近日，中国标准化研究院农业食品标准化研究所(以下简称“农食所”)与佳木斯大学、中国农业大学等合作团队，分别以“High-performance biochar materials synthesis and combined with QuEChERS: A novel analytical solution”为题在国际权威期刊《Journal of Environmental Chemical Engineering》(SCI一区，IF=7.4)，并以“Multi-pesticides analysis in honeysuckle and chrysanthemums based on nano-material modified QuEChERs coupled with HPLC-MS/MS”为题在《Microchemical Journal》(SCI一区，IF=4.9)上连续发表两篇重要研究成果，分别聚焦改性纳米材料和生物炭材料，结合QuEChERS方法，提供了中药材农药残留检测中的应用解决方案。两篇论文的通讯作者均为农食所兰韬副研究员，第一作者分别为我院与佳木斯大学联合培养的硕士研究生周奇和刘瑞琦。这两项研究得到我院院长基金项目和国家市场监督管理总局青年拔尖人才项目等项目支持。
研究背景：
金银花和菊花作为中国传统医学和食品植物，因其显著的抗病毒和抗炎特性，在国内外市场上备受青睐。然而，随着种植面积的扩大，病虫害问题日益突出，农药的广泛使用导致残留问题成为制约其现代化和国际贸易的关键障碍。尽管中国药典等法规引入了部分农药检测方法，但针对金银花和菊花的具体限量标准仍不完善，亟需更精准的检测技术和标准制定。
QuEChERS(快速、简便、廉价、有效、坚固、安全)是国际公认的样品前处理技术，广泛应用于食品、中药材等复杂基质中痕量物质的检测。然而，随着检测对象多样化和基质复杂性的增加，传统净化材料面临特异性不足、吸附效率低等问题。纳米材料和生物质碳材料的引入为QuEChERS技术的革新提供了新方向。
核心成果一：生物炭材料实现低成本高效净化
第一篇论文《High-performance biochar materials synthesis and combined with QuEChERS: A novel analytical solution》以玉米秸秆为原料，通过次氯酸钠脱木质素、水热裂解与慢速热解联用技术，开发了一种生产高性能生物炭的技术，制备出比表面积达351.43 m2/g的微孔生物炭，对菊花中色素和脂肪的去除率分别达85.34%和42%。这种生物炭不仅有效去除了菊花中的色素和脂肪，还为平面化合物和磺酰脲类农药提供了额外的吸附位点。制备的生物炭解决了传统材料成本高、环境负担大的问题。
实验结果显示，这种生物炭在去除菊花中的色素和脂肪方面表现出色，叶黄素和叶绿素的去除率分别达到71.03%和85.34%，脂肪含量也显著降低。在农药残留检测中，28种农药的加标回收率均在可接受范围内，相对标准偏差(RSD)在0.93% 至21.54% 之间。此外，生物炭的制备成本约为0.5美元/克，较商用石墨化碳黑(GCB)成本降低40倍，具有显著的成本优势。该技术为农业废弃物高值化利用和绿色检测技术发展提供了新路径。
研究团队对111个菊花样品进行了实际检测，发现12个样品中含有农药残留，主要为氯吡嘧啶及其代谢物。这一结果验证了该方法在实际应用中的有效性和可靠性。
该研究不仅为玉米秸秆的高值利用提供了新途径，还为QuEChERS技术的发展提供了创新思路。通过将农业废弃物转化为高效的吸附材料，不仅减少了环境污染，还为农药残留检测提供了经济、环保的解决方案。未来，研究团队计划探索更多生物质来源，如小麦秸秆和锯末，以进一步优化生物炭的制备和应用。这项研究的成果，为农药残留检测技术的改进和生物质的高值利用提供了重要参考，具有广泛的应用前景和环境效益。
核心成果二：纳米材料提升中药材农药残留检测精度
第二篇论文《Multi-pesticides analysis in honeysuckle and chrysanthemums based on nano-material modified QuEChERS coupled with HPLC-MS/MS》针对金银花和菊花的复杂基质特性，优化了QuEChERS样品前处理方法。通过引入新颖的纳米材料(如FeN-MWCNTs和 GCB)，显著提升了样品的净化效果。对于金银花，60 mg FeN-MWCNTs和60 mg PSA 的组合表现出最佳的净化效果；而菊花则采用70 mg GCB 和30 mg PSA 的组合。这些纳米材料通过其独特的微孔和小中孔结构，以及氨基基团，有效吸附色素、脂肪和农药残留，提高了检测的准确性和灵敏度。
本研究结合HPLC-MS/MS技术，研究团队成功发展了金银花和菊花中31种农药残留的检测方法。优化后的检测方法在金银花中的定量限(LOQ)范围为0.12 - 18.86 μg/kg，回收率在60.1% - 128.6% 之间，相对标准偏差(RSD)小于12%。在菊花中，LOQ 范围为0.10 - 8.56 μg/kg，27种农药的回收率在61.6% - 118.9%之间。这些数据表明，该方法具有较好的检测灵敏度和准确度，满足日常监测需求。
研究团队对市场采集的105个金银花和111个菊花样品进行了检测，发现18个金银花和12个菊花样品中分别检测到5种农药。这一结果进一步验证了该方法在实际样品检测中的有效性和可靠性。
该研究不仅提供了一种针对复杂基质中痕量物质分析的优化方法，还为金银花和菊花的农药残留限量标准制定提供了科学依据。这项研究的成果，为传统中药材的质量控制和现代化发展提供了重要技术支持，也为其他复杂基质中痕量物质的分析提供了参考，具有重要的科学价值和应用前景。
农业食品标准化研究所兰韬团队长期致力于农产品质量安全检测技术开发，此次成果标志着我国在复杂基质前处理技术领域迈入国际前列。这两项技术也申请了《一种生物炭材料及其制备方法和应用》发明专利，并获得授权，将于近期开展成果转化。未来，团队将进一步探索人工智能筛选净化材料组合、开发智能化前处理设备，推动QuEChERS技术向自动化、精准化方向发展，为农产品质量安全与国际贸易壁垒突破提供关键技术保障。
