农药残留检测的前处理技术
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汪金山1由 分享
摘要介绍农药残留检测的前处理技术，包括超临界流体萃取、固相微萃取、微波辅助萃取技术、凝胶渗透色谱、基质固相分散萃取、固相萃取等方面内容，以为农药残留检测技术的发展提供参考。
关键词农药残留；检测；前处理技术
近年来，由于农业生产过程中忽视农药的正确、合理使用，农药污染问题经常发生，农药残留量超标现象相当严重，并呈现逐年加剧的趋势。为保障人民的身体健康、有效控制农药在农产品生产中的使用和对其残留量进行监控，大力开展农药残留检测技术特别是相关的前处理技术的研究是非常必要的。农药残留测定之前要有适合于各种样品的理化性质的萃取、净化、浓缩等前处理步骤，这些前处理过程往往对农药残留分析的准确性、精确程度有重要影响。由于农药残留检测技术涉及的样品种类繁多、样品组成及其浓度复杂多变、样品物理形态范围广泛，对农药残留测定构成的干扰因素特别多，所以需要选择科学有效的处理方法。据统计表明[1]，大部分农药残留检测实验室中用于农药残留检测样品前处理过程的时间约占整个分析时间的2/3。为了提高分析测定效率，改善和优化农药残留检测样品制备的方法和技术是一个重要问题。在现代农药残留分析中，有些提取方法已经能够达到部分净化或完全净化的效果。因此，提取和净化方法的界限已十分模糊。这些新技术的共同特点是节省时间，减轻劳动强度，节省溶剂，减少样品用量，提高提取或净化效率以及自动化水平。目前，得到广泛应用的新技术主要有超临界流体提取、固相微萃取、微波辅助萃取技术、胶渗透色谱、基质固相分散萃取、固相萃取等。
1超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）
超临界流体（supercritical fluid，SCF）是指处于临界温度和临界压力的非凝缩性的高密度流体。这种流体介于气体和液体之间，兼具二者的优点。超临界流体萃取（SFE）是指利用处于超临界状态的流体为溶剂对样品中待测组分的萃取方法。Lehotay等[2]首次报道了应用SFE技术检测蔬菜中五氯硝基苯残留，样品无需进一步净化即可通过气质联机（GC-MS）检测。随后Lehotay等再次使用SFE，GC-MS检测了蔬菜、水果中46种农药残留，除甲胺磷和乙酰甲胺磷外，其他农药的回收率都在80%以上。为提高SFE的萃取效果，常在超临界流体CO2中加入少量的极性溶剂。Rhan通过在洋葱、胡萝卜前处理过程中加入甲醇，有效地提高了被检农药的回收率。刘瑜等[3]应用此技术对苹果中5种氨基甲酸酯农药进行检测，其结果支持了这一观点。SFE技术的优点是可进行选择性萃取，萃取物不会改变其原来的性质，萃取过程简单易于调节；缺点是萃取装置较昂贵，不适于分析水样和极性较强的物质[4]。
2固相微萃取（Solid- phase microextraction，SPME）
固相微萃取是 20世纪80年代末由加拿大Waterloo大学Pawliszyn和Arhturhe教授提出的，它是在固相萃取技术基础上发展起来的一种兼样品制备的前处理技术。SPME的原理是利用待测物在基体和萃取相之间的非均相平衡，使待测组分扩散吸附到石英纤维表面的固定相涂层，待吸附平衡后，再以气相色谱或高效液相色谱分离和测定待测组分。SPME技术具有简便、快捷、无需萃取溶剂的特点，非常适用于挥发或半挥发农药残留分析。影响固相微萃取结果的因素包括萃取头类型、萃取时间、离子强度、解吸附温度和解吸附时间等。陈伟琪等[5]利用100 μｍ聚二甲基硅氧烷萃取头浸入匀浆液的萃取方式，由GC-FPD测定了茼蒿中的甲拌磷等 4种有机磷农药残留量，讨论了搅拌速度、离子强度、平衡时间等影响因素对测定结果的影响；Lambropoulou等采用100 μｍ聚二甲基硅氧烷萃取头、顶空-固相微萃取（HS-SPME）方式，用GC-MS方法测定了草莓和樱桃中的乙硫磷、对硫磷、倍硫磷等 7种有机磷农药残留量；Sakamoto等发展了一种采用85 μｍ聚丙烯酸酯萃取头、顶空-固相微萃取测定水中的158种农药残留量的GC-MS方法，探讨了不同种类萃取头、盐浓度、pH值和萃取温度等参数的影响。固相微萃取的优点是操作简单快速，价廉实用，适用于现场检测；缺点是因固定相吸附容量有限，定量结果误差相对较大，主要用于定量测定。
3微波辅助萃取技术（Microwave Aided Extraction，MAE）
微波辅助萃取是1986年匈牙利学者Ganzler等人通过利用微波能萃取土壤、食品、饲料等固体物中的有机物，提出一种新的少溶剂样品前处理方法。微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，达到萃取样品中含目标化合物，分离杂质的目的。Akhtar等[6]先用MAE法从精饲料中萃取出盐霉素，而后用HPLC法测定其浓度。Hummert等[7]用MAE法萃取后用GC-ECD测定了海洋哺乳动物脂肪组织中的有机氯化合物，经该方法与索氏提取方法萃取的样品中类酯的含量相似。微波辅助萃取技术的优点是快速节能、节省溶剂、污染小；缺点是不易自动化，且一般仅用于有机氯类农药的提取。
4凝胶渗透色谱（gel permeation chromatography，GPC）
凝胶渗透色谱技术是根据溶质（被分离物质）分子量的不同，通过具有分子筛性质的固定相（凝胶），使物质达到分离。凝胶渗透色谱法最初主要用来分离蛋白质，但随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加，凝胶渗透技术应用于农药残留量净化得以发展。Balinova采用GPC提纯步骤，用HPLC检测了5种GC无法检测的农药（杀虫隆、氟虫脲、四螨嗪、噻螨酮、除虫脲），方法灵敏度高，准确度及精密度好，数据线性范围宽（2~40 ng），能够很好地分离共萃取基质。该方法的操作难度相对较高，初学者不易掌握。
5基质固相分散萃取（Matrixsolid-phase dispersion extr-action，MSPD）
基质固相分散萃取由Barker于1989年首次提出。这项技术的优点是不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、pH调节和样品转移等操作。MSPD的原理是将C18等固相萃取吸附剂与固体、半固体或黏性的样品一起研磨，得到半干状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶液淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。MSPD多应用于从动物组织、蔬菜、水果中分离药品、除草剂、杀虫剂和其他污染物，BARBER S A和王运浩等认为影响MSPD效果的因素包括吸附剂的粒径、键合相的性质、样品基质的性质以及基质的修饰、淋洗剂的性质以及加入的顺序等。Kristenson等发展了一种简便快速的MSPD/GC-MS方法测定水果中的氯菊酯和倍硫磷、马拉硫磷等10种有机磷农药残留量。选择C8作为吸附剂，每次分析仅需25 mg样品和100 μL溶剂；Pico等利用C18做分散吸附剂、硅胶柱净化、GC-NPD和GC-ECD测定的方法检测了水果和蔬菜中的克菌丹、灭菌丹等8种杀菌剂；Morzycka建立了一种简便的多残留分析的MSPD/GC-NPD方法测定蜂蜜中的乙硫磷、毒死蜱等12种农药的残留量，采用Florisil和硅胶作分散吸附剂，氧化铝和硅胶作为净化吸附剂，达到了较好的净化效果和良好的回收率。该方法仅适用于一类化合物的分离。
6固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）
固相萃取（SPE）是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。与液/液萃取相比，固相萃取有很多优点：固相萃取不需要大量互不相溶的溶剂，处理过程中不会产生乳化现象；采用高效、高选择性的吸附剂（固定相），能显著减少溶剂的用量，简化样品的预处理过程，同时所需费用也有所减少。一般来说，固相萃取所需时间为液/液萃取的1/2，而费用为液/液萃取的1/5。固相萃取实质上是一种液相色谱分离，其主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相（吸附剂极性大于洗脱液极性）、反相（吸附剂极性小于洗脱液极性），离子交换和吸附。目前，用于HPLC的填料几乎均可用于SPE。但SPE柱的填料粒径大于HPLC填料，SPE柱效会远低于HPLC色谱柱。因此，该方法适于分离保留性质差别很大的化合物，主要用于处理样品。
固相萃取主要用于复杂样品中微量或痕量目标化合物的分离和富集。例如生物体（如血液、尿等）中药物及其代谢产物的分析、食品中有效成分或有害成分的分析、环保水样中各种污染物（可挥发性有机物和半挥发性有机物）的分析等，都可以使用固相萃取将目标化合物分离出来，并加以富集。
该文将近年来发展迅速的固相萃取前处理技术与先进的气质联用检测技术结合起来，期望能探索出一种快速方便、准确可靠、用于实验室内的农药残留（包括有机磷、有机氯、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯、除草剂、杀菌剂）检测前处理方法，进一步完善农药残留检测方案，为制订覆盖面广、快速、有效的新标准方法提供技术支持。
7参考文献
[1] 陈燕清，颜流水.食品中农药残留前处理技术进展[J].江西化工，2004（3）：17-23.
[2] LEHOTAY S J，ELLER K I.Development of a method of analysis of 46 pesticides in fruits and vegetables by Supercritical fluid Extraetion and Gas Chromatography /Ion Trap Nlass Spectrometry[J].J.AOAC Int.1995（78）：821-830.
[3] 刘瑜，庄无忌，邱月明.苹果中五种氨基甲酸酯农药的超临界流体萃取及其气相色谱法测定[J].色谱，1996（6）：45-47.
[4] 曹明霞，徐溢，赵天明，等.超临界萃取在天然植物成分提取中的应用进展[J].广州化工，2010（8）：23-25，37.
[5] 陈伟琪，候小凤，张珞平.SPME/GC联用测定蔬菜中有机磷农药的方法研究[Ｊ].厦门大学学报：自然科学版，2000，39（4）：509-515.
[6] AKHTAR M H，CROTEA U L G.Extraction of salinomycin from finished layers ration by microwave solvent extraction followed by liquid chroma-tography[J].Analyst，1996，121（6）：803-806.
[7] HUMMERT K，VETTER W，LUCKAS B.Fast and effective sample prep-aration for determination of organochlorine compounds in fatty tissue of marine mammals using microwave extraction[J].1996，42（5-6）：300-304.
关键词农药残留；检测；前处理技术
近年来，由于农业生产过程中忽视农药的正确、合理使用，农药污染问题经常发生，农药残留量超标现象相当严重，并呈现逐年加剧的趋势。为保障人民的身体健康、有效控制农药在农产品生产中的使用和对其残留量进行监控，大力开展农药残留检测技术特别是相关的前处理技术的研究是非常必要的。农药残留测定之前要有适合于各种样品的理化性质的萃取、净化、浓缩等前处理步骤，这些前处理过程往往对农药残留分析的准确性、精确程度有重要影响。由于农药残留检测技术涉及的样品种类繁多、样品组成及其浓度复杂多变、样品物理形态范围广泛，对农药残留测定构成的干扰因素特别多，所以需要选择科学有效的处理方法。据统计表明[1]，大部分农药残留检测实验室中用于农药残留检测样品前处理过程的时间约占整个分析时间的2/3。为了提高分析测定效率，改善和优化农药残留检测样品制备的方法和技术是一个重要问题。在现代农药残留分析中，有些提取方法已经能够达到部分净化或完全净化的效果。因此，提取和净化方法的界限已十分模糊。这些新技术的共同特点是节省时间，减轻劳动强度，节省溶剂，减少样品用量，提高提取或净化效率以及自动化水平。目前，得到广泛应用的新技术主要有超临界流体提取、固相微萃取、微波辅助萃取技术、胶渗透色谱、基质固相分散萃取、固相萃取等。
1超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）
超临界流体（supercritical fluid，SCF）是指处于临界温度和临界压力的非凝缩性的高密度流体。这种流体介于气体和液体之间，兼具二者的优点。超临界流体萃取（SFE）是指利用处于超临界状态的流体为溶剂对样品中待测组分的萃取方法。Lehotay等[2]首次报道了应用SFE技术检测蔬菜中五氯硝基苯残留，样品无需进一步净化即可通过气质联机（GC-MS）检测。随后Lehotay等再次使用SFE，GC-MS检测了蔬菜、水果中46种农药残留，除甲胺磷和乙酰甲胺磷外，其他农药的回收率都在80%以上。为提高SFE的萃取效果，常在超临界流体CO2中加入少量的极性溶剂。Rhan通过在洋葱、胡萝卜前处理过程中加入甲醇，有效地提高了被检农药的回收率。刘瑜等[3]应用此技术对苹果中5种氨基甲酸酯农药进行检测，其结果支持了这一观点。SFE技术的优点是可进行选择性萃取，萃取物不会改变其原来的性质，萃取过程简单易于调节；缺点是萃取装置较昂贵，不适于分析水样和极性较强的物质[4]。
2固相微萃取（Solid- phase microextraction，SPME）
固相微萃取是 20世纪80年代末由加拿大Waterloo大学Pawliszyn和Arhturhe教授提出的，它是在固相萃取技术基础上发展起来的一种兼样品制备的前处理技术。SPME的原理是利用待测物在基体和萃取相之间的非均相平衡，使待测组分扩散吸附到石英纤维表面的固定相涂层，待吸附平衡后，再以气相色谱或高效液相色谱分离和测定待测组分。SPME技术具有简便、快捷、无需萃取溶剂的特点，非常适用于挥发或半挥发农药残留分析。影响固相微萃取结果的因素包括萃取头类型、萃取时间、离子强度、解吸附温度和解吸附时间等。陈伟琪等[5]利用100 μｍ聚二甲基硅氧烷萃取头浸入匀浆液的萃取方式，由GC-FPD测定了茼蒿中的甲拌磷等 4种有机磷农药残留量，讨论了搅拌速度、离子强度、平衡时间等影响因素对测定结果的影响；Lambropoulou等采用100 μｍ聚二甲基硅氧烷萃取头、顶空-固相微萃取（HS-SPME）方式，用GC-MS方法测定了草莓和樱桃中的乙硫磷、对硫磷、倍硫磷等 7种有机磷农药残留量；Sakamoto等发展了一种采用85 μｍ聚丙烯酸酯萃取头、顶空-固相微萃取测定水中的158种农药残留量的GC-MS方法，探讨了不同种类萃取头、盐浓度、pH值和萃取温度等参数的影响。固相微萃取的优点是操作简单快速，价廉实用，适用于现场检测；缺点是因固定相吸附容量有限，定量结果误差相对较大，主要用于定量测定。
3微波辅助萃取技术（Microwave Aided Extraction，MAE）
微波辅助萃取是1986年匈牙利学者Ganzler等人通过利用微波能萃取土壤、食品、饲料等固体物中的有机物，提出一种新的少溶剂样品前处理方法。微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，达到萃取样品中含目标化合物，分离杂质的目的。Akhtar等[6]先用MAE法从精饲料中萃取出盐霉素，而后用HPLC法测定其浓度。Hummert等[7]用MAE法萃取后用GC-ECD测定了海洋哺乳动物脂肪组织中的有机氯化合物，经该方法与索氏提取方法萃取的样品中类酯的含量相似。微波辅助萃取技术的优点是快速节能、节省溶剂、污染小；缺点是不易自动化，且一般仅用于有机氯类农药的提取。
4凝胶渗透色谱（gel permeation chromatography，GPC）
凝胶渗透色谱技术是根据溶质（被分离物质）分子量的不同，通过具有分子筛性质的固定相（凝胶），使物质达到分离。凝胶渗透色谱法最初主要用来分离蛋白质，但随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加，凝胶渗透技术应用于农药残留量净化得以发展。Balinova采用GPC提纯步骤，用HPLC检测了5种GC无法检测的农药（杀虫隆、氟虫脲、四螨嗪、噻螨酮、除虫脲），方法灵敏度高，准确度及精密度好，数据线性范围宽（2~40 ng），能够很好地分离共萃取基质。该方法的操作难度相对较高，初学者不易掌握。
5基质固相分散萃取（Matrixsolid-phase dispersion extr-action，MSPD）
基质固相分散萃取由Barker于1989年首次提出。这项技术的优点是不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、pH调节和样品转移等操作。MSPD的原理是将C18等固相萃取吸附剂与固体、半固体或黏性的样品一起研磨，得到半干状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶液淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。MSPD多应用于从动物组织、蔬菜、水果中分离药品、除草剂、杀虫剂和其他污染物，BARBER S A和王运浩等认为影响MSPD效果的因素包括吸附剂的粒径、键合相的性质、样品基质的性质以及基质的修饰、淋洗剂的性质以及加入的顺序等。Kristenson等发展了一种简便快速的MSPD/GC-MS方法测定水果中的氯菊酯和倍硫磷、马拉硫磷等10种有机磷农药残留量。选择C8作为吸附剂，每次分析仅需25 mg样品和100 μL溶剂；Pico等利用C18做分散吸附剂、硅胶柱净化、GC-NPD和GC-ECD测定的方法检测了水果和蔬菜中的克菌丹、灭菌丹等8种杀菌剂；Morzycka建立了一种简便的多残留分析的MSPD/GC-NPD方法测定蜂蜜中的乙硫磷、毒死蜱等12种农药的残留量，采用Florisil和硅胶作分散吸附剂，氧化铝和硅胶作为净化吸附剂，达到了较好的净化效果和良好的回收率。该方法仅适用于一类化合物的分离。
6固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）
固相萃取（SPE）是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。与液/液萃取相比，固相萃取有很多优点：固相萃取不需要大量互不相溶的溶剂，处理过程中不会产生乳化现象；采用高效、高选择性的吸附剂（固定相），能显著减少溶剂的用量，简化样品的预处理过程，同时所需费用也有所减少。一般来说，固相萃取所需时间为液/液萃取的1/2，而费用为液/液萃取的1/5。固相萃取实质上是一种液相色谱分离，其主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相（吸附剂极性大于洗脱液极性）、反相（吸附剂极性小于洗脱液极性），离子交换和吸附。目前，用于HPLC的填料几乎均可用于SPE。但SPE柱的填料粒径大于HPLC填料，SPE柱效会远低于HPLC色谱柱。因此，该方法适于分离保留性质差别很大的化合物，主要用于处理样品。
固相萃取主要用于复杂样品中微量或痕量目标化合物的分离和富集。例如生物体（如血液、尿等）中药物及其代谢产物的分析、食品中有效成分或有害成分的分析、环保水样中各种污染物（可挥发性有机物和半挥发性有机物）的分析等，都可以使用固相萃取将目标化合物分离出来，并加以富集。
该文将近年来发展迅速的固相萃取前处理技术与先进的气质联用检测技术结合起来，期望能探索出一种快速方便、准确可靠、用于实验室内的农药残留（包括有机磷、有机氯、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯、除草剂、杀菌剂）检测前处理方法，进一步完善农药残留检测方案，为制订覆盖面广、快速、有效的新标准方法提供技术支持。
7参考文献
[1] 陈燕清，颜流水.食品中农药残留前处理技术进展[J].江西化工，2004（3）：17-23.
[2] LEHOTAY S J，ELLER K I.Development of a method of analysis of 46 pesticides in fruits and vegetables by Supercritical fluid Extraetion and Gas Chromatography /Ion Trap Nlass Spectrometry[J].J.AOAC Int.1995（78）：821-830.
[3] 刘瑜，庄无忌，邱月明.苹果中五种氨基甲酸酯农药的超临界流体萃取及其气相色谱法测定[J].色谱，1996（6）：45-47.
[4] 曹明霞，徐溢，赵天明，等.超临界萃取在天然植物成分提取中的应用进展[J].广州化工，2010（8）：23-25，37.
[5] 陈伟琪，候小凤，张珞平.SPME/GC联用测定蔬菜中有机磷农药的方法研究[Ｊ].厦门大学学报：自然科学版，2000，39（4）：509-515.
[6] AKHTAR M H，CROTEA U L G.Extraction of salinomycin from finished layers ration by microwave solvent extraction followed by liquid chroma-tography[J].Analyst，1996，121（6）：803-806.
[7] HUMMERT K，VETTER W，LUCKAS B.Fast and effective sample prep-aration for determination of organochlorine compounds in fatty tissue of marine mammals using microwave extraction[J].1996，42（5-6）：300-304.