电子轰击EI的应用范围什么是VOCs走航监测技术（VOCs走航车）？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

什么是VOCs走航监测技术（VOCs走航车）？

1 为什么要进行VOCs走航监测?

在当前大气环境污染现状逐步改善的大前提下，大气污染治理从颗粒物（PM2.5）防治到PM2.5和臭氧（O3）协同控制，防控污染源也从大型工业点源转移到中小型工业源、无组织排放和各种排放面源。作为PM2.5和O3的重要前体物之一，挥发性有机物（VOCs）也理所当然的成为十四五期间重点监测和减排的污染物种之一。除了完善VOCs的排放清单和总量，规范并建立多种类VOCs的检测技术手段也是重点工作之一。后者可以通过拓展新的或加强现有固定站点和检测网络，也可以通过将仪器装备到可移动装置中来观测VOCs，以获得更加密集和系统的排放和污染分布信息，也就是大家常谈的VOCs走航监测手段。近几年来，国家和各地方政府都将‘VOCs走航监测’作为VOCs污染问题排查的重要技术和监察手段。因走航监测机动性强，能够快速掌握VOCs的动态空间分布及其污染特征，是对污染排放源的环境空气影响进行跟踪溯源的重要技术手段，也是对环境空气固定站自动监测技术和污染源在线监测技术，在管理需求数据支持上不足的有效技术手段补充。

2 VOCs走航监测应用发展历史

走航监测技术，也称移动或者车载监测，是在平常定点监测输出的时间、物种和浓度三要素之上，加入了实时的监测地理位置信息，为数据使用和解读提供了多一层可能性。作为VOCs监测领域一种新兴的技术手段，已经在环境大气科研领域其实已有较长时间和较多的应用案例。相对于常规无机污染指标物和颗粒物监测仍主要沿用光学设备监测，特征污染物VOCs监测主要基于质谱方法，尤其是传统的气相FID、PID或质谱方法。移动监测的最初实现方式可以称为‘移动实验室’，也就是讲上述常规检测仪器和色谱仪器等通过集装箱或者货车的形式运输到某些特定地点，随后开机进行计划中的监测，完成监测任务后关机再开往下一个目标监测点。在一定程度上，这种部署方式也与色谱半小时到一小时的样品分析时间有直接关系。

2000年前后，随着常压质谱和质子转移反应质谱仪（PTR-MS）为代表的直接进样快速质谱技术的出现和快速发展，尤其是2008年PTR-TOF飞行时间质谱仪器发布后，以VOCs为检测目标的秒级响应快速质谱仪在轮船、高空气球和飞机航测应用等积累了大量的案例和数据。在1998年，科学家们就已经将PTR-MS带到苏里南雨林地区，对异戊二烯及其光化学产物进行了探索性的工作（Journal of AtmosphericChemistry, volume 38, pages 167–185 (2001)）。在国外，PTR质谱技术的航测研究和应用单位主要为美国国家海洋与大气管理局（NOAA）和加拿大环境部等。值得说明的是，因为航测中起飞和降落阶段，以及螺旋形上升/下降阶段对机内仪器抗重力加速度要求较高，一般需要对PTR仪器进行特殊设计和改装，资金成本和时间成本都相对较高。而将PTR等仪器部署在地面车辆进行‘移动监测’相对容易，只需将固定好商用仪器的内部、做好车内的减震装置设计和安装即可。文献中报道的最早将商用PTR质谱仪安装在车内并进行地面车载监测的是美国Aerodyne Research公司，其走航车于2003年在墨西哥城进行了道路机动车的VOCs排放跟踪测量（Environ. Sci. Technol.2004, 38, 5694-5703）。在国内，则是北京大学的朱彤老师课题组，联合德州A&M大学的张人一老师，他们首次将PTR质谱搭载在走航车上，对08年奥运举办前、中、后市区四环干道上的苯系物排放和相关系数进行了研究和探索（Atmos.Chem. Phys., 9, 8247–8263, 2009）。通过苯/甲苯的浓度比例，科学家们可以清楚地看到，奥运前期北京四环周边的污染物主要以装修和汽车尾气的苯系物为主，奥运期间因较严格的管控措施，汽车尾气贡献成为主流（Atmos. Chem. Phys., 9,8247–8263, 2009）。

图1，美国Aerodyne research的走航车内仪器配置示意图。图片版权归于EST杂志社。

3 国内VOCs走航监测技术的发展状况

在国内，对快速质谱硬件和应用研发、以及商品化开发，起步较早的是安徽光机所研制的PTR四级杆质谱仪，在与EI电离集合，双极四级杆检测和液态进样等方向取得了众多独创性成果。真正将快速质谱推向国内VOCs走航市场并接受市场和业主考验的是广州禾信研发的单光子电离-飞行时间质谱（SPI-TOFMS)。禾信质谱的PDMS膜进样系统，在仪器性能和仪器成本之间做了一定的平衡，在大幅降低仪器整体真空要求的同时，获得了6秒左右的仪器整体响应时间。现今市面上也有厂家将便携式气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)部署在车内，通过所谓‘双通道’进样获得走航过程的‘大致’信息，并结合停车定点测量作为补充。上述仪器均已有走航监测案例报道。据不完全统计，现市面上号称适合走航应用的大大小小厂商的仪器种类已接近两位数。同时，国内有超过100台搭配不同厂商和型号仪器的走航车在国内多个市区或园区等重点地区进行为期一到三年不等的‘常态化’走航任务。针对‘VOCs走航’这一虽较为“新颖”且发展迅速、新技术和厂商层出不穷的市场，众多的业务部门和其他潜在客户可能都或多或少的有少许‘选择困难症’。比如，2021年7月湖南省生态环境检测中心组织的VOCs检测走航车现场测试中，共吸引了多达12家公司共5大类50多台国内外设备参加（https://ibook.antpedia.com/x/647125.html）。

在简短回顾完VOCs走航这一应用的国内外发展简史，以及市面上适用仪器的现状介绍，笔者将基于2021年6月正式实施的《长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范》（简称长三角VOCs走航规范），对走航技术的定义和实施形式、各种适用仪器性能的优缺点、走航策略规划、走航前中后质控要点、常见问题和需关注的各个方面、及各种走航案例进行初步小结。

《长三角VOCs走航规范》的发布，实现长三角区域VOCs走航监测的标准统一。该技术标准着眼于‘规范走航监测工作，提升不同型号设备间数据的可比性、一致性，使环境空气VOCs走航监测技术更好的服务于示范区。同时为长三角乃至全国范围的大气VOCs科研与环境执法工作提供可借鉴、可推广的经验，引领挥发性有机物走航监测技术发展。

4.1 什么是“VOCs走航监测“？

《长三角VOCs走航规范》 对 “走航监测”进行了明确定义，

走航监测区别于一般移动监测车或移动实验室，最重要的特点在于行进中连续自动监测，并基于地理位置信息显示污染物的空间连续分布。规范希望走航监测在行进中可得到尽可能多的污染物定性、定量信息。从整个工作流程来看，在污染点位停车进行复测，或利用其它设备辅助污染物定性、定量，或开展溯源，也是走航监测工作的重要组成部分。

4.2 什么样的快速检测设备可以来实现VOCs走航检测？

《长三角VOCs走航规范》中对走航适用的快速监测设备“质谱仪“要求如下：

以车载质谱为主要监测设备，从走航监测工作目的和方式来看，分析周期必须尽可能的短，因此在行进时将空气中VOCs组分离子化后，利用质谱得到定性定量结果是主要的走航监测方式。目前市场上用于走航监测的快速质谱仪，离子源工作原理方式主要有三种：电子轰击（EI）、单光子电离（SPI）和质子转移反应（PTR）。质量分析器主要有两种：四极杆（Quadrupole）、飞行时间质谱（TOF）。以下对这几种技术进行简单的介绍：

（1）电子轰击电离 能量为70eV，通过这种‘硬电离’，待测分子产生特征碎片，结合NIST数据库进行检索定性。通常，电离前会采用色谱柱对待测物进行分离，待测物由于物理化学性质不同，依次流出色谱柱并被EI电离。对于移除色谱柱，采用直接进样电子碰撞（EI）电离原理的质谱配置进行监测时，空气中多物质检测时产生的信号会进行叠加，相互之间形成干扰。

（2）单光子电离 （SPI）是相对‘软’的一种电离技术，主流的光电离技术一般通过单光子能量为10.6eV的紫外灯实现，待测物的电离能必须小于10.6eV才能被紫外灯电离。VOCs中，单环苯系物电离能一般在8~9 eV，其SPI电离效率较高；通常含氧或者含氯物质在单光子电离质谱内的响应都相对于苯系物低，检出限的差别有时候达到几十倍甚至更多（Anal. Methods, 2020,12, 4343）。因此为了提高分析的准确度，SPI质谱仪需对每一种待测因子进行外部校准才能有效降低检出值的误差。

（3）质子转移反应 （PTR）电离也是‘软’电离的典型方式之一。PTR电离法一般以水合氢离子（H3O+）为母离子，待测物只需满足其质子亲和势大于水（691 kJ/mol）即可以被PTR电离。大气环境中存在的绝大部分VOCs都可被电离，电离效率较为类似，响应值相对统一。

（4）由于工作原理的不同，飞行时间质谱比四极杆质谱仪具有先天的性能优势。TOF可以瞬时采集全谱信息，大幅提升仪器的分析速度和灵敏度。详见《主流VOC走航质谱仪电离技术漫谈》、《为什么飞行时间质谱（TOFMS）是相对于四级杆质谱（QMS）更理想的检测器？》、《为VOCs走航而生---高质量分辨率PTR-TOF（PTR-MS质谱）在VOCs走航应用中的若干知识点》。

4.3.监测方案制定和实施

在化工园区走航监测中，应制定合理的走航策略，对走航方式、走航路径、走航频率、走航时长等提出建议。各地的走航策略需要因地制宜，在前期精细化的排放清单准备之外，由粗到细，抓大放小也是常见的参考思路，之后的走航网格覆盖率和走航频次也是研究要点。详见《‘网格化’VOC走航策略漫谈》

4.4 VOCs走航过程中常见的问题有哪些？原因以及解决方法？

（1）怎么规划走航路线？去哪里测？

考虑走航成本、时间等因素，走航监测可以采取从粗到细的方式，首先对目标区域进行多次不同时段的走航监测，获得区域浓度总体分布图。接下来对浓度异常排放区域进行重点监测，排查污染因子、排放规律、污染来源等问题。

（2）走航过程中VOCs浓度没有明显变化？

走航热点区域内污染物浓度受周围企业或排放源的影响较大，污染物浓度波动明显。在较低浓度区域走航时，仪器需要高灵敏度来支持，能及时捕获较小的污染波动；在污染严重的区域，仪器不应出现“信号饱和“的情况，无法给出具体数值；同时在低、高浓度区域监测中，仪器给出的因子浓度都要具有可信度，这就要求仪器在更宽的量程上具有较好的线性支撑来满足定量的需求。

（3）人鼻子闻到味道，仪器却没有响应？

异味因子往往含氧、含氮、含硫、含氯等元素，目前单一的离子化质谱仪难以满足同时全部监测的需要，同时异味因子嗅阈值往往很低，这就需要仪器有更低的检出限。VOCUS PTR-TOF提供易于切换的离子试剂模式，对国内40种典型的恶臭异味物质均可以检测。

详见《国内40种典型恶臭异味物质Vocus PTR-TOF检测能力一览》

（4）仪器测到的物种跟厂家排放清单物种对不上

走航监测常常会遇到复杂的污染环境，几种甚至几十种污染因子的存在，对仪器的准确分辨能力提出了更高的要求，监测报告因子与企业排放清单出现不吻合的情况也会出现。Vocus PTR-TOF拥有的高质量分辨率（5000 Th/Th）和高相对质量精度（20 ppm以内）可以帮助我们把精确质量在97.045Th处检测到的因子鉴别为氟苯，而不是3-糠醛(97.028 Th)或2-乙基呋喃(97.065 Th)。

（5）仪器测到物种的浓度跟清单排放量对不上

在对因子准确定性的基础上，浓度多少的问题也很关键。这需要仪器的质控和校准过程符合规范，在现场检测的条件下易于操作，最好是仪器内置校准系统，减少管路拆卸引起的泄露和交叉污染问题。Vocus PTR-TOF已经内置稀释校准系统，软件自动操作，一般可以在5分钟内完成标零和标定整个流程。同时由于质子转移反应基于反应常数和离子传输效率对因子进行定量，对没有标气的因子半定量结果误差一般小于±50%。

详见《Vocus PTR-TOF灵敏度校准‘闻一知十’》

（6）117组分不能全覆盖

用于走航监测的各种型号质谱仪，由于离子化原理方式的限制，无法对117种因子进行同时监测，会遗漏一些重要因子的信息，导致收集资料不完整。VOCUSPTR-TOF可以在5秒内无缝从H3O+模式切换至O2+、NO+等模式，来满足对其他因子的监测，保证走航监测中污染物因子信息的全谱收集。

5.走航监测案例分享

案例一： 国外科学家利用搭配有TOFWERKPTR-TOF质谱仪的移动实验室在美国和欧洲的多个城市，系统性的研究了挥发性化学产品与交通源以及市区人口密度之间的相互关系。利用走航监测数据，科学家们清楚的展示了在上千公里尺度上，各城市周边区域内人为VOCs浓度呈显著提升，换而言之，大气污染物的‘城市热岛效应’。

详见《PNAS文献：跨区域VOC走航数据揭示大气污染物‘城市热岛效应’》

案例二： 国内研究人员采用TOFWERK公司生产的Vocus PTR-TOF质谱仪在2020年对苏州市冬季VOCs进行了环线走航和定点观测，探究了苏州市大气VOCs的污染浓度水平、组分特征以及地理分布趋势，并进一步分析了苏州市VOCs污染物的臭氧生成潜势，为苏州市大气VOCs的污染防治工作提出了坚实数据基础和宝贵建议。

详见《Vocus PTR-TOF城区大气VOCs走航+定点联合观测案例介绍》

案例三： 2020年6月上海金山工业区就多家快速质谱厂商联合观测的部分结果进行了平行分析，在对结果详细对比的基础上，以期判断出这三种分析手段在污染物成分更复杂的工业园区内定点或者走航案例的应用潜力和优劣势。其中VocusPTR-TOF不仅对芳香烃有很好的响应，对含氧类（CHOs）和含氮类（CHNs）的VOCs也具有较好的检测效果，

详见《秒级响应PTR-TOF质谱法为工业园区预警管控和源解析提供新思路》

案例四： 制药工业园区内以二氯甲烷为代表的卤代烃是典型的有毒有害大气污染物。PTR-TOF仪器可以改变试剂来产生其他母离子，大多数的卤代烃都可以被O2+母离子高效电离，同时卤代烃在O2+模式下具有较好的检测限，为园区的走航监测提供支持。

同时工业园区内以丙烯为代表的低碳烷烃和烯烃的精确测量是现市面上VOCs走航解决方案的一个技术难点。VocusPTR-TOF所特有的高质量分辨率，‘亚’秒级仪器响应速度和ppt级别的检测限是其成为复杂大气基体中准确鉴别并定量分析痕量丙烯的首选技术之一。

详见《走航应用中氯代烃检测的若干知识点》、《Vocus PTR-TOF（PTR质谱）对二氯甲烷和其他常见卤代烃的检测实例解读》、《Vocus PTR-TOF（PTR-MS质谱）对工业园区环境大气中丙烯的监测案例详解》

案例五： 群众的异味投诉，属于重要的民生问题和环境污染问题。传统检测不适用于现场异味污染源排查对时效性的高分析要求。Vocus PTR-TOF对40种典型恶臭异味物质（硫化物、含氮化合物、苯系物、烯烃及含氧有机物等）均可检测。

详见《Vocus PTR-TOF（PTR-MS质谱）恶臭因子实时全检测》、《国内40种典型恶臭异味物质VocusPTR-TOF（PTR-MS质谱）检测能力一览》

感谢暨南大学袁斌教授对本文的贡献和指导。

文献

1 《长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范》解读-上海检测中心

动物源性食品中兽药残留的检测——磺胺类药物残留

磺胺类药物（sulfonamides，SAs）是指具有对氨基苯磺酰胺结构的一类药物的总称，是一类广泛使用的预防和促进动物生长（常做饲料添加剂）的抗生素。SAs均含有p-氨基苯甲酰环、N4位芳香族氨基酸，而N1位取代基则不同。SAs种类可达数千种，具有抗菌谱较广、性质稳定、价格低廉等优点，特别是甲氧苄啶和二甲氧苄啶等抗菌增效剂的发现使SAs与抗菌增效剂联合使用后，SAs抗菌谱扩大，抗菌活性大大增强，可以从抑菌作用变为杀菌作用。因此SAs被广泛应用于兽医临床、动物饲料添加剂、水产养殖等领域。

经常食用含有SAs残留的动物源性食品可引起SAs在体内的逐渐蓄积，其危害性主要表现为过敏反应、细菌耐药性、致畸作用、致突变作用、致癌作用以及激素样作用。由于SAs的不合理使用、误用甚至是滥用，动物源性食品中SAs残留事件屡有发生，主要是猪肉，其次是牛肉和禽肉。鉴于此，我国规定其休药期为15d，MRL（总量）为100μg/kg。

本部分综述了SAs的理化性质、药理与毒理、危害、国内外限量要求以及残留检测的样品前处理、仪器测定方法等内容，以期为该类药物的全面了解和残留检测提供参考。

1 理化性质

SAs一般为白色或微黄色结晶粉末，遇光易变质。SAs为极性物质，易溶于极性有机溶剂，而难溶于非极性溶剂。其相对分子质量为170～300。SAs在水中溶解度较低，溶解度为1.5×103～7×103mg/L，水分配系数（lgKow）为－0.1～1.7。SAs属于酸碱两性物质，N4和N1上H在不同pH下电离后，得到pKa1和pKa2。大部分SAs的pKa1＝2～3，pKa2＝4～8.5，但由于磺胺本体（R=H）N1上含有2个H，碱性较强，其pKa2为10.43。在酸性溶液中，SAs呈电离状态，溶解度会增大（除了磺胺本体）。酸性较碳酸弱的SAs易吸收空气中的二氧化碳而析出沉淀。因其结构中带有苯环，各种SAs均具有紫外吸收（图5-13）。

2 药理与毒理

SAs的作用机理是其母核结构类似对氨基苯甲酸（PABA），可与PABA竞争性作用于细菌体内的叶酸合成酶，从而阻止PABA作为原料合成细菌所需叶酸的过程，减少了具有代谢活性的四氢叶酸的量，而四氢叶酸则是细菌合成嘌呤、胸腺嘧啶核苷和脱氧核糖核酸（DNA）的必需物质，因此抑制了细菌的生长繁殖。

SAs具有抗菌谱广、可以口服或注射、吸收迅速，有的能通过血脑屏障渗入脑脊液、较为稳定、不易变质等优点。用于全身感染的SAs经口服后可被迅速吸收，2～3h血药浓度达到峰值。进入血液的SAs可广泛分布于全身各组织、细胞和体液中，主要在细胞外液中，部分穿过细胞膜进入细胞内。机体内的SAs以肝脏和肾脏中浓度最高，部分进入乳腺、胚胎、胸膜腔和滑膜腔内。SAs可与动物血浆蛋白结合，其结合率随动物品种不同存在较大的差异。此外，SAs与蛋白的结合率还影响抗生素的分布、生物转化和排出，进而影响药效。SAs因结构不同代谢周期有较大差异，短效SAs如磺胺甲唑（SMX）和磺胺二甲嘧啶（SMZ）等的半衰期小于8h；中效SAs如磺胺嘧啶（SD）的半衰期在10h以上；长效SAs吸收快，但是代谢速度慢，通常半衰期大于30h，如磺胺邻二甲氧嘧啶的半衰期可达1周。长效SAs代谢时间和作用时间较长，当在人体内蓄积超过一定浓度时，会导致细菌产生耐药性，对人体产生极大危害。

SAs在动物体内的代谢分为两个阶段:药物经氧化、还原或水解、水合及脱水等反应进行各种特殊官能团的转化，为第一阶段或一相反应；结合、乙酰化、羟化反应等为第二阶段或二相反应，其中乙酰化和羟化反应为主要的代谢方式。乙酰化主要发生于对位氨基上，由N-乙酰基转移酶和乙酰辅酶A共同催化完成；在嘧啶环上的5位和6位发生羟化反应，羟化产物仍具有抗菌活性。各种动物对SAs的代谢速度和程度有着自身规律，不同物种存在着明显差异，如猪的血、尿和组织中检出的代谢物都是乙酰化产物，未检出羟化物。兔的乙酰化率为62.1%，鱼的乙酰化率为2%。

3 危害

SAs因毒性小、副作用少在临床上广泛应用。但有时在大量或长期用药的情况下可引起下列不良反应:一是急性中毒，多见于用量过大或静脉注射时速度过快。主要表现神经症状、肌肉无力、步态不稳、惊厥、昏迷等，严重者迅速死亡；二是慢性中毒，用药量较大或疗程过1周的家畜，主要表现肾脏损害，出现血尿、少尿甚至闭尿；三是过敏反应，引起个别家畜皮肤发红，口腔黏膜溃烂，被毛脱落等。

SAs的不合理使用很容易造成耐药菌增加，而且动物源性食品中残留的药物可能对人们的健康造成潜在的危害，如SMZ是动物源性食品中主要的残留药物，可诱发癌症。SAs在体内乙酰化率高，主要经肝脏代谢为乙酰化磺胺，后者无抗菌活力却保持其毒性作用，在泌尿道析出结晶，损害肾脏，出现结晶尿、血尿、管型尿、尿痛以及尿闭等症状。SAs还可破坏人的造血系统，造成溶血性贫血症、粒细胞缺乏症、血小板减少症等。有的SAs还可以引起过敏反应，导致耐药菌株产生、菌群失调等症状。家禽则表现增重减慢、产蛋下降、蛋破损率和软蛋率增加，重者可引起急性中毒。

4 国内外限量要求

由于SAs广泛地用于畜牧业，相应产品中（肉和牛奶等）残留的药物会损害人类的健康。WHO、CAC和欧美、加拿大、中国等规定动物源性食品中的SAs总量及磺胺二甲基嘧啶等单个SAs的含量不得超过0.1mg/kg，日本规定食品中不得检出SAs残留，具体见表5-10。

5 样品前处理方法

动物源性食品中SAs的分析检测属于复杂基质中痕量组分的分析，具有样品基质复杂、目标成分浓度低、干扰物众多等特点，其前处理技术为整个测定方法的重点和难点。

5.1 提取方法

样品提取的经典方法为固液提取或液-液提取，而新兴的方法如基质固相分散、超临界萃取、固相微萃取、加压溶剂萃取等方法则更加注重环境保护，减少有机溶剂的使用，同时简化了试验操作，提高了自动化程度。

因SAs不溶于非极性溶剂，一般选用乙腈、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、丙酮等极性有机溶剂提取，同时加入等量的无水硫酸钠去除提取液中的水分。一些有机溶剂也能使样品蛋白质变性，有助于释放与蛋白质结合的药物。很多研究者使用单一极性溶剂提取（如乙腈），但有研究表明两种溶剂依次提取可提高萃取效率。Stoev等比较了甲醇、乙腈、乙酸乙酯、水、二氯甲烷对鸡肉中SAs的提取效率，发现乙腈和乙酸乙酯对SAs中氨基与基质蛋白质的氢键作用，因此在乙酸乙酯提取后再用少量丙酮提取，提取效率提高了40%，其加标回收率（5μg/kg）超过80%。张海琪等研究发现二氯甲烷对磺胺吡啶、磺胺对甲氧嘧啶等药物的提取效率高，乙腈对磺胺甲噻二唑、磺胺二甲异唑等药物的提取效率高，因此采用乙腈提取后再用二氯甲烷的提取方式提取大黄鱼中的20种SAs。上述提取方法效率高、操作简便，且无须特殊的辅助仪器，但其有机溶剂消耗量大，共萃取杂质较多，需额外的净化步骤。

除了应用有机溶剂提取禽肉中的SAs，水溶液体系也被用于提取牛奶中的SAs残留。SAs属于酸碱两性物质，在提取液中加入酸性物质，有利于其离子化和去氢键化，增加其溶解度。Koesukwiat等用2.0mL20%的乙酸酸化50g牛奶样品，涡旋振荡2min后加入20.0mL Mcllvian缓冲液，调节pH至4.5，离心后过SPE柱净化。该方法应用较为环保的水溶液体系进行提取，操作简便，回收率较高（＞70%），但其对提取液的H要求严格。

5.1.1 基质固相分散（MSPD）

MSPD集样品制备、提取和净化过程于一体，其基本原理为通过担体的剪切力和摩擦作用将样品基质彻底粉碎，并均匀地分布于担体中，应用不同的溶剂通过柱层析作用将目标物和干扰物分别洗脱下来，达到分离、净化的目的（图5-14）。MSPD在样品处理上显示出极大的优势：一是大大简化、缩短分析方法；二是最大限度地消除了乳化的形成；三是大幅减少了溶剂的用量。

Kishida等比较了C18、硅胶、弗罗里硅土、氧化铝等担体对肌肉中SAs的提取效果，结果发现中性氧化铝（Alumina N-S）和硅胶获得较好的回收率（＞80%），但硅胶活化前处理复杂，而Alumina N-S可得到较好的精确度（RSD＝2%～10%）。因此担体优选Alumina N-S，用10mL70%乙醇溶液即可将6种SAs全部洗脱下来，然后直接进样检测。Sergi等采用MSPD，用C18作为吸附剂，获得较好的回收率（＞90%），显著降低了基质效应。MSPD所需样品量和有机溶剂消耗少，前处理时间短，操作简便，回收率高，但其缺点为样品碾碎及转移至固相萃取柱步骤难以自动化，较为繁琐。

5.1.2 超临界萃取（SFE）

SFE具有环保、快速、无副反应、选择性高等优点，越来越受到重视。用于食品中SAs的SPE的流体主要有二氧化碳和三氟甲烷。相比于三氟甲烷的毒性，二氧化碳对人体无害，不污染环境，但二氧化碳的极性小，对偏极性的SAs的提取效率低，因此需要加入甲醇等物质来调节超临界流体的极性。Arancibia等考察了加入不同量甲醇对SAs提取的影响，加标回收率随甲醇量的增加而逐渐增加，当加入甲醇3mL于10mL萃取槽中，在压力17.237MPa、炉温160℃下，其回收率可达95%。已有报道SFE可被用于提取鸡蛋、猪肉、牛肉和鸡肝、奶粉中的SAs。尽管SFE具有其他方法所无法比拟的优势，但其需专门的仪器和熟练的操作人员，运行和维护费用昂贵，不适于推广应用。

5.1.3 固相微萃取（SPME）

SPME具有操作简便、分析时间短、溶剂用量少、选择性强等优点，被广泛用于动物源性食品中挥发或半挥发性兽药残留的检测。SAs挥发性较低，其SPME主要采用浸入方式:将纤维萃取头浸入水相中吸附待测物，然后在有机/水混合相中解吸。Lu等比较了不同纤维萃取头对猪肉中8种SAs的萃取效率，发现65μm聚二甲基硅氧烷/聚二乙烯基苯（PDMS/DVB）纤维萃取效率较高。而SAs在不同的pH下会呈离子态，对纤维萃取的影响较大，因此有效调节水相的pH会显著地改变纤维的萃取效率。但不同SAs的pKa相差较大，要使每种SAs获得高回收率较难。相较于其他萃取方法，SPME相对标准偏差较大，检测限较高。但其具有的操作简便性是其他方法所无法比拟的，且纤维萃取头可重复使用，有机溶剂用量极少，单次检测成本低。

5.1.4 加压液体萃取（PLE）

PLE的原理与LLE类似，但温度和压力的提高会大大减弱由范德华力、氢键、偶极作用所引起基质对目标物的吸附作用，提高目标化合物在提取溶液中的溶解度。Gentili等与Font等已成功应用PLE提取牛奶、鸡蛋、肉类等食品中的SAs，在样品中加入分散剂（如硅藻土或C18等），用热水或甲醇/水混合相提取。由于水对基质中脂肪和蛋白质的低亲和性，PLE提取后无须净化而直接进行LC-MS分析。典型的热水提取的参数为：160℃、10342kPa、静态萃取5min。PLE操作简单，所用萃取剂经济环保，且其可与检测仪器在线联用，自动化程度高。与SFE相似，加速溶剂萃取仪（ASE）价格较为昂贵。

5.2 样品净化浓缩

动物源性食品基质复杂，一般样品提取后需进一步净化才能进行仪器检测。样品净化方法主要包括TLC、LLE、SPE和MSPD。其中应用最广泛的净化方法为LLE和SPE。LLE主要利用SAs在极性溶剂和非极性溶剂中的分配系数不同，以乙腈饱和的正己烷萃取乙腈提取液中的大量脂肪，而SAs则被保留在乙腈中，达到去除大量脂肪杂质的目的，同时在萃取时加入等量的无水硫酸钠以减少乳化现象产生。由于SAs的热不稳定性，在旋转蒸发浓缩过程中应加入少量正丙醇或异丙醇共蒸，以避免SAs的分解。

SPE是应用最广泛的净化方法之一。由于SAs具有可离子化和极性强等性质，SPE柱可选取正相柱或离子交换柱，包括Sep-Pak硅胶柱、氨基键合柱、OasisHLB、Oasis MCX、Bond-ElutC18、SCX、氧化铝柱等。庞国芳等比较了三氯甲烷提取/硅胶柱净化、EDTA-Na2-Mcllvaine缓冲溶液提取/Oasis HLB净化、乙腈提取/氧化铝净化、乙腈提取/正己烷液-液萃取4种提取净化体系。结果显示，三氯甲烷提取液脂肪含量较多，过硅胶柱后回收率较低；EDTA-Na2-Mcllvaine缓冲溶液提取/Oasis HLB净化体系回收率为40%～80%，且不稳定，而后两种方法回收率和净化效果都较好。但Koesukwiat等通过调节萃取液和洗脱液的pH，在HLB柱上获得了满意的回收率，其研究表明当萃取液pH4.5，二维酸体系调节HLB柱后，SAs的回收率超过80%。因此在使用SPE净化时，应适当调节柱上的pH，使其获得最佳回收率。除了采用SPE净化萃取液，Posyniak等提出了用分散固相萃取法（dispersive SPE，DSPE）来净化鸡肉基质。样品经乙腈提取离心后转入1.5mL微离心管，加入25mg C18吸附剂，均质后离心过滤即可。相比于经典SPE，DSPE所用吸附剂少，有机溶剂消耗量小，其回收率超过90%，是一种很有前途的前处理技术。一些研究人员使用MSPD，直接将样品与色谱材料如键合硅胶混合。

超滤法可减少操作步骤，消除很多净化过程引起的问题，如乳化、回收率降低、增加净化量。同时，超滤降低了分析成本。2003年，Furusawa提出了用超滤法提取牛奶中的磺胺二甲基嘧啶。样品经高氯酸酸化后超声均质，12000g高速离心，过滤后即可直接进样HPLC测定。该方法不消耗任何有机溶剂，高速离心杜绝了乳化现象，减少了药物损失，其加标回收率（1μg/mL）达到90%。但对一些不稳定的SAs，应用高氯酸酸化可导致其发生降解。将该方法用于多种SAs的同时测定还有待进一步验证。对于含大量脂肪的基质，可先通过冷冻法除去大部分杂质，然后再与其他方法联用。样品经溶剂提取后置于－20℃以下30min，除脂率可达50%以上，而且SAs基本没有损失。

6 检测方法

目前检测各种基质中SAs残留的方法包括高效液相色谱法（HPLC）、液相色谱-质谱法（LC-MS）、气相色谱-质谱法（GC-MS）、TLC、高效毛细管电泳（HPCE）、免疫学测定法等。

6.1 HPLC

HPLC是在经典液相色谱的基础上发展起来的，在食品检测和进出口检验检疫中广泛应用，比较成熟和常用的检测器有紫外检测器（UVD）和二极管阵列检测器（DAD）等。

HPLC是检测肉、牛奶和禽肉中SAs残留的最常用方法，表5-11列出了近年来采用HPLC检测动物源性食品中SAs残留的文献报道，图5-15为空白牛奶及其添加SAs的色谱图。SAs常采用硅胶键合反相柱如C18、C8或C4进行分离，有时也采用离子对色谱柱进行分离。

流动相主要由乙腈-水、甲醇-水或乙腈-甲醇-水按不同比例组成，也有报道采用乙醇Ｇ水系统。此外，常在以上流动相中添加适量醋酸钠、十二烷基硫酸钠（SDS）用于提高分离效率。有报道称以醋酸钠-乙腈为流动相可在Li Chrospher和CPTMSphere色谱柱上将研究的所有SAs完全分离。SAs在色谱柱上的保留值不仅受流动相的极性影响，还会受其解离形式的影响，因此流动相的pH对色谱分离过程起重要作用。流动相缓冲液最佳pH为4.4，在此pH条件下大部分SAs均可很好保留。

HPLC分析常采用UV、FLD（荧光检测器）、DAD等检测器进行检测。其中UV是最常用的检测器，最佳波长一般在270～280nm，有时用255nm。FLD的激发波长一般为405～420nm，发射波长一般为485～495nm。DAD检测波长常采用267nm、268nm、263nm。

6.2 LC-MS

LC-MS是目前兽药残留分析中非常常用、精确的确证方法，利用化合物的特征离子和保留时间定性和定量，准确分析各种基质中的SAs。LC-MS的样品前处理相较单纯的色谱方法更为简单，抗干扰能力强，检出限低，灵敏度高，可满足各种动物组织中SAs的检测要求。

在LC-MS中，目前主流的是串联质谱（MS/MS）技术，通过多反应监测模式检测母离子和碎片离子。不同化合物的功能团选择性不同，其裂解途径亦不同，图5-16给出了几种SAs可能的质谱裂解途径，m/z156、m/z108、m/z92等离子是SAs常见的碎片离子。SAs一般用正离子模式检测，通常在甲醇-水或乙腈-水的流动相体系中加入挥发性的甲酸、乙酸来增强目标化合物电离的效果。LC-MS接口常用的两种离子化技术是电喷雾电离（ESI）和大气压化学电离（APCI）。ESI适用于极性和中等非极性药物，涵盖质量范围较宽，在兽药残留分析中最为常用。基质效应是LC-MS定量分析的挑战，尤其以ESI作为接口时几乎难以避免。基质可能增强或抑制分析物的离子化，而这种影响视不同基质而定。基质效应可通过比较分析目标化合物在基质中以及在溶剂或缓冲液中的响应进行评价或测定。同位素标记的内标、基质添加标准曲线、标准添加法等是减少基质效应的应对方法，可以提高检测方法的准确度。其中标准添加法较为繁琐，当缺少商品化的同位素标记的内标时，一般运用基质添加标准曲线法来进行定量分析。

LC-MS/MS分析技术广泛用于动物源性食品中SAs的残留检测（表5-12），可获得较低检测限，满足残留分析要求。Thompson等建立了检测蜂蜜中7种SAs的LC-MS（图5-17），样品用盐酸水解，然后在线SPE柱Oasis HLB净化，回收率为93.30%～101.90%，最低检测限为0.5～2.0μg/kg。此方法采用的在线提取净化适合于大量样品的快速检测。超高效液相色谱（UPLC）是近两年来在HPLC的基础上新发展起来的分离更为高效的液相色谱技术。它是基于小颗粒填料和LC原理的一种创新方法，实现了超高分离度、灵敏度和分析速度。UPLC与MS/MS相结合是目前兽药残留检测的发展趋势。Guo等应用UPLC-MS/MS分析牛奶中24种SAs残留，结合SAs的理化性质和UPLC性能，分别选用C8、C18和苯基柱3种色谱柱对24种SAs的分离度和检测灵敏度进行对比试验，结果表明：采用C18色谱柱，24种SAs均具有很好的分离效果和较高的灵敏度。基于1.7μm小颗粒技术的C18UPLC柱比传统的色谱柱具有更高的分离能力，在同等色谱条件下，可在更短的时间内实现全部药物的良好分离，且峰形尖锐、对称，灵敏度高，在10min内实现了24种SAs的良好分离，方法的检出限为0.21～1.62μg/kg。Cai等建立了肉中24种SAs的UPLC-MS/MS检测方法，样品用乙腈提取、正己烷除脂、乙酸乙酯液-液分配净化，运用3种同位素标记的内标定量，方法的定量限低于0.5μg/kg。

6.3 GC-MS

采用GC测定SAs常需要衍生化，由于操作步骤复杂，只有少数早期的文献报道。GC-MS不但灵敏度高而且能提供样品的结构信息，但在SAs检测时需要衍生化去掉分子中的极性基团（如氨基）才能获得满意的结果。质谱检测器一般采用电子轰击源（EI），如果重氮甲烷甲基化后杂质仍比较多，可以进一步用硅胶柱净化或液-液分配净化，或用五氟丙酸酐（PFPA）衍生化。PFPA衍生化后还可以进行化学离子源电离方式的质谱分析（CI/MS）。Reeves采用GCＧ正化学电离质谱方法分析了牛奶中10种SAs（SDZ、STZ、SP、SMR、SMZ、SCP、SDMX、SQ、SMT、SBM），样品经乙酸乙酯提取后，用环己基固相萃取柱净化，衍生化产物用选择离子监测模式检测，可同时检测10种SAs。确证分析时每个目标化合物挑选3～5个碎片离子，相对离子丰度与相应的标准品相比较，偏差应在10%之内，保留时间低于0.1min。仪器检测方法参数如下：DB-1色谱柱，30m×0.25mm，进样口温度240℃，隔垫吹扫时间为1min，速度为0.5mL/min。程序性升温：40℃（1min），30℃/min至200℃，6℃/min至280℃，保留10min。传输线温度为280℃。甲烷为反应气，离子源和四极杆的温度分别为200℃和100℃。Takatsuki等建立了同时检测鸡蛋和动物组织中6种SAs的GC-MS检测方法，采用乙腈提取、硅胶柱净化。用重氮甲烷对SAs进行甲基化。旋转蒸干后，提取液溶于二氯甲烷中，再经硅胶柱净化。甲基化产物用氮气吹干后，溶于乙醚中并用6N的盐酸进行液-液萃取。将酸性萃取液碱化后，再用乙醚进行反萃取。采用选择离子模式进行检测。测得鸡蛋、银鲑组织中SAs的平均回收率分别为99.2%和84.3%，变异系数分别为7.03%和11.20%，检测限为10～50μg/kg。

6.4 TLC

目前，TLC已逐渐被其他仪器方法所取代。然而TLC可节省溶剂，减少分析成本，可用于大量样品的筛选。TLC样品制备常包含SPE和膜过滤操作，其检测动物源性食品中SAs残留的文献报道见表5-13。Unruh等采用涂有硅胶60的薄层硅胶板，用0.5mL甲醇-乙酸-丙酮（1∶5∶94，V/V）进行洗脱，检测了牛奶中的SMZ残留。Reimer等用高效薄层色谱板，乙酸乙酯-正丁醇-甲醇-氨水溶液（35∶45∶15∶2，V/V）作为洗脱剂，对三文鱼肌肉组织中5种SAs（SDZ、SMR、SMZ、SDMX、SP）的含量进行了测定。TLC检测SAs残留常采用荧光检测，激发波长为310nm。该方法在99%置信区间SDZ、SMR、SMZ、SDMX、SP的检测限分别为0.11mg/kg、0.44mg/kg、0.07mg/kg、0.13mg/kg、0.13mg/kg。SDZ、SMz、SDMX、SP的最低检测水平大约为0.04mg/kg，而SMR为0.10mg/kg。SDZ、SMR、SMT、SDMX、SP的平均回收率分别为61%、63%、60%、63%、57%。该方法中所有分析物在0～2mg/L添加浓度范围内均获得良好线性关系。

6.5 HPCE

与HPLC相比，HPCE具有分离度高、快速、进样量少和消耗的有机溶剂少、对样品前处理要求低等优点，被广泛应用于各种样品基质中SAs的残留分析。因此HPCE有可能成为SAs鉴定和分离的良好替代方法。HPCE分离SAs常采用两种模式：毛细管区带电泳（CZE）和胶束电动毛细管电泳色谱（MEKC）。表5-14总结了HPCE检测动物源性食品中SAs的残留检测方法。

在CZE模式中，磷酸或硼酸盐缓冲液常作为电泳缓冲液。在MEKC模式中，常在磷酸盐或硼酸盐缓冲液中加入适量SDS或β-环糊精（β-CD）以改变电解质迁移，从而改善分离。CZE分析SAs的迁移性和选择性主要通过调节缓冲液pH来实现，因此优化缓冲液的pH对改善一些迁移性相似的SAs的分离显得尤为重要。另外，缓冲液pH和胶束浓度显著地影响MEKC模式分析SAs的迁移性和选择性。SAs的迁移顺序主要由其pKa和溶剂Ｇ胶束的结合常数决定，缓冲液pH和胶束浓度彼此互相影响。在CZE模式下，SAs电泳流动性差异在低于pKa2个单位pH处测定时与结合常数相关联，MEKC同样也存在这种现象。HPCE常采用的检测波长紫外可见检测器为254nm、二极管阵列检测器为214nm，有时会采用柱端电化学检测。

Fuh等研究了HPCE结合SPE净化的方法检测肉中8种常用的SAs（SMZ、SMR、SDZ、SDM、SMM、SPA、SQX和SIX）。8种SAs采用35mmol/LNa3PO4-H3PO4缓冲液（pH6。50，电压25kV）进行分离（图5-18）。用1-萘酸作为内标进行定量分析。每种分析物均在0。5～50μg/mL呈现良好线性关系，回收率为80%～97%，检测限为5～10μg/kg。Berzas-Nevado等研究了一种MEKC分离SMZ、SQ、甲萘醌、乙胺嘧啶。该方法在0～5min用20kV电压，然后用30kV电压进行分离，用30mmol/L硼酸盐缓冲液（pH9.2）-6%乙腈-40mmol/L SDS作为电泳缓冲液，方法的定量限为1mg/L。Lin等考察了缓冲液pH和电解质修饰剂对13种SAs的迁移行为和分离的影响。Ackermans等建立了检测猪肉中16种SAs的HPCE，线性回归相关系数至少为0.999，该方法的检测限为2～9mg/L。Dang等成功地用MEKC分离测定了7种SAs和甲氧苄啶，以SDS为胶束相、四丁基溴化铵为添加剂。该方法研究了表面活性剂和修饰剂的浓度、pH及应用电压对缓冲液和柱效保留能力的影响。

6.6 免疫学测定法

免疫学测定法主要有放射性免疫法、ELISA、生物传感器法、胶体金免疫层析法等，其中应用最多的是ELISA。

决定免疫分析效果的根本因素是抗体的选择性和亲和性，而这些性质又在很大程度上取决于半抗原结构的设计，因此这一步骤是整个分析方法建立的关键。

一般来说可直接选择待测SAs作为半抗原与载体蛋白或多肽偶联，但该药物必须具有能够和载体反应的活性基团，而且偶联物能够暴露出待测SAs的特征结构。而在许多情况下SAs并不具有这些活性基团，或者这些基团作为待测物的特征结构，免疫化学特性非常重要，不易通过此基团偶联载体。因此需要通过化学设计方法设计出能够模拟被测SAs特征的半抗原，人工添加上适宜的活性基团以及“间隔臂”。SAs常见的半抗原结构如图5-19所示，由于绝大多数SAs的R1取代基团为各种杂环，因此研究者采用苯环为间隔臂，希望能在降低抗体对间隔臂识别的前提下，最大限度地模拟含有杂环的SAs的立体结构和电子云分布，进而检测此类SAs。Pastor-Navarro等以N-磺胺-4-氨基苯甲酸为半抗原，以羧基作为活化基团，明显提高了检测灵敏度。随后合成了与N-磺胺-4-氨基苯甲酸具有类似结构的N-磺胺-4-氨基苯乙酸，但是它们的免疫效果却相差很大，后者制备的抗体效价很低，不适于免疫检测。

ELISA具有特异、简便、易操作、灵敏度较高的特点，适于现场测定和大批样品的筛选检测。对单一SAs残留检测的ELISA研究较多，被报道的常见SAs有SMR、SMZ、SCP、SME等。在兽药残留的检测中，大多要求对SAs残留总量进行测定，所以建立对多种SAs残留检测的ELISA更有意义，目前国内外已有相关报道。1991年，Sheth和Sporns首次用化学方法合成了3种具有磺胺母核结构的半抗原，并用N1-[4-（羧甲基）-20噻唑基]-磺胺（TS）和钥孔血蓝蛋白（KLH）的偶联物（TS-KLH）作为免疫原，制备了簇特异性抗体，这种多克隆抗体可与9种不同结构的SAs在小于5μg/kg的水平上呈现50%的抑制。Assil等用类似的方法将（N1-[4-甲基-5（2-4-羧乙基-1-羟苯基）]-偶氮基-2-吡啶基）-磺胺与载体蛋白偶联作为免疫抗原，免疫后获得的抗血清可对7种SAs在小于10μg/mL水平上呈现50%的抑制。在国内外，ELISA已被用于测定牛奶、猪血、肌肉及饲料中的SAs的残留检测（表5-15），并且有商品化的试剂盒投放市场。