一、引言：樣品前處理的革新之路

在食品安全、環境監測和農產品檢測領域，樣品前處理一直是制約分析效率的關鍵環節。傳統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、耗時長、溶劑消耗大，難以滿足高通量檢測的需求。

2003年，美國農業部科學家Michelangelo Anastassiades和Steven J. Lehotay等人發表了一項革命性的樣品前處理技術——QuEChERS這個縮寫代表：Quick（快速）、Easy（簡便）、Cheap（經濟）、Effective（有效）、Rugged（耐用）、Safe（安全）。二十余年來，QuEChERS已成為全球農藥殘留分析領域應用最廣泛的樣品前處理方法，其影響還擴展至獸藥殘留、真菌毒素、環境污染物等多個領域。

本文將系統介紹QuEChERS技術的原理與操作流程，解析其核心組分的作用機制，梳理主流方法標準，并探討該技術面臨的挑戰與發展趨勢。

二、QuEChERS技術的核心理念

QuEChERS技術的設計初衷是在保證萃取效率的前提下，最大限度地簡化操作流程、縮短時間、降低成本。與傳統方法相比，QuEChERS具有以下核心優勢：

QuEChERS的另一個關鍵優勢在于其靈活性。該方法可根據樣品基質特性和目標分析物的性質進行調整，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技術的原理可歸納為“提取"與“凈化"兩個核心環節：

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

·         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、有機酸等干擾物，而目標物保留在溶液中。

與傳統的固相萃取柱相比，dSPE省去了裝柱、活化、上樣、洗脫等繁瑣步驟，將“凈化"簡化為“加入-渦旋-離心"三個動作。

3.2 標準操作流程

標準的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）和內標溶液

·         劇烈振蕩，使目標物充分轉移至有機相

第三步：鹽析與相分離

·         加入無水MgSO?、NaCl及緩沖鹽（根據方法標準選擇）

·         劇烈振蕩后離心，乙腈相與水相分離，目標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

·         凈化管預裝有無水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

整個流程從稱樣到獲得待測液，熟練操作者可在30-45分鐘內完成。

3.3 核心組分的作用機制

QuEChERS方法中各組分承擔著不同的功能角色：

無水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；與水合放熱促進提取效率。

NaCl：降低乙腈在水相中的溶解度，增強相分離效果。

緩沖鹽體系：根據不同方法標準，采用醋酸鈉或檸檬酸鹽緩沖體系，將提取環境pH控制在適宜范圍，保護pH敏感農藥。

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，選擇性去除脂質和磷脂，適用于高脂肪樣品。

四、主流方法標準與選型指南

隨著QuEChERS技術的廣泛應用，多個標準化組織已發布了相應的官方方法。目前最主要的三種方法標準為：

選型建議：

·         對于常規水果蔬菜，AOAC方法或EN方法均可

·         對于酸性樣品（如柑橘），緩沖體系尤為關鍵

·         對于高色素樣品（如菠菜、茶葉），需在凈化管中添加GCB

·         對于高脂肪樣品，可選用Z-Sep凈化管或增加C18用量

五、應用場景與方法優化

5.1 水果蔬菜——QuEChERS的應用起源

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

5.2 低水分高糖基質——蜂蜜、茶葉

對于低水分含量（<10%）、高糖分樣品，直接采用標準QuEChERS方法可能導致目標物提取不完全。優化策略包括：

·         加水復水：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

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

5.3 中藥材

中藥基質成分復雜，色素、多糖、鞣質等干擾物含量高。研究表明，QuEChERS-UPLC-MS/MS法可在太子參等中藥材中同時測定208種農藥殘留。凈化管中GCB的比例需根據樣品顏色深淺進行調整。

5.4 法醫毒物分析

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，使其在急診毒物分析和中毒案件篩查中具有獨特優勢。

5.5 土壤環境樣品

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

六、方法優化策略

在實際應用中，可通過以下策略優化QuEChERS方法：

1.       提取溶劑優化：在乙腈中加入1%甲酸或乙酸，可改善酸性農藥的提取效率

2.       鹽包選擇：根據樣品pH特點選擇合適的緩沖體系，確保目標物穩定存在

3.       吸附劑組合：根據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，有機酸多用PSA，必要時可組合使用

4.       內標校正：使用同位素內標可有效補償基質效應和處理過程中的損失

七、技術局限性與解決策略

盡管QuEChERS優勢顯著，但仍存在一些局限性：

針對強極性農藥的檢測難題，Anastassiades團隊開發了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：QuEChERSER Mega-Method

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

QuEChERSER代表了樣品前處理技術從“一法一物"向“一法多物"的范式轉變。

九、結語

QuEChERS技術以其“快速、簡便、經濟、有效"的鮮明特點，徹底改變了食品和環境樣品前處理的范式。從最初的水果蔬菜農藥殘留分析，到如今覆蓋中藥、蜂蜜、土壤、生物樣本等多元基質，QuEChERS的邊界不斷擴展。

隨著QuEChERSER超級方法和QuPPe極性農藥方法的持續完善，我們有理由相信，QuEChERS技術將在保障食品安全、守護環境健康、服務公共安全等領域發揮更加重要的作用。對每一位從事色譜-質譜分析的工作者而言，掌握QuEChERS的原理與操作，已成為一項不可或缺的核心技能。