一、引言：樣品前處理的革新之路

在食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域，樣品前處理一直是制約分析效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)方法如液液萃取和固相萃取雖能獲得良好的凈化效果，但操作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、溶劑消耗大，難以滿足高通量檢測(cè)的需求。

2003年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部科學(xué)家Michelangelo Anastassiades和Steven J. Lehotay等人發(fā)表了一項(xiàng)革命性的樣品前處理技術(shù)——QuEChERS這個(gè)縮寫代表：Quick（快速）、Easy（簡(jiǎn)便）、Cheap（經(jīng)濟(jì)）、Effective（有效）、Rugged（耐用）、Safe（安全）。二十余年來，QuEChERS已成為全球農(nóng)藥殘留分析領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的樣品前處理方法，其影響還擴(kuò)展至獸藥殘留、真菌毒素、環(huán)境污染物等多個(gè)領(lǐng)域。

本文將系統(tǒng)介紹QuEChERS技術(shù)的原理與操作流程，解析其核心組分的作用機(jī)制，梳理主流方法標(biāo)準(zhǔn)，并探討該技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)。

二、QuEChERS技術(shù)的核心理念

QuEChERS技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷是在保證萃取效率的前提下，最大限度地簡(jiǎn)化操作流程、縮短時(shí)間、降低成本。與傳統(tǒng)方法相比，QuEChERS具有以下核心優(yōu)勢(shì)：

QuEChERS的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于其靈活性。該方法可根據(jù)樣品基質(zhì)特性和目標(biāo)分析物的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，適用于水果、蔬菜、谷物、茶葉、蜂蜜、中藥材乃至土壤等各類樣品。

三、QuEChERS的原理與操作流程

3.1 基本原理

QuEChERS技術(shù)的原理可歸納為“提取"與“凈化"兩個(gè)核心環(huán)節(jié)：

·         提取階段：利用乙腈作為萃取溶劑，配合無(wú)水硫酸鎂、氯化鈉等鹽類，通過鹽析效應(yīng)使乙腈相與水相分離，將目標(biāo)物萃取至有機(jī)相中。

·         凈化階段：采用分散固相萃取（dSPE） 原理，將吸附劑直接加入提取液中，選擇性吸附色素、脂肪酸、有機(jī)酸等干擾物，而目標(biāo)物保留在溶液中。

與傳統(tǒng)的固相萃取柱相比，dSPE省去了裝柱、活化、上樣、洗脫等繁瑣步驟，將“凈化"簡(jiǎn)化為“加入-渦旋-離心"三個(gè)動(dòng)作。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)操作流程

標(biāo)準(zhǔn)的QuEChERS操作流程可分為以下步驟：

第一步：樣品制備

·         將樣品勻質(zhì)化（水果、蔬菜等需切碎或打漿）

·         稱取適量樣品（通常為10-15g）于離心管中

第二步：提取

·         加入乙腈（通常10-15mL）和內(nèi)標(biāo)溶液

·         劇烈振蕩，使目標(biāo)物充分轉(zhuǎn)移至有機(jī)相

第三步：鹽析與相分離

·         加入無(wú)水MgSO?、NaCl及緩沖鹽（根據(jù)方法標(biāo)準(zhǔn)選擇）

·         劇烈振蕩后離心，乙腈相與水相分離，目標(biāo)物富集于上層乙腈相

第四步：分散固相萃取凈化

·         取上層乙腈提取液至凈化管中

·         凈化管預(yù)裝有無(wú)水MgSO?和吸附劑（如PSA、C18、GCB等）

·         渦旋混合后離心，上清液即為可直接進(jìn)樣分析的最終提取液

第五步：儀器分析

·         最終提取液可直接用于GC-MS/MS、LC-MS/MS等分析

整個(gè)流程從稱樣到獲得待測(cè)液，熟練操作者可在30-45分鐘內(nèi)完成。

3.3 核心組分的作用機(jī)制

QuEChERS方法中各組分承擔(dān)著不同的功能角色：

無(wú)水MgSO?：兼具除水與鹽析雙重功能——吸收樣品中殘余水分，減少極性干擾物共提取；與水合放熱促進(jìn)提取效率。

NaCl：降低乙腈在水相中的溶解度，增強(qiáng)相分離效果。

緩沖鹽體系：根據(jù)不同方法標(biāo)準(zhǔn)，采用醋酸鈉或檸檬酸鹽緩沖體系，將提取環(huán)境pH控制在適宜范圍，保護(hù)pH敏感農(nóng)藥。

PSA吸附劑：乙二胺-N-丙基硅烷，通過氫鍵和極性相互作用去除有機(jī)酸、糖類等極性干擾物，是QuEChERS凈化中最核心的吸附劑。

C18吸附劑：利用疏水相互作用去除脂肪、甾醇等非極性干擾物，適用于高脂樣品。

GCB吸附劑：石墨化炭黑，通過π-π共軛作用強(qiáng)效去除葉綠素、類胡蘿卜素等色素，適用于深色蔬菜樣品。

Z-Sep/Z-Sep+：新型氧化鋯基吸附劑，選擇性去除脂質(zhì)和磷脂，適用于高脂肪樣品。

四、主流方法標(biāo)準(zhǔn)與選型指南

隨著QuEChERS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織已發(fā)布了相應(yīng)的官方方法。目前最主要的三種方法標(biāo)準(zhǔn)為：

選型建議：

·         對(duì)于常規(guī)水果蔬菜，AOAC方法或EN方法均可

·         對(duì)于酸性樣品（如柑橘），緩沖體系尤為關(guān)鍵

·         對(duì)于高色素樣品（如菠菜、茶葉），需在凈化管中添加GCB

·         對(duì)于高脂肪樣品，可選用Z-Sep凈化管或增加C18用量

五、應(yīng)用場(chǎng)景與方法優(yōu)化

5.1 水果蔬菜——QuEChERS的應(yīng)用起源

QuEChERS最初即為高含水量的水果蔬菜農(nóng)藥殘留分析而設(shè)計(jì)。這類基質(zhì)因水分含量高（>80%），乙腈提取時(shí)相分離容易，且葉綠素等色素可通過GCB有效去除。該場(chǎng)景下回收率普遍在85-120%之間，滿足常規(guī)檢測(cè)要求。

5.2 低水分高糖基質(zhì)——蜂蜜、茶葉

對(duì)于低水分含量（<10%）、高糖分樣品，直接采用標(biāo)準(zhǔn)QuEChERS方法可能導(dǎo)致目標(biāo)物提取不完全。優(yōu)化策略包括：

·         加水復(fù)水：在提取前加入10mL水，靜置30分鐘使樣品充分水化

·         減少樣品量：將樣品量從10g降至5g，提高提取效率

采用上述優(yōu)化策略后，蜂蜜中203種農(nóng)藥的分析顯示，201種農(nóng)藥（>98%）的回收率在70-120%之間。

5.3 中藥材

中藥基質(zhì)成分復(fù)雜，色素、多糖、鞣質(zhì)等干擾物含量高。研究表明，QuEChERS-UPLC-MS/MS法可在太子參等中藥材中同時(shí)測(cè)定208種農(nóng)藥殘留。凈化管中GCB的比例需根據(jù)樣品顏色深淺進(jìn)行調(diào)整。

5.4 法醫(yī)毒物分析

近年來，QuEChERS已拓展至血液、尿液等生物樣品中毒物的快速篩查。其快速、溶劑用量少的特點(diǎn)，使其在急診毒物分析和中毒案件篩查中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

5.5 土壤環(huán)境樣品

QuEChERS技術(shù)也被應(yīng)用于土壤中半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOCs）的檢測(cè)。乙腈提取與dSPE凈化的組合，可有效去除腐殖酸等干擾物，提升檢測(cè)靈敏度。

六、方法優(yōu)化策略

在實(shí)際應(yīng)用中，可通過以下策略優(yōu)化QuEChERS方法：

1.       提取溶劑優(yōu)化：在乙腈中加入1%甲酸或乙酸，可改善酸性農(nóng)藥的提取效率

2.       鹽包選擇：根據(jù)樣品pH特點(diǎn)選擇合適的緩沖體系，確保目標(biāo)物穩(wěn)定存在

3.       吸附劑組合：根據(jù)干擾物類型靈活組合PSA、C18、GCB等吸附劑——色素多用GCB，脂肪多用C18，有機(jī)酸多用PSA，必要時(shí)可組合使用

4.       內(nèi)標(biāo)校正：使用同位素內(nèi)標(biāo)可有效補(bǔ)償基質(zhì)效應(yīng)和處理過程中的損失

七、技術(shù)局限性與解決策略

盡管QuEChERS優(yōu)勢(shì)顯著，但仍存在一些局限性：

針對(duì)強(qiáng)極性農(nóng)藥的檢測(cè)難題，Anastassiades團(tuán)隊(duì)開發(fā)了QuPPe（Quick Polar Pesticides）方法，使用甲醇-水體系提取，配合離子色譜或HILIC色譜分析。

八、QuEChERS的演進(jìn)：QuEChERSER Mega-Method

2022年，Lehotay和Anastassiades在原有QuEChERS基礎(chǔ)上提出了QuEChERSER（增加“Efficient"和“Robust"）這一“超級(jí)方法"概念。該方法的核心理念是擴(kuò)展分析物覆蓋范圍——不僅涵蓋農(nóng)藥，還包括獸藥、環(huán)境污染物、真菌毒素、非法添加劑等多類分析物；拓寬基質(zhì)類型——從植物源性食品拓展至動(dòng)物源性食品（肉、蛋、奶）和環(huán)境樣品；提升方法融合度——單一方法可同時(shí)處理極性和非極性分析物。

QuEChERSER代表了樣品前處理技術(shù)從“一法一物"向“一法多物"的范式轉(zhuǎn)變。

九、結(jié)語(yǔ)

QuEChERS技術(shù)以其“快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、有效"的鮮明特點(diǎn)，徹底改變了食品和環(huán)境樣品前處理的范式。從最初的水果蔬菜農(nóng)藥殘留分析，到如今覆蓋中藥、蜂蜜、土壤、生物樣本等多元基質(zhì)，QuEChERS的邊界不斷擴(kuò)展。

隨著QuEChERSER超級(jí)方法和QuPPe極性農(nóng)藥方法的持續(xù)完善，我們有理由相信，QuEChERS技術(shù)將在保障食品安全、守護(hù)環(huán)境健康、服務(wù)公共安全等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。對(duì)每一位從事色譜-質(zhì)譜分析的工作者而言，掌握QuEChERS的原理與操作，已成為一項(xiàng)不可或缺的核心技能。