蔬菜水果农药残留中基质效应的分析

T logy科技分析与检测
基质指的是蔬菜水果检测样品中除被分析物以外的组分。

基质常常对分析物的分析过程有显著干扰，并影响分析结果的准确性[1]。

20世纪90年代，美国科学家D.R.Erney首次比较系统地解释了这一现象，并称之为基质诱导响应增强现象，即基质效应[2]。

研究发现，基质对农药既有增强作用，也有抑制作用，且作用大小不一，没有固定的规律[3]。

因此，在蔬菜水果的农药残留检验检测过程中，对基质效应的补偿与校准对提高农药残留分析结果的准确性有着至关重要的作用。

1　基质效应的产生机制 
1.1　基质效应的产生
基质效应主要来源于植物样品的内源性组分，即样品中存在的有机成分和无机成分，包括电解质或盐类等离子颗粒物成分、酚类或色素等弱极性化合物以及糖类、胺类、脂类及其分析目标物的同类物及其代谢物等各种有机化合物；此外，样品前处理过程引入的外源性组分同样会带来基质效应[4]。

1.2　基质效应的形成机制
在运用气相色谱串联质谱仪（GC-MS）进行分析时，基质效应主要发生在进样口到色谱柱、色谱柱到检测器之间。

干扰物通过与待测物分子竞争进样口或柱头的活性位点，导致待测物与活性位点的结合反应程度降低，在汽化过程中减少热不稳定性农药的分解使待测物分子的损失减少，增加色谱传输量，提高响应值，从而出现基质增强效应。

而在液相色谱串联质谱仪（LC-MS）分析时，基质效应主要与基质中内源性物质（如盐类、胺类、脂肪酯、甘油酸酯）有关，基质可影响农药的离子化效率。

干扰物与待测物
共同流出喷雾针后，产生电荷竞争，
导致喷雾液滴粘度和表面张力变化，
阻止了更小液滴的形成，抑制了库伦
爆炸的发生概率，降低了离子化效率，
从而产生基质抑制效应[5]。

综上，运用气相色谱仪或气相色谱
串联质谱仪进行农药残留检测时，实
验结果多表现为不同程度的基质增强
效应，而在利用液相色谱串联质谱仪
或液相色谱串联质谱质谱仪进行农药
残留检测时多表现为不同程度的基质
抑制效应。

在气相色谱串联质谱仪或
气相色谱串联质谱质谱仪的农药残留
分析中，基质效应主要发生在气相色
谱系统，而质谱部分EI部分的电离响
应较弱。

液相色谱串联质谱仪或液相
色谱串联质谱质谱仪农药残留分析中，
基质会影响带电液滴汽化和溶液雾化，
从而对农药离子化效率产生抑制。

1.3　基质效应的评估
1.3.1 提取后添加
提取后添加是通过比较待测物在
空白提取液与纯溶液中的响应值来评
价基质效应大小。

基质效应可分为绝
对基质效应和相对基质效应。

绝对基质效应评估方法：以A组
为纯溶剂标，B组为基质标，则B组
与A组信号强度比值为绝对基质效
应（ME）。

对于基质抑制效应而言，
ME＜50%为强基质效应；ME在
50%～80%为中等基质效应；ME在
80%～100%为弱基质效应。

基质增
强效应与基质抑制效应恰恰相反，ME
＞50%为强基质效应，ME在80%-
120%为弱基质效应。

相对基质效应可评估反映样品基
质效应大小的差异。

评估方法：6个
不同来源的样本前处理提取液，添加
相同浓度的标液，分析测定其浓度，
计算准确度和精密度。

精密度应小于
15%；若超过20%需额外考察判断
原因。

1.3.2 校正曲线法
目前，使用最多的基质效应评价
方法是通过比较标准曲线与工作曲线
斜率确定基质效应。

评价基质效应一
般采用将空白样品进行前处理净化后，
添加相应的标准品的方法，即ME=
（B-A）/A×100%（A为标准曲线斜率，
B为基质工作曲线斜率）。

当｜ME︱
≤10%，提示基质效应较小，可用标
准曲线进行定量；当10%＜｜ME︱
≤50%，提示基质效应较大，若用溶
剂外标法定量回收率达不到要求，则
需要用基质工作曲线进行定量以消除
基质效应对结果的影响；当｜ME︱
＞50%，提示基质效应很强，严重
影响定量，需要重新优化样品前处理
方法。

1.3.3 柱后灌注法
通过运行纯溶剂标，在等度的情
况下，基线运行相对较平。

在柱后注
入基质标，可能会出现倒峰或谷峰，
由此可在干扰时间内避开出峰干扰。

2　影响基质效应的因素
基质的种类、浓度，待测物的性质、
种类和浓度是影响基质效应的重要因
素。

但农药极性和基质效应的影响大
小不是正相关关系。

2.1　基质的类型和浓度
待测样品的基质是基质效应的重
要来源，因此待测物基质的浓度是影
响基质效应的重要因素之一。

此外，
不同种类样品检测过程中基质效应的
影响程度也千差万别。

研究表明，气相、
气质分析中，基质样品的含水量越高，
基质效应越弱；大分子有机化合物含
蔬菜水果农药残留中基质效应的分析
□ 周非凡　广饶县检验检测中心
摘　要：农药残留分析中，基质效应现象普遍存在，气相色谱，气质联用仪和液质联用仪等多种分析仪器的痕量分析都会受到基质效应干扰。

基质效应会影响分析方法的灵敏度、准确度和精密度，给农药残留定性定量分析造成干扰。

减小基质效应的干扰、提高检测结果的准确性在农药残留分析检测实验中至关重要。

本文通过对基质效应的产生机理、影响因素以及如何降低或消除基质效应等进行阐述。

关键词：农药残留分析；基质效应；基质效应的校准与补偿
114食品安全导刊 2021年4月
分析与检测
量越高，基质效应越强。

对有机磷类和唑类(如氟菌唑和多效唑)农药，青椒和香菇基质效应显著，莲藕不显著。

QuEChERS净化，LC-MS/MS分析食用菌中的80种农药，香菇基质效应最强，平菇最弱。

考查利用GC-MS/MS 检测青花菜、长豇豆、白萝卜、胡萝卜、番茄、洋葱、芹菜、大白菜、生菜、黑木耳、双孢蘑菇和平菇12种蔬菜中20种农药时的基质效应，得出青花菜和豇豆表现出很强的基质增加 效应[6]。

2.2　待测物结构和性质
基质效应随待测物极性的增加而愈加明显。

大多数有机磷类农药含有P=S或P=O等极性官能团，在用气相色谱和气相色谱串联质谱分析农药残留时，有机磷类农药基质效应明显强于有机氯和拟除虫菊酯类。

而用液相色谱串联质谱仪进行分析时，当农药含有咪唑基、脲基（-NH-CO-NH-）、氨基甲酸酯基（-O-CO-NH-）、机磷酸基（P=O）、-N=、氨基（R-NH2）、羟基（-OH）、苯并咪唑基等基团时，通常表现基质减弱效应。

而且由于这些官能团电荷分布不均，呈一定极性，造成待测物离子化受到抑制。

2.3　待测物浓度
基质效应的强弱同样受待测物浓度水平的影响，实验验证表明，基质效应的强弱与待测物浓度呈负相关：待测物浓度越低，基质效应干扰越大，而随着待测物浓度的不断增大，基质效应呈现出不断减弱的趋势。

通过实验摸索产生显著基质效应时农药浓度多为4 µg/L～1 mg/L[7]。

2.4　色谱条件
不同的检测器及接口类型影响程度也是不同的。

一般情况下FPD＞FID、ESI＞APCI；此外，进样模式、进样口结构、衬管和柱子情况、分析时间、分析温度、载气压力、流速等也会影响基质效应。

3　基质效应校准和补偿
在蔬菜水果的农残检测分析中，基质效应是客观存在的，不能完全消除，只能通过补偿和校准来降低。

主要方法有前处理方法优化、稳定同位素内标、优化色谱分离条件等校准补偿措施。

3.1　前处理方法优化，提高样品净化
程度
通过提高样品纯化，尽可能减少
最终提取液中的基质成分，常用方法
有蛋白质沉淀法（PPT，离子抑制较明
显）、稀释法（超痕量分析不适用）、
固相萃取、液液萃取、建立基质标准
工作曲线、换用惰性衬管减少活性位
点影响等前处理方法。

其中，建立基
质标准溶液，即不含待测物的空白样
品经过前处理后，加入一定浓度的待
测物标准品，配制成等梯度的标准工
作曲线，通过曲线对检测结果进行校
正，这是最常见的降低基质效应的方
法。

此外，样品稀释可以降低溶液中
的基质浓度，也可有效降低蔬菜样品
的基质效应。

3.2　稳定同位素内标
加入同位素内标是校正基质效应
最常用的方法。

同位素内标不但可抵
消质谱离子化时的基质效应,还可消除
样品前处理过程中的差异。

但实验过
程中，同位素内标的购置相对困难，
且在同时检测多个分析物时，由于存
在极性差异，即使是同类物的同位素
内标也很难抵消基质效应，造成定量
结果偏差[7]。

3.3　优化改善色谱分离条件
通过对色谱条件进行优化，相应
调整保留时间，尽量优化改善色谱分
离条件。

实验证明，出峰时间越早，
影响越大，小于3 min时干扰较大。

此外，以下方法也可降低基质效应，
流动相中加入极少的有机酸或碱，促
进待测物离子化，降低基质效应；改
变洗脱液或梯度洗脱；更换不同色谱
柱降低基质效应；通过降低流速，使
单位时间内参与离子化的化合物数量
减少，降低单位时间内基质成分与待
测物在电离过程中的竞争。

3.4　减小进样量
在不影响仪器灵敏度的情况下，
尽可能减小进样单位，可以在一定程
度上降低基质效应的干扰。

且随着检
测仪器的发展，检测仪器的灵敏度越
来越高，精度越来越高，目前使用的
仪器即使很小的进样体积也能实现良
好的进样精密度。

3.5　质谱条件优化
目前，检测过程中常用的检测仪
器配置的电喷雾离子源（ESI）的基质效
应要大于大气压化学电离源（APCI）。

故在实际应用中，使用ESI源检测基
质效应较大时，可以考虑尝试使用
APCI源进行分析，进而达到质谱条件
的优化。

4　小结
基质效应在蔬菜水果的色谱检测
中广泛存在，是影响定性定量结果的
重要因数。

且基质效应不可避免，对
于不同的农药，其基质效应有增强也
有减弱。

因此，在农药检测过程应综
合考虑基质效应的影响，根据实际情
况通过前处理方法优化、稳定同位素
内标、优化色谱分离条件等校准、补
偿措施规避基质效应的影响，提高检
测准确性。

参考文献
[1]杨旭,汤佳峰,巢文军.基质效
应对有机磷农药测定的影响及其解决方
法[J].分析测试学报,2009,28(12):1368-
1372,1377.
[2]Erney D R,Gillespie A M,Gilvydis
D M,et al. Explanation of the matrix-
induced chromatographic response
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Chromatogr A,1993(638):57-63.
[3]张利强,程盛华,李琪,等.气
相色谱法测定谷物中9种有机磷农药残
留量的基质效应[J].理化检验(化学分
册),2016,52(2):136-140.
[4]侯如燕.茶叶,果蔬中农药残留
分析方法建立及茶叶中吡虫啉残留消解
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[5]周剑,王敏,杨梦瑞.液相色谱
质谱分析中的基质效应研究[J].农产品
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GC-MS/MS的蔬菜多农药残留基质效应研
究[J].湖北农业科学,2016(24)6578-6581.
[7]向平,沈敏,卓先义.液相色谱-
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报,2009,28(6):753-756.
Apr. 2021 CHINA FOOD SAFETY 115。