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嘉峪檢測網 2025-01-04 10:32
摘 要： 采用中藥農藥殘留的樣品處理方法作為驗證方式，建立了全自動快速樣品處理（QuEChERS）設備的驗證與評價方法。驗證的設備按照標準方法的步驟執行樣品處理過程，對影響最終實驗結果的基本性能和應用效果進行驗證。驗證的農藥化合物在0.005～0.25 μg/mL質量濃度范圍內與其相應的色譜峰面積具有較好的線性關系，相關系數均大于0.99，檢出限均為0.002 mg/kg。中藥樣品在不同濃度的加標水平下的加標平均回收率為71.6%～128.8%，相對標準偏差為0.1%～8.1%。全自動快速樣品處理設備實驗操作的一致性程度較高，設備在分液、移液和加鹽等步驟的操作可以滿足實驗的要求。采用自動化樣品處理方式應用于中藥農藥殘留檢測，能有效減少人為誤差，提高檢測的準確性、重現性和溯源性，為分析儀器的自動化和智能化技術驗證提供了技術支持。
關鍵詞： 設備驗證； 設備評價； 農藥殘留； 中藥； 全自動QuEChERS實驗儀
在科技迅猛發展和人類生活質量不斷提高的今天，食品與藥品安全已成為社會廣泛關注的焦點。中國作為一個農藥使用量巨大的國家，農藥在促進農業產量和農民收入增長方面發揮了不可替代的作用[1]。然而，農藥的過度使用會對環境和人類健康構成嚴重的威脅，其中農藥殘留問題尤為突出，已經成為農業生產中亟需解決的難題[2]。鑒于農藥種類繁多，其理化性質差異明顯，加之樣本基質的復雜性，農藥殘留的測定工作變得尤為復雜。這一過程通常包括萃取、凈化和富集等多個關鍵步驟，以確保測試結果的準確性和可靠性[3]。樣品處理是農藥殘留檢測中的關鍵環節，它不僅極大地影響著檢測結果的準確性，而且是整個檢測過程中最為耗時和關鍵的一步[4]。鑒于此，研究和開發一種既高效又快速、同時又能保障安全與成本效益的殘留樣品處理技術變得極為關鍵。目前，報道的農藥殘留檢測的樣品處理方法主要包括：直接提取法[5?7]、凝膠凈化色譜法(GPC)[8]、快速樣品處理法(QuEChERS)[9?10]以及固相萃取法(SPE)[11?12]。這些傳統方法的局限性在于它們極大地受限于操作人員的技術水平和經驗，易因個人差異導致結果不一，且通常涉及大量有機溶劑的使用，耗時耗力，且難以實現連續批量處理。在這些方法的文獻報道基礎上，引入了全自動快速樣品處理儀在農藥殘留樣品處理中的應用。通過結合氣相色譜和超高效液相色譜串聯質譜技術，并采用全自動基質固相分散萃取實驗儀進行樣品處理，模擬《中華人民共和國藥典》的多殘留測定法樣品處理操作條件，對該儀器在藥品檢驗中的應用效果進行了全面的驗證與評價。與傳統樣品處理方法相比，采用全自動快速樣品處理儀的優勢在于：它能顯著減少人為因素對實驗結果的影響，提高檢測的準確性和重復性；降低有機溶劑的使用量，更符合綠色化學原則；另一方面大幅提升樣品處理的速度和效率，實現高通量連續處理，有效節約時間和人力資源。此項技術的引入，為農藥殘留檢測的自動化和智能化提供了重要的技術支撐和參考，對提升檢測效率和準確性具有顯著意義。
1、 實驗部分
1.1 主要儀器與試劑
全自動QuEChERS實驗儀：HRH-Q60型，北京慧榮和科技有限公司。
氣相色譜-串聯質譜儀：Trace 1300-TSQ9000型，美國賽默飛世爾科技公司。
超高效液相色譜-串聯質譜儀：Acquity UPLC-Xevo TQ-S型，美國沃特世公司。
電子天平：Bsa224 s-CW型，感量為0.1 mg，德國賽多利斯公司。
冷凍離心機：5424R型，德國艾本德公司。
高速分散均質器：T18 Digital型，德國艾卡公司。
振蕩渦旋混合器：Mix-1型，上海托莫斯科學儀器有限公司。
高通量平行濃縮儀，M32型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司。
乙腈、甲酸、甲醇：色譜純，德國默克公司。
乙醇：分析純，廣州化學試劑廠。
無水硫酸鎂、無水乙酸鈉：分析純，上海安譜實驗科技股份有限公司。
QuEChERS凈化管：含無水硫酸鎂900 mg，N-丙基乙二胺300 mg，十八烷基硅烷鍵合硅膠300 mg，硅膠300 mg，石墨化碳黑90 mg，上海安譜實驗科技股份有限公司。
磷酸三苯酯內標標準溶液：編號ASD-P-192S，質量濃度均為100 μg/mL，農業部環境保護科研監測所。
甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜、氟甲腈、氟蟲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜農藥標準溶液：編號分別為GSB 05-2294-2016、GSB 05-294-2015、BWD 1121009、20200228、GBW(E) 081857、BWD 1121010、GSB 05-297-2015，質量濃度均為100 μg/mL，農業部環境保護科研監測所。
實驗樣品：黃芪、山藥、當歸、菊花、白術，均為市售。
實驗用水為超純水，由Milli-Q Advantage A10超純水系統制得。
1.2 儀器工作條件
1.2.1 液相色譜-串聯質譜法
色譜柱：Hypersil Gold C18 (100 mm×2.1 mm，1.9 μm，美國賽默飛世爾科技公司)；柱溫：30 ℃；流量：0.3 mL/min；流動相：A為0.1%（體積比，下同）甲酸水溶液，B為0.1%甲酸-甲醇溶液；洗脫方式：梯度洗脫；洗脫程序：0～1 min時A相體積分數為98%，1～12 min時A相體積分數由98%變為5%，12～14 min時A相體積分數由5%變為98%，14～18 min時A相體積分數為98%；進樣體積：5 μL。
離子源：電噴霧離子源(ESI+)；質譜檢測模式：選擇反應檢測掃描(SRM)；離子源溫度：150 ℃；脫溶劑氣(氮氣)溫度：350 ℃；脫溶劑氣流量：750 L/h；錐孔氣流量：50 L/h；毛細管電壓：2.5 kV。甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜質譜參數見表1。
表1 化合物的質譜參數
Tab. 1 Mass spectrometry parameters of compounds
1.2.2 氣相色譜-串聯質譜法
色譜柱：VF-5 ms柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國賽默飛世爾科技公司)；載氣：氦氣；進樣口溫度：240 ℃；柱溫程序：初始溫度為70 ℃，保持2 min，以25 ℃/min升至150 ℃，再以3 ℃/min升至200 ℃，然后以8 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；進樣體積：1 μL。
離子源：電子轟擊源(EI)；質譜檢測模式：多反應監測(MRM)；電離電壓：70 eV；溶劑延遲時間：6 min；離子源溫度：280 ℃；色譜-質譜接口溫度：280 ℃。氟甲腈、氟蟲腈、氟蟲腈砜和氟蟲腈亞砜質譜參數見表1。
1.3 溶液配制
混合標準溶液：精密量取甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜、氟甲腈、氟蟲腈、氟蟲腈砜、氟蟲腈亞砜農藥標準溶液1 mL，置于20 mL容量瓶中，用乙腈稀釋至標線，搖勻即得混合標準溶液。
內標溶液：100 ng/mL，精密量取0.1 mL磷酸三苯酯內標標準溶液，用乙腈稀釋至100 mL，搖勻。
基質標準曲線溶液：取空白基質樣品，采用手動QuEChERS和全自動QuEChERS兩種不同處理方式制備成空白基質溶液。分別精密量取6份空白基質溶液1.0 mL，置于平行濃縮儀上，在40 ℃水浴下濃縮至約0.5 mL，分別加入混合標準溶液10、20、50、100、150、200 μL，加乙腈定容至1.0 mL，混勻。
1.4 樣品處理
1.4.1 手動QuEChERS處理方法
取過三號篩的樣品3 g，置于50 mL塑料離心管中，加入1%(體積比)乙酸溶液15 mL，渦旋充分浸潤后放置30 min。加入15 mL乙腈渦旋混勻，劇烈振蕩5 min。加入7.5 g無水硫酸鎂-無水乙酸鈉的混合粉末(質量比為4∶1)，搖散后劇烈振蕩3 min，置于冰浴冷卻10 min，再通過4 000 r/min離心5 min，取上清液9 mL于含無水硫酸鎂900 mg、N-丙基乙二胺300 mg、十八烷基硅烷鍵合硅膠300 mg、硅膠300 mg、石墨化碳黑90 mg的凈化管中凈化，取凈化上清液5 mL于40 ℃濃縮至約0.4 mL，加乙腈稀釋至1 mL，混勻。
1.4.2 全自動QuEChERS處理方法
取樣品粉末(過三號篩) 3 g，置于50 mL離心管中，采用與手動QuEChERS處理方法一致的條件設置處理程序(見圖1)，取最終處理上清液過濾即得。
圖1 全自動快速樣品處理儀的工作模塊和處理程序
Fig. 1 The module and process of the automatic QuEChERS instrument
1.5 樣品測定
在1.2儀器工作條件下，氟甲腈、氟蟲腈、氟蟲腈砜和氟蟲腈亞砜采用氣相色譜-串聯質譜法進行檢測，分別精密吸取基質混合標準溶液和樣品溶液各1 mL，精密加入內標溶液0.3 mL，混勻，濾過，取續濾液。分別精密吸取上述兩種溶液各1 μL，注入氣相色譜-串聯質譜儀，按內標標準曲線法計算。
甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亞砜采用液相色譜-串聯質譜法進行檢測，分別精密吸取基質混合標準溶液和樣品溶液各1 mL，精密加入水0.3 mL，混勻，濾過，取續濾液。分別精密吸取上述兩種溶液各5 μL，注入液相色譜-串聯質譜儀，按外標標準曲線法計算。
2、 結果與討論
2.1 全自動QuEChERS實驗儀的工作原理和基本性能驗證
全自動QuEChERS實驗儀的工作原理是在預先稱量好的樣品中，首先加入適量的提取溶液，通過渦旋和振蕩等方式，溶解提取樣品中的農藥殘留成分，再通過加入一定量的無水硫酸鎂與無水乙酸鈉混合鹽，一方面可以分離提取溶液中的水分，減少水分對分析結果的干擾；另一方面可以調節提取溶液的pH值，優化了部分農藥的提取效率，乙酸鈉還可以和樣品中的雜質和干擾物質進一步結合，提高了農藥殘留分析的準確性和靈敏度[14]。提取溶液經過離心機分離后再吸取一定體積的提取溶液并加入預先設置好的分散固相萃取凈化混合物進行萃取和凈化。最后，再使用離心機進行分離，將上清液轉移至進樣瓶中進行上機測試。
通過儀器的工作原理可以看出，全自動QuEChERS實驗儀可以在無人值守的情況下，自動完成提取溶液加入、混合萃取、離心、轉移等操作，大大提高了實驗效率和準確性。通過設備工作過程中提取溶液的加入、凈化溶液移液轉移和混合萃取鹽的加入3個環節，分別考察了不同范圍內的操作精度和一致性，作為考察設備基本性能的評估參數，結果見表2。由表2可見，全自動QuEChERS實驗儀實驗操作的一致性程度較高，結果說明，自動化程度越高，實驗結果的可重復性越高，因為儀器設備的操作是基于程序控制的，不會受到人為因素的影響。此外，在從加液、移液等實驗數據中，也可以看出實測值與設置值之間存在一定的差異，表明儀器設備可能存在一定程度的系統偏差，需要進行進一步的設備模塊校正來修正這種偏差。
表2 全自動快速樣品處理儀的基本性能驗證結果
Tab. 2 Basic performance verification results of the automatic QuEChERS instrument
注：1）加鹽精度單位為g。
2.2 方法評價
2.2.1 基質效應
中藥樣品中存在大量天然化合物，如多酚類物質、黃酮類物質等中存在的其他化學物質和蛋白質、多糖等高分子物質[15?16]，這些化學物質可能會干擾農藥殘留的提取、凈化和檢測過程，導致檢測結果出現誤差。分別選取經過全自動QuEChERS實驗儀處理后的山藥、黃芪基質加標混合標準溶液和溶劑配制的混合標準溶液，分別進樣，比較農藥目標物質的影響，并以通過樣品溶液與混合標準溶液色譜峰面積比值表示基質效應因子，結果見表3。基質效應因子值越接近100%，表明基質效應越低。
表3 不同種類樣品基質效應
Tab. 3 Matrix effects of different types of samples
2.2.2 線性范圍與檢出限
考察了目標化合物在不同濃度范圍內的線性關系，通過全自動QuEChERS實驗儀處理后的樣品進行檢測，以各分析物的質量濃度為橫坐標x，以其相應的質譜峰面積為縱坐標y，得到各自的線性方程。結果顯示，7種目標化合物在線性范圍內呈現出良好的線性關系，相關系數為0.994～0.999 7。以信噪比為3倍確定方法的檢出限(LOD)，結果見表4。由表4可見，方法靈敏度較高，可較好地應用于藥材中農藥殘留的檢測。
表4 化合物的線性范圍、線性方程、相關系數和檢出限
Tab. 4 Linear range, linear equation, correlation coefficient, and detection limit of compounds
2.2.3 方法回收率及精密度
按照確定的樣品處理方法，以黃芪樣品基質為考察對象，分別以1倍、10倍和40倍定量限的量添加3個水平的加標回收試驗，按照每個添加水平重復6次，計算得到的回收率和相對標準偏差，結果見表5。由表5可見，7種目標化合物的加標回收率為71.6%～128.8%，測定結果的相對標準偏差(RSD)為0.1%～8.1%，均符合《中華人民共和國藥典》要求，該方法可滿足實驗室日常檢測的要求。
表5 樣品加標回收試驗及精密度試驗結果
Tab. 5 Results of spiked recovery and precision test
2.3 陽性樣品對比
為進一步驗證通過式全自動QuEChERS實驗儀處理方法的準確性，分別采用手動方法和該方法進行對比實驗。對比實驗選取了當歸、菊花和白術3種不同的陽性中藥材樣品進行檢測，結果見表6。由表6可見，該方法檢測結果與手動方法檢測結果之間無明顯差異，說明兩種方法的一致性較好。
表6 不同方法的測定結果和相對偏差
Tab. 6 Measurement results and relative deviation of different methods
注：ND表示未檢出。
3、 結語
通過驗證全自動QuEChERS實驗儀在中藥農藥殘留檢測中的應用，驗證了自動化樣品處理設備在樣品處理過程中的優勢。通過自動模擬標準實驗流程，配合氣相色譜-串聯質譜法和液相色譜-串聯質譜法對農藥殘留進行檢測。全自動樣品處理方式極大地降低了人為操作誤差，從而提高了檢測結果的準確性、重復性及可追溯性。此外，自動化設備的應用不僅減少了對人力資源的依賴，還能實現高效連續作業，顯著提高了樣品處理的效率。研究結果顯示，該方法不僅快速高效，而且具有很高的準確性和良好的重復性，與傳統手動方法相比，實驗結果具有很好的一致性。通過對國產全自動QuEChERS實驗儀的驗證與評價，不僅能深入了解產品的性能，加速研發進程，提升創新能力，還能為行業提供一定的技術支持和經驗，促進行業發展，增強國家的科技實力和技術水平，因此，推廣全自動快速樣品處理儀，對于提升科研和檢測工作的質量與效率，具有重要的意義和必要性。
參考文獻：
1 顏志輝，鄭懷國，王愛玲，等.“十三五”時期中國農業“藥肥雙減”效果分析［J］.中國農業科技導報，2022，24（11）：159.
YAN Zhihui，ZHENG Huaiguo，WANG Ailing，et al. Analysis on the effect of the reduction of pesticide and fertilizer in Chinese agriculture during "the 13th five-year plan" period［J］. Journal of Agricultural Science and Technology，2022，24（11）：159.
2 崔元培，魏子鯤，王建忠，等.“雙減”背景下化肥、農藥施用現狀與發展路徑［J］.北方園藝，2021（9）：164.
CUI Yuanpei，WEI Zikun，WANG Jianzhong，et al. Development status and path of application of chemical fertilizers and pesticides under the background of reduced［J］. Northern Horticulture，2021（9）：164.
3 TADESSE B N，SIMISO D，MUZI M N. Multiclass pesticide residue analysis in fruit and vegetable samples by combining acetone-based salting-out assisted extraction with dispersive liquid-liquid microextraction［J］. Journal of Chemistry，2021（1）：255.
4 KLAUDIA P，BARBARA K. The pesticide residue analysis in commodities with high content of chlorophyll based on the quick，easy，cheap，effective，rugged and safe method：A review.［J］. Journal of Separation Science，2022，45（1）：149.
5 林津，程慧，程銀棋，等.蔬菜水果中菊酯類農藥殘留快速檢測的方法研究［J］.中國釀造，2021，40（6）：167.
LIN Jin，CHENG Hui，CHENG Yinqi，et al. Rapid detection method of pyrethroid pesticide residue in vegetables and fruits［J］. China Brewing，2021，40（6）：167.
6 梁芳慧，靳丹虹，李海霞，等.農藥殘留快速檢測儀的性能評價［J］.分析儀器，2018（2）：74.
LIANG Fanghui，JIN Danhong，LI Haixia，et al. Performance evaluation of rapid pesticide residue detector［J］. Analytical Instrumentation，2018（2）：74.
7 謝秋紅，邵大志，馬曉靜，等.氣相色譜法測定三七粉及含三七原粉類中成藥中17種有機氯類農藥殘留［J］.化學分析計量，2023，32（11）：84.
XIE Qiuhong，SHAO Dazhi，MA Xiaojing，et al. Determination of 17 organochlorine pesticide residues in Chinese patent medicine containing panax notoginseng original powder and panax notoginseng powder by GC［J］. Chemical Analysis and Meterage，2023，（11）：84.
8 張蓉，陳躍，鄭培，等.凝膠滲透色譜-氣相色譜-離子阱質譜法測定桔梗原藥和當歸提取物中101種農藥殘留［J］.色譜，2023，41（2）：178.
ZHANG Rong，CHEN Yue，ZHENG Pei，et al. Determination of 101 pesticide residues in Platycodonis radix and extracts of Angelica sinensis by gel permeation chromatography-gas chromatography-ion trap mass spectrometry［J］. Chinese journal of chromatography，2023，41（2）：178.
9 AASMA B，NAZIA R，SOFIA K，et al. Method optimization and validation for the routine analysis of multi-class pesticide residues in Kinnow Mandarin and fruit quality evaluation［J］. Food Chemistry，2022，369：130 914.
10 張嘉楠，曹秀梅，王愛卿. QuEChERS-超高效液相色譜-串聯質譜法測定果蔬中57種農藥殘留量［J］.化學分析計量，2018，27（4）：60.
ZHANG Jianan，CAO Xiumei，WANG Aiqin. Determination of 57 pestcide residues in fruits and vegetables by QuEChERS-ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry［J］. Chemical Analysis and Meterage，2018，27（4）：60.
11 JONAS S S D，OLIVEIRA H N D，HIAGO G O D，et al. Pesticide residues in groundwater and surface water：recent advances in solid-phase extraction and solid-phase microextraction sample preparation methods for multiclass analysis by gas chromatography-mass spectrometry［J］. Microchemical Journal，2021，168：106 359.
12 聶敏，黃文源，張盈，等.貴州省茶葉中3種擬除蟲菊酯類農藥殘留及膳食風險評估［J］.農藥，2023，62（4）：5.
NIE Min，HUANG Wenyuan，ZHANG Ying，et al. Residues and dietary risk assessment of 3 pyrethroid pesticides in tea in Guizhou province［J］. Agrochemicals，2023，62（4）：5.
13 張國民，陳俊霏.影響氣相色譜法檢測蔬菜中農藥殘留量的因素探討［J］.理化檢驗（化學分冊），2018，54（4）：465.
ZHANG Guoming，CHEN Junfei. Discussion on Influence factors of GC determination of pesticide residues in vegetables［J］. Physical Testing and Chemical Analysis （Part B：Chemical Analysis），2018，54（4）：465.
14 HUANG Y S，SHI T，LUO X，et al. Determination of multi-pesticide residues in green tea with a modified QuEChERS protocol coupled to HPLC-MS/MS［J］. Food Chemistry，2019，275（1）：255.
15 郭璐瑤，董豐收，李遠播，等.中藥材上農藥應用現狀及其炮制加工過程對農藥殘留的影響［J］.農藥學學報，2021，23（4）：636.
GUO Luyao，DONG Fengshou，LI Yuanbo，et al. Present situation of pesticides application in Chinese medical herbs and the impact of processing on pesticide residues［J］. Chinese Journal of Pesticide Science，2021，23（4）：636.
16 YANG F，CHEN Y S，LIU J，et al. Evaluation of matrix effect in determination of mevinphos stereoisomers in tobacco by supercritical fluid chromatography tandem mass spectrometry［J］. Microchemical Journal，2022，175：107.
引用本文： 陳樹東，梁金釗，蔣超，等 . 全自動快速樣品處理儀用于中藥中農藥殘留檢測的驗證［J］. 化學分析計量，2024，33（10）：99. (CHEN Shudong, LIANG Jinzhao, JIANG Chao, et al. Application and validation evaluation of automatic QuEChERS equipment for pesticide residue detection in traditional Chinese medicine[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(10): 99.)
來源：化學分析計量
