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动物源性食品中小分子有机污染物的前处理方法
发布:shadow   时间:2015/4/21 9:58:47   阅读:615 
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动物源性食品的安全受数量庞大的小分子有机污染物的挑战,开发能同时快速分析具有不同极性和pKa值、来自不同类别的兽药和其他污染物的方法显得越来越重要。但对于复杂基质的动物源性食品来说,样品前处理仍然是一个技术瓶颈,主要表现在其净化效果、处理时间和误差来源等方面。

小分子有机化合物与人类生产与生活息息相关,但也可能成为污染食品的罪魁。从农作物的生长环境、浇灌用水、农药,到养殖业使用的兽药和饲料添加剂,直至食品生产加工、贮存、运输和销售的每一个环节,都有受兽药、农药、生物毒素、环境污染物、食品添加剂和工业品等污染的可能。由于这些来源广泛的污染物种类庞大,其污染造成潜在食品安全风险具有高度的多样性。同时,污染物的理化性质的差异,苛刻的检测限要求以及复杂生物基质等因素给多残留分析带来巨大的挑战。可喜的是,分析仪器性能的不断提升,尤其是液相-质谱联用(低分辨和高分辨质谱)等技术发明和应用大大推动了多类别多残留检测技术的发展,打破了传统方法界限,检测范围不再局限于少数几种同类物或少数几类,在同一个方法中甚至可能同时包含农药、兽药、生物毒素、环境污染物、食品添加剂和非法添加物等几十个类别以上,已成为食品分析领域研究热门之一,并取得了较大进展,同时也遇到一些瓶颈问题。目前动物源性食品中多类别多残留的前处理方法主要有提取方法和净化方法。

多类别多残留分析方法往往同时包含水溶性和脂溶性目标物,理化性质存在较大差异。对于脂溶性化合物,要求提取液中有机相的比例越高越好,这样势必带来较多的脂类杂质;而对于水溶性化合物,提取液中水的含量越高越好,但高含量的水会带来较多的碳水化合物基质。这些脂溶性和水溶性等杂质同时存在,大大增加了后续净化的难度。

1 提取方法
1.1 液液萃取

液液萃取(LLE)是最基础、最常用的提取方法。溶剂的选择遵循”相似相溶”原理,即溶剂极性越接近目标化合物,提取效率越高。通过匀浆、超声、振荡、两次或多次重复提取等手段可以进一步提高回收率。在众多的溶剂之中,乙腈在多类别分析方法中对化合物的兼容性、在沉淀蛋白效果方面具有其他溶剂无法比拟的优势。

越来越多的研究表明,在目标物的极性范围较宽的情况下,仅用一种溶剂提取是很难实现通用提取的目的。结果表明,除磺胺类外,氟喹诺酮类的麻保沙星、沙拉沙星和四环素类的金霉素、强力霉素的回收率均不足40%。乙腈提取四环素类和β-内酰胺类等的回收率低,并不适合水溶性较强的待测物。

除水之外,EDTA在多类别检测方法中是不可缺少的角色,可以竞争结合Ca2+、Mg2+等阳离子,避免四环素类和大环内酯类等药物的过程损失。

1.2 加速溶剂萃取
加速溶剂萃取(简称ASE或PLE)的原理是选择在高温高压条件下,显著加快溶质的扩散,从而提高提取效率。它通常比传统液液萃取更具提取效率,是一种降低不确定度的自动化、高通量、重复性好的提取手段。

1.3 基质分散固相萃取法(MSPD)
1989年,有人提出了将均质、分散、提取和净化合在一起,通过溶剂洗脱,应用于动物组织、牛奶、蜂蜜中的农药、兽药残留。试验证明了MSPD比QuEChERS提取蜂蜜和鸡蛋中的农药残留,具有高出50%的回收率。分散剂除了固相萃取填料外,近年来,高选择性的分子印迹材料和低选择性多层碳纳米管也有使用。MSPD法的缺点是称样量较小影响代表性,样品需要逐个研磨、装柱,样品通量较小。

2 净化方法
2.1 液液萃取净化

正己烷去脂肪是一种最简便、最常用的液液萃取去脂方法,利用正己烷、石油醚、异辛烷等不溶于水的非极性有机溶剂,加入到含待测物的水相或极性有机溶剂中,混匀离心后弃去上层即可除脂,非常适合极性待测物的净化。由于脂溶性化合物同样容易被正己烷萃取,会导致弱极性化合物回收率下降。因此,此方法不适合弱极性目标物的净化,具有局限性。

在有机提取液中加入酸或碱性水溶液进行洗涤,也是一种常见的净化方式。甚至可根据待测物的酸碱性,利用酸性或碱性水溶液从有机提取液中反提,分层后弃去有机溶剂,然后调整pH至碱性或酸性,用氯仿等不溶于水的有机溶剂溶剂提取出来,继而可进行浓缩。这些净化方式必须以待测物酸碱稳定性好为前提。

2.2 低温冷冻法
超低温冷冻法是一种通用性强的简便净化方法。温度降低至一定程度,甘油三酯类脂肪等杂质会从极性溶剂(乙腈最为常用)中溶解度降低、甚至凝固析出,再通过离心沉淀脂肪或快速过滤,一般可除去畜肉、水产品的乙腈提取液中90%以上的脂肪。与此同时,待测物的溶解度虽有下降,但由于其含量极低,即使在降温幅度很大的情况下,仍然能溶解在溶剂中,其影响几乎可以忽略不计,因此对溶剂中的待测物几乎没有选择性。此法尤其适合去除凝固点较高的动物脂肪。2011年也报道了液液萃取和冷冻法处理猪肉中来自四环素类、磺胺类、青霉素类、喹诺酮类、大环内酯类和苯并咪唑类等6个种类34种兽药的LC-MS/MS方法,具有高的选择性、灵敏度和特异性,指出低温离心可以去除牛奶和肌肉组织中的大部分油脂,降低基质效应,同时具有高的回收率。其通用性还体现在,对于这两种差异较大的基质,无需过多的方法调整。
冷冻法也有其局限性,对于凝固点较低的油脂,冷冻去脂效果并不明显。

2.3 固相分散萃取
随着以固相分散萃取(D-SPE)为核心的QuEChERS方法曾在水果蔬菜中农药残留多类别检测方法上获得巨大的成功,该方法已经推广至对动物组织、饲料等的净化上,与固相萃取方法相比,具有简便快速、回收率高,重复性好、较为通用的优势。但可能对某些目标物存在选择性。

2.4 固相萃取
1) Offline-SPE方法
固相萃取法是常用的富集或净化手段,其效率与填料性质、上样时的溶剂(极性强度和pH)、洗脱溶剂的极性和洗脱溶剂的体积等因素有关。在多类别多残留方法中,绝大多数采用反相模式固相萃取。在多类别方法中,C18小柱越来越多被亲水亲脂平衡的高聚物反相填料所替代,Oasis-HLB小柱是最典型的代表,其填料是由亲脂性二乙烯苯和亲水性N-乙烯基吡咯烷酮两种单体按一定比例聚合成的大孔共聚物,通过一个“特殊的极性捕获基团”来增加对极性物质的保留,提供很好的水浸润性。

反相和离子交换填料混合模式的小柱(MCX、PCX、MAX)能够对酸性或碱性强极性目标物有较好的保留,并具有更佳的净化效果[37]。除了色谱填料外,免疫亲和柱和分子印迹固相萃取小柱等高选择性的净化手段也有应用报道,尤其对检测限要求非常低的生物毒素如黄曲霉毒素类等被广泛采用[38],但这类针对性强的净化方法通用性差。

2)在线固相萃取
近年来,发展起来的在线固相萃取技术,更是扩充固相萃取的优势,该系统巧妙地结合了高效的固相萃取和高灵敏LC-MS/MS分析,实现自动化分析,在进样分析的同时,固相萃取也在同时进行,相当于固相萃取不需要时间,而且高压正压的固相萃取可提高前处理的重现性。样品的处理量减少到原来的1%左右,而浓缩倍数比传统SPE则增加数十倍至数百倍,减少杂质的引入系统,节省溶剂90%以上,减轻了有机溶剂对实验人员和环境的影响。萃取柱数十次甚至数百次的重复利用还非常具有成本优势[。对牛奶、蜂蜜等液体样品甚至可直接进样,十分便利。

综上所述,对于复杂基质样品前处理仍然分析领域的巨大难题,由于不同理化性质的化合物,很难找到一个非常适合的前处理条件适合所有待测物,尽可能在同一处理中包含尽可能多的化合物、提高回收率、充分去除可能存在干扰的基质成分、提高待测物浓度,建立一个选择性好、精密度高、快速简便的前处理方法。


来源:《理化检验-化学分册》第51卷第3期

 
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