農(nóng)藥殘留快速檢測樣品前處理技術(shù)

食品是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),糧食、蔬菜和水果是人們生活*食品,食品的安全問題既是zui基本的質(zhì)量要求,也是關(guān)系到人民健康和國計民生的重大問題。但是由于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥被大量的使用,一部分農(nóng)藥會直接或間接殘存于谷物、蔬菜、果品、畜禽產(chǎn)品、水產(chǎn)品中以及土壤中。人類在食用了被農(nóng)藥污染的食品、糧食、水果及蔬菜后,殘留在其中的農(nóng)藥會積累在體內(nèi),引發(fā)疾病,嚴(yán)重危害了人民健康和生命安全。另外,由于農(nóng)藥殘留問題引發(fā)的各國之間的貿(mào)易糾紛也時有發(fā)生。因而,農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)一直是農(nóng)產(chǎn)品和食品安全領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。食品中農(nóng)藥殘留的分析是在復(fù)雜的基質(zhì)中對低濃度待測組分進(jìn)行定性和定量分析,通常需經(jīng)過樣品制備、純化富集、分離檢測和綜合分析等步驟。農(nóng)藥殘留量測定中的樣品前處理主要包括萃取和凈化等步驟。提取是將樣品中的農(nóng)藥溶解分離出來的操作步驟,而由于某些樣品組成復(fù)雜,提取后往往還需經(jīng)過凈化步驟才能達(dá)到待測物與干擾雜質(zhì)分離。本文綜述了近年來食品中農(nóng)藥殘留分析中的固相萃取、固相微萃取、微波輔助萃取和臨界流體萃取等樣品前處理技術(shù)。這些新技術(shù)的共同特點(diǎn)是:節(jié)省時間、減輕勞動強(qiáng)度、節(jié)省溶劑、減少樣品用量、提高提取或凈化效率和提高自動化水平。

1　樣品前處理技術(shù)

1·1　固相萃取

固相萃取法主要用于液相色譜分析中樣品前處理,其原理是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標(biāo)化合物吸附,與樣品的基體和干擾化合物分離,然后再利用洗脫液洗脫或加熱解吸附,達(dá)到分離和富集目標(biāo)化合物的目的。根據(jù)固相萃取柱中填料的不同, SPE主要可分為以下幾種類型:

1)正相固相萃取:柱中填料都是性的,如硅膠、氧化鋁和硅鎂吸附劑等,用來萃取(保留)性物質(zhì)。

2)反相固相萃取:柱中填料通常是非性的或是弱性的,如C8、C18和苯基柱等,所萃取的目標(biāo)化合物通常是中等性到非性的化合物。

3)離子交換型固相萃取:柱中填料是帶電荷的離子交換樹脂,如NH3所萃取的目標(biāo)化合物是帶電荷的化合物。此外,也可以利用抗原抗體反應(yīng)或配體,受體結(jié)合的原理制備親和型固相萃取,可進(jìn)行選擇性洗脫。但是抗體和受體的制備比較困難,對有機(jī)溶劑敏感,所以在實(shí)際應(yīng)用上受到限制。

固相萃取操作步驟包括柱預(yù)處理、加樣、洗去干擾組分和回收待測組分四個部分。其中加到萃取柱上的樣品量取決于萃取柱的尺寸、類型、待測組分的保留性質(zhì)以及待測組分與基質(zhì)組分的濃度等因素。SPE的另一種分離情況是雜質(zhì)被保留在柱上,待測組分通過柱。樣品被凈化但不能富集待測組分,也不能分離保留性質(zhì)比待測組分更弱的雜質(zhì),即凈化不。與傳統(tǒng)的液液萃取法相比,固相萃取克服了液/液萃取技術(shù)及一般柱層析的缺點(diǎn),具有待測組分的高回收率,并能有效地將待測組分與干擾組分分離,萃取過程簡單快速、溶劑省、重現(xiàn)性好,一般分析只需5~10min,是液/液萃取法的1 /10,所需溶劑也只有液液萃取法的10%,并減少了雜質(zhì)的引入,減輕了有機(jī)溶劑對人身和環(huán)境的影響。

1·2　固相微萃取

固相微萃取技術(shù)是在固相萃取技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種萃取分離技術(shù),它克服固相萃取吸附劑孔道易堵塞的缺點(diǎn),是一種無溶劑,集采樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體的樣品前處理新技術(shù)。固相微萃取裝置類似普通樣品注射器,由手柄和萃取頭兩部分組成。萃取頭是一根涂有不同固定相或吸附劑的熔融石英纖維,石英纖維接不銹鋼針,外套不銹鋼管(用來保護(hù)石英纖維),纖維頭可在不銹鋼管內(nèi)伸縮。固相微萃取的萃取模式主要可分為兩種:直接法,即將石英纖維暴露在樣品中,主要用于半揮發(fā)性的氣體、液體樣品萃取;頂空法,將石英纖維放置在樣品頂空中,主要用于揮發(fā)性固體或廢水水樣萃取。固相微萃取包括吸附和解吸兩個過程,即樣品中待測物在石英纖維上的涂層與樣品間擴(kuò)散、吸附、濃縮的過程和濃縮的待測物解吸附進(jìn)入分析儀器完成分析的過程。吸附過程中待測物在涂層與樣品之間遵循相似相溶原則,平衡分配。這一步主要是物理吸附過程。固相微萃取比其他任何提取技術(shù)都快,一般只需15min(固相萃取需1h,而液/液萃取需4~8h),而且只需少量樣品。目前固相微萃取主要與GC /MS聯(lián)用,用來分析環(huán)境、醫(yī)藥、食品和動植物樣品中揮發(fā)和半揮發(fā)性農(nóng)藥殘留量。

1·3　微波輔助萃取

微波輔助萃取是1986年匈牙利學(xué)者Ganzler等人通過利用微波能萃取土壤、食品、飼料等固體物中的有機(jī)物,提出了一種新的少溶劑樣品前處理方法。微波輔助萃取技術(shù)是對樣品進(jìn)行微波加熱,利用性分子可迅速吸收微波能量的特性來加熱一些具有性的溶劑達(dá)到萃取樣品中目標(biāo)化合物,分離雜質(zhì)的目的。與傳統(tǒng)的振蕩提取法相比,微波輔助萃取具有、安全快速、試劑用量小和易于自動控制等優(yōu)點(diǎn),適用于易揮發(fā)物質(zhì)如農(nóng)藥等的提取,并可同時進(jìn)行多個樣品的提取。微波輔助萃取中溶劑的選擇重要,直接影響到萃取結(jié)果。由于非性溶劑介電常數(shù)小,對微波透明或部分透明無法進(jìn)行萃取分離。

因此在微波萃取時,要求溶劑必須具有一定的性,對待測組分有較強(qiáng)的溶解能力,對后續(xù)測定的干擾較少。此外也應(yīng)考慮溶劑沸點(diǎn)因素。常用的萃取劑有:甲醇、乙醇、丙酮、乙酸甲苯、二氯乙烷和乙腈等有機(jī)溶劑。用苯、正己烷等非性溶劑萃取時必須加入一定比例的性有機(jī)溶劑。微波輔助萃取的*參數(shù)除了萃取溶劑外,還包括了萃取設(shè)備、萃取溫度及時間的選擇。操作中要求控制溶劑溫度使其不沸騰,且在該溫度下待測物不分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于萃取回收率隨時間的延長而增長的幅度不大,可忽略不計。而萃取回收率在一定的溫度范圍內(nèi)隨溫度增加而增加,且各物質(zhì)的*萃取回收率溫度都不同。

1·4　臨界流體萃取

所謂臨界流體是指處于臨界溫度和臨界壓力的高密度流體。這種流體介于氣體和液體之間,兼具二者的優(yōu)點(diǎn)。臨界流體萃取是指利用處于臨界狀態(tài)的流體作為溶劑對樣品中待測組分的萃取方法。在選用臨界流體萃取萃取劑時應(yīng)考慮:臨界條件是否容易達(dá)到、溶解能力的大小、萃取劑的毒性和腐蝕性對裝置是否有影響、等因素。zui常用的臨界流體為CO2,它具有無毒、無臭、化學(xué)惰性、不污染樣品、易于提純、臨界條件溫和等特點(diǎn),是萃取熱不穩(wěn)定的非性物質(zhì)的良好溶劑。但CO2屬非性溶劑,在萃取性化合物時具有一定的局限性;實(shí)際應(yīng)用時,通過加入少量的改進(jìn)劑如NH3、MeOH、NO3、CCLF3,等性化合物來改善萃取效果。臨界流體萃取的流程由萃取與分離兩過程組成,影響臨界流體萃取效率的因素,除了萃取劑的選擇外,主要還有: 1)壓力的影響。當(dāng)流體處于臨界狀態(tài)且溫度一定的條件下,密度的變化將引起溶質(zhì)溶解度的同步變化從而改變萃取的效果。因?yàn)檩腿毫槊芏鹊闹匾獏?shù)之一可通過調(diào)壓途徑提高萃取效率。并可根據(jù)待測組分在流體中的溶解度大小,使其先后在不同的壓力范圍內(nèi)被萃取。2)溫度影響。溫度對萃取效果的影響較為復(fù)雜,由于溫度的變化將影響流體密度和待測物的蒸氣壓的變化。在臨界點(diǎn)附近低壓范圍區(qū),升溫雖使待測物蒸氣壓略微升高,但由于流體密度的急劇下降,導(dǎo)致萃取劑溶劑化能力的減弱。相反,在高壓范圍區(qū),升高溫度使待測組分蒸氣壓迅速增加,改善了萃取效率。3)改性劑的影響。選擇良好的溶劑不僅有利于提高待測物的溶解度,而且有利于提高分離的選擇性。用CO2為萃取劑制樣分析新鮮蔬菜試樣時發(fā)現(xiàn),不用改性劑時農(nóng)藥的回收率范圍僅為45% ~82%,加入甲醇為改性劑則回收率提高到90% ~114%。常用的改性劑有NH3、NO2和CCLF3等。

1·5　凝膠滲透色譜技術(shù)

凝膠滲透色譜技術(shù)是根據(jù)溶質(zhì)(被分離物質(zhì))分子量的不同,通過具有分子篩性質(zhì)的固定相(凝膠),使物質(zhì)達(dá)到分離。凝膠滲透色譜法zui初主要用來分離蛋白質(zhì),但隨著適用于非水溶劑分離的凝膠類型的增加,凝膠滲透技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)藥殘留量凈化得以發(fā)展。凝膠滲透色譜的*參數(shù)主要決定于載體、溶劑的選擇。載體凝膠滲透色譜是具有分離作用的關(guān)鍵,其結(jié)構(gòu)直接影響儀器性能及分離效果。因此,要求載體具有良好的化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性、一定的機(jī)械強(qiáng)度、不易變形、流動阻力小、不吸附待測物質(zhì)、分離范圍廣(取決于載體的孔徑分布)等性質(zhì)。同時分離效果還與載體的粒度大小和填充密度有關(guān)。為了擴(kuò)大分離范圍和分離容量,一般選擇幾種不同孔徑的載體混合裝柱,或串聯(lián)裝有不同載體的色譜柱,其中載體的粒度越小、越均勻、填充得越緊密越好。良好的溶劑有利于提高待測物質(zhì)的溶解度,避免操作時因分析對象的改變而更換溶劑。由于凝膠滲透色譜為液體色譜,則要求溶劑的熔點(diǎn)在室以下,而沸點(diǎn)應(yīng)高于實(shí)驗(yàn)溫度,且溶劑的粘度小,以減小流動阻力。另外溶劑還必須具備毒性低、易于純化、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及不腐蝕色譜設(shè)備的特點(diǎn)。此外,分離效率除了載體、溶劑的選擇以外,還包括合適的溫度和溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的影響。與吸附柱色譜等凈化技術(shù)相比,凝膠滲透色譜技術(shù)具有凈化容量大、可重復(fù)使用、適用范圍廣、使用自動化裝置后凈化時間縮短、簡便、等優(yōu)點(diǎn)。