基质效应对测定农产品中农药残留影响的研究进展

谭洁，韦卓才，梁善范，苏颖，黄丽，范云燕

南宁市疾病预防控制中心（南宁 530023）

随着全球气温变暖，农作物受虫、菌残害越来越严重，农药使用量增多，农药残留成了全球关注问题。农药残留检测是农产品质量安全监管的重要手段，其分析结果的准确性和可靠性是农产品质量安全的重要保障。然而在检测过程中，基质效应的存在往往使分析值偏离真值，严重影响检测结果的准确性和可靠性，因此减少或消除基质效应成为农药残留检测不可或缺的一部分。

1 基质效应的概念

欧盟农残分析质量控制规程中对基质效应的定义为样品中的一种或几种非待测组分对待测物浓度或质量测定准确度的影响[1-2]。基质效应概念最早由Erney等[3]提出，在使用气相色谱检测牛奶和乳脂中的有机磷农药时，发现农药的色谱信号受基质的影响，基质能够保护农药避免在高温进样口被吸附或分解，使得更多农药进入色谱柱，造成农药的回收率大于100%。

2 基质效应形成机制

基质效应是影响农药残留检测结果准确性和重复性的重要因素。气相色谱串联三重四极杆质谱法（GC-MS/MS）和液相色谱串联三重四极杆质谱法（LC-MS/MS）是当前应用最广、实用性最强的两种农药残留检测方法[4-6]。由于GC-MS/MS和LC-MS/MS检测分析原理不同，基质在两者上产生的效应亦不同，在GC-MS/MS中多表现为基质增强效应，LC-MS/MS中趋于基质减弱效应[7]。

在GC-MS/MS中，基质中的不挥发成分（如糖类、多肽类、脂肪类等）容易在进样口衬管活性位点富集，它们会与农药竞争进样口衬管的活性位点，致使衬管对农药吸附的减少，也降低农药因在高温进样口驻留时间过长导致的分解，和没有基质的纯溶剂进样相比这使得更多农药进入检测器，最终导致分析信号增强，产生基质诱导的增强效应。而基质诱导的减弱效应，是由于不挥发成分在进样口累积可能形成新的活性位点，吸附共提的农药，使检测信号减弱[8]。

在LC-MS/MS中，基质效应影响主要发生在离子化过程，基质中的某些成分会与农药竞争离子化过程，使得农药的电离数量减少，产生离子抑制效应。另一种可能是基质中的某些成分与农药形成离子对，导致检测信号增强，产生离子增强效应[9]。

3 基质效应减少或消除方法

影响基质效应的主要因素有样品类型和浓度，农药的性质、结构和种类，以及检测仪器类型和色谱条件等[10]，其解决方法主要有如下。

3.1 基质净化法[11-12]

样品在检测前都需经净化处理，目的就是为了除去基质杂质，避免干扰目标物的分析，以及保护仪器受污、受损。基质的净化效果越好，除去与目标物共提的杂质越多，目标物受基质效应影响的程度就越小。最为常用的净化方法有固相萃取（SPE）和QuEChERS法。与QuEChERS法相比，SPE净化法效果较为理想，但是处理过程复杂，耗时长，不适合大批样品的快速检测，而且往往会折损部分目标物的回收率。QuEChERS法以不同比例净化料净化不同种类样品，以获得相对干净的待测液，过程简单，用时少，是目前检测分析大批量、多样性样品农药残留的首选方法。但这两种方法也都存在基质效应问题，且QuEChERS法较SPE法严重。

3.2 直接稀释法

直接稀释法是一种有效的基质消除法，通过有机溶剂稀释样品基质萃取液的浓度，即减少待测溶液中杂质含量，达到消除基质对农药残留检测的影响。Ferrer等[13]研究发现，当样品基质被稀释15倍时，65%农药几乎可以忽略基质效应的影响，但仍有35%农药受基质效应的影响，不能完全实现“一般化”。在实际样品检测过程中，稀释干扰物浓度的同时也折损分析目标物含量，无疑给仪器灵敏度带来更高的挑战。

3.3 加入内标物或同位素内标物法[14]

加入内标物或同位素内标物参与前处理过程可以有效补偿目标农药的折损，还可以有效地消除因进样不充分或仪器响应不稳定造成的结果差异，同时一定程度上可以减少基质效应对测定结果的影响，所以深受青睐。但实际上内标物本身也会在一定程度上受基质效应的影响，且其价格昂贵、市场供应不足等，限制了它的使用[15]。

3.4 加入分析保护剂法[16]

研究发现，在使用GC检测农药残留时，分析保护剂L-古洛糖酸-g-内酯（AP）和山梨醇（SLC）能够有效地与目标物竞争GC内部系统的活性位点，从而降低目标物的吸附或分解[17]。试验证明，保护剂可以有效改善敏感农药的响应、峰形和方法的稳定性。然而Zhao等[18]发现，在菠菜基质中，分析保护剂的添加对某些农药的分析也失去作用，所以使用分析保护剂也并不是通用的解决方法。

3.5 基质匹配标准溶液校正法[19]

基质匹配标准溶液校正法是当今国际上公认一种有效补偿基质增强效应和基质减弱效应的方法。Pano-Farias等[20]在使用QuEChERS法处理木瓜和鳄梨样品，评估克百威、甲基对硫磷等农药的基质效应时发现，克百威和甲基对硫磷有很强的基质增强效应，通过基质匹配校准曲线，得到回收率在69.7%～100.1%之间，效果理想。但是在实际检测工作中，往往需要对大批种类繁多的样品进行数十种甚至数百种农药残留分析测定，使用基质匹配标准溶液校正法定量，无疑会大幅增加工作量，且考虑到获取不含目标分析物的空白样品的难度，使得这种方法变得不切实际[11]。Martínez等[21]提出，可使用黄瓜基质作为蔬菜类样品的代表，西瓜基质作为水果类样品代表，配制基质标曲，但是这种方法也只是从局部试验结论给出的建议，仍需更多试验数据去论证。

3.6 优化仪器条件

在农药残留检测过程中，选择不同的分析仪器或色谱条件也会产生不同的基质效应。Stahnke等[22]的研究发现，在选用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）测定时，ESI源比PCI源更加容易受到基质效应的影响。同时改变色谱条件，适当地延长待测组分的分析时间，有利于消减测定过程中基质效应的影响。在GC检测过程中，不同的进样模式也会导致不同的基质效应，特别对敏感型农药的影响差异巨大，同时衬管、色谱柱等的污染程度同样会对基质效应产生影响，因此仪器的维护保养也很重要[23]。

综上所述，目前降低基质效应的方法各有利弊，在有效和便捷，准确和经济方面不能兼顾，建立一套准确、简单、快速、经济的农药残留定性定量分析方法势在必行。

4 农产品中农药残留检测发展趋势

在应用方面，因为GC-MS使用的是EI源，可以获得更多的质谱信息，进行谱库检索，定性比LC-MS强，且GC-MS使用气体作为流动相，比使用甲醇、乙腈等毒性有机溶剂为流动相的LC-MS更环保。众多农药残留的检测方法是建立在GC-MS/MS基础上，如GB 23200.113—2018《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-质谱用法》[24]、SN/T 0654—2019《出口水果中克菌丹残留量的检测 气相色谱法和气相色谱-质谱/质谱法》[25]。因此，GC-MS/MS在农药残留检测方面的应用占据着主导地位。

近年来，QuEChERS法以快速、简易、有效、试剂消耗少、对环境友好等特点成为国际上最新发展起来的一种用于农药残留检测的快速样品前处理净化技术[26-27]。在GB 23200.113—2018《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-质谱用法》中，QuEChERS前处理净化技术被首次引入。在基质效应问题上，基质匹配标准溶液校正法是当前兼顾经济、可行性和高准确性的一种解决方法。因此，采用QuEChERS样品前处理技术，结合基质匹配标准溶液校正法定量，建立检测农产品中农药残留的GC-MS/MS法是当前的研究趋势。

5 存在问题

5.1 基于QuEChERS样品前处理技术上的基质效应研究

QuEChERS技术是当前农药残留检测趋向选择的前处理方法，但其依然存在净化效果不佳等问题。Maštovská等[28]在研究消除食品基质对农药检测影响的方法时，用QuEChERS法处理果蔬样品，发现大部分农药仍有很强的基质增强效应。作为新兴的一种前处理进化技术，QuEChERS法在基质效应消除方面的应用研究相对缺乏。

5.2 使用基质匹配标准溶液校正法解决基质效应问题

基质匹配标准溶液校正法可以有效解决基质效应问题，保障分析结果的准确性，但在实际检测工作中，需要寻找空白样品基质，工作量大。李红艳[29]推荐，以菠菜作为绿叶菜类的代表性基质；以黄瓜作为瓜类的代表性基质，以辣椒作为茄果类的代表性基质，配制基质标曲，但是这种方法也只是从局部试验结论给出的建议，仍需更多试验数据去论证。

6 结语与展望

基质效应是农产品中农药检测过程中必须解决的问题，因其影响着检测结果的准确性和可靠性。基质净化法、直接稀释法、加入内标物或同位素内标物法、加入分析保护剂法、基质匹配标准溶液校正法、优化仪器条件等是减少和消除基质效应的有效方法。其中基质净化法中的QuEChERS法因其快速、简易等优点是目前检测分析大批量、多样性样品农药残留检测的首选前处理方法；基质匹配标准溶液校正法是当前兼顾经济、可行性和高准确性的一种解决方法。但这些方法都存在一定缺陷，如QuEChERS法净化效果不佳，基质匹配标准溶液校正法需要寻找相同种类空白样品基质等。为加强对农产品中农药残留的监控，一种兼顾经济、快速、准确、简易的检测方法仍迫切需要。