陈树兵．-2，单正军2，胡秋辉-(1．南京农业大学食品科技学院，江苏南京 210095；2．国家环保总局南京环境科学研究所，江苏南京 210042)摘要：近年来由于农药的大量使用致使食品的农药残留问题倍受关注，提高农药残留分析检测技术是解决农药残留问题的重要手段。在农药残留检测中样品前处理技术又是检测过程中耗时最长，最容易出现误差的步骤。因而，发展样品前处理技术能提高农药残留检测的效率和准确率。本文综述了近年来食品中农药残留分析中固相萃取、固相微萃取、微波辅助萃取、超临界流体萃取法和凝胶渗透谱几种样品前处理技术。关键词：食品；农药残留；前处理技术Review on Sample Preparation Techniques of Pesticide Residue Determinations in FoodsCHEN Shu-bing ，SHAN Zheng-jun ，HU Qiu—hui(1．College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China2．Nanjing Institute of Environmental Sciences of China Environmental Protection Agency， Nanjing 210042，China)
Abstract：Now a days pesticide residues in foods were receiving more and more attention due to the vast use of pesticides．To improve the technique of pesticide residue determination was all important means to assay pesticide residue．Sample preparation was at imeconsuming and fallible stage in the determination．Therefore improving the sample preparation technique could enhance the eficiency and veracity of the detetminaton．This article was to review several sample preparation techniques such as solid-phase extraction,
solid-phase microextracfion,microwave aided extraction，super crifcal fluid extraction and gelpermeation chromatography．
折叠耳机Key word： food： pesticide residue analysis：sample preparation technique
中图分类号：TS207．便携式行李车53 文献标识码：A 文章编号：1002．6630(2004)12—0152．04
食品是人类赖以生存和发展的物质基础， 粮食、蔬菜、水果是人们生活必备食品，食品的安全问题既是最基本的质量要求，也是关系到人民健康和国计民生的重大问题。但是由于在农业生产中农药被大量的使用，一部分农药会直接或间接残存于谷物、蔬菜、果品、畜
禽产品、水产品中以及土壤和水体。人类在食用了被农药污染的食品、粮食、水果及蔬菜后，残留在其中的农药会积累在体内， 引发疾病，严重危害了人民健康和生命安全。另外， 由于农药残留问题引发的各国之间的贸易纠纷也时有发生。因而，农药残留检测技术一直是国际农产品和食品安全研究领域的一个重要热点 。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和定量分析，通常需经过样品制备、纯化富集、分离检测和综合分析等步骤。农药残留量测定中的样品前处理主要包括萃取和净化等步骤。提取是将样品中的农药溶解分离出来的操作步骤，而由于某些样品组成复杂，提取后往往还需经过净化步骤才能达到待测物与干扰杂质分离【2' 。过去常用的提取净化方法有索氏提取(Soxhlet)、振荡提取、液一液分配(Liquid—Liquid Extraction)、柱层析(Florisil硅胶、硅藻土及氧化铝柱层析)等技术，尽管这些技术不需要昂贵的设备和特殊仪器，但却是整个分析过程中最费时费力、最容易引起误差的环节：且大量有机溶剂的使用， 也造成了对环境的污染⋯。本文将综述近年来食品中农药残留分析中的固相萃取(solid—phase extraction，SPE)、固相微萃取(solid—phasemicroextraction，鸟笼拉手SPME)、微波辅助萃取(microwave aidedextracfon，MAE)、超临界流体萃取(super critical fluid extration SFE)等样品前处理 技术 这些新技术的共同特点是：
节省时间、减轻劳动强度、节省溶剂、减少样品用量、提高提取或净化效率和提高自动化水平 。
1 样品前处理技术
1．1 固相萃取(solid．phase extraction，SPE)
固相萃取法是7O年代在液固萃取和柱液相谱的基础上发展起来的一种相对较老的样品预处理技术，主要用于液相谱分析的样品前处理，其原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再利用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的 。1980年以后， 国外将此项技术扩展，用于气相谱法分析农药残留量的样品前处理。
根据固相萃取柱中填料的不同，SPE主要可分为以下几种类型[6】：
(1)正相固相萃取：柱中填料都是极性的，如硅胶、氧化铝、硅镁吸附剂等，用来萃取(保留美团配送箱怎么安装)极性物质。
(2)反相固相萃取：柱中填料通常是非极性的或是弱极性的，如C8、C1 8、苯基柱等，所萃取的目标化合物通常是中等极性到非极性的化合物。
(3)离子交换型固相萃取：柱中填料是带电荷的离子交换树脂，如NH：，所萃取的目标化合物是带电荷的化合物。
此外，也可以利用抗原抗体反应或配体．受体结合的原理制备亲和型固相萃取，可进行选择性洗脱。但是抗体和受体的制备比较困难，对有机溶剂敏感，所以在实际应用上受到限制。
固相萃取操作步骤包括柱预处理、加样、洗去干扰组分和回收待测组分四个部分。其中加到萃取柱上的样品量取决于萃取柱的尺寸、类型、待测组分的保留性质以及待测组分与基质组分的浓度等因素。SPE的另一种分离情况是杂质被保留在柱上，待测组分通过柱。样品被净化但不能富集待测组分，也不能分离保留性质比待测组分更弱的杂质，即净化不完全。
与传统的液液萃取法相比，固相萃取克服了液／液萃取技术及一般柱层析的缺点， 具有待测组分的高回收率，并能有效地将待测组分与干扰组分分离， 萃取过程简单快速、溶剂省、重现性好， 一般分析只需5～10min，是液．液萃取法的1／10，所需溶剂也只有液．
液萃取法的10％，并减少了杂质的引入，减轻了有机溶剂对人身和环境的影响[41。
1．2 固相微萃取(solid．phase microextraction，SPME)固相微萃取技术是在1990年由加
拿大Waterloo大学的Pawliszyn及Arhturhe首次提出，1994年即被应用在农药检测中[7】。固相微萃取技术是在固相萃取技术基础上发展起来的一种萃取分离技术，它克服固相萃取吸附剂孔道易堵塞的缺点，是一种无溶剂，集采样、萃取、浓缩、进样于一体的样品前处理新技术。固相微萃取装置类似普通样品注射器， 由手柄和萃取头两部分组成。萃取头是一根涂有不同固定相或吸附剂的熔融石英纤维，石英纤维接不锈钢针，外套不锈钢管(用来保护石英纤维)，纤维头可在不锈钢管内伸缩【B1。
固相微萃取的萃取模式主要可分为两种：直接法，即将石英纤维暴露在样品中， 主要用于半挥发性的气体、液体样品萃取；顶空法，将石英纤维放置在样品顶空中，主要用于挥发性固体或废水水样萃取 。
固相微萃取包括吸附和解吸两个过程，即样品中待测物在石英纤维上的涂层与样品间扩散、吸附、浓缩的过程和浓缩的待测物解吸附进入分析仪器完成分析的过程。吸附过程中待测物在涂层与样品之间遵循相似相溶原则，平衡分配。这一步主要是物理吸附过程。解吸过程随固相微萃取后续分离手段不同而不同，对于气相谱(GC)，萃取纤维直接插入进样口进行热解吸，对于高效液相谱(HPLC)，需要在特殊的解吸室内以解吸剂解吸【91。固相微萃取的选择性、灵敏度可通过改变石英纤维表面固定液的类型、厚度、pH值、基质
种类、样品加热或冷却处理等因素来实现【l0】。目前商业化的固相
微萃取纤维涂层主要有碳酸．模板树J]~(car-boxen．PTR)、聚二甲基硅氧烷．二乙烯苯(PDMS．棉絮加工DVB)、聚丙烯酸酯(PA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，其极性依次由强变弱。对于不同极性的样品应选取不同的固定相。表1为常用的固定相及其萃取对象⋯， 】。
固相微萃取的选择性可以通过改变涂渍材料或涂层厚度来调节；加入盐或调节pH可以改善难提取化合物的回收率；SPME所用的纤维价格便宜且能重复使用(可用5O次以上)。固相微萃取比其他任何提取技术都快，一般只需15min(固相萃取需1h，而液．液萃取需4~8h)，而且只需少量样品。
目前固相微萃取主要与GC／MS联用，用来分析环境、医药、食品和动植物样品中挥发和半挥发性农药残
1-3 微波辅助萃取(microwave aided extraction，MAE)
微波辅助萃取是1986年匈牙利学者Ganzler等人通过利用微波能萃取土壤、食品、饲料等固体物中的有机物，提出了一种新的少溶剂样品前处理方法。微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，达到萃取样品中目标化合物，分离杂质的目的。与传统的振荡提取法相比，微波辅助萃取具
有高效、安全、快速、试剂用量小和易于自动控制等优点，适用于易挥发物质如农药等的提取，并可同时进行多个样品的提取【 。
微波辅助萃取中溶剂的选择非常重要，直接影响到萃取结果。由于非极性溶剂介电常数小，对微波透明或部分透明无法进行萃取分离。因此在微波萃取时，要求溶剂必须具有一定的极性，对待测组分有较强的溶解能力，对后续测定的干扰较少。此外也应考虑溶剂沸点因素。常用的萃取剂有： 甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、甲苯、二氯乙烷、乙腈等有机溶剂。用苯、正己烷等非极性溶剂萃取时必须加入一定比例的极性有机溶剂。
微波辅助萃取的最佳参数除了萃取溶剂外，还包括了萃取设备、萃取温度及时间的选择。在一般敞开体系，溶剂沸点受大气压影响。而在密闭容器中， 由于内部压力可达到1MPa以上，此时溶剂沸点比常压下沸点高很多，热效率高，萃取效率随之大大提高。因此在微波辅助萃取中，样品与溶剂置于密闭防爆的聚四氟乙烯容器中，且溶液所能达到的最高温度受容器材料耐压性的限制。操作中要求控制溶剂温度使其不沸腾，且在该温度下待测物不分解。实验结果表明， 由于萃取回收率随时间的延长而增长的幅度不大，可忽略不计。而萃取回收率在一定的温度范围内随温度增加而增加，且各物质的最佳萃取回收率温度都不同【l4】。
1．4 超临界流体萃取(super critical fluid extraction，SFE)
所谓超临界流体是指处于临界温度和临界压力的高密度流体。这种流体介于气体和液体之间，兼具二者的优点。超临界流体萃取是指利用处于超临界状态的流体作为溶剂对样品中待测组分的萃取方法[151。
在选用超临界流体萃取萃取剂时应考虑：临界条件是否容易达到、溶解能力的大小、萃取剂的毒性和腐蚀性对装置是否有影响、价格等因素。最常用的超临界流体为CO：，它具有无毒、无臭、化学惰性、不污染样品、易于提纯、超临界条件温和等特点，是萃取热不稳定的非极性物质的良好溶剂。但CO：属非极性溶剂，在萃取极性化合物时具有一定的局限性；实际应用时，通过加入少量的改进剂如NH，、MeOH、NO：、CC1F，等极性化合物来改善萃取效果【16· 。
超临界流体萃取的流程由萃取与分离两过程组成，影响超临界流体萃取效率的因素， 除了萃取剂的选择外， 主要还有：(1)压力的影响。当流体处于超临界状态且温度一定的条件下，密度的变化将引起溶质溶解度的同步变化从而改变萃取的效果。因为萃取压力为密度的重要参数之一， 可通过调压途径提高萃取效率。并可根据待测组分在流体中的溶解度大小，使其先后在不同的压力范围内被萃取。文献【18】报道了超临界流体CO：、N20在恒
温下不同压力对流体密度的影响，指出高温时随着压力的增加流体密度增加幅度较大。因为此时，分子间平均自由程减小，溶质与溶剂间亲合力增强，流体的溶剂化能力加强， 萃取效率提高。
(2)温度影响。温度对萃取效果的影响较为复杂，由于温度的变化将影响流体密度和待测物的蒸气压的变化。在临界点附近低压范围区， 升温虽使待测物蒸气压略微升高，但由于流体密度的急剧下降， 导致萃取剂溶剂化能力的减弱。相反，在高压范围区，升高温度使待测组分蒸气压迅速增加， 改善了萃取效率。文献[19】报道由于萃取温度为影响被测物与活化部分解吸动力学的主要因素， 因此提高萃取温度(200～350℃)可能比加入改性剂更有助于提高萃取效率。但高温对萃取剂和样品的选择以及对设备的要求更高，从经济角度来讲不适用。
(3)改性剂的影响。选择良好的溶剂不仅有利于提高待测物的溶解度，而且有利于提高分离的选择性。用CO2为萃取剂制样分析新鲜蔬菜试样时发现，不用改性剂时甲胺磷农药的回收率范围仅为45％～82％，加入甲醇为改性剂则回收率提高到90％～114％[2ol。常用的改性剂有NH3、NO2和CC|F3等。
．5 凝胶渗透谱技术(gel permeation chromatography．
GPC)
凝胶渗透谱技术是根据溶质(被分离物质)分子量的不同，通过具有分子筛性质的固定相(凝胶)，使物质达到分离。凝胶渗透谱法最初主要用来分离蛋白质，但随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加，凝胶渗透技术应用于农药残留量净化得以发展【20】。
凝胶渗透谱的最佳参数主要决定于载体、溶剂的选择。载体凝胶渗透谱是具有分离作用的关键，其结构直接影响仪器性能及分离效果。因此，要求载体具有良好的化学惰性、热稳定性、一定的机械强度、不易变形、流动阻力小、不吸附待测物质、分离范围广(取决于载体的孔径分布)等性质。同时分离效果还与载体的粒度大小和填充密度有关。为了扩大分离范围和分离容量，一般选择几种不同孔径的载体混合装柱，或串联装有不同载体的谱柱，其中载体的粒度越小、越均匀、填充得越紧密越好。良好的溶剂有利于提高待测物质的溶解度，避免操作时因分析对象的改变而更换溶剂。由于凝胶渗透谱为液体谱，则要求溶剂的熔点在室温以下，而沸点应高于实验温度，且溶剂的粘度小，以
减小流动阻力。另外溶剂还必须具备毒性低、易于纯化、化学性质稳定及不腐蚀谱设备的特点{21】。
此外，分离效率除了载体、溶剂的选择以外，还包括合适的温度和溶质的化学性质的影响。
与吸附柱谱等净化技术相比，凝胶渗透谱技术具有净化容量大、可重复使用、适用范围广、使用自
动化装置后净化时间缩短、简便、准确等优点。
2 食品中农药残留前处理技术的发展前景
样品的前处理是农药残留量检测过程中重要的步骤之一，它对保证测定结果的准确性和可靠性，减少对谱柱和检测仪器的污染，提高检测效率都具有重要的影响。食品中农药的残留量一般在10 ～10-9(w／w)或更低的水平，除了要求检测方法具有相当高的灵敏度和选择性外，也对样品的前处理技术提出了更高的要求。不同的前处理技术有其各自的优缺点和适用范围，在实际工作中，应根据待测样品种类和基质、测定结果要求和检测仪器的不同，并结合实际条件选用合适的样品前处理方法。未来农药残留量检测的样品前处理技术的发展方向应该是尽可能的快速、精确、环保和高度自动化， 以
尽可能的避免样品转移的损失，减少各种人为因素的偶然误差。
参考文献：
【1】Tekel J，Hatrik S．Pesticide residue analy~s in plant material by chromatographic methods：clean--up procedures an d se--lective detectors．【J】．J Chromatogr A，19
96，754：397-410．
【2] 陈华才．简论农药残留量检测中的样品前处理技术简论 农药残留量检测中的样品前处理技术[J]．中国计量学院学报，2OO2，13(3)：240-244．
【3】 易军，李云春，弓振斌．食品中农药残留分析的样品前处理技术进展【J】．化学进展，2002，14(6)：415-424．
[4] 申继忠．农药残留分析样品前处理新技术简介【J】．农药科学与管理，1998bimp，64：8-10．
【5】 张海霞，朱彭龄．固相萃取【J】．分析化学，2000，28(9)：1 172-1180．
【6】 姜书会，徐会君．固相萃取技术在农药分析中的应用【J】．农业与技术，1999，19(6)：35—37．
[7】Popp P，KalbitzK．Applicatonofsolid—phasemicroextractionan d gas chromatography with electron-capture an d massspectrometric detection for the determination of hexachlorocychohexanesinsoilsolutions【J】．JChromatogr A'1994．687：133．
Eisert R，Levsen l('Wunsch G．Element-selective detection of pesticides by gas chroma
tography--atomic emission de··tection and solid-phase microextraction[~．J Chromatogr 1994，683：175．
Zhang z'YangM J。PawliszynJ．Sofid-phasemi eroextraelion,a solvent-free alternative for sample preparation【J】．AnalChem，1994，66(17)：844A-853A．
ChenJ．Pa~wliszynJ．Solidphasemicroextractioncoupledto high—performance liquid chromatography【J】．AnalChem，1995，67(15)：2530-2533．
贾金平，何翊。黄骏雄．固相微萃取技术与环境样品前处理 【J】．化学进展，1998，10(1)：74．84．
杨大进，方从容，王竹天．固相微萃取技术与环境样品前处理【J】．中国食品卫生杂志，1999，1 1(3)：35—39．
卜玉兰，郭振库．微波萃取技术【J】．谱，1997，15(6)：499．501．
熊国华，邹世春，张展霞．环境分析试样预处理的新方法一微波萃取法【J】．环境科学进展，1997，5(5)：58—62．
李雪梅，赵国，李再兴．超临界流体萃取技术及其在食品工业中的应用[J]．河北科技大学学报，1999，20(2)：68．71．
贾金平，何翊．超临界流体的应用现状【J】．化学世界，1998，(1)：3-6．
陶锐．超临界流体萃取技术进展【J】．中国卫生检验杂志，1999，9(1)：74-79．
LangenfeldJJ，HawthorneSB，MillerDJ．EffectsofeoUec—tion solvent parameters an d extraction cell geometry on supercritical fluid extraction efficiencies[J]．J Anal Chem,1992。64(19)：2263—3366．
HawthomeSB，M illerDJ．Extraction of organic pollutants from environmental solids wiⅡl sub-and supercritical water【J】．J Anal Chem,1994，66(22)：4005-4012．
李萍．氨基甲酸酯农药残留分析方法【J】．国外医学．卫生学分册，1999，26(6)：366-370．
李洪波，王绪卿．凝胶渗透谱净化技术在含油食物农药残留分析中的应用[J]．国外医学．卫生学分册，1991，(1)：22—24．
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议