苹果中农药残留检测不同前处理技术的比较

王 璐 张 健 袁嘉玮 田时敏 张鹏飞 王爱玲 梁哲军

（山西农业大学棉花研究所，运城 044000）

自农药被广泛应用于农业生产以来，为保障粮食供应发挥了重要的作用。随着农药登记制度不断完善，产品质量显著提高，我国农药产业已经进入较成熟的发展阶段，但农药不合理使用导致的药物残留问题已成为制约现代农业产业化发展的重要原因。我国是苹果种植和消费大国，随着苹果种植面积的增加和种植方式的改变，为应对逐渐加重的病虫害，超剂量施用高毒、高残留农药屡见报道[1]。残留的农药进入生态环境中随着迁移、降解造成环境污染等负面影响，而长期食用农药残留超标的苹果，会导致人体免疫力下降，引发急慢性中毒，其代谢产物、降解物通过细胞介导对人体具有致癌性，严重威胁人类身体健康[2]。

因此，在合理使用农药的同时，通过检测农药残留来判别农作物安全与否必不可少。其中，气相色谱法是农药残留检测中较为常用的方法，而前处理技术是气相色谱分析测定中必不可少的一部分。目前前处理技术具有便捷、环保、节省试剂等优点，同时也有着制约检测效率、准确度不稳定等缺点，所以明确各种前处理技术的原理及优缺点，不但对选择合适的前处理技术非常重要，而且对下一步相关技术的改进创新具有一定的指导意义。

1 气相色谱法（GC）及前处理技术的特点

气相色谱法(GC)对分析样品的要求较高，气体、液体或固体样本采集后大多必须经过一定的前处理以后才能进行相关的分析测定[3]。农药残留量分析属于痕量分析，需要提高检测方法的灵敏度，适合的样品前处理技术不仅可以减小对色谱柱和检测器的污染，而且直接关系到检测的效率和准确度[4]。不合适的前处理技术不但无法有效去除基质干扰，还会造成仪器的损耗。所以分析工作者也一直致力于省时、节省溶剂、环保、微型化和自动化的样品前处理技术的研究[5]。

2 气相色谱法检测苹果中农药残留前处理技术的应用

2.1 固相萃取（SPE）

SPE是由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来的，通过吸附、离子交换等方法将被测物质保留在固相萃取材料上，再选用适当强度溶剂冲去杂质，少量溶剂将被测物质洗脱下来，实现了被测物质的分离净化和富集浓缩，SPE技术操作简单省力，可以实现自动化批量处理及与其它分析仪器联用[3,6]。

SPE前处理一般多使用乙腈、丙酮等提取，然后用固相萃取柱净化，固相萃取的材料填充在萃取小柱中[7]，目前有活性炭SPE小柱、Al2O3SPE小柱、弗罗里硅土SPE小柱、GCB/NH2SPE小柱等，其中弗罗里硅土SPE小柱因价格低廉、操作简便、净化时间短、稳定性及重现性好等优点使用较为广泛[8]。曲栗等[9]在测定苹果等11种食品中的拟除虫菊酯类残留中使用丙酮和正己烷混合提取，提取溶液后颜色较深，采用了去色效果较好的活性炭小柱进行净化，更好地实现了目标物和色素的分离及净化。

2.2 固相微萃取（SPME）

SPME是集取样、萃取、预浓缩为一体的绿色无溶剂萃取技术，以固相萃取为基础，可活体取样，无需溶剂，能在分析系统直接脱附，排除了需要柱填充物和使用有机溶剂进行解吸的缺点[10-11]。固相微萃取工作流程分为萃取过程和解吸过程，将覆有萃取材料的涂层纤维插入样品中，让其在被测物质中进行吸附和反应，然后热解吸涂层纤维上吸附的物质，后导入色谱柱，完成提取分离和浓缩[12]。萃取涂层起着十分重要的作用，涂层的极性、厚度、耐溶剂性等特性对被测物质的富集与分析有很大影响，在提高灵敏度方面也具有决定性作用[6,13]。

虞游毅等[14]在测定中选用了65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（PDMS/DVB）等4种涂层萃取纤维头，优化萃取头、萃取温度、萃取时间等条件，结合气相色谱质谱联用法进行检测，结果表明在65 μm PDMS/DVB萃取头，50℃下萃取50 min等条件下4种有机氯农药呈现良好的线性关系，回收率为83.3%～93.4%。该方法在满足检测要求的同时，减少有机溶剂的使用，简化缩短了操作步骤和时间，拓展了SPME技术的应用范围。

2.3 分散固相萃取（DSPE）及QuEChERS法

DSPE即吸附剂在样品溶液中分散，通过增加样品和吸附剂的接触面，两者相互作用不断加剧，去除萃取液中的干扰物质达到净化目的，当前与该方法结合应用最广泛的是QuEChERS方法[15-17]。QuEChERS法利用吸附剂填料与基质中杂质的相互作用，从而达到净化的目的[18]。

QuEChERS法操作过程样品使用乙腈提取，然后盐析离心分层，最后依据分散固相萃取原理进行萃取净化[19]。常用吸附剂有N-丙基乙二胺（PSA）、C18和石墨化碳黑（GCB），其中 PSA具有极强的离子交换能力，吸附脂肪酸、糖类等干扰物效果好；C18对脂类等干扰物能有效去除；GCB由于特殊的化学结构，可以吸附色素、甾醇等干扰物[20]。近年来研究者也不断在QuEChERS法的提取溶剂、分散固相萃取中吸附剂的选择等方面进行改进[21]。

徐国锋等[22]在测定苹果中有机磷农药中样品用乙腈提取，经氯化钠盐析，C18填料和无水硫酸镁分散固相萃取净化，结合气相色谱FPD检测器检测，不同加标水平下31种有机磷农药的回收率为81.7%～120.7%。氯化钠可以更好地调节极性、减少极性杂质的干扰；而MgSO4的主要作用是吸附样品中多余的水分[23]。陈姣姣等[24]研究发现，在以往的检测中固相萃取柱净化的方法溶剂消耗大，处理步骤较为繁琐，故在检测中采用GCB净化吸附，改进的QuEChERS前处理方法能够提高检测效率，且溶剂用量少，检测的准确度和精密度等符合要求，实际应用价值高。

2.4 加速溶剂萃取(ASE)

ASE是在提高温度 (50～200℃)和压力(10.3～20.6 MPa)条件下，将未及临界点的液体作为萃取溶剂，增强溶剂的溶解能力和溶质扩散效率，从而提高有机溶剂对固体或半固体样品的萃取效率的一种萃取方法。ASE萃取的整个操作处于密闭系统，减少溶剂挥发对环境的污染，与环境的相容性好。高萃取量、自动化和低溶剂消耗使得ASE成为最具潜力、选择性强的萃取技术[25-27]。

欧阳运富等[28]研究发现，经二氯甲烷-丙酮加速溶剂提取，活性炭柱-氨基柱串联净化，样品在3个添加水平下的回收率为70.5%～107.5%，萃取过程省时、省试剂，定量更容易且提取效果好。

2.5 凝胶渗透色谱(GPC)

GPC是根据溶质分子的大小、洗脱量取决于物理参数的差异、与样品无关的特点而进行分离的技术，通过多孔性凝胶固定相，样品中的大分子先洗脱出，随后洗脱出小分子。具有对流动相的要求低，相对稳定、分析速度快、重现性高、回收率高等优点[29]。

封利会等[30]采用QuEChERS方法和在线凝胶渗透色谱对样品进行前处理，结合气相色谱串联质谱进行测定，提高了分析速度，各环节全部实现自动化。同样Dasheng Lu等[31]在测定苹果等45种果蔬中农药残留时，用改进的QuEChERS方法提取样品，通过在线凝胶渗透色谱-气相色谱-质谱仪进行分析样品中的目标农药，结果表明GPC能够有效去除基质干扰，提高了灵敏度、回收率。

2.6 超声波萃取(UE)

UE是基于超声波的特殊物理性质，利用超声过程中产生的快速机械振动波来减小目标萃取物与样品基体之间的作用力[32]。超声波能对基质表面结构进行有效破坏，加速待测物在提取液中的溶解，植物细胞内的有效成分得以释放，直接进入溶剂并充分混合，从而提高目标产物的得率，提高萃取效率[33-35]。

赵红艳等[36]在检测分析中样品经超声波提取10 min，以3 000 r/min离心5 min，采用凝胶渗透色谱净化后结合气相色谱-质谱联用检测，加标回收率70.2%～105.7%。表明使用超声波萃取不但提高了萃取效率，而且操作更简便，检出率更高。

针对测定苹果农药残留中实验条件和检测样品的不同，样品前处理技术也各有特点，表1对常用的几种前处理技术进行了差异性比较，以便于更好的根据待检验样品的种类、数据分析、检测仪器等实际情况，选择合适的前处理技术应用于苹果农药残留的检测。

表1 气相色谱法检测苹果中农药残留不同前处理技术的比较

2.7 其它前处理技术

超临界流体提取(SFE)、搅拌棒吸附萃取技术（SBSE）、微波辅助萃取法（MAE）等技术，当前也较多的应用在苹果农药残留日常检测中。成本过高、样品处理步骤复杂、易损失、回收率低、精密度不理想等缺点依然是目前前处理及气相色谱技术亟待攻克的问题[39-40]。

3 展望

在食品安全问题备受重视的今天，需要检测的对象也愈发的多元与复杂，农药残留检测也面临着更为严格的标准，对前处理及气相色谱技术的发展提出了更高的要求。为加强苹果农药残留分析，制订苹果中农药残留限量标准，完善农药污染的控制措施，建立完备的适合国情的农药残留系数提供一定的数据支撑。越来越多的工作者投入到前处理和气相色谱技术的研究中，改进现有技术的不足，降低人为因素干扰造成的误差，不断提升和发展农药多残留分析技术，促进国内检测仪器的改进与研发，使我国在苹果样品的采集、提取、净化和富集等方面的差距与国外逐渐减小具有重要意义。高效、环保、误差小、高通量、自动化痕量检测等手段也必将成为主流手段在农药残留检测中得到更广泛的应用，并将促进苹果果品评价体系的完善、苹果产业的绿色发展、商业化发展，消除贸易壁垒。