10 g匀质样品于50 mL聚氟乙烯离心管；(2)提取：样品中加入10 mL乙腈，浸提，再依次加入1 g氯化钠(NaCl)和4 g无水硫酸镁(无水MgSO4)，振摇混匀1 min，盐析离心分层；(3)净化：移取分层后的上清液1 mL至含有150 mg无水MgSO4和25 mgPSA(乙二胺-N-丙基硅烷吸附剂)的离心管中，混匀1 min，离心分层，进行分散固相萃取净化；(4)检测：净化后的上清液直接用气相色谱-质谱(GC-MS)或液相色谱-质谱(LC-MS)进行农药多残留分析.其中，利用单一溶剂乙腈进行浸提， NaCl和无水MgSO4促使其盐析分层，无水MgSO4除水的同时产热使萃取温度适宜，加入PSA利于除去提取液中的脂肪酸、糖类和某些极性亲脂性色素等.

1.2 QuEChERS方法的特点

QuEChERS方法相对于其他常用前处理技术，如固相萃取(SPE)、凝胶渗透色谱法(GPC)、超临界流体萃取(SFE)等，与检测仪器结合分析的优势在于[3-4]：(1)能同时检测超过200多种农药，同时包括含脂肪的介质体系；(2)对于大多数的农药，包括极性、易挥发和一些难分析的农药，使用该方法的加标回收率都大于85%；(3)采用内标法进行校正，有较高的精密度和准确度；(4)分析时间短，每1h可处理30～40个预先称重的样品，使分析效率大大的提高；(5)溶剂使用量少，价格低廉，不使用含氯化物溶剂，对环境造成的污染小，并且乙腈加到容器后立即密封，降低了分析人员的危险；(6)整个过程所需要的器具和设备都非常简单，主要使用离心试管和离心机，无需添置大型设备和大量玻璃器皿，所需的空间也小；(7)操作简单，无需良好训练和较高技能便可很好的完成；(8)方法严格,在净化过程中有机酸均被除去，对检测仪器的影响较小.

但是，QuEChERS法最初的设计是用于高含水量的水果和蔬菜的样品前处理，对于含水量低的或者脂肪含量高的其他果蔬样品，仍具有样品净化效果不理想、农药提取效率较低、净化过程中损失大等缺点[5].

2 QuEChERS方法的优化改进

QuEChERS方法经过10多年的发展，国内外研究学者在果蔬食品农残检测中对该法进行了优化改进，将其发展成为了一种可根据基质特点和待测物性质自由组合的多农残检测模板，能同时对绝大多数农药达到较高质量的分析方法.QuEChERS方法在果蔬农残检测中的优化改进主要体现在取样、提取、净化、检测步骤上.其中提取与净化是农残检测前处理中的重要步骤.

2.1 果蔬取样

传统的QuEChERS方法是一种针对高含水量果蔬农药多残留检测的前处理方法，对于含水量低的样品，调整取样量或添加一定量的水，以确保充分提取果蔬中的待测组分.果蔬食品农残检测前处理时，样品取样量与添加水量一般原则[6]是：含水量大于80%时取样量为10 g；含水量25%～80%的蔬菜和水果，添加水的量为样品质量(通常取10 g)减去其本身的含水量，以土豆为例，按含水量为70%计算，则其添加水量应为3 g(10 g-10 g×70%)；含水量低于25%的果蔬，如干果，取样量为5 g，添加水量为7.5 g(水可在基质粉碎前添加).同时，对有些样品基质的取样也需特殊处理，比如高脂肪含量的样品需过夜冷冻，大蒜、洋葱及韭菜等含硫化物的样品可以在微波炉中加热几秒钟后再称取.因此，不同的样品基质，取样量和处理并不固定，需根据实验条件适当调整，以确保满足实验要求.

2.2 提取

提取是采用适当的提取溶剂和方法将残留在样品中的农药(待测组分)溶解分离出来.起初的QuEChERS方法的提取过程是在样品中加入单一提取溶剂乙腈进行浸提，然后加入NaCl和无水MgSO4进行盐析离心分层，得到的上清液以供净化后进行测定.Anastassiades[7]等考察了不同溶剂的提取效果，发现用乙腈提取后，仍会有相当一部分水残留在有机相中.但是通过加入吸水剂和盐析剂，盐析离心分层可将残留的水分除去，确保了净化后测定的准确度和精密度.乙腈作为该方法的常用提取溶剂，可同时提取多种农药残留物，对干扰物油脂和色素提取较少，而且操作简单.

在对较为复杂的基质及酸碱不稳定的农药进行处理时，为了获得更好的回收率，需根据基质和待测物性质对提取溶剂进行筛选或添加缓冲液作为保护剂，研究人员通过利用醋酸、柠檬酸、乙酸乙酯等溶液对传统QuEChERS法的提取步骤进行优化改进.2003年，Mastovská等[8]采用传统QuEChERS方法对生菜、柑橘及其他几种基质中的235种农药残留进行检测，发现在酸性的柑橘基质中，对酸敏感的农药如吡蚜酮回收率很低，而对碱敏感的农药如克菌丹、易菌灵等在非酸性基质中都有降解.此后，Lehotay等[9]人研究了QuEChERS法中加入缓冲液来提高某些对碱敏感的农药回收率，即采用含0.1%醋酸(HAC)的乙腈作为提取液，以无水醋酸钠(NaAC)代替NaCl作为盐析剂，借助HAC/ NaAC缓冲系统来控制水相和有机相的酸碱度，改善百菌清等农药的回收率.国内农业部胡西洲等[10]也通过此改进方法研究了蔬菜中11种有机磷农药残留分析，结果表明，农药回收率在67.7%～105.3%之间，相对标准偏差 (RSD)≤10.6%，证明该法适合蔬菜中的农药残留分析.2007年，Payá等[11]在黄瓜、柠檬、柑橘样品中，将 QuEChERS 方法改良，即在第一步提取时，添加柠檬酸钠和柠檬酸二钠作为缓冲保护剂，加入600 μL的NaOH来调节pH值，在离心后的每毫升提取液中加入150 mg无水MgSO4、25 mg PSA，提取液中加入10μL5%甲酸(作为萃取物的稳定剂)进行再酸化，然后分别进行GC-MS/MS、LC-MS/MS 分析.结果证明，平均回收率为 70%～110%，RSD≤10%，加入柠檬酸盐，建立缓冲体系对某些酸碱敏感的农药的分离有良好的作用.通过缓冲盐体系的加入对提取步骤进行优化改进，目前已有相应的标准方法，比如加入醋酸盐缓冲体系的美国官方分析方法 “AOAC Official Method 2007.01”和中国农业行业标准“NY/T1380-2007”，以及采用柠檬酸盐缓冲体系的欧盟官方分析方法“European Standard EN 15662”[12-13].

总之，对传统QuEChERS方法的提取步骤优化改进主要是为了有效提取易受pH影响的待测物，尽可能减少碱性或酸性不稳定农药的降解，以及拓展可使用此方法的基质种类的范围.

2.3 净化

净化是将提取后的待测组分与干扰杂质分离，其中的关键是选取除去干扰物质的净化材料.常用的净化材料[4,6,14]包括：原方法中PSA吸附剂，它能除去许多极性基质成分，如脂肪酸、糖类和某些极性亲脂性色素；GCB(石墨化碳黑)多用于除去样品农残中叶绿素、类胡萝卜素等色素类杂质；C18可以除去脂肪和脂类等非极性物质干扰；碳纳米管因物理化学特性易与其他原子结合，是一种较为理想的吸附材料等等.净化材料的种类和用量根据不同样品基质干扰情况和目标待测物的性质确定，比如可通过几种吸附剂的混合使用，改善农残检测的净化效果，提高待测物质的回收率.Shen等[15]在利用QuEChERS方法处理大蒜、洋葱等特殊的复杂基质时，采用经正己烷饱和后的酸化乙腈作为提取溶剂，通过PSA/GCB/ C18净化，气相色谱-负离子化-质谱法(GC-NCI-MS)测定，结果显示，除洋葱和辣椒中的氰戊菊酯和溴氰菊酯外，其余检测物的回收率在70%～130%之间，RSD<14%.董静等[16]在检测果蔬中54种农药残留时，样品用0.1%冰醋酸-乙腈溶液提取，净化时，加入PSA/GCB/ODSC18/氨丙基粉混合型的分散固相萃取改善净化效果，结果显示，检出限在3～25 μg/kg之间，在添加含量0.05～1.0 mg/kg范围内回收率在60%～120%之间，RSD在4%～14%，达到农残检测的要求.Zhao等[17]采用QuEChERS方法检测蔬菜和水果中的农药残留时，用多壁碳纳米管替代 PSA作为净化材料，结合GC-MS分析，结果显示，30种农药的回收率在71%～110%，RSD<15%.

QuEChERS方法与其他前处理技术联用，比如分散液相微萃取(DLLME)、凝胶渗透色谱法(GPC)等，也可改善净化效果.Melo等[18]在检测番茄中30种农药残留时，用乙腈萃取，NaCl和无水MgSO4盐析离心分层，结合DLLME，省去净化过程，应用GC-MS进行检测，结果显示，除烯菌酮和噻虫嗪的回收率为61.6%、58.9%外，其余28种农药的回收率在70%～120%之间，RSD≤20%，检测限为0.0027～0.25 mg/kg，定量限为0.0089～0.84 mg/kg.卢大胜等[19]检测果蔬中的25种农药残留，采用QuEChERS方法联合GPC-GC/MS，在黄瓜基质加标样品中，按照QuEChERS法处理两份样品，一份采用GPC-GC/MS分析农药残留，另一份直接用GC/MS分析.结果证明，GPC能很好地除去样品基质中潜在的如油脂、生物碱、聚合物等干扰物质，使得GPC-GC/MS能改善由于基质干扰导致的GC/MS灵敏度差、定性和定量不准确等问题，同时也降低了仪器的维护成本.

2.4 检测

除了在样品取样处理、提取和净化过程上对原QuEChERS法进行优化改进，国内外研究人员在检测过程中也通过提取液浓缩、不同高效检测仪器联用等手段提高该方法的处理效果，扩宽在农残检测中的处理范围.Furlani等[20]应用GC-ECD测定甘蔗汁中的7种常见农药残留，在净化过程中上清液将原方法中的移取1 mL改为4 mL，用0.2 gPSA和 0.6 g无水MgSO4净化，离心后取2 mL上清液，氮气吹至近干，溶于500 μL甲苯后分析检测.结果表明，在添加水平为0.05～2.0 mg/L范围内线性关系良好，相关系数大于0.995，回收率为62.9%～107.5%，RSD为3.7%～9.3%.夏鸣等[21]在GC-MS/MS同时检测圆葱、辣根中122种农药残留时，优化改进了QuEChERS方法，用40 mL乙酸乙酯∶正己烷饱和的乙腈(15∶85,V∶V)加入5.0 g醋酸钠和1%冰乙酸的混合试剂作为提取液，超声40 min，提取后的上清液经PSA/GCB净化后，于40℃真空快速浓缩近干，浓缩液用1.0 mL乙酸乙酯定容、涡混，离心，上清液过0.45 μm微孔滤膜，供GC-MS/MS测定.结果显示，本方法的最低检出限范围在0.000625～0.05 mg/kg，122种农药在圆葱、辣根中的回收率范围为60.0%～130.6%，RSD为3.7%～29.8%.

另外，高灵敏度的色谱-质谱检测仪器可以允许提取液有更低的样品浓度，高选择性的色谱-质谱检测仪器更能忽略与目标物同时出峰的杂质的干扰.因此，QuEChERS法的优化改进可以通过与高效检测仪器的联用实现[22].

3 QuEChERS法的前景展望

纵观QuEChERS法在果蔬农残检测中的优化改进，不难发现，一方面，由于样品基质和待测物各异，通过改变提取溶剂、添加缓冲液、调整不同吸附剂以及联用高效的检测仪器等手段在不同步骤对QuEChERS法进行优化改进，可以提高农残回收率，达到检测的目的.QuEChERS法已发展成为了一种可根据基质特点和待测物性质自由组合的多农残检测模板.虽然QuEChERS法最初是检测果蔬中的农药残留，但目前，该法在新领域得到了广泛运用，比如环境样品农药残留检测[23]、农产品兽药检测[24]及生物样品农药检测[25]等等.另一方面，为了QuEChERS法进一步成熟，还需不断优化改进，比如GCB的使用会降低部分农药的回收率，能否有更适合的净化材料或方法除去色素的干扰，提取溶剂或缓冲液是否适配不同检测仪器等等.可以预见，随着社会的需求和科技的进步，QuEChERS方法在农药残留分析中的应用必将越来越成熟，适用范围也必将越来越广泛.

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【责任编辑：徐明忠】

Optimization improvement of QuEChERS method in the detection of pesticide residues in fruits and vegetables

YANG Yang,TIAN Li

(Geography and Environmental Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001,China)

This paper describes the pretreatment methods of basic steps and characteristics for traditional QuEChERS, as well as optimization improvement study for QuEChERS method in the detection of pesticide residues in fruits and vegetables, including sampling, extraction, purification and optimize the detection step, and for a prospect of its development trend.

QuEChERS; fruits and vegetables; pesticide residues; optimization improvement

2014-09-20

杨洋(1990-)，女，侗族，贵州遵义市人，贵州师范大学硕士研究生，主要从事喀斯特环境和环境化学的研究.

O652

A

1672-3600(2015)03-0066-04