第一作者简介:刘缙,男,湖北武穴人,硕士,工程师,研究方向为毒品毒物检验。E-mail: 151381209@qq.com
作为一种新型样品前处理技术,QuECHERS具有快速、简单、便宜、有效、可靠和安全等特点,在环境分析、食品分析和法医毒物分析等领域中得到了广泛的应用。本文在简要介绍QuEChERS方法的基础上,综述了该方法在法医毒物分析领域的重要应用,详细评述了在样品预处理方法、提取剂选择及净化过程等方面对QuEChERS方法进行优化改进的研究进展,分析了QuEChERS方法存在的问题和不足,展望了该方法的发展方向,以期为QuEChERS方法在法医毒物分析领域的完善和发展提供参考。
QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), a novel assembling extraction method, has become one widely-used new sample-pretreating technology home and abroad for its boasting features. Thus far, QuEChERS has already been used in determining pesticides, pharmaceuticals, veterinary drugs and the analysis of forensic toxicology. This review mainly introduces QuEChERS methodology and its application in forensic toxicological analysis, focusing on the progressive optimization of QuEChERS in sample preparation, extraction and purification. Furthermore, discussions were made about QuEChERS on its limitations and on-going tendency, with purpose to provide references for its extensive applications in forensic science.
法医毒物分析领域常用的样品前处理方法为液液萃取、液固萃取、固相萃取、固相微萃取、液相微萃取等, 但这些方法也存在使用有机溶剂过多、毒性大、前处理时间过长等问题。QuEChERS(Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safe)提取法是基于分散固相萃取法的原理, 于2003年由美国农业部Anastasisdes和Lehotay提出的一种用于提取水果、蔬菜样品中农药的前处理方法[1, 2, 3]。后经不断改良, 发现该方法不仅限于水果、蔬菜样品中农药的提取, 还可以广泛应用到谷物、粮油、肉食中农药及其他药物的提取[4, 5]。相对于其他传统萃取方法, 该技术可以净化复杂基质中的干扰物, 操作简单, 灵敏度高, 而且还具有快捷、廉价等特点。其通用性广, 针对不同检材选用不同的有机萃取溶剂和净化剂, 是一项环境友好的样品前处理新技术, 特别适合于检材中痕量、超痕量目标分析物的提取。本文综述QuEChERS方法的基本步骤、原理和特点, 以及在法医毒物分析中的研究进展。
QuECHERS方法操作步骤一般包括萃取和净化两步, 其中萃取通常用乙腈萃取宽范围极性多残留毒物的溶剂, 在某些情况下可选择加入乙酸作为萃取剂。在萃取的过程中, 加入硫酸镁(MgSO4)以除去萃取环境中的水分, 并促使待测物从水相转移到有机相; MgSO4吸水的同时也产生热量, 促进了毒物的萃取; 加入醋酸钠或柠檬酸钠来调节萃取环境的pH值。净化通常通过离心使得提取液与样品基质分层, 将样品萃取液通过吸附剂进行净化。在净化的过程中加入MgSO4可吸取多余的水分, 加入N-丙基乙二胺(PSA)和C18能清除许多基质成分, 如来自样品的脂肪酸、蛋白质等; 为减少或去除色素, 可使用石墨化碳(GCB)去除。
该方法的基本原理是将均质后的样品经乙腈(或酸化乙腈)提取后, 采取萃取盐盐析分层, 利用基质分散萃取原理, 采用PSA或者其他吸附剂去除干扰色谱分析的基质成分(有机酸、脂肪酸、碳水化合物等), 从而达到减少干扰物, 净化样品的目的。
该方法是一种多种类和多残留物的分析方法, 显著特点有:1)样品前处理步骤少, 仅需几步即可完成前处理过程, 减少了分析误差; 2)操作简便, 无需较高的技能即可完成基本的振摇和离心操作; 3)分析时间短, 一般在30 min内即可完成前处理; 4)有机溶剂使用少, 对环境污染小; 5)有机溶剂加入容器后即密封, 减少与分析人员的接触; 6)有效减少样品基质中水分、有机酸等杂质的干扰; 7)方法灵活性强, 应用范围广, 可使用于不同种类样品的分析。
目前QuEChERS主要应用于血液、尿液、动物脏器、大范围水体中的农药、毒品、催眠镇静药等毒物分析。由于检材的基质复杂, 被分析物化学性质各异, 通过不断改进萃取剂和净化剂, 可以满足不同检材检测的需要。国内外的主要研究和应用见表1。
![]() | 表1 QuEChERS方法在法医毒物分析领域的国内外主要研究和应用 Table 1 Main researches and applications of QuEChERS in forensic toxicological analysis |
血液是法医毒物分析领域最重要的检材, 该方法首先用于血液毒物检验。血液中的大量水分、蛋白质和脂肪, 会干扰色谱系统, 严重影响色谱柱的寿命。在分析方法上, 多数研究者采用乙腈作为萃取剂, 洪萍等[6]用甲酸沉淀杂质后, 待样品呈胶冻状后用乙酸乙酯萃取。Matsuta等[8]等采用0.2%醋酸乙腈萃取血中的13种毒品, 魏万里等[10]采用0.4%甲酸乙腈萃取血中的21种镇静催眠药。在净化剂方面, 多数使用无水MgSO4和PSA, 也有使用MgSO4、C18、PSA的不同比例组合。洪萍等[6]采用活性炭、PSA、PEP混合型固相分散净化血中脂肪、蛋白质等杂质。Matsuta等[8]采用PSA、GCB作为净化剂, 结果表明GCB的加入能有效去除血液中的胆固醇。Pouliopoulos等[11]在检测血中15种镇静催眠药时选择MgSO4、K2CO3作为净化剂, 结果表明该方法回收率高、效果良好。
尿液也是法医毒物分析常见的检材, 杂质较少但含水量较多, 毒药物浓度较低。在萃取剂方面, 荣维广等[12]对比正己烷和乙腈在尿中对农药的萃取效果, 发现乙腈作为萃取剂基质干扰少, 回收率较高; 陈京闽等[13]比较了乙酸乙酯和乙腈在尿中对毒鼠强的萃取效果, 均能萃取出毒鼠强, 选择乙酸乙酯:乙腈(3:1)的混合溶剂作为萃取剂; Huang等[14]用改进的方法提取尿中3种β -受体激动剂, 因其为碱性, 采用氨化乙酸乙酯作为萃取剂, 操作简便、回收率高、效果良好; 范茂林[15]研究了甲醇、苯和乙腈作为萃取剂对尼古丁和可替宁的萃取效率, 发现乙腈处理的样本, 杂质峰明显减少, 又因尼古丁和可替宁呈碱性, 故使用氨水将样本调节pH至8。在净化剂方面, 多数使用无水MgSO4和PSA, 陈京闽等[13]和范茂林等[15]均选择GCB作为净化剂之一, 其中范茂林研究不同组合的吸附剂, 结果显示PSA+GCB吸附剂组合测得样本中被分析物的峰面积最大, 净化效果最优。
该方法最早用于果蔬中农药残留分析。但果蔬含水量较低且脂肪酸等杂质相对单一, 与生物检材如血液、尿液有较大的差别。目前分析生物检材中的毒物, 多采用经典QuEChERS方法的萃取剂与净化剂如PSA、C18和GCB等, 未能开发出适合生物检材中毒物分析的萃取剂与净化剂, 是QuEChERS方法在该领域的问题与不足。一种新型磁性介孔氧化锆复合材料近来常用于QuEChERS方法中, 是唯一具有表面酸性位和碱性位的过渡金属氧化物, 包裹硅胶和碳十八键合锆胶, 有效吸附脂类等杂质。Tuzimski等[22]将其用于食用油中21种农药残留分析, Morris等[23]采用氧化锆和C18组合的吸附剂对水果中53种农药进行检测, 结果均显示该材料能有效除去基质的干扰。于天晓等[24, 25]介绍一种基于Fe3O4磁性纳米粒子(MNPs)的QuEChERS预处理方法联合GC-MS对血液中多种苯二氮卓类和农药的检测, MNPs具有的磁性使其易于进行富集和分离, 或在外加磁场作用下进行定向移动定位和与介质分离。结果显示, 将MNPs用于QuEChERS方法中能够满足临床对血液中药物检测的要求, 在生物检材中的药物分析方面具有应用前景。EMR-Lipid是一种新型的吸附材料, 结合了体积排阻和疏水相互作用, 在此基础上实现脂质去除。高效的脂质去除可确保最大程度减少目标分析物的离子抑制, 从而显著提高方法的可靠性和耐用性。李磊等[26]将EMR-Lipid用于QuEChERS方法检测动物源性食品中8种β -受体激动剂, Zang等[27]将EMR-Lipid用于QuEChERS方法检测鸡蛋中3种聚醚类抗球虫药物残留, 结果均显示EMR-Lipid在除去复杂基质中的脂质干扰有明显优势, 能降低脂质效应和增强质谱响应。以上三种新型材料可尝试用于生物检材中毒物分析, 以改进QuEChERS方法在法医毒物分析领域的应用。
因生物样品基质的复杂性, 单独使用QuEChERS方法处理样品会导致其不能满足法医毒物分析的需要。目前QuEChERS方法与已经分别与分散液液微萃取技术(DLLME)、固相萃取技术(SPE)、凝胶色谱技术(GPC)等结合使用, 为QuEChERS方法在法医毒物分析领域的应用提供方向。QuEChERS方法与其他萃取或者净化技术结合研究见表2。
![]() | 表2 QuEChERS方法与其他净化或萃取技术的结合 Table 2 Combination of QuEChERS with other extraction techniques |
法医毒物分析检材基质复杂, 目标物浓度较低, 应用QuEChERS方法可以有效去除基质中的脂质等杂质。其与其他净化或者萃取技术相结合, 尽管会增加操作的复杂性, 但在一定程度上能够提高QuEChERS方法的选择性、灵敏度以及更适合于复杂样品基质萃取的能力。QuEChERS方法与DLLME技术结合, 能使目标物得到富集, 提高检出率, 是目前结合最多的技术, 也是以后QuEChERS方法研究的方向之一, 而与SPE技术与GPC结合, 能进一步去除检材中色素、蛋白质等杂质, 减少对目标物的干扰。QuEChERS方法与其他技术的结合将进一步拓展其在法医毒物分析领域的应用范围。
QuEChERS以其独特的操作流程, 以及快速、方便、易操作、成本低廉等优点, 成为被广泛应用的样品前处理方法。但是QuEChERS方法同样存在不足之处, 对于高蛋白和高脂肪的样品如血液、肝脏等的应用还比较有限, 所检测的毒、药物范围也较有限, 且未能总结出一套生物检材QuEChERS前处理的标准方法。因此, 开发新型的萃取剂和净化剂, 扩大样品前处理的范围, 研究与其他萃取技术结合的新方法, 从而总结出生物检材中QuEChERS前处理的标准流程和方式, 将是未来QuEChERS方法在法医毒物分析领域应用及研究的方向。
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|