传统的样品处理技术经历了液固萃取、液液萃取、固相萃取几个阶段。在2003年,根据这些萃取的经验,美国农业部的化学家发明了一个在各种水果、蔬菜中有效分离痕量农残的方法。配合液质、气质的高灵敏性、选择性,QuEChERS(quick、easy、cheap、effective、rugged and safe,见下图)技术得到了长足的发展。
QuEChERS自从在第四届欧洲农残专题讨论会公布后反响巨大并从此得到很大的发展。比如,Anastassiades把QuEChERS方法与欧洲沿用了15~20年的方法进行比较得出前者能节省95%的溶剂(10ml Vs 535ml),95%的耗材成本,还有90%的时间。只要你查看欧洲参加的每年对水果、蔬菜进行的农药检测报告,你就会发现在2009年130~150个参加的实验室中有接近有40%是使用QuEChERS方法的。对于私人实验室,由于他们更加考虑成本,QuEChERS的采用率会高至接近70%。
Q:你们之前都是用最先的方法进行检测的,然而当你们发展了自己各自一套后,你们的这些改良却又导致了另外两个不同的提取步骤。因此现在,就变成有三个标准方法了:最早的、AOAC官方方法2007.01(Lehotay与其同事参与开发的)、CEN标准方法 EN 15662(Anastassiades与其同事参与开发的),除此以外还有许多差不多的改良方法。有没有打算统一一下,使得用户能有一个通用的方法呢?(以上所提到的三个方法请参见下图)
Q:虽然QuEChERS刚开始时是针对水果、蔬菜中多农残提取的一个方法,但是现在它已被采用在越来越多领域(比如,兽药 vet drugs,多环芳烃PAHs与抗生素)检测越来越多的不同样品(比如血浆、肉、土壤)。这些方法许并没有像你们以前那样小心地做过室间测试,你们觉得这是否过火了呢?
A:我们很开心QuEChERS能被扩展使用于不同的领域。根据方法在工作中的使用效果,要具体问题具体分析(It is a case-by-case basis),这取决于是否有科学依据(boils down to good science or not),而与QuEChERS自身无关。在所有新开发的方法中,大家必须要注意评估其效果以及有效性。
为了“保护”QuEChERS,我们所做的就是对(What we have done to "protect" QuEChERS is work through the auspices of international official method validation and accreditation organizations)国际官方方法的验证以及认证机构(AOAC与CEN)进行支持。AOAC方法2007.01与CEN标准方法EN15622都是经过验证的方法,其调整后的版本只要经过充分的验证,适合用于还是能得以接受的。
Q: QuEChERS起先被设计用于痕量农残分析,用这技术的实验室以农药实验室为主,这类实验室都非常熟悉代表性样品的采集以及数据统计。但是现在QuEChERS已被许多非农药实验室用于各种各样的样品作痕量分析。这类实验室往往缺乏像之前农残分析师那样的经验丰富的专业人士,所以你们认为QuEChERS方法会因为过程中样品采集不具代表性而出现负面评价(bad rap)吗?毕竟,分析结果的好坏与你所分析的样品是密不可分的。(After all, the result is only as good as the sample supplied)
所以,在QuEChERS的萃取过程中能有一台强力的震摇机的确会是一个好帮手,特别是对于一些有能力的实验室来说。Anastassiades现在正研究食品类样品中农残萃取时,萃取环境的影响因素。在大部分情况下,1分钟的萃取对此已经足够,但是在某些情况下,增大萃取时间会显著提高萃取的回收。比如,对于一些农残已扩散到蜡质层结构(wax layers)的样品。蜡质的颗粒样品明显需要更长的萃取时间才能让被包裹的农残浸泡出来得以提取(need some time to soak for those enclosed residues to become accessible to extractant)。自动化的震摇装置这时就显得有必要了。
现在样品预处理中已越来越接受QuEChERS――简单的操作步骤、一次就能检测上百种农残。我们觉得运算软件处理数据后得到的结果,如果这没有经过专人审核,还是不大信得过。残留化学物分析现在还并不需要像诊断或药物测试(clinical and pharma tests)那样一次处理那么多的样品量,但是如果QuEChERS得以用与大批量检测,这时自动化就显得十分重要了。Gerstel(美、英、德)正与DPX等实验室合作去使得QuEChERS能自动化操作。
基质干扰Matrix Dependencies
Q:萃取往往容易受到基质干扰(Extractions of all kinds are often matrix dependent)。一个分析方法在这种基质中没问题但是在另外一种基质中就可能变得有问题了。对于QuEChERS,你们遇到过这种情况吗?如果有,可以怎样改良QuEChERS方法去克服呢?
对于这些复杂的情况,我们就要靠高质量的色谱-质谱分析。灵敏度高的仪器让我们能允许最终提取液有更低的样品浓度(sample concentration)(比如某些例子里的0.1g/mL),高选择性的色谱-质谱仪更能使我们忽略与目标物同时出峰的杂质(allows us to largely 'fade-out' matrix components coeluting with pesticides)。当重现性 ruggedness 与检出限有冲突时(If ruggedness or detection limits are compromised too much),凝胶色谱或者分馏提取液会是一个好的解决方法。但是这时也要考虑得到的数据需要满足何种要求、试验的时间、成本、劳动力以及仪器设备等各种因素。
当今GC/MS特别是LC/MS/MS,被认为在对农残的控制上是必不可少的(indispensable)。许多正被逐渐注意到其毒性并加以销售监管的农药只能被LC-MS进行检测。我们建议那些正为发展中国家建立出口管制实验室提供技术、金钱支助的团体与其帮其投资LC-DAD、GC-NPD或者GC-ECD这些设备,不如直接帮助其一步升级到LC/MS/MS。这样做投资虽然巨大,但是这是值得的。因为这可以检测到大部分,特别是最重要的那些农药残留,大大提高出口产品获得认可能力,减少产品被拒入境的困境。(improving the recognition of export certificates and reducing problems with consignment-rejections)
以下是QuEChERS应用中出现的一些特殊问题
Q:在开始的乙腈萃取中,当加入无水硫酸镁时,会产生一定的热量。在某种意义上,这些热量能提高萃取速度或者萃取效率,但是另一方面来看,热量太多时,会导致一些热不稳或者易挥发农残的损失。实际应用中,你们是如何协调这矛盾的呢?(reconcile these conflicting)或许,这根本不值一提?
还有一个值得注意的问题There is one issue of note,在QuEChERS出现之前,农残检测方法得到的提取液中,一般每毫升非极性溶剂要相当于含有2~5g的样品,此时当使用GC/MS(SIM模式)进行不分流进样,进样量为1~3µL时,方法检出限一般为10 ng/g。现在除非检测人员把提取液再进行浓缩、或许溶剂置换,一般QuEChERS方法得出提取液乙腈中,每毫升只相当于有1g样品。为了使得其能达到之前方法的检出限,程序升温进样器(PTV,programmable temperature vapourization)结合3~10µL大流量进样(LVI,large-volume injection)是需要。北美的许多实验室的气相并不用PTV-LVI,但这技术在欧洲成为标准方法已经有好几年了。