农药多残留分析方法研究进展

中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 农药多残留分析方法研究进展 王毅婧’，纪明山 (沈阳农业大学，沈阳110161) 摘要：概述了近年国际上农药残留分析在样品制备及测定中取得的重要进展，主要对固相萃取(SPE)、凝 胶渗透色谱(GPC)、加速溶剂萃取技术(ASE)、超临界流体萃取(SFE)、免疫亲和色谱技术(认C)等农药多残 留样^^前处理方法，以及气相色谱．质谱(GC．MS)、液相色谱．质谱(LC．MS)、免疫分析技术(IA)、毛细管电 泳(ItPCE)等检测技术进行了综述，并阐述了农药残留分析在农药发展中的重要作用。 关键词：农药多残留分析；样品前处理；检测方法 1引言 农药残留污染严重地威胁着人类的食品安全，这一问题已成为全球关注的焦点，美国、 欧盟、日本等均制定了数鼍越来越多、要求日益严格的农药残留限量。日本“食品中残 尉农业化学品肯定列’’已涉及对所有农业化学品的管理，除了直接施用农药的植物源 食品外，它还对通过环境、食物链等进入动物体内的农药进行了严格的限量规定⋯。从另一 方面讲，农药残留限量规定作为绿色贸易壁垒，对我国出口食品产生了极为不利的影响。农 药残留分析检测是保证食品安全的重要手段，也一直是分析领域的一个重要研究课题。农药 多残留分析是一门综合性很强、涉及面很广的分析学科。相对于传统的农药检测方法，农药 多残留分析技术以其快速、简便、监测项目范围广的特点已成为今后农药残留量检测的一个 发展方向。 为了监测环境中多种有机磷和其它农药的残留状况，农药多残留测试技术随之兴起。欧 美等发达国家，早在20世纪70年代就开始了这方面的研究。有关有机磷农药的多残留分析， 已有过不少报道Preston[2】的有机农药气相色谱分析专著；Cabras[3】等报道了用高效液相色谱， 同时分离多种类型的农药；Holland[4】等发表了用气相色谱对多种农药在水果中多残留测定的 文章；Ripley【5】用毛细管色谱对有机磷、有机氯、有机氨等农药分别进行分析。这种农药多残 留的同时测定已是当前农药残留分析的发展趋势。而我国在70年代后期才对有机氯农药，如 六六六、DDT的多残留分折技术进行广泛的研究和应用。近年来，对于农药的多残留检测技 术也取得了较快的进展。现代农药残留分析方法通常包括样品前处理和测定两部分。由于各 基金项目：沈阳市大型科学仪器设备共享服务专项(2007GX一02) 作者简介：王毅婿(1985一)，吉林白山人，在读研究生，从事农药学方面的研究。联系电话：15998829160， Email：my—win93129@yahoo．corll．ca。 通讯作者：纪明山(1968一)，河北任丘人，教授，从事农药学教学与科研工作，主要研究方向为生物农药、农药毒理 学及农药残留分析。联系电话：13079273938，Email：jimingshan@163．com。 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 种样品及农药的物理化学性质均不同，在前处理过程中所采用的方法也就有所不同，样品的 组成成分太多太复杂，要对样品中的农药残留进行直接测定非常困难，因此往往需要对样品 进行提取和净化以减少其他组分含量，然后根据待测分析样品的特性采用不同测定方法进行 检测。 2分析方法研究进展 多残留检测技术是检测食品、土壤以及水中农药残留量的最有效的方法，是农兽药残留 检测的研究重点和发展趋势。目前世界各国的化学农药品种1400多个，普遍使用的又100多 种杀虫剂、50多种除草剂、50多种杀菌剂，20多种杀线虫剂以及30多种其他化合物。在农 药残留的分析检测中，相关的分析检测方法干差万别，目前国际普遍采用的比较权威的农药 残留检测方法有美国的LUKE方法和CDFA方法以及德国的DFGS19方法。德国DFGS19 方法被广泛应用于有机氯、有机磷及含氮农药的定量测定和提取，可检测320多种农药，能 够有效的检测出植物体、动物体以及土壤中农药。美国CDFA多残留检测方法可检测360种 以上农药。同时，为了适用子不同介质样品的分析，美国等一些国家把农药残留分析模块化， 简化了复杂的技术。为了适应农药残留检测项目不断增多的需求，满足食品贸易和食品 安全的要求，多农药残留分析已经成为一种非常重要的趋势。 2．1提取和净化 农药残留分析中的第一个环节就是从样品中提取及净化痕量农药，以便进行分析检测。 许多传统的提取和净化的方法存在提取时间长、干扰杂质多、溶剂消耗量大、操作程序烦琐 等弊端，为了解决以上缺陷，使用了大量的样品前处理的新方法。目前主要有：an速溶剂萃取 技术(ASE)、超临界流体萃取(SFE)、微波辅助萃取(MAE)、膜萃取技术(ME)、固相萃取(SPE)、 凝胶渗透色谱(GPC)、吹扫蒸馏技术、固相微萃取(SPME)、基质固相分散萃取(MSPD)、分子 印记合成受体(MISR)、免疫亲和色谱技术(IAC)等。 2．1．1固相萃取(sPy,) 固相萃取(SolidPhaseExtraction，SPE)技术是近些年迅速发展起来的一种样品前处理技 术，利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然 后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的，很大程度的取代了传 统的液／液萃取(LLE)。SPE主要用于处理液体样品，萃取、浓缩和净化其中的半挥发性和不 挥发性化合物，也可用于固体样品，但必须先将其处理成液体。与LLE相比，可避免LLE 中乳化现象的产生，SPE可节省时间和溶剂约90％，有效的减少杂质的引入，提高回收率， 并且具有防止交叉污染、可快速批处理样品，精密度高，重现性好，对操作者更安全等优点。 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 现今，SPE技术已被广泛应用于农药残留检测工作中。近年来SPE技术发展很快，在复合模 式固相萃取，固相微萃取，基体分散固相萃取，圆盘固相萃取，新型固相萃取吸附剂等方面 取得了新的进展【6J。 2．1．2凝胶渗透色谱(GPC) 凝胶渗透色谱(GelPermeationChromatography，GPC)也被称为空间排阻色谱(SEC)。该方 法基于尺寸排阻的分离原理，利用样品中各组分分子大小不同，从而在凝胶中滞留时间不同 而达到分离目的。GPC可以分离相对分子质量从500到107的分子，作为一种快速的相对分 子质量及其分布测定方法，在农药残留分析中已成为一种重要的提取、净化方法。用GPC对 样品进行净化分离，由于其具有自动化程度高、净化效率较好及回收率较高等特性，特别适 合净化含脂和色素的样品【71。同时，该方法已完全实现自动化，操作过程简单，并可以相对 延长分析柱的寿命，直接提高工作效率。目前GPC已经广泛地应用于多种有机磷、有机氯农 药残留的分析，其缺点是小分子的干扰物会与农药一起流出，且较大分子的农药可能会先流 出等，有时须再增加净化步骤。 2．1．3加速溶剂萃取技术(ASE) 加速溶剂萃取技术(AcceleratedSolventExtraction，ASE)是一种全新的处理固体和半固体 样品的方法，该法是在较高温度(50---200'c)和压力条件(10．3"一20．6MPa)下，用有机溶剂萃取 样品。利用升高的温度和压力，减弱溶质与基体之间的相互作用力及溶剂黏度，降低溶剂和 样品基体之间的表面张力，增加物质溶解度和溶质扩散效率，提高萃取效率。相比于其他萃 取方法，ASE是检测低极性或中等极性物质最有效的方法，其提取结果要显著高于以往的传 统提取方法【8】，可应用于固体或半固体样品中多种农药提取、纯化，适用于土壤中农药残留 物的提取。ASE提取效果显著高于索氏提取法，且具有自动化、使用溶剂量少、灵敏度高、 回收率高等优点，已广泛用于环境、药物、食品和高聚物等样品的前处理，特别是农药残留 量的分析。该法已被美国环保局(USEPA)选定为推荐的标准方法，标准编号(3545)【91。 2．1．4超临界流体萃取(SFE) 超临界流体萃取技术(SupercriticalFluidExtraction，SFE)是国际上最先进的物理萃取技 术。超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具有良好的 溶解特性和传质特性，可作为溶剂进行萃取，有效地分离单体【10】。SFE可有效的把高沸点、 低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来，具有效率高、溶剂易分离、选择性好 等特点。SFE常用C02作萃取剂，但由于纯C02本身的非极性特点，大大限制了其应用范围。 可适当添加适量的极性改性剂以提高对强极性物质的溶解能力，操作温度和压力是影响萃取 ．47． 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 效果的两个重要因素。采用SFE对药剂进行提取分离纯化，可提高药剂筛选速度。同时， 可大大简化提取分离步骤，能提取分离到一些用传统溶剂法得不到的成分，节约大量的有机 溶剂。目前，SFE可与TLC、HPLC、GC、GC．MS等色谱技术连用，广泛应用于环境中样品 的预处理。 此外，还有一些高效的样品提取净化技术和专门的自动化提取装置，如超声波辅助提取 (SAE)、微波辅助萃取(MAE)、膜萃取技术(ME)等也在农药残留分析中得到应用。而上述样品 提取、分离、净化、富集方法，并不能全部代替传统的组织匀浆法、振荡法、索氏提取法或 液／液萃取法，也不能简单地代表全过程。农药多残留分析是-f-j综合性很强、涉及面很广的 分析学科，由于农药的多样性及复杂性，对其前处理方法提出了越来越高的要求。 2．2农药多残留检测方法 近年来，由于人们对农药的代谢途径、降解方式、生物富集等方面知识不够了解，从而 导致了当今的农药残留等问题，并对农药残留检测技术提出了更高的要求。由于农药检测是 痕量分析，因此要求检测方法灵敏度高、特异性强【111。目前，用农药残留检测的方法很多， 按其原理来说主要分为：色谱检测法和生化检测法两类。色谱检测法是利用混合物中各组分在 某一物质中的吸附、溶解性能的不同或其它亲和作用性能的差异将各组分分开。生化检测法 是利用不同生化物质的生化反应来判断是否有农药残留， 测定相对简单、检测速度快。 2．2．1气相色谱和质量光谱测定(GC．MS) 气相色谱分析法(GC)是五十年代发展起来的一种分析方法，它最初被大量使用于石油与 化学工业，后来随着方法本身不断提高和现代科学技术发展的需要，气相色谱分析法在药物 的生产、质量控制和研究中已有广泛的应用，成为一种简易、快速、高效、灵敏的现代分析 方法。具有对样品当中不同种类的上百种农药残留同时进行快速扫描、定性、定量的优势， 但是鉴别能力不强，影响其检测结果，与具有较高鉴别能力的质谱分析技术联机使用就可以 弥补气相色谱的不足，从而提高分析性能。气质联用技术是气相色谱仪和质谱仪的在线联用， 将色谱的高效分离技术与质谱的强大定性功能结合在一起【l21，以准确的检测待测样品。 GC．MS联用分析的灵敏度高，适合于低分子化合物(分子量<1000)分析，尤其适合于挥发性成 分的分析。具有多种高性能的选择性检测器，并针对不同化合物选择不同检测器，不仅适用 于大量多组分的同时分析，而且对样品的前处理要求较简单，能够准确的对待测化合物的结 构进行测定。在食品和环境中农药残留量的测定、以及环境监测等方面，GC．MS已成为必不 可少的工具。 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 2．2．2液相色谱和质量光谱测定(LC．MS) 高效液相色谱技术(HPLC)是以液体为流动相的色谱技术，是在20世纪60年代末期，以 经典液相色谱为基础，引入了气相色谱的理论和技术，并加以改进而发展起来的一种新型高 效分离技术。与GC．MS类似，LC—MS气质联用技术是指液相色谱仪和质谱仪的在线联用。 液质联用仪灵敏度高、通量性能好、能够降低的离子抑制效应、自动清洁离子源探针、加速 了分析速度，使用更简便。LC．MS不受样品的挥发性和热稳定性的限制，适合于热不稳定、 难挥发等农药残留的快速定性和分析，并且样品的各个组分在液相色谱中很容易被分离出来， 便于样品的回收，这些相对于气相色谱来说具有一定优势。 2．2．3免疫分析技术(IA) 免疫分析法(IA)作为农药残留分析方法的使用标志着与传统色谱方法的根本改变。20世 纪80年代初，Hammock和Mummas首先将免疫分析用于农药残留分析【13】。IA是一种利用抗 原抗体特异性可逆结合特性的SPE技术。其原理是根据抗原抗体的特异性亲合作用为基础， 以半抗原或抗体作为生物化学检测器，对一个特定农药或一族农药进行定性和定量分析的分 析技术。免疫分析方法很多，能用于农残快速检测的主要有：荧光免疫测定技术、放射免疫测 定技术以及酶免疫测定技术等。目前在农残快速检测中主要应用酶联免疫分析技术(ELISA) 进行检测。对比常规生物测定方法，ELISA具有特异性强、灵敏度高、可准确定性和定量分 析，方便快捷等优点，适用于现场分析，安全可靠。IA既可以检验单一农药残留量，又可以 检出多种农药的综合残留量，广泛应用于农药多残留的分析测定。同时也具有试剂选择性高 以及产生交叉反应等缺尉14】。免疫分析法在总体上来说，比传统的仪器分析方法更有效，可 以更有效地去除复杂样品的干扰物质并实现目标物的富集，能有效提高检测灵敏度和选择性， 分析容量大，使得免疫分析法的后续发展更有吸引力，尤其是在发展中国家用于监控农药残 留量以及农药分析。 2．2．4毛细管电泳(HPCE) 毛细管电泳(CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE)，是近年来发展最快的分析方法之一，是经 典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物，以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依 据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。CE和高效液 相色谱法(HPLC)相比，其相同处在于都是高效分离技术，仪器操作均可自动化，且二者均有 多种不同分离模式。二者之间的差异在于：CE用迁移时间取代HPLC中的保留时间，CE的分 析时间通常不超过30min，比HPLC速度快；但CE仅能实现微量制备，而HPLC可作常量制 备。HPCE和普通电泳相比，由于其采用高电场，因此分离速度要快得多，能与许多检测器 ．49． 中国化工学会农药专业委员会第十四届年会论文集 联用，如荧光、质谱、无接触电导、火焰光度、红外光谱、原子光谱等， 其灵敏度和HPLC 类似，并且能够很好的分离生物大分子物质，具有进样量较少、高灵敏度、高分辨率、高速 度、样品少、所需流动相少、成本低等优势【15】。近几年，由于CE符合了以生物工程为代表 的生命科学各领域中对多肽、蛋白质(包括酶，抗体)、核苷酸乃至脱氧核糖核酸(DNA)的分离 分析要求，得到了迅速的发展。 3结语 目前农药残留分析的成分大都是化学合成的化学品，分子量一般在500以下，而未来15"--- 20年，有可能发生由化学品向用生物工程生产出来的生物制品的转化。那时分析对象的分子 量将会大得多，要将分析对象与原动植物组织中的蛋白质、多肽、核酸、细菌或病原等分离 开将会更加困难。新的分析技术要求有细胞化学、发酵化学、免疫化学和多肽排列结构等多 方面学科知识的支持，这些将会是残留工作者面临的新课题。相信随着科学技术的不断发展， 农药多残留分析技术也会不断更新、完善和迅速发展。 参考文献： 【1】苏建峰，林古园，连文浩．两种针对水产品中农药多残留分析[J]．色谱，2008， 26(3)：292·300． 【2】SchraderG．Angew．Chem[J]．1991，2(3)：331—333． [3]CabrasPetal．JChromatogr[J]．1979，176：473-477． 【4】4 Holland．JAssocofAnal．Chem【J】．1983，66：1003～1008． [5】RipleyB．D．eta1．JAssoc．off．Anal．Chem[J]．1983，66：1084"-"1095． [6】谭道朝，蒋廷福．农药残留分析样品前处理技术发展概述【J】．广西植保，2007，20(2)：16．20． [7】李樱，储晓刚．凝胶渗透色谱和固相萃取净化．气相色谱分离组合法测定糙米中的残留农药 【J】．分析化学，2004，32(10)：1325．1328． [8】Conte，E．，Milani，R．，Morali，G．，andAballe，F(1997)．J，Chromatagr．，A765，121～125． 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(SFE)，immunoaffinitychromatography(tAC)，gaschromatography·massspectrometry(GC．MS)，liquid chromatography-massspectrometry(LC—MS)，immunoassay(IA)，andcapillaryelectrophoresis(HPCE)．The importanceofpesticidemultipleresidueanalysisinthedevelopmentofpesticidewasanalyzed． Keys：pesticidemultipleresidueanalysis；Pre—treatment；determinationtechnique ．51．