了解样品的复杂性。确定复杂食品样品中的基质效应

虽然色谱技术和质谱技术的结合给食品污染物检测实验室带来了革命性的变化，但一个主要的缺点是可能出现基质效应的现象。 由于分析物和样品基质之间不需要的相互作用，分析物的反应可能被降低或放大。 在将新的方法学、商品或分析物纳入实验室的分析范围时，应确定基质对方法的可靠性的影响。

在气相色谱-质谱分析中，衬垫和分析柱上活性位点的存在可以促进某些官能团的吸附。 过量的基质（通常存在于食品提取物中）会使这些位点失去活性，因此相对于在更干净的食品或溶剂型提取物中的相同浓度，分析物的反应可能会增加。 因此，这种现象被称为基质引起的信号增强。 在LC-MS分析中，电喷雾电离（ESI）由于其广泛的化合物覆盖能力，仍然是常规实验室的首选电离源。 然而，ESI也因在有基质的情况下对电离效率产生重大影响而闻名，从而影响了检测的可靠性。

那么，什么是基质？ 国际理论化学和应用化学联合会（IUPAC）的金书简单地指出，基质是 "样品中除分析物以外的其他成分"。[1] 当我们考虑到常规检测实验室收到的用于污染物和残留物分析的各种样品时，从酸性西红柿到脂肪类食用油，基质成分的范围非常广泛。 了解您的实验室在方法使用期内可能分析的代表性商品类型有助于指导方法的开发和优化步骤。 为了克服基质对我们感兴趣的分析物的检测的影响，我们必须首先确定它们的存在。

确定矩阵效应

虽然有几种方案被提倡用来测量基质对你的分析的影响，但理论和基本做法是一样的。 这些方案包括柱后输液法和提取后添加法。[2,3] 在本博客中，我们将重点讨论与后者有关的方案，即把溶剂中已知浓度的分析物与提取后添加到样品中的相同浓度进行比较。 这种比较可以在固定浓度下的重复样本（至少n=5）上进行（公式1），也可以在覆盖更广的浓度范围的校准系列上进行（公式2），其中所有的样品必须按照类似的溶剂成分制备，并在相同的条件下，在一次分析过程中获得。

通过所得到的数据，可以对分析物的峰面积进行比较，比如说。

公式1：计算矩阵效应因子

其中A：分析物在溶剂标准品中的峰值响应，B：分析物在基质匹配标准品中的峰值响应（即在提取后添加到食品样品中）。

如果结果小于零（负值），则被分析物的反应被基质所抑制。 如果大于零（正值），则被分析物的反应被基质增强。 作为一个经验法则，最佳实践指南建议，如果影响>20%，就采取行动进行补偿，从而最大限度地减少误报发生的残留物的准确浓度的错误。[4-6]

下面是这种计算的图形描述，其中显示了分析物在溶剂和基质中的色谱峰。 在图1A中，溶剂（75:25水：乙腈）和基质（生鸡蛋，用QuEChERS提取和稀释，75:25水：乙腈）中的氟虫腈被重叠起来。 两次注射的Y轴（峰值响应）是相连的，因此显示了鸡蛋样品中共同提取的基质对氟虫腈的抑制。 同样，在图1B中，在溶剂和大豆中添加的picolinafen被重叠起来，Y轴相连。 在这个例子中，picolinafen在大豆中的反应明显大于在溶剂中。 使用公式1，确定鸡蛋中的氟虫腈被抑制了30%，而大豆中的吡啉芬被增强了40%。 在这两个例子中，需要改变方法，以补偿这些基质的影响，并确保对所产生的残留物进行可靠的定量。

与前一种方法类似，溶剂和基质中的样品集被生成为相同的溶剂成分，并在相同的条件下获得。 该方法的主要区别是建立校准系列，而不是在单一浓度下的复制。 校准系列应在适当的线性工作范围内，以相应浓度的溶剂和基质制备。 为溶剂和基质绘制单独的校准曲线，报告分析物对已知浓度的峰值响应。 根据每条曲线，确定线的方程，并比较每条曲线的斜率，如下所示。

公式2：从曲线的斜率计算矩阵效应

其中_mA：基于溶剂的校准系列的线的斜率，mB：基于基质的校准系列的线的斜率。

以已经讨论过的鸡蛋中的氟虫腈和大豆中的吡啉芬为例，它们的校准系列，相对于溶剂标准，被重叠起来进行视觉比较。 将每条曲线的计算斜率插入每个方程式中，再次确定氟虫腈和皮草畏的基质效应分别为-30%和40%。

这里讨论的测定基体效应的方法是利用提取后的基体样品进行加标，以限制分析物从基体中的初始提取的任何变化。 如果我们一开始就没有有效地提取被分析物，我们可能会把检测不佳归咎于基质效应，而不是在适当浓度下没有被分析物。 当然，在确定基体效应之前，如果没有通过以前的参考方法或研究确定，那么在样品制备的最初提取步骤中考虑分析物的可提取性是很重要的。 虽然这样的工作可以使用基于溶剂的标准品进行，但使用有代表性的商品类型可以更好地了解真正的方法性能和与基质的潜在相互作用。 溶剂从基质中提取分析物的效率很容易以类似于基质效应的方式确定。

方程3：计算通过提取的分析物回收率

其中A：分析物在溶剂标准品中的峰值响应，C：分析物在基质提取标准品（即在提取前添加到食品样品中）中的峰值响应。

总结

在扩大分析范围时，无论是方法学、分析物还是商品类型，重要的是要了解分析物从基质中的可萃取性以及共同萃取的基质对分析物检测的影响。 这些因素可以通过采集几个加标的溶剂和食品样品很容易地确定，其中溶剂成分和采集参数应该是恒定的，以确保任何和所有的变异性都是由基质单独造成的。一旦确定了基质对分析物检测的影响，标志着大于20%的抑制或增强的数值通常需要采取行动来补偿这些影响。 我们将在下一篇关于克服基质复杂性的解决方案的博客中介绍对您的实验室而言，这些最佳行动可能是什么。

参考资料/信息来源。

[1] IUPAC金书，国际纯粹与应用化学联合会的《化学术语汇编》，2019年。

[2] M. Twohig, J. Mather, A. Hooper, A Tool for Robust Analytical Methods Development, Waters' Application Note, 2010.

[3] B.K. Matuszewski, M.L. Constanzer, C.M. Chavez-Eng, Strategies for the Assessment of Matrix Effect in Quantitative Bioanalytical Methods Based on HPLC-MS/MS, Anal Chem. , 75, 13, 2003.

[4] EURL Pesticides Network, Analytical Quality Control and Method Validation Procedures for Pesticide Residues Analysis in Food and Feed, SANTE/12682/2019, 2019。

[5] 美国FDA，《食品、饲料、化妆品和兽药产品化学方法验证指南》，第三版，2019。

[6] LGC国家测量系统，实现可靠的LC-MS定量测量指南，第一版，2013。

[7] Eurachem, The Fitness for Purpose of Analytical Methods A Laboratory Guide to Method Validation and Related Topics, Second Edition, 2014.