食品农药残留检测中的样品前处理技术研究

傅小红

（南昌市检验检测中心，江西南昌 330000）

食品是人们最基础的物质需求，食品安全问题则是关系国计民生、人们身体健康的重要问题。然而在农业生产中不可避免会使用一些农药，部分农药会间接或直接残存于水产品、果品、蔬菜与谷物等食品中，人体摄入后会严重危害其身体健康。

食品中农药残留的分析是在复杂的基质中对低浓度待测组分进行定性与定量分析，主要包括样品制备、纯化富集、分离检测和综合分析等步骤。测定农药残留量时的样品前处理步骤主要包括净化与萃取。提取一般是指样品中的农药溶解分离的过程，但由于某些样品组成复杂，在经过提取之后，为了实现待测物和干扰杂质分离，还要进行净化处理[1]。

液-液分配、振荡提取、索式提取等是常用的提取净化技术，所用设备价格低廉，但容易出现误差，且费力、费时，同时使用的有机溶剂较多，可能会污染环境。鉴于此，本文重点对超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）、凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）、固相微萃取（Solid-Phase Microextraction，SPME）以及固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）等几种能提高自动化水平、减少样品用量、提升净化与提取效率、节省溶剂、降低劳动强度的样品前处理技术的特点及应用注意事项进行了探讨。

我国人口数量较多，对于粮食的需求极大。得益于食品市场需求与农业生产技术发展的刺激，近些年我国不断扩大农业生产规模，但在此过程中为使农作物产量得到保障，许多生产环节都会用到化肥与农药。若农药用量不合理，则会导致蔬菜、谷物、果品、土壤及水体内残留一些农药，进而给农产品品质和农业生态环境带来恶劣影响。更为关键的是，人们若长期食用含有农药残留的食品，则会对其身体健康和生命安全造成危害。即便是我国农产品生产与出口贸易高度繁荣的当下，仍会出现由农药残留导致的食品安全事件。因此，为了确保农产品质量，推动农业良好发展，保证人们的身体健康，相关部门应借助更高效、科学的样品前处理技术，提高农药残留检测结果的精确性。

2.1 固相萃取技术

固相萃取技术是应用较多、发展时间较长的一种样品预处理技术，源自液固萃取和柱液相色谱。主要原理是在固体吸附剂作用下，完成液体样品内目标化合物的吸附，使其与样品的干扰化合物、基体分离，再依托洗脱液洗脱吸附，实现目标化合物的分离与富集。按照固相萃取柱内的不同填料可以分为以下几类：①离子交换型，NH2等带电荷的离子交换树脂为柱中填料，旨在实现带电荷化合物的萃取；
②反相固相萃取，填料为苯基柱、C18、C8等，主要萃取中等极性-非极性化合物；
③正相固相萃取，填料均为硅镁吸附剂、氧化铝和硅胶等极性的物质，萃取极性物质。此外，也可借助配体-受体结合或抗原抗体反应原理，进行亲和型固相萃取的制备，展开选择性洗脱。

固相萃取的主要步骤包括柱预处理、加样、去除干扰杂质以及待测组分回收。其中，加到萃取柱上的样品量与萃取柱的尺寸、类型、待测组分的保留性质等因素有关。相较于传统液-液萃取法，该方法优势更为明显，待测组分回收率高，操作简单、萃取速度快、分离效果好，通常仅需5～10 min就可完成分析，耗时仅为液-液萃取法的20%。此外，该方法对溶剂的使用量较少，有效减少了杂质的引入，减轻了有机溶剂对人体健康和环境的威胁[2]。

2.2 固相微萃取

固相微萃取技术于1990年被研发提出，1994年被真正用到农药检测中。该技术是由固相萃取技术发展而来，该技术的应用使固相萃取吸附剂孔道容易堵塞的问题得到了有效解决，属于进样、浓缩、萃取、采集一体化，无溶剂的一种样品前处理技术。该技术所用装置组成部分简单，即萃取头与手柄，和普通样品注射器相似。其萃取头涂有不同吸附剂或固定相的熔融石英纤维，上有不锈钢针，且套有不锈钢管，在钢管内纤维头能够伸缩。

固相微萃取技术的萃取模式为顶空法，重点是完成废水水样或挥发性固体的萃取，在样品顶空中进行石英纤维的放置；
或是直接法，即在样品中暴露石英纤维，多用于液体样品或半挥发性气体的萃取[3]。这项技术的应用过程主要为吸附与解吸，也就是浓缩的待测物解吸附进入分析仪器完成分析的过程和待测物在石英纤维上的涂层和样品间浓缩、吸附、扩散的过程。吸附时待测物与样品和涂层间遵循相似相溶原则，分配平衡，属于物理吸附过程。解吸则根据固相微萃取后续分离手段的不同而有所差异，对于高效液相色谱，要在特殊解吸室内采用解吸剂解吸；
针对气相色谱，萃取纤维直插样口展开热解吸。石英纤维表面固定液的pH值、厚度、类型、样品冷却或加热处理等因素都影响着固相微萃取的灵敏度和选择性。聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚丙烯酸酯（PA）和碳酸-模板树脂（car-boxen-PTR）等是如今商业化固相微萃取纤维的主要涂层。此外，还需要注意样品的极性不同，所选固定相也应具有差异，常用的固定相与其萃取对象见表1。

表1 常用的固定相与其萃取对象

更改涂层厚度或是涂渍材料，能实现固相微萃取选择性的调节；
难提取化合物回收率的改善，则可通过对pH值的调节或加入盐来实现。固相微萃取技术采用的纤维能够重复使用超过50次，且价格便宜。相较于其他提取技术，该技术具有提取速度快（15 min）、所需样品量较少等优点。当前，该技术多联合气相色谱技术应用在对食品、动植物、医药或环境样品中半挥发与挥发性农药残留量的分析中。

2.3 凝胶渗透色谱技术

凝胶渗透色谱技术不仅可用于小分子物质的分离和鉴定，还可以用来分析化学性质相同分子体积不同的高分子同系物，物质分离主要借助分子筛性质的固定凝胶。随着更多种类非水溶剂分离凝胶的出现，该技术开始逐渐被应用在食品农药检测中。

为了得到良好的分离效果，就要保证检测所用相关仪器处在最佳的性能状态，同时选取适宜的应用载体与相关溶剂，从而减小凝胶渗透色谱显示的参数误差。其中，样品载体的选择需保证其具有良好的化学稳定性与机械性能，载体粒度越小，分布越均匀，分离质量就越理想[4]。同时，检测人员在处理多种载体色谱柱时，应借助串联方式，扩大检测范围，提升分离质量。溶剂质量直接影响着待测物质溶解度，凝胶渗透色谱为液体状态，因此进行保存处理时，溶剂沸点应高于实验温度，熔点应低于室内温度，且要保证所用溶剂的化学性质稳定、毒性低等。综上，凝胶渗透色谱技术具有使用效率高、范围大、能重复试验且净化容量大等优势。

2.4 超临界流体萃取

处在临界压力与温度的高密度流体，即为超临界流体。其介于液体与气体之间，具有两者的优势。超临界流体萃取技术是将超临界状态的流体作为溶剂，萃取样品内待测组分[5]。

超临界流体萃取技术应用过程中，萃取剂的选用应注意其价格、溶解能力等。超临界流体中CO2出现频率较多，其具有容易提纯、不会给样品带来污染、化学惰性、无臭和无毒等优点，适用于非极性物质的萃取，但由于其属于非极性溶剂，萃取极性化合物较为困难。因此，在应用过程中，可通过少量添加CClF3、NO2、MeOH、NH3等极性化合物，得到更理想的萃取结果。

超临界流体萃取技术的流程分为萃取和分离两部分，而除了萃取剂会影响到萃取效率之外，还应注意如下因素。

（1）改性剂。溶剂质量是待测物溶解度和分离选择性是否良好的关键。采用CO2作为萃取剂，对蔬菜试样中甲胺磷农药展开分析，在改性剂不同的情况下，甲胺磷农药回收率在45%～82%；
以甲醇为改性剂则能提升回收率（90%～114%），此外CClF3、NH3等为常用的改性剂。

（2）温度。萃取效果受温度的影响也较大，温度的改变会引发流体密度和待测物蒸汽压的变化。虽然待测物蒸汽压在临界点附近低压范围升温时，会出现一定升高，但会影响流体密度，进而导致萃取剂溶剂化能力不佳。反之，高压范围区升温，能快速增加待测组蒸汽压，使萃取效率得以改善。当前一些研究认为，与被测物与活化部分解吸动力学关联密切的一项因素，便是萃取温度[6]。因此，相较于加入改性剂，升高萃取温度更利于效率的提升，但这也会提高对于设备、样品选择的要求，经济成本较高。

（3）压力。在流体为超临界且温度一定时，若密度出现变化，则溶质溶解度也会出现改变，进而使萃取效果发生变化。密度的参数之一为萃取压力，因此萃取效率的提升，可借助调压途径实现。由于超临界流体N2O和CO2在高温时，随着压力加大，其流体密度会明显增加，因此会减小分子间平均自由程，加强溶质和溶剂间亲合力，加强流体溶剂化能力，从而提升萃取效率。

近些年我国食品检测技术发展趋势较好，通过更新食品检测技术，实现了误差的缩小和检测效率的提升。此外，样品前处理环节通过融入信息科技手段，有效减少了前处理误差，人们的基本日常饮食安全得到了良好保障。但就整体角度而言，农药残留检测技术仍待优化。因此该领域技术人员还应加强探索、研究，注重检测经验的整理、总结，以推动食品检测技术不断朝着无毒害、安全化及高效化的方向发展。此外，技术人员应利用暴露组学、代谢组学与其他相关学科原理，综合评估样品前处理技术的风险，以提高食品农药残留风险评估的精准性，推动食品安全保障体系的建立和完善。

农业生产中不可避免会用到农药，其能有效预防杂草、虫害和疾病对作物的危害和侵蚀，进而保证作物产量。但是，作物上残留的农药会在很大程度上危害人体的身体健康，还可能导致当地生态环境遭到破坏。面对此现状，就必须注重农药残留检测技术水平的提升，而能否将农药残留成分顺利检出，样品前处理技术扮演着重要角色。因此，检测操作人员需要不断提高自身的业务素养，高度重视食品前处理环节，采用先进、高效、安全的前处理方式对样品展开处理，以确保能够精准检测食品中农药残留。