农药残留分析中的样品前处理新技术.doc

农药残留分析中的样品前处理新技术专业：农药学 学号：S10090403423 姓名：罗凯摘要：本文介绍了农药残留分析中常用的10种样品前处理新技术。关键词：农药残留分析；前处理新技术农药是当前农业生产用于防治病、虫、杂草对农作物危害不可缺少的物质，对促进农业增产有着重要的作用。但是，由于不少农户忽视农药的正确、合理使用，在茶叶、粮谷、蔬菜及水果种植中经常发生农药污染问题，农药残留量超标相当严重。农药残留不但危害人体的健康而且严重破坏生态平衡，污染大气环境、土壤及水域。当前，人们对自身健康、食品安全意识和环保意识的不断增强，世界各个国家与地区（如美国、日本、欧盟等）为维护本国经济利益和保护人们健康，对进口农产品的农药残留检测指标不断增多，农药残留限量标准逐渐降低，因此，为了对食品农药残留量进行监控，开展食品农药残留检测的前处理技术研究是非常重要的。农药残留分析前处理是农残分析检测的关键步骤，直接关系着整个分析过程的准确性与精密度。农药残留分析前处理是指将残留农药从样品中最大限度地提取出来，并消除分析检测过程中的干扰物，主要包括样品制备、提取、净化、浓缩等步骤。随着人们对食品、环境安全的日益关注以及新的、更高要求的农药残留限量标准的出台，农药残留分析技术发展迅速。现代农药残留分析技术通常包括样品前处理和测定两部分。这里着重介绍近年来农药残留的前处理新技术。1 农药残留检测的前处理新技术1.1 固相萃取（SPE）。固相萃取是液固萃取和液相色谱柱技术相结合的发展，其基本原理是利用固体吸附剂对液体样品中目标化合物或杂质的吸附，选用合适强度的洗脱溶剂，使目标化合物选择性地洗脱或保留在柱上，与样品基体和干扰物分离，从而达到分离和富集的目的。固相萃取节省时间，可减少杂质引入，对操作者安全，重现性好，同时对农药残留物能够快速富集。张潇潇等对22批莪术药材进行超声提取,使用弗罗里硅土固相萃取小柱富集纯化,以毛细管气相色谱检测了其中15种有机氯农药的残留量。刘硕谦等以淫羊霍等药用植物为样本考察了弗罗里硅土、硅胶、C18反相3种固相萃取柱对有机氯农药的净化效能,结果发现, C18反相SPE柱具有较好的选择性吸附,并且易于解吸。杨丽莉等采用石墨碳固相小柱萃取净化茶叶中的拟除虫菊酯农药,达到了吸附杂质和色素的目的,对提高灵敏度、延长仪器使用寿命非常有利。刘旭等测定了川芎、广霍香等9种药材中拟除虫菊酯的残留量,药材以丙酮提取,以中性氧化铝、氟罗里硅土及活性碳混合层析作为初步净化手段,电化学检测器(ECD)检测,回收率79.7% 101.3%,最低检出限0002 mgkg-1。Li等用 一种快速，灵敏液相色谱电喷雾串联质谱法，固相萃取法净化相结合，开发和应用的分析废水中十五种雄激素，确定十五种进水样品分析的检出限在0.5和4ngL - 1。开展了从北京地区获得的废水的雄激素的残留分析和五个组分（雄(甾)烯二酮,氟羚甲基睾丸素,甲睾酮，睾酮和诺龙）的检测水平1.6-3.5，7.6-66.7，4.1-7.0，1.2-4.3，1.7ngL - 1。 1.2 固相微萃取（SPME）。固相微萃取是一种新型的无溶剂化样品前处理技术，由Pawliszyn在1989年首次报道。固相微萃取以特定的固体（一般为纤维状萃取材料）作为固相提取器将其浸入样品溶液或顶空提取，然后直接进行GC、HPLC等分析。该技术集采样、萃取、浓缩、进样于一体，灵敏度高、成本低、所需样品量少，重现性及线性好，操作简单、方便快捷。它通过吸附/脱吸附技术，富集样品中的挥发性和半挥发性成分，克服了一些传统样品处理技术的缺点，已经广泛应用于水、食品、环境以及生物样品分析。SPME技术在食品分析中的应用很广泛，如酒、果汁、蔬菜、肉、蛋等。还用于食品中其他一些有害残留组分的分析上，如牛奶中的磺胺类和四环素类抗生素残留；熏制火腿中的致癌物N-亚硝胺；谷物中丙烯酞胺残留以及人乳中多氯联苯及其他含氯有机化合物的分析等。1.2.1 直接固相微萃取技术(Direct-Immersion-SPME)。DI-SPME是指将固相微萃取纤维头直接浸入水相或暴露于气体中进行萃取的方法,主要用于液体及半挥发性气体样品萃取,可在1min内迅速达到萃取平衡,为固相微萃取中最常见模式。Rodrigues等利用DI-SPME萃取技术,结合GC-MS联用测定天然草药刀伤草及美登木水提液中有机氯农药残留量,萃取头直接置于样品中60 min完成纤维固定相对分析物的吸附平衡,除林丹的检测限度为12 ngg-1较高外,其他有机氯的检测限都介于0.22.0 ngg-1,回收率在90% 108%之间。1.2.2 顶空固相微萃取技术(Head-Space-SPME)HS-SPME是指把萃取头置于顶空专用的带隔膜塞的试样容器上进行萃取的方法,主要用于挥发性固体或废水水样分析,因这些类型的分析物容易逸出样品进入上部空间,而且对黏度大的废水、体液、泥浆或固体样品,则只能采用上空取样的顶空固相微萃取模式,萃取由基质释放到样品上空的化合物。虽然HS-SPME的使用局限在挥发性固体的分析,但其可分析的样品种类范围较广,尤其适合分析天然药物或中药复方等成份复杂样本。Hwang等以HS-SPME技术萃取分析了包括十全大补汤、桂枝麻黄汤、小柴胡汤、补中益气汤、人蔘汤、半夏泻心汤及六味丸在内的7个中药复方中19种有机氯残留,优化了SPME系统的条件,并指出该方法检测限度较低(ngg-1),较传统索氏提取法灵敏,可在多种复方样品中有效地检出有机氯,同时也证明了HS-SPME与GC-MS联用适合于复杂基质上分析痕量农药残留的优越性。此外,有文献报道利用HS-SPME-GS-MS分析草莓中有机磷类农药,最低检测量低于13gkg-1。1.2.3 微波辅助固相微萃取技术(Microwave-Assis-ted solvent Extraction-SPME)。MAE-SPME是指将石英纤维放在经过微波处理过的样品中萃取的方法:MAE是利用极性溶剂(如水)带有高的介电常数吸收微波能,然后升高温度压力以加快待测物从基质中分离出来的一种提取方法,此步骤能将难挥发样品先行分解,减少萃取过程需要的时间。Ho等利用MAE-SPME联用技术对莪术、甘草及茯苓固体样品中残余有机氯农药含量进行检测,检出限低于0.13 ngg-1,样品回收率(RSD)低于24%,认为MAE对待测物的提取效果具有良好的稳定性。Chen提出MAE-HS-SPME联用技术可在515min内完成半挥发样品的前处理,并应用于测定蔬菜中敌敌畏的含量,检测限度在1.0gL-1左右。1.3 超临界流体提取（SFE）。超临界流体（SCF）是临界温度（Tc）和临界压力（Pc）状态下的高密度流体。超临界流体既具有液体对溶质有较大溶解度，又具有气体易于扩散和运动的特点。由于超临界流体的粘度、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化很大，因此对选择性的分离非常敏感。早在1879年，Hannay等就发现超临界乙醇流体对无机盐固体具有显著的溶解能力，但超临界萃取技术（SFE）却是在近30年才迅速发展起来的一种新型物质分离、精致技术。Quan等以人参中9种有机氯为对像,优化了包括温度、压力、改性剂、洗脱液及吸附剂在内的SFE条件,并结合SPE C18小柱富集有机氯获得了较好的回收率。李欢欣等用毛细管气相色谱法测定了除毒前后黄芪与熟地中农药残留量,发现超临界CO2流体萃取法去除中药材中残留有机氯农药效果好,除毒率分别达87.6%, 84.6%。付玉杰等用SCF-CO2技术萃取甘草中甘草次酸，并与索氏提取法、超声法进行了比较，提取率是索氏提取法的13倍、超声法的5倍，且溶剂用量小，周期短。目前，SFE已应用于植物样品、动物组织、土壤、水等样品中多种杀虫剂、杀菌剂和除草剂的萃取。1.4 凝胶渗透色谱（GPC）。凝胶渗透色谱是一种快速净化技术，它是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，用来分离相对分子质量较小的物质，并且可以分析不同分子体积、具有相同化学性质的高分子同系物。GPC现已广泛应用于农药残留分析中脂类提取物与农药的分离，是含脂类食物样品农药残留分析的主要净化手段。陆继伟等经冰浴超声提取，GPC净化，测定了灵芝中24种有机磷农药的残留量，回收率在75.28%117.18%，RSD在3.19%15.57%，效果较好。张健国等使用凝胶渗透色谱去除会沉积污染进样吸柱头的油脂及部分叶黄素,再以GC-MS测定玉米中三种农药的残留,回收率都高于90%,检出限度为0.0020.05gg-1。夏品华等研究运用凝胶渗透色谱替代硫酸净化,有效地克服了中成药中硫酸净化回收率偏低的难题,建立了分离效能高、检测灵敏度高毛细管的气相色谱分析方法。1.5 加速溶剂萃取（ASE）。加速溶剂萃取是在提高温度（50200）和压力（1 0003 000Pa）下用溶剂萃取固体或半固体样品的新型样品前处理方法。相比于其他萃取方法，ASE法具有快速、溶剂用量少、萃取效率高、安全等优点，已被美国EPA收录为处理固体样品的标准方法之一。Yi等以乙腈为溶剂,应用ASE法测定银杏叶中15种有机磷类农药残留,其回收率均在95.2%左右。崔艳红等利用ASE法测定了蔬菜农残中的多环芳烃和有机氯化合物,其中16种多环芳烃的回收率在64% 124%之间,且样品之间的重复性也较好。ASE现已在环境、药物、食品等领域得到广泛应用，特别是在残留检测方面，被用于土壤、动植物组织、蔬菜和水果等样品中的PCB、多环芳烃、有机磷杀虫剂、苯氧基除草剂等有害物质的萃取。1.6 微波辅助萃取（MAE）。微波辅助萃取是微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新萃取方法。它是利用微波能来提高萃取速率的一种最新发展起来的技术。微波萃取具有设备简单、萃取效率高、重现性好、快速、节省试剂、污染小等优点，有较大的推广价值。Onuska等用多种溶剂从泥渣中微波提取有机氯农药残留，实验仅用3.5min就获取了索氏萃取法6h的结果。Lopez-Avila等以乙烷-丙酮（体积比为11）为溶剂，在115下从土壤中提取有机物，萃取15min，45种有机氯农药中的38种回收率在80%120%，并证明用微波萃取法所得的有机氯农药的回收率比索氏萃取或超声波萃取法至少提高7%。Chen提出MAE-HS-SPME联用技术可在515min内完成半挥发样品的前处理,并应用于测定蔬菜中敌敌畏的含量,检测限度在10gL-1左右。1.7 顶空分析法(HS）1.7.1 静态顶空分析(StaticHead-Space Analysis)。SHS为直接于顶部气相取样,用于测定在一定温度下可挥发以及相对比较难于前处理的样品。根据取样仪器的不同可以分为顶空气体直接进样、平衡加压采样和加压定容采样进样三种模式。静态顶空应用范围广泛涉及食物中挥发性化合物、植物体中有机磷杀菌剂的测定,以及中药有效成份的分析检测等。该技术在中药农残检测上虽然未见应用,但其在挥发性有效成份提取领域上的应用优势确是值得参考,但与动态顶空相比,其灵敏度受到一定限制。1.7.2 动态顶空分析(DynamicHead-Space Analy-sis)。DHS适用于复杂基质中挥发性较高的组分分析,甚至对较难挥发及浓度较低的组分也同样有效。此方法是以连续惰性气体(一般为高纯氮气)不断通过液态待测样品,液态基质中挥发性成份被吹出并富集到捕集管中,最后将提取物进行脱附处理后待检测,该方法大大提高了动态顶空的分析灵敏度(ppt-ppb)。根据捕集方式不同动态顶空可以分为吸附剂捕集模式和冷阱捕集模式。Martin等利用动态顶空-GC分析了奶酪中痕量芳香族化合物。Roose等在对海洋生物的检测中指出动态顶空萃取能在1h内检测出55种有机氯化合物,由此提示了该方法在中药农残检测中的巨大潜力。1.8 基质固相扩散法(MSPD)。MSPD是将样品与适量的固体基质(硅胶,弗罗里硅土, C18, C8等)研磨、吸附,混匀制成半固态物质作为填料装柱,根据分析物的溶解度不同选择合适的有机溶剂进行洗脱。具有集样品制备、萃取、净化于一步完成的优点,无需进行组织匀浆、沉淀、离心、pH调节和样品转移等操作,适用于多残留分析,特别适合于难匀浆和均质样品的处理。杨红兵等建立MSPD法处理肉苁蓉,提取和净化一步完成,可同时检测出六六六、DDT等7种同分异构体或甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯等5种拟除虫菊酯农药。Zuin等以MSPD法富集西藩莲果(passion fruit)叶中有机氯和有机磷残留,与传统欧洲药典方法比较,更加有效、快速、简单。但此技术存在不易实行自动化、洗脱液中有样品基质残留,待测物难分离等缺点,往往难以达到理想的净化效果。1.9 衍生化技术(derivatization)。衍生化技术就是通过化学反应将样品中难于分析检测的目标化合物定量转化成另一易于分析检测的化合物，通过后者的分析检测对可疑目标化合物进行定性和/或定量分析。衍生化的目的有以下几点：（1）将一些不适合某种分析技术的化合物转化成可以用该技术的衍生物；（2）提高检测灵敏度；（3）改变化合物的性能，改善灵敏度；（4）有助于化合物结构的鉴定。1.10 膜萃取技术（ME）。1984年Kiani和Kim首先提出膜萃取分离技术。膜萃取，又称固定膜界面萃取，是基于非孔膜技术发展起来的一种样品前处理方法，是膜技术和液-液萃取过程相结合的新的分离技术。具有高的选择性和富积率，有机溶剂用量小、准确度和精密度高、成本低以及易于与分析仪器在线联用等优点。2 农药残留检测前处理技术的发展趋势农药残留已成为严重影响农产品国际化发展和农产品出口的重要问题，而样品的前处理是农药残留量检测过程中重要的步骤之一。它对保证测定结果的准确性和可靠性，减少对色谱柱和检测仪器的污染，提高检测效率都具有重要的影响。将来的趋势必定是发展很少乃至不用有毒有机溶剂的方法；发展简单快速便宜的方法，操作步骤很少，尽量能集提取、净化、浓缩于一身；发展能处理复杂介质、痕量成分、特殊性质（如高极性、热不稳定性、难挥发性等）成分的方法，发展方法的联用与自动化等等。参考文献1 张潇潇,陈晓辉,王晓东,等.固相萃取-毛细管气相色谱法测定莪术中15种有机氯农药的残留量 J.西北药学杂志, 2006, 21(5): 195.2 刘硕谦,刘仲华,黄建安,等.固相萃取-毛细管气相色谱法检测淫羊霍等药用植物有机氯农药残留J.分析试验室, 2005, 24(2): 47.3 杨丽莉,纪英,赫元萍.茶叶中除虫菊酯农药残留快速测定法J.化学分析计量, 2005, 14(5): 38.4 刘旭,钟怀宁,游文玮,等.川芎等.9种药材中拟除虫菊酯类农药残留的检测J.时珍国医国, 2006, 17(2): 154.5 蒋鹏忠.一种新型的样品前处理技术探讨固相微萃取技术J.现代商贸工业，2008（9）：375-377.6 周围，刘红卫，周小平，等.固相微萃取-色谱-质谱联用技术在食品风味和食品安全分析中的应用研究J.检验检疫科学，2007（S1）：23-28.7 Rodrigues, MVN;Reyes, FGR;Rehder, VLG;Rath, S. 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