張金環(huán)，朱 歡，李偉霞，李桂紅，程艷宇

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部乳品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，天津 300392)

農(nóng)藥是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要手段之一，但是農(nóng)藥殘留檢測問題一直以來都是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全關(guān)注的重點(diǎn)[1]。因此，農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的檢測至關(guān)重要，能夠保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全。然而，農(nóng)產(chǎn)品中的復(fù)雜基質(zhì)會影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，這就是所謂的基質(zhì)效應(yīng)(Matrix Effect，ME)[2]?；|(zhì)效應(yīng)是指樣品中存在的化學(xué)或物理性質(zhì)與檢測分析方法之間的相互作用，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差或干擾的現(xiàn)象[3]。因此，深入研究基質(zhì)效應(yīng)對于提高農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留檢測的準(zhǔn)確性和可靠性具有重要意義。

1 基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生的原因

化學(xué)分析中，基質(zhì)指的是樣品中被分析物以外的組分。基質(zhì)常常對分析物的分析過程有顯著的干擾，并影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些干擾和影響被稱為基質(zhì)效應(yīng)。美國科學(xué)家 D.R.Erney 在上世界90年代首次系統(tǒng)地解釋了基質(zhì)效應(yīng)這一現(xiàn)象[4]。研究表明，基質(zhì)對農(nóng)藥既有增強(qiáng)作用也有抑制作用?；|(zhì)效應(yīng)對分析結(jié)果的準(zhǔn)確度的影響普遍存在于氣相色譜、液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜、電感耦合等儀器。不同的基質(zhì)會導(dǎo)致分析物在儀器的響應(yīng)強(qiáng)度不一樣，影響定量色譜峰的面積，最終導(dǎo)致定量結(jié)果不準(zhǔn)確。目前，產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)的機(jī)制并不十分清楚。

在農(nóng)藥殘留檢測過程中，主要以色譜法為主。在氣相色譜法檢測中，多數(shù)農(nóng)藥均有強(qiáng)烈的基質(zhì)增強(qiáng)效應(yīng)。這是由于當(dāng)進(jìn)行檢測時(shí)，樣品中的雜質(zhì)分子與氣相系統(tǒng)中目標(biāo)分析物分子競爭額活性位點(diǎn)，如進(jìn)樣口或柱頭的金屬離子、硅烷基，也有引入難汽化物質(zhì)等形成新的位點(diǎn)，從而使目標(biāo)物與活性位點(diǎn)的相互作用機(jī)會減少，因此，反映出的結(jié)果就是相同含量的待測物在實(shí)際樣品中要比在純?nèi)軇?biāo)樣中的響應(yīng)值高，導(dǎo)致分析結(jié)果偏高[5]。

在采用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測時(shí)，基質(zhì)效應(yīng)主要與基質(zhì)中內(nèi)源性物質(zhì)(如鹽類、胺類、脂肪酯、甘油酸酯)有關(guān)，質(zhì)譜檢測器離子化過程中會產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)。在電子噴霧時(shí)，由于噴霧液滴中的非揮發(fā)性干擾物質(zhì)和待測物質(zhì)在霧滴表面離子化過程中相互競爭，并且基質(zhì)中非揮發(fā)性組分將霧滴吸附在一起，阻礙了更小液滴的形成，抑制了庫倫爆炸的發(fā)生概率，降低了待測物的離子化效率。因此，在液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜中，基質(zhì)效應(yīng)多表現(xiàn)為抑制，從而導(dǎo)致分析結(jié)果偏低[6]。

2 基質(zhì)效應(yīng)的影響因素

在農(nóng)藥殘留檢測中，不同樣品的基質(zhì)種類、組成、濃度、待測物的化學(xué)性質(zhì)、酸堿度是基質(zhì)效應(yīng)的重要影響因素。

2.1 基質(zhì)的種類 基質(zhì)本身的化學(xué)和物理性質(zhì)是影響基質(zhì)效應(yīng)的重要因素[7-8]。農(nóng)產(chǎn)品中的水分、油脂、蛋白質(zhì)、糖類等成分會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。比如，高含水的農(nóng)產(chǎn)品樣品可能導(dǎo)致樣品溶液的比重變大，進(jìn)而影響檢測結(jié)果。另外，不同類型的農(nóng)產(chǎn)品在基質(zhì)效應(yīng)方面也有所差異。例如，水果和蔬菜通常含有高水分和高含量的糖類和酸類，這些物質(zhì)對于農(nóng)藥殘留的檢測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

2.2 待測物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 不同種類的農(nóng)藥對基質(zhì)效應(yīng)的影響也不同[9]。例如，弱酸性農(nóng)藥在高PH值條件下會分解，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果偏低。而弱堿性農(nóng)藥則會在低PH值條件下分解，導(dǎo)致檢測結(jié)果偏高。此外，不同的農(nóng)藥在基質(zhì)效應(yīng)方面也有所差異，有些農(nóng)藥在特定基質(zhì)條件下，如水、油、蛋白質(zhì)等含量較高的樣品中，會產(chǎn)生更強(qiáng)的基質(zhì)效應(yīng)。

2.3 待測物濃度 基質(zhì)效應(yīng)的強(qiáng)弱同樣受待測物濃度水平的影響。研究表明，基質(zhì)效應(yīng)的強(qiáng)弱與待測物濃度呈負(fù)相關(guān)：待測物濃度越低，基質(zhì)效應(yīng)干擾越大，而隨著待測物濃度的不斷增大，基質(zhì)效應(yīng)呈現(xiàn)出不斷減弱的趨勢。

2.4 分析方法 分析方法也是影響基質(zhì)效應(yīng)的重要因素之一。分析方法的不同會導(dǎo)致對樣品中不同物質(zhì)的檢測結(jié)果產(chǎn)生差異，從而對基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生影響。不同的儀器、電離方式、樣品前處理方法的選擇、色譜條件及內(nèi)標(biāo)的選擇等都會對基質(zhì)效應(yīng)帶來影響。

3 基質(zhì)效應(yīng)的解決方法

在農(nóng)藥殘留檢測中，基質(zhì)效應(yīng)對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性具有很大的影響。因此，需在實(shí)際工作中選擇合理有效的手段對基質(zhì)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，盡可能地降低基質(zhì)效應(yīng)對檢測結(jié)果的影響。

3.1 基質(zhì)匹配法 基質(zhì)效應(yīng)主要來源于待測樣品的基質(zhì)種類。因此，如果想獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，可以選擇配制基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液來降低基質(zhì)效應(yīng)的影響。歐盟曾經(jīng)頒布規(guī)定使用外標(biāo)法進(jìn)行定量時(shí)，應(yīng)盡可能使用與樣品溶液組分相同的溶液配制標(biāo)準(zhǔn)溶液[10]。但是，在實(shí)際檢測工作中，農(nóng)產(chǎn)品種類眾多，如果嚴(yán)格按照不同類型樣品基質(zhì)進(jìn)行匹配，必會大幅增加工作量，并且考慮到獲取不含待測物的空白樣品的難度，采用基質(zhì)匹配法變得不切實(shí)際。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行大批量樣品篩查時(shí)，黃瓜是蔬菜中農(nóng)藥殘留檢測的通用基質(zhì)，西瓜為水果中農(nóng)藥殘留檢測的通用基質(zhì)。但是如果出現(xiàn)超標(biāo)不合格樣品，應(yīng)該選擇和待測樣品基質(zhì)類型一致的空白基質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.2 基質(zhì)凈化法[11]對水果蔬菜中農(nóng)藥殘留檢測進(jìn)行分析前，必須對樣品進(jìn)行有效的前處理。研究表明，基質(zhì)的凈化效果越好，基質(zhì)效應(yīng)對待測物的影響就越小，檢測結(jié)果就越準(zhǔn)確。目前最常采用的前處理方法主要有液液萃取法、固相萃取(SPE)、凝膠滲透色譜法、基質(zhì)分散固相萃取法(MPPD)、固相微萃取法(SPME)、QuEChERS 法等。其中，固相萃取法(SPE)凈化效果最理想，但是其前處理過程相對復(fù)雜，耗時(shí)長；QuEChERS 法通過配比不同比例的凈化材料來凈化不同基質(zhì)的樣品，過程簡單，用時(shí)短。但是，這兩種前處理方法也都存在基質(zhì)效應(yīng)問題。

3.3 同位素內(nèi)標(biāo)法[12]同位素內(nèi)標(biāo)法是通過在樣品中添加一個(gè)已知濃度的內(nèi)標(biāo)物來消除基質(zhì)效應(yīng)。內(nèi)標(biāo)物在樣品制備和分析過程中的特征與目標(biāo)化合物相似，其濃度也應(yīng)該與目標(biāo)化合物相近。在農(nóng)藥殘留檢測中，同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)物的選擇應(yīng)該考慮到其在樣品中的穩(wěn)定性和可逆性等特點(diǎn)。同位素內(nèi)標(biāo)法是目前解決基質(zhì)效應(yīng)問題的最佳辦法，但是由于同位素內(nèi)標(biāo)物價(jià)格昂貴或合成困難限制了其使用。

3.4 添加保護(hù)劑法 研究表明，分析保護(hù)劑具有效仿基質(zhì)保護(hù)的作用[13]，在使用GC進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測時(shí)，加入縮三甘油、山梨醇、聚乙二醇等高極性化合物可以有效降低基質(zhì)效應(yīng)，改善敏感農(nóng)藥的峰形和響應(yīng)。其原理是分析保護(hù)劑可以有效的和待測物產(chǎn)生活性位點(diǎn)的競爭，增強(qiáng)了溶劑中待測物的響應(yīng)，提高了靈敏度。

3.5 改善色譜條件 對色譜條件進(jìn)行優(yōu)化，可以有效降低基質(zhì)效應(yīng)的影響。在利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)進(jìn)行農(nóng)藥殘留檢測分析時(shí)，基質(zhì)效應(yīng)對ESI源的影響比APCI源更大[14]。同時(shí)對色譜分離條件進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整改善待測物的保留時(shí)間，可以有效降低基質(zhì)效應(yīng)對待測物的影響。在GC檢測農(nóng)藥殘留時(shí)，傳統(tǒng)的熱不分流進(jìn)樣技術(shù)可靠耐用，應(yīng)用廣泛，但是待測物受基質(zhì)效應(yīng)的影響較大；脈沖不分流進(jìn)樣技術(shù)(PTV)產(chǎn)生的基質(zhì)效應(yīng)較弱[15]，升溫汽化進(jìn)樣，經(jīng)由進(jìn)樣口可以實(shí)現(xiàn)快速冷卻或升溫，農(nóng)藥熱分解過程的不確定性大大降低，而且襯管中的農(nóng)藥殘留停留時(shí)間也會大幅度縮減，以此來實(shí)現(xiàn)減弱基質(zhì)效應(yīng)的作用。雖然PTV技術(shù)降低了基質(zhì)效應(yīng)，但是依然不能完全消除基質(zhì)效應(yīng)。

4 未來研究方向

目前，基質(zhì)效應(yīng)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍存在一些問題需要進(jìn)一步探討和解決。

4.1 建立更加精準(zhǔn)的基質(zhì)效應(yīng)模型 基質(zhì)效應(yīng)模型的建立是消除基質(zhì)效應(yīng)的關(guān)鍵。目前已有多種建立基質(zhì)效應(yīng)模型的方法，但仍需要進(jìn)一步探索更加精準(zhǔn)、可靠的建模方法。

4.2 研究不同類型農(nóng)產(chǎn)品基質(zhì)效應(yīng)的差異 不同類型的農(nóng)產(chǎn)品在基質(zhì)效應(yīng)方面存在差異，因此需要對不同類型的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，以便更好地了解不同基質(zhì)效應(yīng)對農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果的影響。

4.3 優(yōu)化檢測方法 不同的檢測方法對基質(zhì)效應(yīng)的消除效果不同，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)不同類型的檢測方法，以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.4 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制 加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量控制是消除基質(zhì)效應(yīng)的重要手段。需要建立完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系和質(zhì)量控制體系，從而確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

綜上所述，基質(zhì)效應(yīng)是影響農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果的重要因素之一。目前，對基質(zhì)效應(yīng)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍需要進(jìn)一步探索和解決一些問題，以提高農(nóng)藥殘留檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

5 結(jié)論

農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留是目前農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的一個(gè)重要問題。而基質(zhì)效應(yīng)作為影響農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果的重要因素之一，一直是農(nóng)藥殘留檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文綜述了基質(zhì)效應(yīng)的定義、分類、產(chǎn)生機(jī)制以及常用的消除方法，總結(jié)了國內(nèi)外在基質(zhì)效應(yīng)研究方面的進(jìn)展，并展望了未來的研究方向。只有通過不斷的研究和探索，才能更好地解決農(nóng)藥殘留檢測中的基質(zhì)效應(yīng)問題，從而保障人們的飲食安全