技術(shù)文章
食品安全涉及對(duì)禁止或*添加的食品添加劑、農(nóng)藥殘留等進(jìn)行分析,食品生產(chǎn)企業(yè)及相 關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)均應(yīng)建立長(zhǎng)效的監(jiān)管機(jī)制。面對(duì)大量的分析樣品,亟需建立的分析方案。 常規(guī)的逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案,在方法變更時(shí)需要手動(dòng)更換色譜柱和溶劑,如需夜間 或周末更換方法,就需要安排實(shí)驗(yàn)人員加班值機(jī),否則儀器待機(jī)將處于空閑狀態(tài);如果分 析過(guò)程中使用了含鹽等添加劑的流動(dòng)相,儀器待機(jī)期間則無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)的沖洗,對(duì)色譜 柱、管路和液相色譜硬件等都可能會(huì)造成危害。
? 在 2016 年新版食品安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,本文采用全自動(dòng)多方法方案,對(duì) 5 種食品添 加劑[1-5] 和 5 種農(nóng)藥殘留[6-10] 等 10 種分析方法進(jìn)行自動(dòng)序列運(yùn)行。全自動(dòng)多方法方案是基 于色譜柱和溶劑自動(dòng)切換的液相色譜系統(tǒng)解決方案,基于 Agilent 1260 Infinity II 和 1290 Infinity II 液相色譜的全自動(dòng)多方法方案,已用于多種類(lèi)別樣品的分析[11,12]。與傳統(tǒng)的單臺(tái) 儀器逐一運(yùn)行方案相比,全自動(dòng)多方法方案自動(dòng)化程度高,減少了樣品分析時(shí)間和儀器待 機(jī)時(shí)間,提高了分析效率。
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?實(shí)驗(yàn)部分
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?試劑和樣品
? 甲醇、乙腈為色譜純級(jí),購(gòu)于 Merck 公司;甲酸、乙酸、乙酸銨 為分析純,購(gòu)于 Sigma-Aldrich 公司;實(shí)驗(yàn)用水為 Millipore Milli-Q 超純水系統(tǒng)制備的高純水;食品添加劑和農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)品(見(jiàn) 表 1 和表 2)購(gòu)于上海安譜公司。
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?標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制
? 對(duì)食品添加劑和農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)品工作溶液,按照標(biāo)準(zhǔn)方 法[1, 2, 4-10] 或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法[3] 進(jìn)行配制。
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?儀器配置
?基于 Agilent 1260 Infinity II 液相色譜全自動(dòng)多方法解決方案,典型 的儀器配置如下:
?– 安捷倫液相色譜全自動(dòng)多方法解決方案(部件號(hào) G219A)
?– Agilent 1260 Infinity II 四元泵(部件號(hào) G7111B)
?– Agilent 1260 Infinity II 多重自動(dòng)進(jìn)樣器(部件號(hào) G7167A),配樣 品冷卻裝置(部件號(hào) G7167A #100)
?– Agilent 1260 Infinity II 柱溫箱(部件號(hào) G7116A),內(nèi)置閥驅(qū)(部 件號(hào) G7116A#058),配 4-位置-10-端口色譜柱選擇閥(部件 號(hào) G4237A)、毛細(xì)管組件(部件號(hào) G4237A#005)、Agilent InfinityLab Quick-Turn 液相色譜接頭(部件號(hào) 5067-5966)
?– Agilent 1260 Infinity II 二極管陣列檢測(cè)器(部件號(hào) G7117C)
?– Agilent 1290 Infinity 外置閥驅(qū)(部件號(hào) G1170A),配 12-位置-13- 端口生物惰性溶劑選擇閥(部件號(hào) G423)
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?基于 Agilent 1290 Infinity II 液相色譜全自動(dòng)多方法解決方案,典 型的儀器配置如下:
?– 安捷倫液相色譜全自動(dòng)多方法解決方案(部件號(hào) G219A)
?– Agilent 1290 Infinity II 四元泵(又稱(chēng)“泵”)(部件號(hào) G7104A)
?– Agilent 1290 Infinity II 多重自動(dòng)進(jìn)樣器(部件號(hào) G7167B),配樣 品冷卻裝置(部件號(hào) G7167B #100)
?– Agilent 1290 Infinity II 柱溫箱(部件號(hào) G7116B),內(nèi)置閥驅(qū) (部件號(hào) G7116B#058),配色譜柱識(shí)別標(biāo)簽讀卡器(部件號(hào) G7116B#072)、8-位置-18-端口色譜柱選擇閥(部件號(hào) G4239C)、 毛細(xì)管組件(部件號(hào) G4239C#005)、Agilent InfinityLab QuickConnect 快速連接接頭(部件號(hào) 5067-5957)
?– Agilent 1290 Infinity II 二極管陣列檢測(cè)器(部件號(hào) G7117B)
?– Agilent 1290 Infinity 外置閥驅(qū)(部件號(hào) G1170A),配 12-位置-13- 端口生物惰性溶劑選擇閥(部件號(hào) G423)
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?軟件
? Agilent OpenLAB CDS ChemStation C.01.07 SR3 色譜控制軟件
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?溶劑及溶劑選擇閥的配置
? 全自動(dòng)多方法方案中如果配置 1 個(gè)溶劑選擇閥,溶劑可從原來(lái) 的 4 種擴(kuò)展至 15 種,如果配置 2 個(gè)溶劑選擇閥,可擴(kuò)展至 25 種溶 劑。本文示例的 10 個(gè)分析方法使用了 6 種溶劑,分別為:甲醇(通 道 B)、乙腈(通道 C)、純水(通道 A 和 D1)、0.5% 的乙酸水溶 液(通道 D2)、20 mmol/L 乙酸銨水溶液(通道 D3)、20 mmol/L 乙酸銨并添加 2 mmol/L 甲酸的水溶液(通道 D4)。在儀器配置 的“通道配置”選項(xiàng),選擇溶劑選擇閥的接入流路,如 Agilent 1290 Infinity II 泵,選擇 D 通道;在“溶劑”選項(xiàng),編輯溶劑 信息,如溶劑名稱(chēng)、pH 值、摩爾濃度等,并選擇溶劑類(lèi)型;然后 在儀器分析方法的編輯過(guò)程中,針對(duì)不同的分析方法,即可方便 地選擇樣品分析及系統(tǒng)清洗所需要的溶劑。
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?色譜柱及色譜柱選擇閥的配置
? 在全自動(dòng)多方法方案中,針對(duì)不同的分析方法,可能會(huì)使用不 同類(lèi)型或規(guī)格尺寸的色譜柱,使用色譜柱選擇閥,可自動(dòng)進(jìn)行 分析方法中色譜柱的選擇與切換。如 8-位置-18-端口色譜柱選 擇閥,可同時(shí)安裝 8 根短柱(柱長(zhǎng) < 100 mm)或 4 根長(zhǎng)柱(柱 長(zhǎng) < 300 mm),或短柱與長(zhǎng)柱的組合(一根長(zhǎng)柱占據(jù)兩根短柱的 位置,如 6 根短柱 + 1 根長(zhǎng)柱,或 4 根短柱 + 2 根長(zhǎng)柱,或 2 根 短柱 + 3 根長(zhǎng)柱)。本文示例的 10 種方法使用了 3 根色譜柱,分 別為:Agilent Poroshell EC-C18, 2.1 x 50 mm, 1.9 µm(柱 1,部件 號(hào) 699675-902),Agilent ZORBAX RRHD, SB-C18, 2.1 x 100 mm, 1.8 µm(柱 2,部件號(hào) 858700-902),Agilent ZORBAX RRHD, SB-Aq, 2.1 x 100 mm, 1.8 µm(柱 3,部件號(hào) 858700-914)。
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?液相色譜條件
?5 種食品添加劑和 5 種農(nóng)藥殘留分析方法中主要的儀器參數(shù)分別 如表 1 和表 2 所示,表中分別列出了自動(dòng)進(jìn)樣器參數(shù)、泵閥組合 參數(shù)、柱溫箱參數(shù)和 DAD 檢測(cè)參數(shù)等。
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?表 1. 食品添加劑分析的主要儀器參數(shù)?
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?表 2. 農(nóng)藥殘留分析的主要儀器參數(shù)?
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?過(guò)渡方法的建立
? 全自動(dòng)多方法方案的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多個(gè)方法的自動(dòng)序列運(yùn)行, 不同的分析方法可能會(huì)使用不同的溶劑、色譜柱和分析參數(shù),如 流速、梯度程序、柱溫、檢測(cè)波長(zhǎng)和進(jìn)樣量等。為實(shí)現(xiàn)多個(gè)分析 方法的自動(dòng)切換、無(wú)縫銜接,需要編輯過(guò)渡方法來(lái)進(jìn)行溶劑與色 譜柱的自動(dòng)選擇與切換、系統(tǒng)的自動(dòng)平衡與清洗等。 在過(guò)渡方法中要實(shí)現(xiàn)溶劑置換、系統(tǒng)平衡、清洗和保存等功能, 可借助色譜柱選擇閥中“廢液”或“旁路”的流路設(shè)計(jì),如圖 1 所示。在“廢液”流路中,溶劑不經(jīng)過(guò)色譜柱和檢測(cè)器;在“旁 路”流路中,溶劑不經(jīng)過(guò)色譜柱但流經(jīng)檢測(cè)器,可根據(jù)需要選擇 適當(dāng)?shù)牧髀穼?shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如用于不同分析方法的轉(zhuǎn)換,設(shè)置 溶劑組合比例為 50:50,可采用“廢液”的流路快速進(jìn)行溶劑置 換;若用于含鹽溶劑的系統(tǒng)清洗,可采用“廢液”或“旁路”的 流路,并選擇純水高流速快速?zèng)_洗;對(duì)系統(tǒng)或色譜柱的平衡、沖 洗和保存等,可采用色譜柱的流路,選擇適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行沖洗, 如在樣品分析之前,使用樣品分析方法所用的起始比例的溶劑平 衡色譜柱,在樣品分析之后,使用純有機(jī)溶劑清洗和保存色譜 柱等。
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?序列的建立與運(yùn)行
? 分別編輯 10 個(gè)分析方法每類(lèi)樣品的序列文件,根據(jù)需要設(shè)置合適 的樣品類(lèi)型,如標(biāo)準(zhǔn)曲線校正樣品、質(zhì)控樣品和未知樣品等,并 采用樣品分析方法如 SAMPLE ANALYSIS.M。以方法 1 為例,在 樣品分析之前插入如 SYSTEM PRERUN.M 的過(guò)渡方法,用于溶劑 置換和系統(tǒng)平衡,在樣品分析之后插入如 SYSTEM POSTRUN.M 的過(guò)渡方法,用于系統(tǒng)清洗和保存,如表 3 所示。
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?表 3. 序列文件中序列表的編輯?
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? 按照同樣的方法分別編輯其它類(lèi)樣品分析的序列文件。在序列 隊(duì)列運(yùn)行中依次添加上述多個(gè)樣品分析的序列文件,如 M1.S、 M2.S,……,并在運(yùn)行隊(duì)列的后一行添加一個(gè)關(guān)機(jī)(待機(jī))的 序列文件,如 SYSTEM SHUTDOWN.S,多方法序列運(yùn)行之后, 將儀器設(shè)置為待機(jī)狀態(tài),如自動(dòng)關(guān)閉所用燈、泵和柱溫箱等。
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?結(jié)果與討論
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?分析結(jié)果
? 按照上述方法進(jìn)行儀器配置、樣品分析方法的建立、過(guò)渡方法的 建立、序列文件的建立、序列隊(duì)列的建立和運(yùn)行等,所得方法 1-10 典型的色譜圖如圖 2 和圖 3 所示。
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?全自動(dòng)多方法方案與逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案的比較
? 使用小粒徑填料的色譜柱,可以提高柱效,但也會(huì)增大柱壓。 Agilent ZORBAX RRHD 粒徑 1.8 μm 填料的系列色譜柱,高耐 壓 1200 bar;Agilent Poroshell 粒徑 1.9 μm 填料的系列色譜柱, 高耐壓 1300 bar?;?Agilent 1290 Infinity II 液相色譜全自動(dòng) 多方法方案,系統(tǒng)耐壓 1300 bar,滿足小粒徑填料色譜柱快速高 效的分析需求。以方法 9 為例,在唑螨酯的測(cè)定中,標(biāo)準(zhǔn)方 法 GB 23200.29 使用 C18, 4.6 X 250 mm, 5 μm 的色譜柱,在推 薦的色譜分離條件下,唑螨酯的保留因子 k 約為 2.16;在本文所 述的全自動(dòng)多方法方案中,使用 Poroshell EC-C18, 2.1 X 50 mm, 1.9 μm 的色譜柱,唑螨酯的保留因子 k 為 5.8。與標(biāo)準(zhǔn)方法 相比,全自動(dòng)多方法方案不僅保留因子增大,而且分析時(shí)間顯著 減少。?
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? 以本文示例的 10 種分析方法為例,不考慮樣品前處理等,采用單臺(tái)儀器逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案,對(duì)每個(gè)方法樣品分析前后系統(tǒng)準(zhǔn)備 的時(shí)間預(yù)估為 1.5 h,如更換溶劑、平衡色譜柱、清洗色譜柱等;而采用全自動(dòng)多方法方案,每個(gè)方法所使用的過(guò)渡方法時(shí)間預(yù)估為 0.5-1 h。分別采用逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案和全自動(dòng)多方法方案運(yùn)行食品添加劑和農(nóng)藥殘留等 10 種分析方法,若每個(gè)方法進(jìn)樣 40 針,兩種 方案中每個(gè)方法的總運(yùn)行時(shí)間如表 4 所示。
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?表 4. 采用逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案與全自動(dòng)多方法方案分別運(yùn)行 10 種分析方法的所需時(shí)間(單位:h)?
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? 在正常的周工作時(shí)間,若采用逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案,按照方法 1 至方法 10 的順序依次運(yùn)行,僅考慮樣品的儀器運(yùn)行時(shí)間,需要 9 天,如表 5 所示。該方案在分析方法變更時(shí),需要手動(dòng)更換色譜柱、溶劑等;有時(shí)候還需要值機(jī),比如在第 9 天,先運(yùn)行方法 8,需要 等待方法 8 運(yùn)行結(jié)束,更換色譜柱之后才能運(yùn)行方法 9 和 10。若采用全自動(dòng)多方法方案,可自動(dòng)連續(xù)序列運(yùn)行上述 10 種分析方法,實(shí)現(xiàn) 儀器 100% 的利用率;在全自動(dòng)多方法方案運(yùn)行過(guò)程中,無(wú)需手動(dòng)更換色譜柱和溶劑,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。與逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案相 比,全自動(dòng)多方法方案還能減少儀器在夜間或周末的待機(jī)時(shí)間,總分析時(shí)間由 9 天減少至 2 天,分析效率大大提高。
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?表 5. 逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案與全自動(dòng)多方法方案的比較?
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?對(duì)不同的樣品分析方法,有些方法可能會(huì)使用含酸、堿或鹽等添 加劑的流動(dòng)相,如本文示例方法 2、3、4、5、6 和 8,這幾個(gè)方 法在流動(dòng)相中添加乙酸或乙酸鹽等,用于改善分離。在常規(guī)液相 色譜系統(tǒng)中,樣品分析之后需要手動(dòng)更換溶劑,并進(jìn)行色譜柱和 系統(tǒng)的沖洗。手動(dòng)操作不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且在夜間或周末就無(wú)法 進(jìn)行系統(tǒng)的沖洗。比如,使用常規(guī)系統(tǒng)按照逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方 法方案依次運(yùn)行上述 10 種分析方法,在第 4 天運(yùn)行方法 4,需要 15.5 h;若從上午 9 點(diǎn)開(kāi)始,運(yùn)行至凌晨結(jié)束,樣品分析結(jié)束的 時(shí)間為夜間,液相色譜系統(tǒng)將保存在含鹽流動(dòng)相體系中,這對(duì)色 譜柱、管路和液相色譜硬件都會(huì)造成潛在的危害。
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? 常規(guī)液相色譜一般配置 4 個(gè)溶劑通道,對(duì)四元泵,如 Agilent 1290 Infinity II 泵,配置 A、B、C、D 四路溶劑;對(duì)二元泵, 如 Agilent 1290 Infinity II 高速泵,配置 A1/A2、B1/B2 四路溶 劑。在逐一運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)方法方案中,對(duì)使用含添加劑流動(dòng)相的 分析方法,運(yùn)行結(jié)束后調(diào)用通道 A 的純水,可沖洗系統(tǒng)中混合器 之后的管路及配件;對(duì)全自動(dòng)多方法方案,調(diào)用溶劑選擇閥擴(kuò)展 流路中的純水,如通道 D1 的純水,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的*清洗。以 方法 4 為例,該方法水相為含鹽溶劑(配置在通道 D4),樣品 分析之后,在過(guò)渡方法中調(diào)用溶劑選擇閥通道 D1 的純水,并采 用“廢液”或“旁路”的流路沖洗整個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)沖洗完成后再 切換色譜柱選擇閥至色譜柱流路位置,先使用較高比例的純水沖 洗色譜柱中殘留的含鹽溶劑,再使用純有機(jī)溶劑對(duì)色譜柱進(jìn)行清 洗和保存。與常規(guī)的液相色譜系統(tǒng)清洗方法相比,采用全自動(dòng)多 方法方案的系統(tǒng)清洗方法,除了可以沖洗系統(tǒng)混合器后的管路及 配件,還可以對(duì)溶劑選擇閥和混合器之間的管路以及該流路脫氣 機(jī)內(nèi)腔進(jìn)行*清洗,如圖 4 所示,全自動(dòng)多方法方案能自動(dòng)進(jìn) 行溶劑置換和系統(tǒng)清洗,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)鹽保存。?
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?全自動(dòng)多方法方案的重現(xiàn)性
? 以方法 1 和方法 2 連續(xù) 3 個(gè)批次的自動(dòng)序列運(yùn)行為例,每個(gè)樣品 重復(fù)進(jìn)樣 10 次,考察全自動(dòng)多方法方案批內(nèi)及批間的重現(xiàn)性。方 法 1 和方法 2 使用*不同的流動(dòng)相體系,并采用等度方法進(jìn)行分 析。以方法 2 為例,通過(guò)連續(xù) 3 個(gè)批次的序列運(yùn)行,對(duì)糖精鈉、 苯甲酸和山梨酸,批內(nèi)及批間保留時(shí)間的精密度均小于 0.2%, 批內(nèi)及批間峰面積的精密度均小于 0.3%,如圖 5 所示,說(shuō)明全自 動(dòng)多方法方案具有良好的分析重現(xiàn)性。采用全自動(dòng)多方法方案進(jìn) 行批次運(yùn)行,對(duì)每個(gè)分析方法,批次運(yùn)行前后均采用統(tǒng)一的系統(tǒng) 平衡與沖洗的方法(不同方法之間可能有差異),既提高了分析 重現(xiàn)性,也有利于批次間數(shù)據(jù)的比對(duì)。?
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?結(jié)論
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? 隨著食品安全監(jiān)管的加強(qiáng),食品中*添加的食品添加劑和農(nóng)藥 殘留的檢測(cè)任務(wù)日益增多,檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于提高自動(dòng)化程度、提 高儀器使用效率和分析產(chǎn)出效率的要求也日益強(qiáng)烈。安捷倫液相 色譜全自動(dòng)多方法解決方案在液相色譜標(biāo)準(zhǔn)模塊的基礎(chǔ)上,增配 溶劑選擇閥和色譜柱選擇閥,為實(shí)現(xiàn)多方法的全自動(dòng)序列運(yùn)行提 供了便利。全自動(dòng)多方法方案運(yùn)行期間無(wú)需手動(dòng)更換溶劑和色譜 柱,能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人干預(yù)和無(wú)人值守,解放了勞動(dòng)力。多個(gè)方法 自動(dòng)序列運(yùn)行,可充分利用夜間、周末等時(shí)間,減少儀器待機(jī) 時(shí)間,從而提高儀器使用效率。同時(shí),使用 Agilent Poroshell 和 ZORBAX RRHD 系列小粒徑填料的色譜柱,能在滿足分離要求的 基礎(chǔ)上顯著減少分析時(shí)間;全自動(dòng)多方法方案中使用的溶劑 置換和系統(tǒng)清洗的方法,可使系統(tǒng)得到*清洗,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú) 鹽保存,在批次運(yùn)行中也有利于提高批內(nèi)及批間的分析重復(fù)性。 除本文示例所述的食品添加劑和農(nóng)藥殘留的分析方法之外,全自 動(dòng)多方法方案還可以組合其他類(lèi)型樣品的分析方法,用于不同行 業(yè)和領(lǐng)域,如食品安全監(jiān)管、藥物質(zhì)量控制和環(huán)境檢測(cè)等,提高 實(shí)驗(yàn)效率。?
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?參考文獻(xiàn)
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?8. 堅(jiān)果及堅(jiān)果制品中抑芽丹殘留量的測(cè)定;食品安全標(biāo)準(zhǔn), GB 23200.22-2016
?9. 水果和蔬菜中唑螨酯殘留量的測(cè)定;食品安全標(biāo)準(zhǔn), GB 23200.29-2016
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?來(lái)源:安捷倫科技有限公司