（环境科学专业论文）环境中三嗪农药残留的检测与评价.pdf

人连理工大学硕士学位论文 d e t e r m i n a t i o na n de v a l u a t i o no ft f i a z i n i ch e r b i c i d e si ne n v i r o n m e n t a b s t r a c t t r i a z i n i ch e r b i c i d e sa r cp o p u l a rh e r b i c i d e sa p p l i e dt ov a r i e t yc u l t u r e sa n dh a y f i e l d st o c o n t r o l p e r e n n i a lw e e d s a l t h o u g ht h ee x t e n s i v eu s eo ft r i a z i n i c h e r b i c i d e s p r o v i d e s u n q u e s t i o n a b l eb e n e f i t s ，t h e i ri n c o r r e c ta p p l i c a t i o nm a y l e a v eh a r m f u lr e s i d u e sw h i c hi n v o l v e t h ep o s s i b l er i s ko fh u m a nh e a l t h t h e i rc h e m i c a lo rm i c r o b i a ld e g r a d a t i nm a yc o n t a m i n a t e c r o p s ，s o i l ，w a n t e ra n dh e n c ee n t e rt h eh u m a ns y s t e mt h r o u g hd i r e c tc o n s u m p t i o no ft h e c o n t a m i n a t e df o o do rt h r o u g hm e a t ，m i l k ，a n do t h e rp r o d u c t so b t a i n e df r o ma n i m a l st h a tf e e d o ut h i sc o n t a m i n a t e df o d d e r t h e r e f o r e ，d e v e l o p i n gam e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fe l e v e n t r i a z i n er e s i d u e si ne n v i r o n m e n ti sn e c e s s a r y t h ea i mo ft h i ss t u d yh a sb e e nt h a tt od e v e l o pam u l t i r e s i d u em e t h o df o rd e t e r m i n i n g h e r b i c i d e sr e s i d u e si ne n v i r o n m e n tt h a ti n v o l v e sas p ec a r t r i d g ef o l l o w e d b y h i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) w i t hu l t r a v i o l e t ( u v ) d e t e c t o ra n dm a s s s p e c t r o m e t r y ( m s ) t h em e t h o dp r o v i d e sr e f c r e n c e s f o rc o n s t i t u t i n gt h ed e t e r m i n a t i o n s t a n d a r do fe n t r y - e x i ti n s p e c t i o na n dq u a r a n t i n e t h em e t h o dh a sv e r yg o o ds t a b i l i z a t i o n ， p r e c i s i o na n dr e c o v e r y t h ec a l i b r a t i o ng r a p h sh a v eb e e no b t a i n e dp r e p a r i n gf i v el e v e lc o n c e n t r a t i o n sf o re a c h a n a l y t e ( 0 0 2 ，0 0 5 ，0 1 0 ，o 5 0 ，1 0 0 m l ) t h ec h r o m a t o g r a mp e a k a r e a ( ) ) v e r s u st h e c o n c e n t r a t i o no ft h et r i a z i n i ch e r b i c i d e w e r el i n e a ro v e rt h ee v e n l yd i s t r i b u t e dc a l i b r a t i o n r a n g e t h er 2v a l u e so ft h ec a l i b r a t i o nc u r v e sf o re a c ht r i a z i n i ch e r b i c i d ew e r e0 9 9 8 7a n d 0 9 9 9 9 ，s h o w i n gag o o dl i n e a r i t yf o r t h ea s s a y i nt h es a m p l ep r e t r e a t m e n t ，u s i n gs o l i d p h a s ee x t r a c t i o nm e t h o dr e p l a c et h et r a d i t i o n a l m e t h o do fl i q u i d - l i q u i de x t r a c t i o n s e v e r a lp a r a m e t e r so fs p ea n dh p l cw e r ei n v e s t i g a t e d , s u c ha st h et y p eo fs o r b e n t ，s a m p l el o a d i n gf l o wr a t ea n dt h ew a v e l e n g t ho fu vd e t e c t o r a f t e rt h em e t h o dw a sd e v e l o p e d ，i tw a sa p p l i e dt os o m i l es a m p l e s ，s u c ha s ：c o r n ，w a t e r , m i l k , s o f ta n dv e g e t a b l e k e yw o r d s ：h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o 缪a p m c ； s p e c t r o m e t r i c ；s a m p l ep r e t r e a t m e n t i i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：毯之耋日期：翌! ：! ：2 人连理1 人学硕十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、搏士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名： 迸，垄 导师签名： 辔之隘 2 也翌年l 月卫日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 食品是人们生存必不可缺的物质，而“健康”的食品则是保障人们身体健康的基本 条件。在农业中为了使作物达到高产，使用农药是不可避免的。在作物生长过程中，田 日】出现的杂草不仅会和作物争夺肥料，而且还和作物争夺光照，使农作物严重减产，而 除草剂无疑在农业中发挥了重要作用，三嗪类除草剂作为常用5 大类除草剂之一，在农 业中发挥着重要作用，同时也对环境造成了不良影响i j 。农业上施用的农药仅有- d , 部分能发挥“农药”的作用，其中8 0 9 0 的农药都流失在了环境中，或随水流进入江 河，或被 ：壤吸附，或被作物吸收而进入食物链，又由于三嗪类化合物化学性质稳定、 在环境中能持久存在，因此检测食品中三嗪类化合物的残留是非常有必要的。 1 。1 三嗪类除草剂的概况 三嗪类除草剂是早在2 0 世纪5 0 年代就推出的传统除草剂之一，它是通过光和系统 i i ( p s i i ) 以d 1 蛋白作为作用靶标，抑制作物的光合作用而发挥其除草作用的。三嗪 类化合物已经被研究证明是一种致癌物质、内分泌干扰物质，对人类、动物和水生生物 的毒害性极大l 训。我国是一个三嗪农药生产和使用大国，在2 0 0 3 年三嗪类除草剂的销售 额为7 1 9 亿美元，占整个农药市场的2 7 ，占除草剂市场的5 4 ，三嗪农药的使用 情况对环境的影响不容忽视1 1 0 l 。目前三嗪类除草剂共有3 6 个品种，在农业中比较常用 的有阿特拉津、西玛津、特丁津、扑灭津、草达津、扑灭通、特j 通、莠火净、扑草净、 扑莠净、杀草净等，其化学结构见表1 1 。 表1 1 ：十一种三嗪化合物的化学结构 1 j b l e1 1 m o l e c u l a rs l t u c t u r eo ft r i a z i n eh e r b i c i d c s 环境中二嗪农药残留的检测与评价 1 2 三嗪类除草剂“除草”机理 除草剂的作用机理比较复杂，许多除草剂的作用机理至今尚未十分清楚，这是因为 它们的作用不仅受防治对象影响，同时还受环境条件的干扰；许多除草剂的杀草作用并 不限于某一因素，有时是几种因素同时发生，形成一个多种复杂的过程。无论触杀型或 是内吸传导型除草剂，当被植物吸收后，必须对植物的正常生理生化过程进行某种干扰 作用，才能把植物杀死。 植物的生长发育是植物体内许多生理生化过程协调统一的表现，当除草剂干扰了其 中某一环节时，就会使植物的生理生化过程失去平衡，从而导致植物的生长发育受到抑 制或死亡。除草剂对植物干扰、破坏的作用机理可以归纳为以下几个主要方面： ( 1 ) 抑制光合作用： 绿色植物是靠光合作用来获得的养分，光合作用是植物体内各种生理生化活动的物 质基础，是植物特有的生理机制。除草剂通过抑制光合电子传递或拦截传递到氧化型辅 酶i i ( n a d p + ) 的电子，从而抑制植物的光合作用，达到除草的目的。 ( 干扰呼吸作用和能量代谢： 呼吸作用是碳水化合物等基质通过糖酵解和三羧酸循环的一系列酶的催化而进行 的有机酸氧化过程，并通过氧化磷酸化反应将产生的能量转变为三磷酸腺苷( a t p ) ， 以供生命活动的需要。 植物在除草剂的作用下，体内贮存的能量a t p 不断地用于植物生长，生化反应和 养分的吸收和运转，变成a d p ( 二磷酸酰酶) ，随着a d p 浓度的增加，加速植物的呼 吸作用。另外，呼吸所释放出了能量，不能用于a d p 的氧化磷酸化，因而，中断了a t p 的形成，使植物体中a t p 的浓度降低，其结果是呼吸作用成为一种无用的消耗，造成 植物能量的亏缺，使植物体内各种生理、生化过程无法进行，从而导致植物死亡。 大连理亡丈学硕士学位论文 ( 3 ) 抑制植物的生物合成，如抑制色素、氨基酸、核酸和蛋白质的合成等，从而影 响植物的生长、发育，造成植物死亡。 “) 干扰植物的激素作用： 激素是调节植物生长、发育、开花和结果可能缺少的物质，在植物的不同组织中都 有适当的含量。激素类型的除草剂可以破坏植物生长的平衡，当低浓度时对植物有刺激 作用，岛浓度则产生抑制作用。 ( 5 ) 抑制细胞分裂、伸长和分化： 除草剂对植物的抑制作用往往表现于植物形态的变化，如出现畸形或不正常的生长 发育等，其原因是除草剂抑制了细胞分裂，伸长和分化。 三嗪除草剂是通过抑制光合电子的传递从而抑制植物的光合作用来达到除草的目 的的。 1 3 三嗪类除草剂的危害 环境内分泌干扰物质是指存在并积蓄在环境中，结构类似动物体内激素，可引起人 和动物的内分泌发生紊乱的化学物质，也称为环境激素。内分泌干扰物不同于环境其他 环境污染物，它一旦进入动物体内，不仅可以导致其自身内分泌系统异常( 如性激素和 甲状腺激素分泌障碍) 、生殖器官异常、神经系统异常( 如智力低下、多动症) 和免疫 系统异常( 过敏性疾病增加) 。同时，因其难分解和强积蓄性，可进而影响到下一代和 食物链中的其它生物体。 三嗪类化合物因为具有一个六原子的杂环结构，能在环境中稳定存在，不易降解， 常由于地表径流和渗透作用，造成地表水和地下水的污染，从而使三嗪类化合物进入食 物链，它作为环境内分泌干扰物，对人类、动物和水生生物会造成危害是不容忽视的， 因此对环境中三嗪除草剂残留的检测是非常有必要的l 玎4 5 l 。 1 4 三嗪除草剂的市场现状 全球农药市场持续增加。0 6 年农药市场销售额高达3 0 0 亿美元左右，年增长率为 1 2 。其中除草剂为1 5 0 亿美元左右，占5 0 ，年增长率1 2 。随着我国农业现代化 的发展和农业劳动力的逐步转的1 3 。目前全国农田化学除草面积己达0 5 3 亿h m 2 ，较 1 9 8 0 年增加了1 0 多倍，上市的除草剂有效成分约为1 0 0 个，分属磺酰脲、酰胺，三氮 苯等2 0 大类，除草剂产业发展迅速。 随着科技进步，残留在环境中除草剂的毒害作用逐渐被人们意识到。特别是三嚎类 除草剂，由于其用量大，在环境中残留时间长，并由于磺酰脲类等新除草剂的迅速发展， 环境中三嗪农药残留的检测与评价 三嗪除草剂的市场日益下落。尽管如此，它仍在各大类除草剂中排位第五，仅次于氨基 酸类、磺酰脲类、酰胺类、芳氧苯氧丙酸类除草剂。 1 5 农药行业发展过程中存在的问题 1 5 1 政府管理部门众多，相互间衔接、协调不够 农药是一种特殊商品，生产经营管理涉及农业、发改、商务、工商、质检、专利、 环保以及公安等多个政府部门。从农药企业投资审批、农药琶记、生产许可证发放到农 药经销审批和注册登记，以及环境保护和打假等等，各个部门都从各自的职能出发，进 行农药生产经营的管理，但由于部门之间缺乏协调，造成了很多问题。如农药登记过程 中，有关部门没有必要的信息沟通，导致某些专利产品被其他企业登记，造成侵权现象 普遍。在整顿农药经销秩序、组织农资打假等行动时，农业、公安、工商、质检等多个 部门合作进行，但相互之间难以很好配合，增加了政府管理成本，降低了管理效果。 ，5 2 管理方式和标准有欠缺，产品质量堪忧 1 9 9 7 年，我国颁布了农药管理条例，1 9 9 9 年颁布了农药管理条例实施办法， 后来又进行了修订，我国农药生产经营管理进入了法治化轨道。但在具体的生产经营管 理中，还存在着生产领域管理严格、销售领域管理松散，对大企业管理严格、对中小企 业管理难以顾及，对产品质量比较重视、对环境保护较为淡漠等现象。如对农药生产企 业的污水排放，只有比例标准，而没有总量控制，某些企业为了达标，就加水稀释后再 排放，不但污染物没有减少，还浪费了水资源。农药产品的质量标准中，只考虑药效问 题，而对一些有害杂质含量没有明确限制，导致某些企业片面追求药效而忽视了可能产 生的副作用。 而我国农药最终用户的具体情况，又加剧了产品质量可能造成的影响。我国农业绝 大部分是个体化生产，农民普遍文化水平不高，在选择农药时多从短期药效或价格角度 考虑，更容易选择高毒或者是不合格的农药，难以理性躲避假冒伪劣产品的损害。一是 容易导致使用过程中人身安全受到伤害；二是使用不合格农药起不到应有的作用，造成 损失；三是造成农产品中农药残留超标，直接影响食品安全，危害消费者身体健康；四 是不利于作物的生长和环境保护，甚至导致农业生态环境的污染和破坏。 作为食品生产链的上端产品，农药质量对于食品安全的影响罕关重要。我国食品安 全状况不容乐观，除了加工过程中的问题外，食品生产中农药使用也是主要原因，包括 使用不合格农药和过量使用农药。这种情况在我国农产品出口中也突出反映出来，农药 残留已成为制约我国农产品出口的一个主要因素。 4 一 大连理工大学硕士学位论文 1 5 3 品种结构不尽合理 我国大约生产2 6 0 个农药品种，产品结构与以前相比有了很大的改善，但是高毒杀 虫剂农药仍占多数。目前我国三大类农药产品中，杀虫剂：除草剂：杀菌剂的产量比大 概为6 0 ：3 0 ：1 0 ，与发达国家比较合理的3 0 ：5 0 ：2 0 相差还很远。从品种内部结构看，杀 虫剂中高度有机磷农药产量占7 0 ；除草剂品种中适合油菜田、棉田、蔬菜田的品种较 少，主要是适合稻田、麦田和大豆田的，可湿性粉剂、乳油占总量的7 0 左右，而先进 的悬浮剂除草剂品种较少。在我国的农药销售中，高毒、剧毒农药仍占近5 0 ，严重危 害了食品安全。 1 5 4 农药行业可持续发展受到局限 农药行业是个关联性强的行业，生产本身涉及资源配置、员工的健康安全、排放造 成的污染等，使用过程涉及用户人身安全、作物的丰欠和质量等，长远则影响到生态环 境和食品安全等，所以必须统筹协调国家、企业、员工、用户各方利益，树立科学、和 谐、可持续的发展观。但由于多方面原因，农药行业宏观调控不力，市场竞争不规范， 可持续发展受到很大局限。如市场准入标准过低和不明确，大量不具备基本生产经营条 件的企业参与农药生产经营，不但造成资源浪费、环境污染、威胁食品安全等直接后果， 而且破坏了生产企业、销售商、员工、用户和人类与环境之间的良性互动关系。 1 6 加强和改善我国农药生产经营管理的建议 1 6 1 健全和完善有关法律法规 我国农药管理虽然已经纳入了法治化轨道，但有关法律法规还有待完善。在基本法 律框架下，某些不合理或不适应的具体规定应进行修改、完善。如对高毒农药要严格限 制。逐步降低其比例直至取消；重视农药的环保标准，从生产企业的生产条件和生产工 艺到农药产品质量标准，都要有严格、明确、细化的环保指标，标准的执行对于所有农 药企业都一视同仁；农药登记中增加知识产权审核标准，加强知识产权保护，鼓励企业 研发。 1 6 2 建立科学合理的农药管理体系 建立科学合理的农药行业管理体系，从研究开发、生产流通到储存使用等全过程都 要强化管理。重点在于加大知识产权保护、三废排放监管、经营流通监管、农技服务等 方面的管理力度， 应进一步理顺政府管理体制，改革和完善现行管理方式。鉴于我国目前的体制状况 和现实可能，应明确农业管理部门在农药生产和经营管理中的主导地位，应在法律上对 环境中三嗪农药残留的检测与评价 相关农药管理部门的责任和权力进行规制，明确职责分工，建立相关协调机制，同时建 立对失职、渎职行为的追究制度。 1 6 3 提高农药行业的准入门槛 由于农药生产的技术水平、环保投入、质量控制以至损失赔偿等都与投资规模密切 相关，建议对采用传统工艺的原药生产、制剂加工等不同牛产方式规定最低投资额和最 低环保投入比例。对现有农药生产企业要按照国家法律法规要求进行严格监督检查，对 于使用国家明令禁止的落后技术工艺的，应责令立即停止使用；产品质量不达标禁止出 厂；达不到环保标准的生产企业要坚决予以关闭。对于生产和产品质量问题造成严重后 果的案件，要追究有关人员的行政和法律责任。 1 6 4 整顿农药经销秩序 重新审定农药经销标准。农药批发企业必须有一定比例的专业技术人员，零售企业 的销售人员也必须经过专门培训，具备必要的农药使用知识。为此，地方农业管理部门 应对农药经销企业销售人员进行免费培训，考核合格后才。能从事农药销售。 配合我国清理整顿市场秩序的工作，建议对目盼我国农约经销巾场进行专项清理， 取缔不合格的、非法的经营者，严厉查处销售假冒伪劣产品坑农害农的事件。 1 6 5 规范农药产品出口管理及产品质量 我国农药产品出口量逐年增加，而农药产品在全世界范围内均作为特殊商品，因此 各国均采用较为严格的登记制度，这对我国农药产品质量、出口农药的技术资料准备均 提出较高的要求。 农药行业的发展不能以牺牲环境为代价，更不能允许以转移污染的方式维持农药行 业的利润。应该加强环保要求，严格执法，避免单纯为谋求出口而出现的污染转移问题。 1 7 农药残留检测方法 1 7 1 气相色谱法( g c ) 气相色谱是以惰性气体为流动相的色谱柱，它是基于物质溶解度、蒸汽压、吸附能 力立体化学与物质性质的微小差异，在流动相和固定相之问的分配系数不同，而把目标 化合物带出色谱柱的顺序也就不同，分配系数小的组分先流出，分配系数大的后流出。 流出色谱柱的组分被载气带入检测器，检测器将各组分的浓度( 或质量) 变化，转化为 电压( 或电流) 的变化，电压( 或电流) 随时间的变化由记录器记录从而形成色谱图。 一6 一 大连理工大学硕十学伊论文 在农药残留检测中最常用的检测器为电子捕获检测器( e c d ) 、氮磷检测器( n i d ) 、 火焰光度检测器( f p d ) 、质谱检测器( m s d ) 等。质谱检测器与传统检测器相比，在 定性和定量方面有很大优点，并且可以得到被测物质的分子结构信息，而其它检测器只 能通过流出物的保留时间来定性( 1 8 1 。 质谱检测器在使用全扫描时，对很低浓度的样品要求预富集，选择离子检测可以使 灵敏度大幅度提高，但降低被测物的定性信息，串联质谱的出现在不降低定性信息的前 提下市的选择性和灵敏度都有很大提高。 气相色谱法非常普遍的用于环境残留的三嗪农药的检测m c b r u z z o n i t i 等人利用气 相色谱法，使用升温程序，氮气作为载气，检测饮料水样中的8 种三嗪类除草剂，方法 检测限为0 0 1g g m l 【1 9 j ；c a r l og i o r g i oz a m b o n i n 和f r a n c e s c op a l m i s a n o 使用h p 5 8 9 0 系列i l 气相色谱，采用程序升温，氦气为载气，检测土壤沥出液中的6 种三嗪类残留， 方法检测限为l n g m l 2 0 l 。 1 7 2 液相色谱法( h p l c ) 基于在色谱柱中使用极细的颗粒作载体，并在柱两端施加较大的压力差，则有可能 得到效率很高的色谱柱的想法，在1 9 4 1 年m a r t i n 和s y n g e 提出了现代高效液相色谱法 ( h p l c ) 建立的设想。h p l c 法对于气相色谱不能分析的热不稳定性、高分子以及高 沸点的化合物则可以进行有效的分离与检测，弥补了气相色谱检测的不足。液相色谱常 用的检测器为紫外检测器( i j v d ) 、二极管阵列检测器( d a d ) 、荧光检测器( f d ) 、 同样质谱检测器的应用为液相色谱的应用开辟了新天地。 l c m s 主要难点是接口问题，因为m s 需要在高真空条件下工作，直至b 最近几十年 才攻克这一技术难题，使得应用越来越广泛。在液相色谱质谱联用中m s 接口主要有热 喷雾电离( t s p ) 、粒子束电离( p b ) 和大气压电离( a p i ) 。其中a p i 主要包括电喷 电离( e s i ) 和大气压化学电离( a _ p c i ) 两种电离方式，而且二者在灵敏度和结构信息 方面也很相似。在e s i 中流动相的喷雾和电离受电场的影响，而a p c i 中的电离是由加 热的毛细管和光交换共同完成的。由于它们的灵敏度高、离子化稳定，在农药残留检测 中也是应用最广泛质谱检测器。 祁彦等用反相高效液相色谱二极管阵列法同时检测大都中1 3 种三嗪类除草剂，检 测限均低于2 0 m g m l ，分析效果良好1 2 1 - 2 5 1 。 1 7 3 薄层色谱法( 1 r i c ) 薄层色谱法实质上是以固体吸附剂( 如硅胶、氧化铝等) 为担体，水为固定相溶剂， 流动相一般为有机溶剂所组合的分配型分离分析方法。主要优点是不需要特殊设备和试 环境中三嗪农药残留的检测与评价 剂，方法简单、快速、直观、灵活，高效薄层色谱法的出现及于其它检测器的联用使得 薄层色谱的应用前景大为提高。 1 ，7 4 超临界流体色谱法( s f c ) 超临界流体色谱既可以分析热不稳定的农药，同时还具有g c 的分析优点，并且 g c 和h p l c 的检测器它都可以使用，另外硫化学发光检测器( s c l d ) 在s f c 上应用 不论是重复性还是稳定性都取得很好的结果。但由于超临界流体色谱需要一定的特殊设 备，使目自口广泛应用受到限制，由于它具有许多独特的优点，已在多种农药残留的分离 提取和检测中得到应用，是农药残留分析最具有吸引力的技术之一。 1 ，7 5 毛细管电泳( c e ) 毛细管电泳成为农药残留分析的实用性分析技术。主要优点是设备简单、分析速度 快、经济、溶剂用量少。c e 所需样品量极少，一般只需几纳克，灵敏度主要通过更灵 敏的检测器或样品预浓缩技术来解决。c e 和m s 联用技术解决灵敏度问题，也使前处 理省去浓缩过程，使分析速度大为提高。 1 7 6 生物监测技术( b i o m o n i t o rt e c h n i q u e ) 生物监测技术常用方法为生物传感器( b i o s c n s o r ) 和免疫分析( i a ) 技术，这两种 技术多用于分析氨基甲酸酯类农药，其主要优点是选择专一性和分析成本低。正是由于 选择专一性，使得一次只能分析一种农药，这就与现代农药的多残留分析有所偏差，而 且被测农药的种类也受到限制，但对于那些特定检测的农药其灵敏度还是相当高的。 1 8 样品前处理方法 由于残留在环境中农药非常微量，如果不进行有效的富集，则很难被检测出来。样 品i j i 处理方法就是对样品中的预测组分进行分离、富集( 浓缩) 、纯化或衍生化等处理， 将采集的样品转化为适合于各种色谱分析测定的形态，随着科学技术的发展，需要分析 检测的样品种类越来越多，预测组分的含量越来越低，这就对样品前处理方法提出了新 的挑战。样品制备技术随着分离科学的发展而发展，从使用经典的溶剂萃取、蒸馏等方 法到现在普遍使用的固相萃取、固相微萃取技术，新近出现的免疫萃取、膜萃取、分子 印迹萃取、气体萃取、超临界流体萃取、微波萃取等技术，样品前处理技术取得很大进 展i 掘刈。 一b 一 大连理f 人学硕十学位论文 1 8 1 液一液萃取技术 液一液摹取常用于样品中被测物质与基质的分离，在两种不相容液体或相之间通过 分配对样品进行分离而达到被测物质纯化和消除干扰物质的目的。在大部分情况下，一 种液相是水溶剂，另一种液相是有机溶剂。可通过选择两种不相容的液体控制萃取过程 的选择性和分离效率。在水和有机相中，亲水化合物的亲水性越强，憎水性化合物将进 入有机相中的程度就越大。通常先在有机溶剂中分离出感兴趣的被测物质，然后，由于 常用的溶剂具有较高的蒸汽压，可以通过蒸发的方法将溶剂除去，以便浓缩这些被测物 质。 液液萃取中非常重要的操作是急速地振动样品。由j 二物质剧烈的振动，在液- 液萃 取中乳化现象经常发生，特别是那些含有表面活性剂和脂肪的样品。发生乳化现象时， 可根据乳化的程度采用适当的方法消除乳化。如：加盐；使用加热冷却萃取溶剂；通 过玻璃棉塞过滤乳化液样品；通过相过滤纸过滤乳化液样品；通过离心作用；加进少量 的不同的有机溶剂。在液液萃取中，应该选择在水中具有低溶解性( 小于1 0 ) 的有 机溶剂和萃取后易挥发的、与分析技术匹配的、具有极性和氢键性质的有机溶剂。这样 可以强化有机相中欲测定物质的回收率。 1 8 2 固相萃取技术 固相萃取是基于液固分离萃取原理的样品预处理技术。它利用固体吸附剂将通过萃 取柱的液体中的目标化合物吸附，使之与样品基体和干扰化合物分离，然后用洗脱液洗 脱或加热解吸，达到分离和富集目标化合物的目的。固相萃取技术分正相吸附、反相吸 附和离子交换吸附。正相吸附所用的吸附剂都是极性的，用来萃取极性物质；反相固相 萃取所用的吸附剂通常是非极性的或极性较弱的，所萃取的目标化合物通常是中等极性 到非极性化合物：离子交换固相萃取所用的吸附剂是带有电荷的离子交换树脂，所萃取 的目标化合物是带有电荷的目标化合物。 固相萃取过程可分为四步进行：( 1 ) 活化，除去填料上的杂质，并使疏水性填料 溶剂化；( 2 ) 吸附，使分析物尽量吸附与吸附剂上：( 3 ) 洗涤，以去除吸附与吸附剂 上的杂质；( 4 ) 洗脱，用合适的溶剂尽可能完全的将分析物洗脱下来。 固相萃取技术与传统的液液萃取技术相比克服了在液液处理过程中出现的乳化现 象，萃取过程高效快速、节省溶剂、重现性好、回收率高，而且易于实现自动化，所用 时间为液液萃取的1 2 ，而费用为液液萃取的1 5 。自从一次性商品化固相萃取柱出现 以来，经过近3 0 年的发展，在某些分析领域已经取代了传统的液液萃取技术。目前这 一9 环境中二嗪农药残留的检测与评价 种技术主要用于生物液体分析，包括血清、血浆中药物分析，食品和动植物产品中农药、 兽药及其它化学污染物残留分析【3 l - 3 4 1 。 作为固相萃取使用的填料大多为多孔吸附树脂、c l s 和c 1 8 键合硅胶、石墨化碳黑等， 在文献中都出现过报道，如：a l a g a n a 等人利用1 5 0m g1 2 0 枷o 目的固体聚乙二醇和 阳离子交换树脂作为填料，装填在6 0 x 8m mid 的聚丙烯柱中做成固相萃取柱，富集牛 奶中的8 种三嗪类除草剂，回收率在7 3 0 一9 2 4 之i b j ，效果非常理想；g | a u c i am a r i a f p i n t o 等人以5 0 0m g 的c 堪键合硅胶作为填料，萃取水体样本中的四种三嗪残留农药， 其回收率在7 6 0 - 9 7 4 之间 3 5 - 3 6 ；lb a l d u i n i 等人使用石墨化碳黑作为填料的固相萃 取装置富集人奶中的五种三嗪类除草剂，其回收率在5 8 6 4 - - 6 3 2 2 之问( 每种三秦类 除草剂的浓度范围在1 到1 0 0 # g m l ) 3 7 1 。 1 8 3 固相微萃取技术 固相微萃取的原理与固相萃取的原理相似，都是基于目标化合物在两相中的分配平 衡而达到分离的目的。 固相微萃取装置状似一只气相色谱微量注射器，由手柄和萃取纤维头两部分构成基 本装置。纤维头上的薄膜由极性的聚丙烯酸脂、聚乙二醇或者非极性的聚二甲基硅氧烷 组成。使用固相微萃取时，先使纤维头缩进不锈钢管内，使不锈钢管穿过盛装待测样品 瓶的隔垫，插入瓶中并推手柄杆，使纤维头伸出针管，纤维头可以浸入待测样品中或置 于样品顶空，待测有机物吸附于纤维涂膜上，通常2 - - 3 0m i n 吸附达到平衡，缩回纤维 头，然后将针管退出样品瓶，最后，将固相微萃取针管插入气相色谱进样器，被吸附物 经热解后进入气相色谱柱或将固相微萃取针管插入固相微萃取与液相色谱接口解吸池， 开启流动相通过解吸池洗脱样品进样。 固相微萃取与固相萃取和液液萃取相比，具有操作时间短，样品量小，无需萃取溶 剂，特适于分析挥发性与非挥发性物质等特点，而且其选择性和灵敏度可以通过纤维头 表面固定液的类型、厚度、基质种类和样品加热或冷却处理等因素的改变而改变。在1 9 9 5 年，b o y d b o l a n d 和p a w l i s z y n 首次报道了应用固相微萃技术来萃取土壤、水、葡萄酒 中的含氮除草剂，达到了非常好的效果，u k r u t z 等人报道：应用固相微萃取技术在土 壤、水、生物( 如血液、血清) 样本上，成功的萃取出了1 5 类除草剂家族中的8 1 种化 合物。目前，这种技术在我们国家主要用于食品残留物质的分析、环保水样中各种化学 污染物( 可挥发性和半挥发性有机物) 的分析；c h a n b a s h a b a s h e e r 和h i a n i ：l e e 应用 固相微萃取技术，使用浸入模式来萃取牛奶和下水道污泥中的6 种三嗪类除草剂。由于 牛奶中含有大分子的蛋白质、脂肪，下水道污泥中含有很多悬浮微粒，这些干扰物质的 人迮理i 人学硕+ ：学位论文 存在严重影响着目标化合物的回收率、分析方法的精密度和样本与接下来的色谱技术的 兼容性，为了排除这些干扰因素的影响，实验采用的了内径6 0 0 m 、长7 锄起一端封 口的中空聚丙烯纤维管，实验回收率在9 3 3 1 0 6 2 之间，与采用顶空模式和不使用 保护膜的实验相比，效果非常的明显；c a r l og i o r g i oz a m b o n i n 和f r a n c e s c op a l m i s a n o 使 用以1 0 0g m 厚的聚二甲基硅氧烷作为涂层、手动固相微萃取装置萃取土壤渗出液中的 6 种三嗪类除草剂，在室温条件下萃取3 0m i n ，除了去草净的回收率在5 5 外，另外血 种的回收率均高于8 2 【3 8 4 。 8 4 免疫萃取技术 免疫萃取技术是把抗体键合在适当的支持物上，利用抗体与抗原可逆的专一性相互 作用来净化和富集分析物，实现样品分离。抗原与抗体的结合是各种分子问作用力的综 合作用，结合物的亲和常数达1 0 9 或更高，因而具有液液萃取、固相萃取、固相微萃取 难以达到的选择性和灵敏度。分析时把抗体固定在适当的载体上，样品中待测组分与吸 附剂上的抗体发生抗原一抗体结合反应而被保留在柱上，然后用适当的溶剂洗脱下来， 从而达到净化和富集的目的。这种技术芒三经应用在了萃取水体样本中的三嗪类除草剂， 这种吸附剂具有高效性和单一性，如阿特拉津抗体免疫吸附剂对d i a 不具有吸附作用， 同样，西玛律抗体免疫吸附剂对h a 和扑灭通也不具有吸附作用。 1 8 5 膜萃取技术 膜萃取又称为固定膜界面萃取，它是膜过程和液一液萃取过程相结合的新的分离技 术。主要膜萃取技术有：液膜萃取( 支载液体膜萃取、微孔膜液液萃取、乳剂液膜萃取) 和聚合物膜萃取。膜萃取技术具有高的富集率、准确度、精密度，有机溶剂使用量少， 一般为几到几十微升，因而造成的有机溶剂污染也少，并且无需特殊设备，成本与固相 微萃取相比要低，而且方便与其它分析设施实现自动和在线连用，能够避免液滴分散而 引起的夹带和溶剂损失，因此膜萃取技术被认为是选择性高及处理后最“干净”的样品 前处理技术。 目前这种技术应用在生物样品的提取分析、金属元素的提取分析、挥发性样品的提 取分析、体液中药物及代谢产物的富集提取分析和环境样品中的有机污染物的提取分 析。如b a r b a r ah a u s e r 等人把0 0 5m m 厚，8 锄长，2 5c m 宽的扁平的聚丙烯膜材料做 成1m m 厚，8c n l 长，8m m 宽的膜，然后再加工成一端封口膜筒，用正己烷作为萃取 液来萃取河水样本中的三嗪类除草剂，经过3 0m i n 的萃取时间，其回收率在6 0 - 9 0 之白j 。 环境中二嗪农约残留的检测与评价 1 8 6 分子印迹萃取技术 分子印迹色谱技术是近年迅速发展起来的一种分子识别技术，它是将要被印迹的分 子与聚合物单体依靠共价键、氢键、离子键、范德华力、疏水作用和空间位阻效应等作 用力形成可逆结合的复合物，然后在光、热、电场等作用下将聚合物单体交联，再将印 迹分子通过适当的方法从聚合物中提取出来，从而聚合物内部留下被印迹分子的印迹， 即形成了模板“空穴”，利用这种特定的模板分子“空穴”来选择性吸附印迹分子，从 而达到选择性分离。 分子印迹技术与传统常用方法相比，可同时实现目的组分的分离与检测，选择性高， 应用范围广，而且这种技术实现了主客体分子识别，突破了免疫学领域，有可能成为目 标物更准确检测和分离的介质【3 1 1 。c c a c h o 等人利用合成的扑灭律异丁烯酸脂作为分 子模板，做成分子印迹聚合体，称取2 0 0m g 这种聚合体作为固相萃取柱的填料，做成 分子印迹固相萃取柱，来萃取土壤、蔬菜中的三嗪类残留物，在样本中目标化合物的浓 度水平为1 0 0n g g 的基础上，其回收率在8 0 - 9 5 之阍。 1 8 7 气体萃取技术 气体萃取又称顶空技术，分为静态顶空和动态顶空，常常用于气相色谱分析。对于 样品中痕量高挥发性物质的分析测定，可使用气体萃取的方法，因为气体是挥发性物质 的最理想的溶剂。与大部分的有机溶剂相比，气体既容易处理又容易纯化。 1 ，8 ，8 超临界流体萃取技术 超临界流体萃取是2 0 世纪7 0 年代开始用于工业生产中有机化合物萃取的，它是用 超临界流体作为萃取剂，从各种组分复杂的样品中，把所需要的组分分离提取出来的一 种分离提取技术。用于色谱样品处理中，可从复杂样品中将欲测组分分离提取出来，制 备成适合于分析的样品。 用于超临界流体萃取的超临界流体必须稳定、安全、易于操作，对欲萃取物质有足 够大的溶解能力，同时又有良好的选择性。通常以临界条件较低的物质优先考虑，如： 乙烯、二氧化碳、乙烷、丙烷、水等。 超临界流体萃取的操作方式可分为动态、静态、循环萃取三种。动态法是超临界流 体萃取剂一次直接通过样品萃取管，使被萃取组分直接从样品中分离出来，进入吸收管。 静念法是将被萃取的样品浸泡在超临界流体萃取剂中，经过一定的时间后再把含有被萃 取溶质的萃取剂流体输入吸收管。循环法是将超临界流体萃取剂先充满装有样品的萃取 管，然后用循环泵使萃取管内的流体反复、多次通过管内萃取样品，最后输入吸收管。 丈迮理i ：人学硕十学位论文 1 8 9 微波萃取技术 微波萃取是一种萃取速度快、试剂用量少、回收率商、灵敏以及易于自动控制的新 的样品制备技术。利用极性分子可迅速吸收微波能量来加热一些具有极性的溶剂，如乙 醇、甲醇、丙酮或水等等。微波萃取是将样品放在聚四氟乙烯材料锘4 成的样品杯中，加 入萃取溶剂后将样品杯放入密封好、耐高压又不吸收微波能量的萃取罐中。由于萃取罐 是密封的，当萃取溶剂加热时，由于萃取溶剂的挥发使罐内压力增加。压力的增加使得 萃取溶剂的沸点也大大增加。这样就提高了萃取温度。同时，由于密封，萃取溶剂也不 会损失，也就减少了萃取溶剂的用量【4 2 删。 环境中三嗪农药残留的检测与评价 2 实验 2 1 实验设备 高效液相色谱紫外，质谱仪：l c 一2 0 a b 系列，配有双泵系统、在线真空脱气装置、 u v m s 枪测器、跏l 六通阀进样器以及c m b - 2 0 a 色谱t 作站，r 本s h i m a d z u 公 司； 高效液相色谱柱：1 5 0 m m x 4 6 m mi d ，靴mc 1 8 填料，配有保护柱，北京艾杰尔科技 有限公司： 十二管柱固相萃取装置：迪马公司； 旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂； 均质器； 快速混匀器。 2 2 实验样品和试剂 1 1 种三嗪标准品：西玛津，9 8 ；阿特拉津，9 8 ；扑灭津，9 8 ；草达津，9 9 ；特 丁津，9 9 4 ；扑莠净，9 9 3 ；杀草净，9 8 ；扑草净，9 9 5 ；莠灭净，9 8 5 ；特丁通，9 9 ； 扑灭通，9 9 。 乙腈、甲醇( 色谱纯，t e d i a ，美国) ，丙酮、正己烷、乙醚、二氯甲烷( 分析纯) ， 盐酸( 含量3 6 0 3 8 0 ) ，氨水( 含量2 5 0 2 8 0 ) ，实验用水为m i u i - q 高纯 水。 固相萃取柱：s c x 强阳离子交换柱( d i k m a ) ；封端c 1 8 柱( s c p - p a k p l u s ，w a t e r s ) ； 未封端c l s 柱( a g e l a ) ；l i c h r o l u te n 柱( m e r c k ) ；h l b 柱( w a t e r s ) ；佛罗里硅土 柱( a g e l a ) ；活性炭柱( w a t e r s ) 。 2 3 液相色谱梯度程序 液相色谱检测波长2 2 0 n m ：流动相流速0 am l m i n ；梯度洗脱程序为：t 0 0 1 ，b - - - 4 7 ； t 1 2 ，b = 4 7 ；t l s ，b = 4 4 ；t 1 8 ，b = 4 0 ；t 3 2 ，b = 4 0 ( b 为水的体积比) 。 2 4 质谱条件 质谱条件为：电子轰击( e i ) 离子源；离子源温度为2 5 0 ，质量器温度为2 0 0 【2 ； 使用离子全扫描模式检测，质量扫描范围是m z5 0 1 0 0 0 ，载气为氮气。 一1 4 人迮理1 人学硕士学位论文 2 5 三嗪化合物的质谱标准谱图 在最优液相色谱条件和选定的质谱条件下对浓度为1 0 u g m l 的混标溶液进行分析， 得到1 1 种三嗪化合物的对照标准质谱谱图： 图2 1 两王f