食品药品检验前处理技术研究

时间：2024-05-14

王凡王春雷

摘要：食品药品是最常见的消费品之一，其质量安全直接关乎人们的生命健康和安全，检验检测作为发现问题风险的一种重要手段，在食品药品质量把控和市场监管中起到了极为重要的作用。在食品药品检测中，前处理的方法、技术和手段可以直接影响整个分析评价流程，因此有必要加强前处理技术的研究和探讨。本文主要论述前处理的重要性、主要技术及其优缺点，同时也论述了前处理技术的评价标准和发展趋势，可为食品药品检测人员了解前处理的基础知识提供参考，也可为前处理方法开发提供理论借鉴。

关键词：食品药品；检验检测；前处理；固相萃取

Abstract： Food and drug is one of the most common consumer goods， and its quality and safety are related to the life and health and safety of the people directly. As an important means of discovering the risk of problems， inspection and testing plays an important role in the quality control and market supervision of food and drug extremely. In food and drug testing， the methods， techniques and means of pre-processing can affect the whole analysis and evaluation process directly， so it is necessary to strengthen the research and discussion of pretreatment technology. This paper mainly discusses the importance of pre-processing， the main technology and its advantages and disadvantages， and also discusses the evaluation criteria and development trend of pre-processing technology. This paper can provide reference for food and drug testing personnel to understand the basic knowledge of pre-processing， and can also provide theoretical reference for the development of pre-processing methods.

Keywords： food and drug; inspection and detection; pre-processing; solid phase extraction

1 样品前处理的定义及其重要性

样品前处理是从复杂的食品药品基质中，通过物理、化学或生物手段去除干扰物质，同时将目标物分离出来，达到仪器可以分析的状态，多数时候还需要将目标物进行纯化和富集，并将目标物制成便于检测的溶液形式。有时若目标物难以在现有仪器上进行检测，需要通过衍生化等方式将其定量转化为一种易于检测的化合物。

研究机构对100多个食品药品检验实验室的研究结果表明[1]，在整个食品药品检验过程中采样、样品前处理、数据处理和数据分析所消耗时间占比分别为6%、61%、27%和6%，由此可见前处理耗时最长。从食品药品检验检测误差来源进行分析，操作方法、仪器设备、色谱柱的选择、进样方式、积分、标准曲线绘制和样品前处理等都会引起不同程度的实验误差，但从统计分析结果[2]来看样品前处理导致的实验误差占比最大，约为30%。样品前处理是一项极其耗时、烦琐且容易引入分析测定误差的过程，而样品前处理方法对样品的分析起着至关重要的作用，某种程度上来说，样品前处理的好坏不仅直接影响最终的分析结果，还会影响分析仪器的使用寿命。因此，有必要对前处理进行系统分析，阐述各方法的优缺点，为实验人员提供参考。

2 常见的食品分析前处理方法

2.1 无机化处理方法

无机化前处理是指在测定样品中的无机成分（一般指元素）时，共存的有机物质（蛋白质、糖类、脂肪、油脂等）可能会干扰测定。因此，在食品药品检测过程中要将样品中的有机物质破坏掉，同时将需要测定的元素转化成易测定的无机化合物的形式进行检测。无机化前处理方法一般分为干灰化法和湿消解法。

2.1.1 干灰化法

干灰化法又叫灼烧法，是最常用的破坏有机物的方法之一，一般是将样品放在坩埚中高温灼烧，使样品脱水、焦化，有机物与氧气发生反应分解为二氧化碳、水或者气体而挥发，剩下的无机物用来检测分析。

干灰化法的优点是样品直接灰化，不加或者很少加溶剂，可以有较低的空白值，而且一次可以同时测量多批次样品，若灼烧后产生的灰分少，可以增加样品量来提高检出率，该法适用范围广，操作简便，无需人员看守，但该法容易造成待测组分挥发损失，而且高温环境下坩埚材料会吸收部分待测组分，造成回收率偏低。因此，灰化过程中要采取适宜的灰化温度，温度一般以500～550 ℃为宜，最好不要超过600 ℃。若样品灰化后仍不变白，可加适量的酸帮助灰化溶解，此外也可以加入助灰化剂加速有机物的氧化。

2.1.2 湿消解法

湿消解法又叫消化法[3]，通常是在适量的样品中加入硝酸、硫酸等氧化性酸，有时还需要加入一些氧化剂或者催化剂，再通过加热煮沸，将样品中的有机物分解为CO2和H2O。常用的酸有硫酸、硝酸和高氯酸等，常用的氧化劑有过氧化氢和高锰酸钾等，常用的催化剂有硫酸铜和硫酸汞等。

实际操作过程中消化液可单独使用，也可组合使用，而且组合方式多种多样，可以结合属性和特点进行选择。对于生物样品和浑浊污水的处理可以使用硝酸-硫酸组合进行消化，但该组合不适用于含有碱土金属的样品；对于特别难氧化的有机样品的消化，可以使用硝酸-高氯酸组合进行消化；对于含金属毒物且样品中没有挥发性元素的生物样品的消化，可以使用硫酸-硝酸-高氯酸组合进行消化。

微波消解法是目前常用的湿法消解方法之一，它是在消解的过程中利用微波对介质有快速加热和升温的特性来辅助消解。微波消解最大的特点是能实现快速消化，该技术的消化时间一般为3～4 min，尤其是对于食品药品和生物样品的消化，而且该技术是在密封状态下对样品进行消化，试剂的挥发损失量极少，这样既能有效降低酸的使用量，也可以有效减少酸气排放对人体和环境造成的危害，同时避免了如Pb、Se、As等能形成易挥发组分样品的损失，此外该法用电量少，大大节约了能源。

2.2 有机前处理方法

有机前处理主要是检测食品药品样品中的有机化合物或其衍生物和代谢物，而不是单一的某种元素，主要是通过不同的原理和方法将目标化合物从复杂的基质中提取出来，并进一步的纯化和浓缩，供仪器分析检测。按照提取的原理不同，可以将有机前处理分为液液萃取法、固相萃取法、超临界流体萃取法和QuEChERS法等。

2.2.1 液液萃取法

液液萃取法是最常见的，使用最多的一种提取方法，主要是利用目标化合物在互不相溶的两相间的分配系数不同，将目标物从一相转移到另一相的过程，在实际操作过程中，可采用分液漏斗进行手动提取，也可利用索氏提取器多次进行提取，其中分液漏斗的提取效率较低，有机溶剂对人体伤害较大，在少量样品的前处理和实验室教学中使用较多。采用液液萃取法对样品需求量大，且萃取的时间较长，需要用到大量的有机溶剂，对人体伤害性大，不能满足高效率、高准确性的分析。

2.2.2 固相萃取法

固相萃取技术已经发展了20多年，是一种有效的分离纯化方法，在药物纯化、环境和食品药品前处理等多个领域发挥着重要作用，可用于样品的分离、纯化和浓缩[4]，与液液萃取法相比可以大大提高目标化合物的回收率，并且可以更有效地去除杂质，更有利于样品分析和保护分析设备。

当前处理过程的初提取液通过固相萃取柱时，目标分子上的功能性官能团就会与填料上的官能团产生相互作用力，以此来进行吸附保留[5]。针对保留机理不同，可以将固相萃取过程分为目标化合物保留过程和杂质保留过程，操作步骤也略有区别。其中，目标化合物保留模式有4步，即活化、上样、淋洗和洗脱；杂质保留模式有3步，即活化、上样和洗脱。

在固相萃取过程中，保留和洗脱均受目标化合物、吸附剂和溶剂环境3种因素的影响[6]，对于给定的目标化合物，选择合适的吸附剂、样品溶剂以及洗脱溶剂是实现成功分离的关键。

使用固相萃取法进行萃取操作时，应注意以下几点[7]。①样品溶液体系性质要与固相萃取要求相适应。例如，以C18为固相萃取吸附剂吸附待测化合物时，样品溶液体系中有机溶剂的比例不能太高；但以C18为固相萃取吸附剂吸附样品中的杂质时，样品溶液体系中有机溶剂的比例不能太低。②要注意填料承载能力，防止上样超载导致检测结果不准确。③过柱流速要合适，不能过快或过慢，特别是样品溶液上柱和洗脱两个环节的过柱速度要控制。一般过柱流速为1～3 mL·min-1。④对于使用硅胶基质的固相萃取小柱在样品溶液上柱前不能干涸，如果干涸了应该重新对小柱进行活化。

2.2.3 超临界流体萃取法

该技术采用超临界流体为萃取剂，将待测物从复杂的样品基质中分离出来。最常用的萃取剂是超临界二氧化碳，它具有表面张力低、黏度低、扩散性高和可压缩等特点，对于被萃取物质有着良好的溶解和穿透能力，且临界温度为31.05 ℃，可在室温附近实现萃取操作。二氧化碳还具有不可燃、无毒、化学安全性好和廉价易得等优点。但是，该技术难以萃取极性大和相对分子质量高的化合物，当混合物中各组分间的相对挥发度或极性差别较大时，难以同时被萃取。

2.2.4 QuEChERS法

QuEChERS法是近年发展起来的一种用于食品药品检测的快速样品前处理技术，其原理与固相萃取法相似，利用吸附剂填料与杂质间的相互作用力来吸附杂质，达到除杂净化的目的[8]。操作步骤一般如下。①样品制备。②乙腈、醋酸乙腈溶液或者缓冲溶液提取分离。③加入MgSO4、Na2SO4等盐类去除样品溶液的水分。④加入石墨化炭黑吸附劑、乙二胺-N-丙基硅烷等吸附剂去除杂质。⑤离心后取上清液过膜后供GC-MS或LC-MS检测。

QuEChERS方法具有以下优势。①分析速度快，可多样品同时处理，也可实现多待测物同时测定。②有机溶剂使用量少，价格低廉，污染小。③操作简便，无需特别昂贵的仪器设备，对操作人员能力要求较低。④对大量极性及挥发性的农药回收率较高，一般可大于85%。⑤分析范围广，可实现多农药残留或多兽药残留的同时检测。

3 样品前处理方法的评价标准及其发展趋势

虽然样品前处理的方法有很多，但没有一种方法适合所有的被测组分和所有的检验样品，研究人员需开发新的前处理方法，使之涵盖尽量多的项目和品种，实现高通量检验，同时也要结合被测组分和实验条件等实际情况，制定切实可行的前处理方法。

评价一种前处理方法一般应遵循以下准则[9]，即干扰组分能否去除干净，目标物回收率是否在合理范围内，操作是否简便，是否对人体和环境造成伤害。

未来样品前处理方法的发展趋势：①要能适应处理复杂介质、痕量成分、特殊性质成分分析的要求；②要尽量减少操作步骤，尽量集采样、萃取、净化、浓缩、预分离和进样于一体；③要尽量减少甚至不用有毒有机溶剂，减少对检测人员身体健康的危害。

参考文献

[1]陈勤.食品药品检验中常见差错及其防控[J].临床医药文献电子杂志，2020，7（14）：76-77.

[2]金贵重.食品药品检验中常见差错及其防控策略探析[J].黑龙江科技信息，2016（33）：152.

[3]杨海龙，白保勋，刘楠，等.农产品重金属检测前处理技术研究进展[J].种业导刊，2022（5）：3-7.

[4]何婷婷，齐冬琴，宋姣.食品检测前处理中固相萃取技术的应用[J].现代食品，2022，28（17）：41-43.

[5]华叙荣，于涛，徐哲婷.固相萃取技术的作用机制及在化学分析中的应用进展[J].江西化工，2019（1）：26-29.

[6]高巍，武中平，徐春祥，等.固相萃取技术研究[J].江苏食品与发酵，2006（3）：17-21.

[7]张海霞，朱彭龄.固相萃取[J].分析化学，2000（9）：1172-1180.