近日，中國標準化研究院農業食品標準化研究所(以下簡稱“農食所”)與佳木斯大學、中國農業大學等合作團隊，分別以“High-performance biochar materials synthesis and combined with QuEChERS: A novel analytical solution”為題在國際權威期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》(SCI一區，IF=7.4)，并以“Multi-pesticides analysis in honeysuckle and chrysanthemums based on nano-material modified QuEChERs coupled with HPLC-MS/MS”為題在《Microchemical Journal》(SCI一區，IF=4.9)上連續發表兩篇重要研究成果，分別聚焦改性納米材料和生物炭材料，結合QuEChERS方法，提供了中藥材農藥殘留檢測中的應用解決方案。兩篇論文的通訊作者均為農食所蘭韜副研究員，第一作者分別為我院與佳木斯大學聯合培養的碩士研究生周奇和劉瑞琦。這兩項研究得到我院院長基金項目和國家市場監督管理總局青年拔尖人才項目等項目支持。
研究背景：
金銀花和菊花作為中國傳統醫學和食品植物，因其顯著的抗病毒和抗炎特性，在國內外市場上備受青睞。然而，隨著種植面積的擴大，病蟲害問題日益突出，農藥的廣泛使用導致殘留問題成為制約其現代化和國際貿易的關鍵障礙。盡管中國藥典等法規引入了部分農藥檢測方法，但針對金銀花和菊花的具體限量標準仍不完善，亟需更精準的檢測技術和標準制定。
QuEChERS(快速、簡便、廉價、有效、堅固、安全)是國際公認的樣品前處理技術，廣泛應用于食品、中藥材等復雜基質中痕量物質的檢測。然而，隨著檢測對象多樣化和基質復雜性的增加，傳統凈化材料面臨特異性不足、吸附效率低等問題。納米材料和生物質碳材料的引入為QuEChERS技術的革新提供了新方向。
核心成果一：生物炭材料實現低成本高效凈化
第一篇論文《High-performance biochar materials synthesis and combined with QuEChERS: A novel analytical solution》以玉米秸稈為原料，通過次氯酸鈉脫木質素、水熱裂解與慢速熱解聯用技術，開發了一種生產高性能生物炭的技術，制備出比表面積達351.43 m2/g的微孔生物炭，對菊花中色素和脂肪的去除率分別達85.34%和42%。這種生物炭不僅有效去除了菊花中的色素和脂肪，還為平面化合物和磺酰脲類農藥提供了額外的吸附位點。制備的生物炭解決了傳統材料成本高、環境負擔大的問題。
實驗結果顯示，這種生物炭在去除菊花中的色素和脂肪方面表現出色，葉黃素和葉綠素的去除率分別達到71.03%和85.34%，脂肪含量也顯著降低。在農藥殘留檢測中，28種農藥的加標回收率均在可接受范圍內，相對標準偏差(RSD)在0.93% 至21.54% 之間。此外，生物炭的制備成本約為0.5美元/克，較商用石墨化碳黑(GCB)成本降低40倍，具有顯著的成本優勢。該技術為農業廢棄物高值化利用和綠色檢測技術發展提供了新路徑。
研究團隊對111個菊花樣品進行了實際檢測，發現12個樣品中含有農藥殘留，主要為氯吡嘧啶及其代謝物。這一結果驗證了該方法在實際應用中的有效性和可靠性。
該研究不僅為玉米秸稈的高值利用提供了新途徑，還為QuEChERS技術的發展提供了創新思路。通過將農業廢棄物轉化為高效的吸附材料，不僅減少了環境污染，還為農藥殘留檢測提供了經濟、環保的解決方案。未來，研究團隊計劃探索更多生物質來源，如小麥秸稈和鋸末，以進一步優化生物炭的制備和應用。這項研究的成果，為農藥殘留檢測技術的改進和生物質的高值利用提供了重要參考，具有廣泛的應用前景和環境效益。
核心成果二：納米材料提升中藥材農藥殘留檢測精度
第二篇論文《Multi-pesticides analysis in honeysuckle and chrysanthemums based on nano-material modified QuEChERS coupled with HPLC-MS/MS》針對金銀花和菊花的復雜基質特性，優化了QuEChERS樣品前處理方法。通過引入新穎的納米材料(如FeN-MWCNTs和 GCB)，顯著提升了樣品的凈化效果。對于金銀花，60 mg FeN-MWCNTs和60 mg PSA 的組合表現出最佳的凈化效果；而菊花則采用70 mg GCB 和30 mg PSA 的組合。這些納米材料通過其獨特的微孔和小中孔結構，以及氨基基團，有效吸附色素、脂肪和農藥殘留，提高了檢測的準確性和靈敏度。
本研究結合HPLC-MS/MS技術，研究團隊成功發展了金銀花和菊花中31種農藥殘留的檢測方法。優化后的檢測方法在金銀花中的定量限(LOQ)范圍為0.12 - 18.86 μg/kg，回收率在60.1% - 128.6% 之間，相對標準偏差(RSD)小于12%。在菊花中，LOQ 范圍為0.10 - 8.56 μg/kg，27種農藥的回收率在61.6% - 118.9%之間。這些數據表明，該方法具有較好的檢測靈敏度和準確度，滿足日常監測需求。
研究團隊對市場采集的105個金銀花和111個菊花樣品進行了檢測，發現18個金銀花和12個菊花樣品中分別檢測到5種農藥。這一結果進一步驗證了該方法在實際樣品檢測中的有效性和可靠性。
該研究不僅提供了一種針對復雜基質中痕量物質分析的優化方法，還為金銀花和菊花的農藥殘留限量標準制定提供了科學依據。這項研究的成果，為傳統中藥材的質量控制和現代化發展提供了重要技術支持，也為其他復雜基質中痕量物質的分析提供了參考，具有重要的科學價值和應用前景。
農業食品標準化研究所蘭韜團隊長期致力于農產品質量安全檢測技術開發，此次成果標志著我國在復雜基質前處理技術領域邁入國際前列。這兩項技術也申請了《一種生物炭材料及其制備方法和應用》發明專利，并獲得授權，將于近期開展成果轉化。未來，團隊將進一步探索人工智能篩選凈化材料組合、開發智能化前處理設備，推動QuEChERS技術向自動化、精準化方向發展，為農產品質量安全與國際貿易壁壘突破提供關鍵技術保障。
