水果和蔬菜中农药分析解决方案分享 ——标准QuEChERS法和改良QuEChERS法对比

农产品的农药残留会对人类健康造成巨大威胁，因而被广泛关注。2003年，QuEChERS法被推荐为农残测定的方法。QuEChERS是Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged和Safe的首字母缩写，用于多农药分析，比以往的方法更快更容易操作。

典型的操作过程为：将农产品磨碎并均质，取10-15g样品放入50ml离心管，加入提取试剂，如乙腈、无水硫酸镁、乙酸钠或氯化钠。将离心管帽盖紧并手摇1分钟使农药进入提取试剂。下面样品清洗，浓缩并用液质或气质联用进行分析。

现在我们将Geno/Grinder引入均质步骤，以及加入试剂后的提取步骤。我们的实验目的是确定Geno/Grinder加入提取步骤能否比传统手动QuEChERS法获得更高的农药的收率。

实验过程：

选取三种不同密度和韧性的果蔬：1）草莓（软）；2）苹果；3）芹菜（纤维）。草莓非常软，初步实验证实用Geno/Grinder非常容易研成液体糊状(研磨方法下面介绍)。

苹果的密度和韧性更高，因而需要更长的研磨时间才能达到均质水平。芹菜虽没苹果密度大，但纤维和韧性使得很难高效研磨。

取新鲜的草莓、苹果和芹菜切成1/4-1/2英寸小块（约0.6-30px），称取15.1g置于50ml圆底LDPE离心管内。每个样品中加入250ul浓度40ug/ul的13种农药混合物的溶液。注意农药混合物是用注射器加入的，小心控制注入时的速度。将离心管帽盖上，手摇15秒使得农药溶液均匀分布到整个样品。将样品置于4^oC冰箱过夜。

传统QuEChERS法：

收集4个离心管（每管15.1g）样品转移到单杯式粉碎机中进行匀浆操作。再称取15.1g转移回原来的离心管中。转移时注意液体固体都要转移。苹果和芹菜样品同样方式操作。

在每个管中加入6.0g无水硫酸镁，1.5g无水乙酸钠和15ml含1%冰醋酸的乙腈溶液。将每管盖好，并手摇1分钟。草莓管中液体为粉色，苹果管中为淡黄色，芹菜管中为深绿色。

下面将所有的离心管在3500rpm下离心3分钟。移出上层液测量，并均分为两份（这一步后每个样品最多含5ppm农药）并转移到15ml离心管中。

每个管中加入PSA（加入量为25mgx上清液ml数）和GCB（加入量为5mgx上清液ml数）。每个样品管盖好手摇30秒，然后3200rpm离心1分钟。

使用Geno/Grinder改良QuEChERS

在加入农药的样品中加入3个陶瓷研磨柱和含1%冰醋酸的乙腈5ml。将各管放入管架，并通过夹具固定在Geno/Grinder，1500rpm条件下进行研磨匀浆。2分钟后，草莓样品已经有很好的均质效果。苹果和芹菜的硬度更高，需要在1500rpm下运行6分钟，即可获得不错的均质效果。

我们注意到，在这个前处理中我们加入了少量（5ml）溶剂来帮助研磨过程。如果不加溶剂，较硬的水果蔬菜会在管中沉底，这会降低研磨效率。不过如果将15ml溶剂都在这时候加入也不行，因为溶剂过多会使研磨珠柱与样品的接触不够充分，同样降低研磨效率。我们通过实验发现5ml溶剂对于15g样品来说是最优的量。

在每管中加入6g无水硫酸镁，1.5g无水乙酸钠和剩下的10ml乙腈（1%冰醋酸）。将管帽改进，在Geno/Grinder中1500rpm下运行1分钟。同样的，草莓管中液体为粉色，苹果管中为淡黄色，芹菜管中为深绿色。

下面将每管样品在3500rpm下离心3分钟。和传统方法一样将每管上清液移出平分成两份移到15ml离心管中。加PSA和GCB的量也和上面一样。将每管盖紧，在Geno/Grinder中1500rpm下运行30秒，然后在3200rpm下离心1分钟。

使用Geno/Grinder改良QuEChERS——一步法

由于草莓很软，我们尝试另一种方式进行处理，看看对于软质水果是否可以省略预匀浆的步骤。直接在含15.1g块状草莓的管中加入6g无水硫酸镁，1.5g无水乙酸钠，15ml乙腈（含1%冰醋酸）。将管帽盖紧放入Geno/Grinder中1500rpm下运行2分钟，草莓研磨效果不错，但是很是能看到有成块的样品。下面再多研磨2分钟（总共4分钟），这样草莓获得了很好的均质效果，并且与溶液充分混合了。将每个样品进行离心，取上清液等等步骤与改良法一样。

由于苹果和芹菜硬度大，这种方式处理基本不会成功。因为块状的样品很多，研磨介质的移动受限，不会获得良好的均质效果。

样品制备

下面样品清洗离心，取上清液移到15ml管中，通过氮吹对样品进行浓缩到半干（约100ul）。将每管中加入甲苯到1ml。很多情况下，加入甲苯后会有粘性液体沉入离心管底部。它们溶于水，但是不溶于非极性溶剂，从而拥有糖浆状粘度。

用注射器吸取甲苯溶液并注入GC样品管中，残渣将会遗留在试管中。对于草莓来说，用Geno/Grinder的样品残渣是红色的，不用Geno/Grinder的残渣是黄色的；对于苹果来说，分别是金色的和棕色的；对于芹菜来说，分别是黄色和淡黄色。

样品分析

用HP5890-GC分析，用的是CV-5填充柱和5972-MSD检测器。扫描范围是35-450m/z，信噪比是3:1。注入样品为1ul

结果与讨论

在实验之初，每个样品都加入了250ul的13种农药混合液，每个成分浓度均为40ppm/ml。于是每个样品中都加入了10ppm的各种农药。在提取离心后，取上清液并等分两份进行后续实验。因此，每个样品中每种农药的量最多是5ppm。

3种样品的回收效果在表一中呈现，数据为3种样品的各种农药浓度（单位ppm）。图一中呈现了草莓的结果。蓝色柱代表手动匀浆的结果。红色柱代表加入溶剂前用Geno/Grinder匀浆的结果。绿色柱代表一步法的结果（省略预先匀浆过程）。

农药的检测结果体现出，凡是用Geno/Grinder的样品回收率都比手摇的样品要高。有趣的是，一步法所获得的回收率和改良法一样好，有时候还更好。这说明这种方法对于软质的样品是可行的。

回收最差的是氯硝铵（Dichloran）和百菌清（Chorothalonil），对于各种样品都是如此。实际上，对于芹菜来说，百菌清就没检测到，即使使用Geno/Grinder也不行。这是因为在我们的这个试验中并没有根据农药类型进行优化，所以在实验条件下有些农药稳定性差也就不足为奇了。

ND=Not Detected

图2显示了苹果的回收数据。使用Geno/Grinder的方法再次比标准手动方法结果更好。使用Geno/Grinder用于苹果研磨和与溶剂进行混合的步骤，都获得了更高的回收率。唯一例外的是谷硫磷（Azinphos-Methyl），二者回收率相同。对大部分农药来说，回收率都和草莓样品的数据近似。然而，二苯胺（Diphenlyamine）用Geno/Grinder处理后居然得到了6.2ppm的回收数据，这个数据比加入样品的5ppm还要大。手动方法得出的数据是3.8ppm，比其他农药含量都大。二苯胺是常用的农药用来保护苹果，这个数据偏高意味着我们在加入农药之前，水果样品上就有这个农药成分。即使如此，用Geno/Grinder处理的样品数据比标准QuEChERS法的仍然更高。

芹菜的数据在图3中显示。和草莓和苹果相比，Geno/Grinder的使用与否对回收率的影响大了很多。对于所有的3种样品，用Geno/Grinder能提取出用手动方法提取不到的一些农药。尤其值得注意的是，使用Geno/Grinder的情况下，农利灵（Vinclozolin）获得了与甲霜灵（Metalxyl）和腈菌唑（Systhane）相同的回收量，但如果用手动方法，农利灵根本检测不到。

前面的数据图表非常清楚的证明了，使用Geno/Grinder能有效的增加农药的回收率。这主要是因为Geno/Grinder振动样品比手动更快，更有效，当然提取就更有效。在1分钟里，机器运行速度是1500rpm，每个管被上下振动了1500次；如果用手摇，1分钟估计能摇200次。而且，管中还加了3个研磨柱，这能帮助样品和溶剂的充分混合，而且促进研磨效果，保证农药的提取效果。因此，对于软样品而言，省略预匀浆步骤成为可能，进一步简化样品准备时间。

不仅如此，使用Geno/Grinder能大幅度增加样品通量，能够一次实验对大量样品进行匀浆和提取。在本试验中，12个50ml罐同时实验，如果手动实验，一次最多同时做4个。

结论

1. 对于各种不同密度硬度的样品，使用Geno/Grinder能比手动获得更高的农药回收率。

2. 而且，既然运行时间和运行速度都能在机器上自动控制，那么所有样品在运行中和两次运行的间隔都保持了完全一致的状态，消除了任何不均匀因素。

3. Geno/Grinder能一次运行处理16支50ml离心管，从而增加了样品通量。这不仅减少了样品准备的时间，也将实验人员从繁重工作中解放。

4. 最后，使用Geno/Grinder还能省略某些预匀浆实验程序。软样品，如草莓，能在提取溶剂中进行研磨，对农药提取没有任何负面影响。