有机磷农药残留的危害及检测方法

有机磷农药残留的危害及检测方法 姓名：梅增健 学号：201008011053 班级：10 生工一班 摘要：近年来由于农药的大量使用致使食品的农药残留问题倍受关注， 提高农药残留分析 检测技术是解决农药残留问题的重要手段。在农药残留检测中样品前处理技术又是检测过 程中耗时最长， 最容易出现误差的步骤。因而， 发展样品前处理技术能提高农药残留检 测的效率和准确率。本文综述了近年来食品中农药有机磷残留分析中超临界流体萃取法、 固相萃取、固相微萃取和凝胶渗透色谱几种样品前处理技术。 关键词：农药残留；有机磷农药残留；检测；危害 正文： 一、有机磷类农药的危害及特性： 有机磷类农药自问世到现在已有70 年的历史。因为高效、快速、广谱等特 点, 有机磷类农药一直在农药中占有很重要的位置, 对世界农业的发展起了很 重要的作用。我国已生产和使用的有机磷类农药达数10种之多,其中最常用的有 敌百虫、敌敌畏、乐果、马拉硫磷等。但随着这些有机磷类农药的广泛被使用, 暴露出了很多问题,如高残留、毒性强等,尤其在环保意识日益增强的今天,其暴 露的问题也引起了人们的高度重视。部分非持久有机磷类农药在某些环境条件 下也会有较长的残留期, 并在动物体内产生蓄积。如马拉硫磷是一种高选择性 有机磷类农药,在环境中的残留不容忽视,水体中已有检出。马拉硫磷对水生生 物属高毒农药, 对人免疫功能也具有一定的毒性作用, 已成为水环境中重要的 监测项目。 大多数有机磷类农药都属于磷酸酯类或硫代磷酸酯类化合物,其中有机磷酸脂类 化合物纯品多为油状,少数为结晶固体。常用剂型有乳剂、油剂、粉剂及颗粒剂 等。有机磷类农药的中毒特征是血液中胆碱酯酶活性下降, 胆碱酯酶的活性受 到抑制,导致神经系统机能失调，从而使一些受神经系统支配的脏器,如心脏、 支气管、肠、胃等发生功能异常。 2、有机磷农药的检测前处理 1、超临界萃取技术 所谓超临界是物质的一种特殊流体状态：当气液平衡的物质升温升压时， 热膨胀会引起液体密度减少，压力升高又会使气相密度变大，当温度和压力达 到某一点时，气液两相界面消失成一均相体系，此点即为临界点；当物质的温 度和压力高于临界点时，就处于超临界状态，此时该物质为超临界流体。超临 界萃取技术(supercritical fluid extraction，SFE)是用超临界液体作为萃取 剂，根据样品中组分在不同压力和温度条件下溶解能力变化的性质， 通过改变 萃取剂流体的压力，从而将不同组分萃取出来。 SFE 最大优点是使用 CO2等流体代替有机溶剂，对人体无害、绿色环保，且 有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，提高了样品回收率，因而较适合于萃 取热不稳定物质和有毒化合物 1。D.H.Kim 等 2已将 SFE 用于萃取面粉里的有 机磷残留，避免了样品浓缩和分析过程的干扰，提高了萃取速度，60min 有 7g 的样品萃取量，且联用 GC-NPD 分析后，检测限低至 10ng/s。 选择良好的溶剂不仅有利于提高待测物的溶解度，而且有利于提高分离的 选择性。但 CO2属非极性溶剂，在萃取极性化合物时具有一定的局限性；实际 应用时， 通过加入少量的改进剂如 NH、MeOH、NO 3、CCLF 3等极性化合物来改 善萃取效果。用 CO2为萃取剂制样分析新鲜蔬菜试样时发现，不用改性剂时甲 胺磷农药的回收率范围仅为 4582，加入甲醇为改性剂则回收率提高到 90114。SFE 速度快，适应范围广，是多农残分析中比较有前景的一个方 法。 2、固相萃取技术 固相萃取法于 1978 年得到开发，是目前常用的一种非常重要的提取净化手 段，它可以将农药从非常稀的溶液中富集起来， 从而更有利于分析。固相萃取 技术(solid phase extraction，SPE)基于液固分配原理， 利用固体吸附剂 将液体中的农残化合物吸附，然后用洗脱液淋洗，富集目标化合物进行分析。 根据填料可分为吸附型、分配型和离子交换型，常用的填料有硅酸镁载体 (flofisil)、氧化铝、硅胶、C18、C8、C2、CN、聚二甲基硅烷( PDMS)和聚丙 烯酸盐(PA)等聚合物。对液体样品，选择合适的萃取柱、洗脱液和其他优化条 件后，可以一步完成萃取、富集、净化 3 个步骤，然后应用 GC 或 HPLC 进行分 析，可以实现许多农药残留的全自动分析。 快速 RP-SPE 对水果和蔬菜 3样品的处理，与液液萃取结合 Florisil 柱 (硅酸镁固相萃取小柱)法相比，具有显著优势，如溶剂使用量可减少 94%。陈 浩等 4利用 SPE 萃取一些蔬菜水果中的 9 种有机磷农药，然后用来进行检验， 回收率高于 80%，且重复性好。Holland 等用 C18 柱分离葡萄酒中 74 种农药， 方法快速，重复性好。刘长武等用乙睛提取样品，经 SPE 柱净化浓缩，采用柱 后衍生荧光检测高效液相色谱法对蔬菜、水果中的有机磷杀虫剂及其代谢 产 物进行多残留快速测定 5。该技术高效、可靠、消耗试剂少，且技术成熟， 应用广泛，是目前国内外有机磷残留分析样品前处理中的主流技术，使许多复 杂的样品处理难题迎刃而解。但该方法使用的装置较贵，操作繁琐，不同批次 生产的 SPE 装置重现性差且样品用量较大。 3、固相微萃取技术 固相微萃取技术(solid-phase microextraction,SPME)是由 Pawliszy 等在 SPE 的基础上发展起来的，集采样、萃取、浓缩、进样于一体的综合技术。其 原理是将涂有聚合物(固定相) 的熔融石英纤维伸进样品基质或悬于样品上方的 顶空气体中，目标化合物被吸附在固定相上，经解析后直接测定 6。包括吸附 和解吸两个过程，即样品中待测物在石英纤维上的涂层与样品间扩散、吸附、 浓缩的过程和浓缩的待测物解吸附进入分析仪器完成分析的过程。吸附过程中 待测物在涂层与样品之间遵循相似相溶原则，平衡分配。这一步主要是物理吸 附过程。 固相微萃取装置类似普通样品注射器，由手柄和萃取头两部分组成。萃取 头是一根涂有不同固定相或吸附剂的熔融石英纤维，石英纤维接不锈钢针，外 套不锈钢管 (用来保护石英纤维)，纤维头可在不锈钢管内伸缩。固相微萃取的 萃取模式主要可分为两种：直接法，即将石英纤维暴露在样品中，主要用于半 挥发性的气体、液体样品萃取；顶空法，将石英纤维放置在样品顶空中，主要 用于挥发性固体或废水水样萃取。 它与 SPE 相比，不使用有机溶剂为萃取剂， 操作简便，只需几分钟即可完成目标物萃取，与 GC 联用可测定血液等微量样品 中的有机磷农残，检测限低至 ng/ g 级。K. Fytianos 等 6对 21 种水果中 150 多种样品的二嗪农，对硫磷，甲基对硫磷，马拉硫磷残留等进行了研究，检测 限和定量限分别为 0.03-3ng/mL，0.12-10ng/mL，远低于欧盟规定的残留限量。 4、凝胶渗透色谱技术 凝胶渗透色谱技术(gel permeation chromatography，GPC)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。凝胶渗透色谱的最佳参数主要决定于载体、溶剂的选择。载体凝胶 渗透色谱是具有分离作用的关键，其结构直接影响仪器性能及分离效果。因此， 要求载体具有良好的化学惰性、热稳定性、一定 的机械强度、不易变形、流动 阻力小、不吸附待测物质、分离范围广（取决于载体的孔径分布）等性质。同 时分离效果还与载体的粒度大小和填充密度有关。为 了扩大分离范围和分离容 量，一般选择几种不同孔径的载体混合装柱，或串联装有不同载体的色谱柱， 其中载体的粒度越小、越均匀、填充得越紧密越好。良好的溶剂有利于提高待 测物质的溶解度 ， 避免操作时因分析对象的改变而更换溶剂。由于凝胶渗透 色谱为液体色谱，则要求溶剂的熔点在室以下，而沸点应高于实验温度，且溶 剂的粘度小，以减小流动阻力。另外溶剂还必须具备毒性低、易于纯化、化学 性质稳定及不腐蚀色谱设备的特点。此外，分离效率除了载体、溶剂的选择以 外，还包括合适的温度和溶质的化学性质的影响。与吸附柱色谱等净化技术相 比，凝胶渗透色谱技术具有净化容量大、可重复使用、适用范围广、使用自动 化装置后净化时间缩短、简便、准确等优点。 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分析中脂类提取物与农药分离农药 残留，是含脂类样品农药残留分析的主要手段。Sannino 用 Bio-Beads S-X3 的 GPC 净化方法分析了 7 个脂质性食品中 39 种有机磷农药及其代谢产物，并用 GC-MS-SIM（选择离子检测）确证和定量。Hopper 用 GPC 净化，用 GC 测定了谷 物中有机磷、有机氯以及拟除虫菊酯残留 7。GPC 的色谱柱寿命较长，但是类 脂谱带与农药分馏重叠时需附加小型吸附柱。 3、有机磷农药残留的检测 有机磷农药是含有C - P 键或C - 0 - P ,C - S - P ,C -N P 键的有机 化合物,目前,正式商品有几十种,如敌敌畏、敌百虫、马拉硫磷等。大部分有机 磷农药不溶于水,而溶于有机溶剂,在中性和酸性条件下稳定,不易水解,在碱性 条件下易水解而失效。有机磷农药主要是抑制生物体内的胆碱脂酶(CH - E) 的 活性,导致乙酰胆碱(Ach) 这种传导介质代谢紊乱,产生迟发性神经毒性,引起运 动失调、昏迷、呼吸中枢麻痹、瘫痪甚至死亡10。作为典型的酶毒剂,有机磷 农药可以通过消化道摄入,也可以通过皮肤、黏膜、呼吸道吸收而引发中毒。根 据有机磷农药的化学和毒理学性质,检测有机磷农药的分析方法有五大类:波谱 法、色普法、酶抑制法、酶联免疫法以及活体生物测定法。 1、波谱法 该方法是根据有机磷农药中某些官能团或水解、还原产物与特殊的显色剂 在特定条件下发生氧化、磺酸化、酯化、络合等化学反应,产生特定波长的颜色 反应来进行定性或定量(限量) 测定。 2、色谱法 2.1、薄层色谱法( TLC) 薄层色谱法是一种成熟的、应用也较广的微量快速检测方法。它在农药残 留测定技术上有它独特的用处,它既是重要的分离手段,又是定性、定量的分析 方法。 检测过程一般先用适宜的溶剂提取有机磷农药,经纯化浓缩后,在薄层硅胶 板上分离展开,显色后与标准的有机磷农药比较Rf 值进行定性测定或用仪器进 行定量测定。 2.2、相色谱法( GC) 该方法是利用经提取、纯化、浓缩后的有机磷农药注入气相色谱柱,程序化 升温汽化后,不同的有机磷农药在固相中分离11,经不同的检测器检测扫描绘 出气相色谱图,通过保留时间来定性12,通过峰或峰面积与标准曲线对照来定 量。一次可同时测定多组份,简便快捷,灵敏度高,准确性也好。而色谱条件的最 佳设定是气相色谱技术的关键。 2.3、高效液相色谱法(HPLC) 高效液相色谱法是在液相色谱柱层析的基础上,引入气相色谱理论并加以改 进而发展起来的色谱分析方法。高效液相色谱法在农药残留分析的应用越来越 广泛13,是因为高效液相色谱法能适合分析沸点高而不太容易汽化、热不稳定 和强极性农药及其代谢产物;且可以与柱前提取、纯化及柱后荧光衍生化反应和 质谱等联用,易实现分析自动化;同时一些新型检测器的问世在一定程度上提高 了高效液相色谱法的检测灵敏度。与气相色谱法相比,不仅分离效能好,灵敏度 高,检测速度快,而且应用面广。 3、酶抑制法 有机磷农药对哺乳动物中毒作用的基础,通常与它们抑制中枢和周围神经系 统的胆碱酯酶的能力有关。酶抑制法是利用有机磷农药的毒理特性建立的一种 快速检验方法。由于有机磷农药能抑制乙酰胆碱酯酶的活性,使该酶分解乙酰胆 碱的速度减慢或停止,再利用纸片或电极(即纸片法和膜电极法) 作为载体将乙 酰胆碱酯酶吸附在上面,如果酶的活性没有被抑制,生成了基质水解产物,使用呈 色剂或发色的基质而显色。反之,如果被测样品中含有农药残留,则酶的活性被 抑制,基质就不被水解,遇显色剂不显色。这样,通过纸片的颜色变化或电极的读 数指示变化上可以测定有机磷农药与标准有机磷农药比较则可定量。 4、酶联免疫法( EL ISA) 酶联免疫法是六十年代发展起来的一种新的检测方法,该方法起初主要用于 病毒、细菌、蛋白等较大结构或分子的检测,应用范围主要集中于医学方面。七 十年代后期,随着科技的发展,酶联免疫检测方法开始向检测生物毒素、农药残 留、抗生素残留等小分子物质方向延伸。 参考文献 1 王维岗, 亚库甫江. 吐尔逊. 几种重要农药及其毒性介绍 EB /OL. 2 周鸿. 食品中农药残留检测的前处理技术进展 J . 中国食物与营养, 2006( 6): 38- 39. 3 马瑾, 潘根兴, 万洪富, 等. 有机磷农药的残留、毒性及前景展望 J . 生态环境, 2003, 12( 2): 213- 215. 4 李涛. 国外有机磷农药神经发育毒性研究 J. 国外医学卫生学分册, 2001, 28( 5): 257- 260. 5 ZHANG Z L, HONG H S, WANG X H, et a.l Determination and load of or ganophosphorus and organ ch lorine pest icides atwater from J iulong R iverEstuary, Ch ina J.M arine Pol lution Bullet in, 2002, 45: 397- 402. 6 KHARE A, SINGH S, SHRIVASTAVA K. Mala