摘 要： 采用中药农药残留的样品处理方法作为验证方式，建立了全自动快速样品处理（QuEChERS）设备的验证与评价方法。验证的设备按照标准方法的步骤执行样品处理过程，对影响最终实验结果的基本性能和应用效果进行验证。验证的农药化合物在0.005～0.25 μg/mL质量浓度范围内与其相应的色谱峰面积具有较好的线性关系，相关系数均大于0.99，检出限均为0.002 mg/kg。中药样品在不同浓度的加标水平下的加标平均回收率为71.6%～128.8%，相对标准偏差为0.1%～8.1%。全自动快速样品处理设备实验操作的一致性程度较高，设备在分液、移液和加盐等步骤的操作可以满足实验的要求。采用自动化样品处理方式应用于中药农药残留检测，能有效减少人为误差，提高检测的准确性、重现性和溯源性，为分析仪器的自动化和智能化技术验证提供了技术支持。

关键词： 设备验证； 设备评价； 农药残留； 中药； 全自动QuEChERS实验仪

 

在科技迅猛发展和人类生活质量不断提高的今天，食品与药品安全已成为社会广泛关注的焦点。中国作为一个农药使用量巨大的国家，农药在促进农业产量和农民收入增长方面发挥了不可替代的作用[1]。然而，农药的过度使用会对环境和人类健康构成严重的威胁，其中农药残留问题尤为突出，已经成为农业生产中亟需解决的难题[2]。鉴于农药种类繁多，其理化性质差异明显，加之样本基质的复杂性，农药残留的测定工作变得尤为复杂。这一过程通常包括萃取、净化和富集等多个关键步骤，以确保测试结果的准确性和可靠性[3]。样品处理是农药残留检测中的关键环节，它不仅极大地影响着检测结果的准确性，而且是整个检测过程中最为耗时和关键的一步[4]。鉴于此，研究和开发一种既高效又快速、同时又能保障安全与成本效益的残留样品处理技术变得极为关键。目前，报道的农药残留检测的样品处理方法主要包括：直接提取法[5‒7]、凝胶净化色谱法(GPC)[8]、快速样品处理法(QuEChERS)[9‒10]以及固相萃取法(SPE)[11‒12]。这些传统方法的局限性在于它们极大地受限于操作人员的技术水平和经验，易因个人差异导致结果不一，且通常涉及大量有机溶剂的使用，耗时耗力，且难以实现连续批量处理。在这些方法的文献报道基础上，引入了全自动快速样品处理仪在农药残留样品处理中的应用。通过结合气相色谱和超高效液相色谱串联质谱技术，并采用全自动基质固相分散萃取实验仪进行样品处理，模拟《中华人民共和国药典》的多残留测定法样品处理操作条件，对该仪器在药品检验中的应用效果进行了全面的验证与评价。与传统样品处理方法相比，采用全自动快速样品处理仪的优势在于：它能显著减少人为因素对实验结果的影响，提高检测的准确性和重复性；降低有机溶剂的使用量，更符合绿色化学原则；另一方面大幅提升样品处理的速度和效率，实现高通量连续处理，有效节约时间和人力资源。此项技术的引入，为农药残留检测的自动化和智能化提供了重要的技术支撑和参考，对提升检测效率和准确性具有显著意义。

 

1、 实验部分

 

1.1 主要仪器与试剂

全自动QuEChERS实验仪：HRH-Q60型，北京慧荣和科技有限公司。

气相色谱-串联质谱仪：Trace 1300-TSQ9000型，美国赛默飞世尔科技公司。

超高效液相色谱-串联质谱仪：Acquity UPLC-Xevo TQ-S型，美国沃特世公司。

电子天平：Bsa224 s-CW型，感量为0.1 mg，德国赛多利斯公司。

冷冻离心机：5424R型，德国艾本德公司。

高速分散均质器：T18 Digital型，德国艾卡公司。

振荡涡旋混合器：Mix-1型，上海托莫斯科学仪器有限公司。

高通量平行浓缩仪，M32型，北京莱伯泰科仪器股份有限公司。

乙腈、甲酸、甲醇：色谱纯，德国默克公司。

乙醇：分析纯，广州化学试剂厂。

无水硫酸镁、无水乙酸钠：分析纯，上海安谱实验科技股份有限公司。

QuEChERS净化管：含无水硫酸镁900 mg，N-丙基乙二胺300 mg，十八烷基硅烷键合硅胶300 mg，硅胶300 mg，石墨化碳黑90 mg，上海安谱实验科技股份有限公司。

磷酸三苯酯内标标准溶液：编号ASD-P-192S，质量浓度均为100 μg/mL，农业部环境保护科研监测所。

甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜、氟甲腈、氟虫腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜农药标准溶液：编号分别为GSB 05-2294-2016、GSB 05-294-2015、BWD 1121009、20200228、GBW(E) 081857、BWD 1121010、GSB 05-297-2015，质量浓度均为100 μg/mL，农业部环境保护科研监测所。

实验样品：黄芪、山药、当归、菊花、白术，均为市售。

实验用水为超纯水，由Milli-Q Advantage A10超纯水系统制得。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 液相色谱-串联质谱法

色谱柱：Hypersil Gold C18 (100 mm×2.1 mm，1.9 μm，美国赛默飞世尔科技公司)；柱温：30 ℃；流量：0.3 mL/min；流动相：A为0.1%（体积比，下同）甲酸水溶液，B为0.1%甲酸-甲醇溶液；洗脱方式：梯度洗脱；洗脱程序：0～1 min时A相体积分数为98%，1～12 min时A相体积分数由98%变为5%，12～14 min时A相体积分数由5%变为98%，14～18 min时A相体积分数为98%；进样体积：5 μL。

离子源：电喷雾离子源(ESI+)；质谱检测模式：选择反应检测扫描(SRM)；离子源温度：150 ℃；脱溶剂气(氮气)温度：350 ℃；脱溶剂气流量：750 L/h；锥孔气流量：50 L/h；毛细管电压：2.5 kV。甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜质谱参数见表1。

表1   化合物的质谱参数

Tab. 1   Mass spectrometry parameters of compounds

 

 

 

1.2.2 气相色谱-串联质谱法

色谱柱：VF-5 ms柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国赛默飞世尔科技公司)；载气：氦气；进样口温度：240 ℃；柱温程序：初始温度为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；进样体积：1 μL。

离子源：电子轰击源(EI)；质谱检测模式：多反应监测(MRM)；电离电压：70 eV；溶剂延迟时间：6 min；离子源温度：280 ℃；色谱-质谱接口温度：280 ℃。氟甲腈、氟虫腈、氟虫腈砜和氟虫腈亚砜质谱参数见表1。

1.3 溶液配制

混合标准溶液：精密量取甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜、氟甲腈、氟虫腈、氟虫腈砜、氟虫腈亚砜农药标准溶液1 mL，置于20 mL容量瓶中，用乙腈稀释至标线，摇匀即得混合标准溶液。

内标溶液：100 ng/mL，精密量取0.1 mL磷酸三苯酯内标标准溶液，用乙腈稀释至100 mL，摇匀。

基质标准曲线溶液：取空白基质样品，采用手动QuEChERS和全自动QuEChERS两种不同处理方式制备成空白基质溶液。分别精密量取6份空白基质溶液1.0 mL，置于平行浓缩仪上，在40 ℃水浴下浓缩至约0.5 mL，分别加入混合标准溶液10、20、50、100、150、200 μL，加乙腈定容至1.0 mL，混匀。

1.4 样品处理

1.4.1 手动QuEChERS处理方法

取过三号筛的样品3 g，置于50 mL塑料离心管中，加入1%(体积比)乙酸溶液15 mL，涡旋充分浸润后放置30 min。加入15 mL乙腈涡旋混匀，剧烈振荡5 min。加入7.5 g无水硫酸镁-无水乙酸钠的混合粉末(质量比为4∶1)，摇散后剧烈振荡3 min，置于冰浴冷却10 min，再通过4 000 r/min离心5 min，取上清液9 mL于含无水硫酸镁900 mg、N-丙基乙二胺300 mg、十八烷基硅烷键合硅胶300 mg、硅胶300 mg、石墨化碳黑90 mg的净化管中净化，取净化上清液5 mL于40 ℃浓缩至约0.4 mL，加乙腈稀释至1 mL，混匀。

1.4.2 全自动QuEChERS处理方法

取样品粉末(过三号筛) 3 g，置于50 mL离心管中，采用与手动QuEChERS处理方法一致的条件设置处理程序(见图1)，取最终处理上清液过滤即得。

图1   全自动快速样品处理仪的工作模块和处理程序

Fig. 1   The module and process of the automatic QuEChERS instrument

1.5 样品测定

在1.2仪器工作条件下，氟甲腈、氟虫腈、氟虫腈砜和氟虫腈亚砜采用气相色谱-串联质谱法进行检测，分别精密吸取基质混合标准溶液和样品溶液各1 mL，精密加入内标溶液0.3 mL，混匀，滤过，取续滤液。分别精密吸取上述两种溶液各1 μL，注入气相色谱-串联质谱仪，按内标标准曲线法计算。

甲拌磷、甲拌磷砜、甲拌磷亚砜采用液相色谱-串联质谱法进行检测，分别精密吸取基质混合标准溶液和样品溶液各1 mL，精密加入水0.3 mL，混匀，滤过，取续滤液。分别精密吸取上述两种溶液各5 μL，注入液相色谱-串联质谱仪，按外标标准曲线法计算。

 

2、 结果与讨论

 

2.1 全自动QuEChERS实验仪的工作原理和基本性能验证

全自动QuEChERS实验仪的工作原理是在预先称量好的样品中，首先加入适量的提取溶液，通过涡旋和振荡等方式，溶解提取样品中的农药残留成分，再通过加入一定量的无水硫酸镁与无水乙酸钠混合盐，一方面可以分离提取溶液中的水分，减少水分对分析结果的干扰；另一方面可以调节提取溶液的pH值，优化了部分农药的提取效率，乙酸钠还可以和样品中的杂质和干扰物质进一步结合，提高了农药残留分析的准确性和灵敏度[14]。提取溶液经过离心机分离后再吸取一定体积的提取溶液并加入预先设置好的分散固相萃取净化混合物进行萃取和净化。最后，再使用离心机进行分离，将上清液转移至进样瓶中进行上机测试。

通过仪器的工作原理可以看出，全自动QuEChERS实验仪可以在无人值守的情况下，自动完成提取溶液加入、混合萃取、离心、转移等操作，大大提高了实验效率和准确性。通过设备工作过程中提取溶液的加入、净化溶液移液转移和混合萃取盐的加入3个环节，分别考察了不同范围内的操作精度和一致性，作为考察设备基本性能的评估参数，结果见表2。由表2可见，全自动QuEChERS实验仪实验操作的一致性程度较高，结果说明，自动化程度越高，实验结果的可重复性越高，因为仪器设备的操作是基于程序控制的，不会受到人为因素的影响。此外，在从加液、移液等实验数据中，也可以看出实测值与设置值之间存在一定的差异，表明仪器设备可能存在一定程度的系统偏差，需要进行进一步的设备模块校正来修正这种偏差。

表2   全自动快速样品处理仪的基本性能验证结果

Tab. 2   Basic performance verification results of the automatic QuEChERS instrument

注：1）加盐精度单位为g。

 

2.2 方法评价

2.2.1 基质效应

中药样品中存在大量天然化合物，如多酚类物质、黄酮类物质等中存在的其他化学物质和蛋白质、多糖等高分子物质[15‒16]，这些化学物质可能会干扰农药残留的提取、净化和检测过程，导致检测结果出现误差。分别选取经过全自动QuEChERS实验仪处理后的山药、黄芪基质加标混合标准溶液和溶剂配制的混合标准溶液，分别进样，比较农药目标物质的影响，并以通过样品溶液与混合标准溶液色谱峰面积比值表示基质效应因子，结果见表3。基质效应因子值越接近100%，表明基质效应越低。

表3   不同种类样品基质效应

Tab. 3   Matrix effects of different types of samples

 

2.2.2 线性范围与检出限

考察了目标化合物在不同浓度范围内的线性关系，通过全自动QuEChERS实验仪处理后的样品进行检测，以各分析物的质量浓度为横坐标x，以其相应的质谱峰面积为纵坐标y，得到各自的线性方程。结果显示，7种目标化合物在线性范围内呈现出良好的线性关系，相关系数为0.994～0.999 7。以信噪比为3倍确定方法的检出限(LOD)，结果见表4。由表4可见，方法灵敏度较高，可较好地应用于药材中农药残留的检测。

表4   化合物的线性范围、线性方程、相关系数和检出限

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

按照确定的样品处理方法，以黄芪样品基质为考察对象，分别以1倍、10倍和40倍定量限的量添加3个水平的加标回收试验，按照每个添加水平重复6次，计算得到的回收率和相对标准偏差，结果见表5。由表5可见，7种目标化合物的加标回收率为71.6%～128.8%，测定结果的相对标准偏差(RSD)为0.1%～8.1%，均符合《中华人民共和国药典》要求，该方法可满足实验室日常检测的要求。

表5   样品加标回收试验及精密度试验结果

Tab. 5   Results of spiked recovery and precision test

 

2.3 阳性样品对比

为进一步验证通过式全自动QuEChERS实验仪处理方法的准确性，分别采用手动方法和该方法进行对比实验。对比实验选取了当归、菊花和白术3种不同的阳性中药材样品进行检测，结果见表6。由表6可见，该方法检测结果与手动方法检测结果之间无明显差异，说明两种方法的一致性较好。

表6   不同方法的测定结果和相对偏差

Tab. 6   Measurement results and relative deviation of different methods

注：ND表示未检出。

 

3、 结语

 

通过验证全自动QuEChERS实验仪在中药农药残留检测中的应用，验证了自动化样品处理设备在样品处理过程中的优势。通过自动模拟标准实验流程，配合气相色谱-串联质谱法和液相色谱-串联质谱法对农药残留进行检测。全自动样品处理方式极大地降低了人为操作误差，从而提高了检测结果的准确性、重复性及可追溯性。此外，自动化设备的应用不仅减少了对人力资源的依赖，还能实现高效连续作业，显著提高了样品处理的效率。研究结果显示，该方法不仅快速高效，而且具有很高的准确性和良好的重复性，与传统手动方法相比，实验结果具有很好的一致性。通过对国产全自动QuEChERS实验仪的验证与评价，不仅能深入了解产品的性能，加速研发进程，提升创新能力，还能为行业提供一定的技术支持和经验，促进行业发展，增强国家的科技实力和技术水平，因此，推广全自动快速样品处理仪，对于提升科研和检测工作的质量与效率，具有重要的意义和必要性。

 

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引用本文： 陈树东，梁金钊，蒋超，等 . 全自动快速样品处理仪用于中药中农药残留检测的验证［J］. 化学分析计量，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.)

 

 

来源：化学分析计量

关键词： 中药中农药残留检测