（分析化学专业论文）化学计量学在有机农药残留分析中的应用.pdf

化学计量学在有机农药残留分析中的应用 摘要 本文将有机农药按其在农业上的用途进行分类，综述了近十几年来化学计量学在有机农药残留分 析上的应用。并将几种化学计量学方法分别用于蔬菜、水果和环境水样中的氨基甲酸酯和有机磷农药 的测定，讨论了方法的原理和实际应用。探讨了化学计量学在复杂体系中实现多组分同时测定的可行 性。本论文可分为五个部分： 第一部分：本节把有机农药按照其在农业上用途不同分为杀虫荆、除草剂、杀菌剂等几类，综述 了十几年来化学计量学结合各种测定方法在有机农药残留上的应用。化学计量学方法包括经典最d - - 乘法( c l s ) ，主成分回归( p c r ) 和偏最小二乘法( p l s ) 等多变量校正方法，还有基于生物遗传规 律的神经网络算法( a n n ) 等等。 第二部分：本节把多元校正方法用于氨基甲酸酯杀虫剂西维因、残杀威和呋喃丹的测定，该三种 农药有很强的内源荧光，激发光谱分别为2 7 0 、2 7 4 和2 8 9n m ，同步荧光光谱严重重叠，无法利用普 通光度法对它们进行分别测定。因为它们的同步荧光光谱有着良好的加和性，实验将多元校正法用于 解析这个体系，采集了2 4 0 3 4 0n m 的荧光强度数据进行模型的建立。讨论了九和p h 的影响及可能 存在的干扰，计算出了回归方程和线性范围。并将方法用于黄芽白、苹果和梨的测定，结果较为满意。 第三部分：有机磷及氨基甲酸酯杀虫剂的共同毒理机制为抑制乙酰胆碱酯酶( a c h e ) 的活性，当 农药抑制了乙酰胆碱酯酶的活性，造成乙酰胆碱的积累，影响了正常的神经传导，即引起了神经中毒。 本节是基于生物体内一种基本的生化反应，即以碘化硫代乙酰胆碱( a t c h l ) 为底物，利用乙酰胆碱 酯酶对其进行水解生成的物质与显色剂- - 硫双对硝基苯甲酸( d t n b ) 反应，生成的产物5 一巯基一2 一 硝基苯甲酸在4 1 2n m 处有最大吸收，由十氨基甲酸酯农药甲萘威和有机磷农药辛硫磷对酶抑制能力 的差别使它们的反应速率产生差异，文中结合化学计量学从而实现对它们进行动力学同时测定。 第四部分：本节首次研究了三种有机磷农药对硫磷( p t ) 、甲基对硫磷( p t m ) 、杀螟硫磷( f t ) 在 碱性介质中与过氧化氢发生反应的行为，并考察了它们与过氧化氢体系的动力学反应过程，发现有机 磷分子中的磷原了因接有对硝基苯氧基( 吸电子基) 易受亲核集团进攻，而过氧化氢在碱性介质中产 生的h o o - 负离子可进攻磷原子进而取代对硝基苯氧基，即过氧化氢氧化有机磷生成过氧化磷酸盐及 对硝基苯酚，其中对硝基苯酚在4 0 0n m 处有最大吸收峰。由于对硫磷、甲基对硫磷和杀螟硫磷的分 了结构式的差别使它们在反应速率和灵敏度上产生差异，利用这些动力学差异并结合多元校正方法可 实现对它们的同时测定。将该方法应用于水样中农药加标回收的测定，结果满意。 第五部分：鲁米诺在3 0 0 和3 5 0n m 处有两个激发峰，发射光谱的位置在4 1 2m 处。有机磷分子 中的磷原子因接有对硝基苯氧基( 吸电子基) 易受亲核集团进攻，而过氧化氢在碱性介质中产生的 h o o 。负离子可进攻磷原子进而取代对硝基苯氧基，即过氧化氧氧化有机磷生成过氧化磷酸盐及对硝 基苯酚。过氧化磷酸盐在碱性条件下具有强氧化性，能将荧光物质鲁米诺氧化，使其荧光强度下降。 通过测定鲁米诺的荧光猝灭反应速率，获取反应的相关动力学信息，并结合适当的化学计量学方法解 析动力学曲线，从而实现对有机磷农药的同时测定。 关键词：化学计量学；同步荧光；速差动力学；农药 i i a p p l i c a t i o no fc h e m o m e t r i c sm e t h o d si no r g a n i c p e s t i c i d er e s i d u e sa n a l y s i s a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fc h e m o m e t r i c si nt h ea n a l y s i so fp e s t i c i d er e s i d u e sa n a l y s i sh a sb e e nd e v e l o p e d a n dt h e c o m b i n a t i o no fc h e m o m e t r i c sw i t hs p e c t r e p h o t o m e t r i co rk i n e t i ct e c h n i q u e sc a nb e u s e dt os o l v es o m e p r o b l e m s ，w h i c h a r ec o u n t e r e di ns p e c t r u mr e s o l u t i o n t h i sw o r ki sd i v i d e di n t of i v ep a r t s ： p a r t l o w i n gt ot h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n s t r u m e n t a t i o ni na n a l y t i c a lc h e m i s t r y ，n e wa n de f f i c i e n td a t aa n a l y s i s t e c h n i q u e sa r er e q u i r e df o rd a t ai n t e r p r e t a t i o n c h e m o m e t r i c si san e wd i s c i p l i n ei nc h e m i s t r yt h a ta p p l i e d m a t h e m a t i c a l ，s t a t i s t i c a la n do t h e rl o g i c b a s e dm e t h o d st oa n a l y z ec h e m i c a ld a t ap a r t i c u l a r l yi na n a l y t i c a l c h e m i s t r y f r o mc h e m i c a ll i t e r a t u r e ，c h e m o m e t r i c st e c h n i q u e sh a v eb e e na p p l i e ds u c c e s s f u l l yi n d i f f e r e n t a r e a si np a r to n e ，i ti sd e s c r i b e da n dr e v i e w e dt h ea p p l i c a t i o no fc h e m o m e t r i cm e t h o d si nt h ed e t e r m i n a t i o n o fo r g a n i cp e s t i c i d er e s i d u e s t h ec h e m o m e t r i c sm e t h o d si n c l u d i n gt h ef o l l o w i n gc a t e g o r i e s ：e x p e r i m e n t a l d e s i g na n do p t i m i z a t i o n ( s u c ha so r t h o g o n a ld e s i g n ，s i m p l e xm e t h o d ，v a r i a n c ea n a l y s i s ) ，p a a e r nr e c o g n i t i o n ( s u c ha sp c a ，k - n e a r e s tn e i g h b o u ra n a l y s i s ，s i m c a ) ，m u l t i v a r i a t ec a l i b r a t i o n ( s u c ha sm l r ，c l s ，p c r , 。p l s ) a n ds p e c t r u ma n a l y s i s ( s u c ha st f a ，r a ，g r a ，e f a ) i nt h i sp a r t ，p e s t i c i d ew a sd i v i d e di n t os e v e r a l c a t e g o r i e ss u c h a si n s e c t i c i d e ，f u n g i c i d ea n dh e r b i c i d eb yt h e i rd i f f e r e n tu s a g ei na g r i c u l t u r e i ne a c h c a t e g o r yt h ee x p e r i m e n t a lf o u n d a t i o na n dt h es i t u a t i o no fc h e m o m e t r i c sa p p l i c a t i o ni nt h i sf i e l dh a v eb e e n d i s c u s s e d p a r t 2 c a r b a m a t ep e s t i c i d e sa r ee s s e n t i a lt oa g r i c u l t u r a lc o m m u n i t i e sa n dt h e i ru s eh a sb e e ni n c r e a s e ds u b s t a n t i a l l y i nr e c e n ty e a r sa sac o n s e q u e n c eo f t h e i rs e l e c t i v ei n s e c t i c i d a lp r o p e r t i e sa n dl o wm a m m a l i a nt o x i c i t y h e n c e t h en u m b e ra n dq u a n t i t i e so fc a r b a m a t ei n s e c t i c i d e su s e di na g r i c u l t u r ec o n t i n u et oi n c r e a s er e p l a c i n go t h e r t y p e s o fp e s t i c i d e s ，s u c ha so r g a n o c h l o r i n eo ro r g a n o p h o r u s p e s t i c i d e s 、i np a r tt w o ，as y n c h r o n o u s f l u o r e s c e n c em e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fc a r b a r y l ( c b l ) ，p r o p o x u r ( p r o ) a n dc a r b o f u r a n ( c a r ) w i t h t h ea i do fm u l t i v a r i a t ec a l i b r a t i o nm e t h o d s ，s u c ha sc l a s s i c a ll e a s ts q u a r e s ( c l s ) ，p r i n c i p a lc o m p o n e n t r e g r e s s i o n ( p c r ) a n dp a r t i a l l e a s ts q u a r e s ( p l s ) ，w a sp r o p o s e d s i n c et h es y n c h r o n o u sf l u o r e s c e n c e s p e c t r ao ft h e s et h r e ec o m p o u n d ss t r o n g l yo v e r l a p i ti sd i f f i c u l tt od e t e r m i n et h e s ec o m p o u n d si n d i v i d u a l l y f r o mt h e i rm i x t u r e s i nt h i sw o r k ，t h ee x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n sw e r e i n v e s t i g a t e d a n do p t i m i z e d c h e m o m e t r i c sm o d e l sw e r ee s t a b l i s h e df r o mas e to f k n o w ns a m p l e s ，a n dw e r et h e na p p l i e dt ot h ep r e d i c t i o n o ft h e s et h r e ep e s t i c i d e si nas e to fv a l i d a t i o ns a m p l e sw i t har e l a t i v ep r e d i c t i o ne r r o r ( p - p e r ) o fa r o u n d4 a n dl i m i t so fd e t e c t i o no f0 ，5 0 ，5 5a n d2 3n gi f o rc a r b a r y l ，p r o p o x u ra n dc a r b o f u r a n ，r e s p e c t i v e l y t h e 1 1 i p r o p o s e dm e t h o dw a sa l s os u c c e s s f u l l ya p p l i e dt od e t e r m i n et h ec o n t e n no f t h e s et h r e ec o m p o u n d si ns p i k e d f r u i ta n dv e g e t a b l es a m p l e s 、 p a r t 3 p h o x i mi sah i g h l ye f f e c t i v ea n d l o wt o x i c i r ec o n t a c ti n s e c t i c i d ea n di t s u s u a l l yu s e di np r e v e n t i n g u n d e r g r o u n dp e s t c a r b a r y li su s e df o rc o t o n ，f r u i t ，f o r e s t s ，n u t s ，a n do t h e rc r o p s ，a n di si n h e r e n t l yt o x i ct o h u m a n sb ys k i nc o n t a c t , i n h a l a t i o n ，a n d o ri n g e s t i o n t h i sp a r tr e p o r t st h ek i n e t i cd e t e r m i n a t i o no fc a r b a r y l a n dp h o x i mw i t ht h em a x i m u mw a v e l e n g t ha t412 n m ，o nt h eb a s i so ft h e i r i n h i b i t o r ye f f e c t o n a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ，u s i n ga c e 哆l t h i o c h o l i n ei o d i d ea ss u b s t r a t ea n d5 ，5 - d i t h i o b i s ( 2 n i t r o b e n z o i c ) a c i da s c h r o m o g e n i cr e a g e n t ，a st h ed i f f e r e n ti n h i b i t i o nc a p a c i t yb e t w e e nc a r b a r y la n dp h o x i mm a k e st h ev a r i a n c e o f t h ea b o v er e a c t i o nr a t ef o rt h e m ，t h ed i f f e r e n t i a lk i n e t i cd e t e r m i n a t i o no f t h e mi sp o s s i b l e p a n 4 o r g a n o p h o s h o r u sp e s t i c i d e sa r ew i d e l yu s e di na g r i c u l t u r ea n dt h e i rp r o p e r t i e sp r o v i d en u m e r o u sb e n e f i t si n t e r m so f p r o d u c t i o na n dq u a l i t yi n c r e a s e t h e i rp r e s e n c ei nw a t e ra n df o o dp o s e sap o t e n t i a lh a z a r dt oh u m a n h e a l t h ，a n df a s t ，r e l i a b l ea n de c o n o m i c a l l yv i a b l em e t h o d sa r er e q u i r e df o rt h e i rd e t e c t i o ni nt h ee n v i r o n m e n t a n di na g r o f o o dp r o d u c t s t h ea i mo f t h i sp r o j e c ti st oa n a l y z ep a r a t h i o n ( p t ) ，m e t h y l p a r a t h i o n ( p t m ) a n d f e n i t r o t h i o n ( f t ) b yk i n e t i cm e t h o d i na l k a l i n em e d i u m o h 。 = 2 4 1 1 0 m o l l ，t h e s et h r e ei n s e c t i c i d e s c a nb eo x i d i z e db yp e r o x i d eh y d r o g e n b yd e t e c tt h ea b s o r b a n c eo f p - n i t r o h e n o la tx = 4 0 0n l n f r o mf = 2 5 s t of = 3 0 2 5 s ( e a c hd a t af o ri s ) 。w ec a ng e tt s ek i n e t i cc l l r v ef o rd e t e r m i n a t i o n t h em u l t i v a r i a t ec a l i b r a t i o n m e t h o dw a su s e d 幻e s t a b l i s ht h em o d e lb a s e do nt h ek i n e t i cd a t a a n dw eh a v ed i s c u s s e dt h ee f f e c t i o no f t h e n u m b e ro fc o m p o n e n t st o r s d a tl a s tw e p u t t h i sm e t h o di n t o 廿l ed e t e r m i n a t i o no ft h r e e o r g a n o p h o p h o s r u si n s e c t i c i d ei ns p i k e dw a t e rs a m p l e s p a r t5 t h ea b s o r p t i o ns p e c t r ao f l u m i n o ls h o wt w ob a n d s ，o n ea t3 0 0n r na n da n o t h e ra t3 5 0n mi na q u e o u sm e d i u m as i n g l eb a n da p p e a r e da t4 1 2i l i i li nt h e c o r r e s p o n d i n ge m i s s i o ns p e c t r a o nt h ea d d i t i o no f o r g a n o p h o s p h o r u si n s e c t i c i d e ss o l u t i o na n dp e r o x i d eh y d r o g e nt ot h es o l u t i o nc o n t a i n i n gl u m i n o li nt h e a l k a l i n em e d i u m ，t h el u m i n o lf l u o r e s c e n c ei n t e n s i t yd e c r e a s e sa sac o n s e q u e n c eo fl u m i n o lf l u o r e s c e n c e q u e n c h i n gw i t h o u ta n yc h a n g ei np o s i t i o no rs h a p eo f t h eb a n d s t h er e a c t i o nr a t e so f t h e s ei n s e c t i c i d e sa r e d i f f e r e n tt oe a c ho t h e r , w h i c hm a k ei tp o s s i b l ef o ru st oa n a l y z et h e mb yt h ek i n e t i ct e n i q u e c h e m o m e t r i c s i sa l s ou s e df o rt h ed a t aa n a l y s i si nt h i sp a r t k e yw o r d s ：c h e m o m e t r i c s ；s y n c h r o n o u sf l u o r e s c e n c e ；k i n e t i c ；p e s t i c i d e i v a p p l i c a n t ：d o n g x i ac a o s u p e r v i s o rb yp r o f y o n g n i a nn i 附件二 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，涂了文中特别由翼以标注和致谢嚣琏方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写遘的研究成 果，也不包含为获得壶昌态堂或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料。与我一犀工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 糊一魏姆绷：碱占月7 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌盍堂有关保爱、髅用学幢论文的飙定，有权慑骜并向国家 有关部l 、j 或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和偌阅。本人授权直昌盍堂可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段傈 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 文作一：帖霈 签字同魏：抽缸幻 同 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翩签名；鳓 签字墨麓扣咖6 年6 月了晶 电话 ，邮编 第一部分化学计量学在有机农药残留分析中的应用 1引言 随着人口的增长及耕种土地的逐渐减少，农药在解决人民的粮食供应，促进农作物增收方面扮 演了不可缺少的角色。农药，是指用于防治、消灭或者控制危害农业、林业的病，虫、草和其它有 害生物以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成的或者来源于生物、其它天然物质的一种物质 或者几种物质的混合剂f l 】。正确使用农药可使粮食、棉花、水果增产f 2 1 ；对控制农作物病、虫、草、 鼠危害，促进产品高产优质，保证农业丰产丰收具有重要的作用f 3 。据估计，全国的粮食作物从生产 到储藏过程中，因病、虫、草、鼠的危害，损失至少2 0 - 3 0 ；棉花损失约1 5 ；水果、蔬菜则高达 2 0 3 0 。显然，2 1 世纪的农业仍离不开农药，对农药的研究、生产和使用将继续发展f “。 用化学药剂防治害虫可追溯到古希腊和古罗马时代。古希腊诗人h o m e r 曾提到燃烧的硫磺可作 为熏蒸剂。古罗马学者p l i n y 曾提倡用砷作为杀虫剂并言及用苏打和橄榄油处理豆科植物的种子。 早在1 6 世纪，我国己开始有限地使用砷化物作为杀虫剂。此后不久，从烟叶中提取的烟碱( 尼古丁) 也成功地用于象鼻虫的防治。通常认为，农药用于植保的系统研究始于1 9 世纪中叶。1 8 6 7 年，巴黎 绿( 一种不纯的亚砷酸铜) 开始被应用，该农药于1 9 0 0 年在美国注册，成为世界上第一个正式注册的 农药。】8 9 6 年，一位法国葡萄种植主将波尔多液( 硫酸铜和石灰的混合液) 用于葡萄藤时，观察到长 于近旁的黄色野芥的叶子变黑了。这一偶然发现，导致了除草剂的应用与研究。两次世界大战期间 及之后一段时间，各国对新农药的研制开发开创了现代有机合成农药的新纪元。第二次世界大战期 间，强力杀虫剂滴滴涕诞生于瑞十，有机磷杀虫剂在德国得到开发。1 9 4 5 年，氨基甲酸酯类除草剂 被英国人发现，而有机氯杀虫剂氯丹则在美国和德国首先应用。其后不久，氨基电酸酯类杀虫剂在 瑞士开发成功。 大规模农药工业的建立始于第二次世界大战末期，其主要标志是具有选择性的苯氧乙酸除草 剂、有机氯和有机磷杀虫剂等进入商品应用阶段。其后，1 9 5 5 1 9 6 0 年间，在瑞士歼发了三氨苯类除 草剂，在英国发展了季胺盐类除草剂。1 9 6 0 1 9 6 5 年期间，继敌草腈( d i c h l o b e n i l ) 、氟乐灵( t r i f l u r a l i n ) 和澳苯腈( b r o m o x y n i l ) 投入使用以后，还出现了几类新的作物保护药剂，其中最重要的是1 9 6 8 年出 现的内吸杀菌剂苯菌灵( b e n o m y i ) 及不久后在美国发现的除草剂草甘膦( g l y p h o s a t e ) 。英国和口本的 研究人员一直致力于拟除虫菊酯杀虫剂方面的研究，2 0 世纪7 0 年代后，多种用于田间的高效拟除虫 菊酯杀虫剂开始大量使用。2 0 世纪7 0 年代以来，农药研究侧重于寻找低毒、低残留的超高效农药新 品种，同时对作用机制、抗性机理以及其他许多理论问题的研究也成为该领域的热点，有些工作已 经达到分子水平i s , 6 1 。 我国的农药工业是新中国成立以后逐步建立和发展起来的。解放前，我国有机化学农药还是空 白，只有少量无机农药及天然农药产物。2 0 世纪5 0 年代初，六六六和滴滴涕等有机氯杀虫剂酋先在 我国投入生产。2 0 世纪5 0 年代末，开始建立有机磷杀虫剂的生产装置。2 0 世纪6 0 年代以后，除草 剂和杀菌素、内吸杀菌剂以及多种拟除虫菊酯相继投入生产，使我国的农药生产形成了多品种、门 类较为齐全的新格局。近4 0 年来。我国在农药研究方面也取得了长足的进步，相继开发了包括杀菌 剂、家用抗菌素、除草剂、杀虫剂和植物生长调节剂在内的1 5 种新农药。目前，我国已跻身于世界 第二大农药生产国。 农药种类繁多，分类的方法也各式各样。根据其在农业上的用途可分为杀虫剂、杀螨剂、杀菌 剂、杀线虫剂、杀软体动物剂、杀鼠剂、熏蒸剂、除草剂、植物生长调节剂等。其中以杀虫剂、杀 螨剂、杀菌剂和除草剂为常用。根据防治对象的不同，通常将防治害虫的农药成为杀虫剂，防治红 蜘蛛的称为杀螨裁，防治作物病菌( 包括真菌、细菌及病毒) 的称为杀菌剂，防治杂草的称为除草剂 ( 或除莠剂) ，防治鼠类的称为杀鼠剂l 。其中杀虫剂是应用最广、用量晟大的一类农药，根据化学成 分，杀虫剂又可分为有机氯杀虫剂、氨基甲酸酯杀虫剂、有机磷杀虫剂、拟除虫菊酯类杀虫剂和沙 蚕毒杀虫剂五种。氨基甲酸酯农药最近因具有高选择特性和弱持久毒性而得到更加广泛的应用，因 此其数量和质量都有超过其他农药的趋势川。 农药的发明和使用无疑大大提高了农业生产力，被称为农业生产的一次革命。中国是农业大 国，因此也是农药生产和使用大国。据国家质检总局数据显示，目前我国每年农药使用量约8 0 万吨 ( 制剂) ，屠世界第一位，农药生产总量从1 9 9 0 年起一直名列世界第二位，仅次于美国。由于长期和 大量地使用农药，尤其在开始时，人们对农药在自然界、生物体中的运动规律方面知识掌握不够。 同时也由于咀前对农药毒性的认识，局限于急性毒性方面，忽视了农药慢性毒害的严重性，致使一 些性质较为稳定、对人和牲畜又具有积蓄性慢性毒害的化学农药，污染了自然环境，并通过生物富 集和食物链，造成了它们在动植物体内，甚至在人体内积贮，出现了今日农药的公害问题，严重危 害人类的健康。因此，在农药使用时农药的毒性问题，农作物中残留农药对人和牲畜的慢性毒害是 不容忽视的【9 l 。特别是随着人们健康意识的增强，由某些农药及其代谢衍生物在环境中的不稳定性以 及对人和牲畜的致畸、致癌、致病、变性问题越来越受到人们的重视。 从2 0 世纪7 0 年代开始，世界各国为了保护其国民的身体健康和合法权益，逐步建立和完善食 品安全、卫生法规，对农产品中残留种类和限量要求日益严格。限量要求也从允许检出、不得检出 到停止使用，如联合国世界卫生组织已要求停止使用六六六、滴滴涕等1 6 种有机氯农药。有资料显 示，与世界其他围家相比较，以成年男子每目自膳食摄入六六六和滴滴涕量比较，我国远远高于世 界发达国家水平，六六六摄入量我国是美国的8 4 倍，日本的15 倍，滴滴涕摄入量我国是澳大利亚 的1 6 倍，美国和日本的2 4 倍”。农药质量的控制直接关系到入的身体健康和生命安全，因而农药 分析是农业样品分析领域中一个重要的组成部分。农药不仅与环境有密切关系，而且其质量对使用 后的效果好坏有直接影响k 因此农药分析更显其重要性。 农药残留分析是指对残留在复杂混合物中的痕量农药组分进行分析，需要精细的微量操作手段 和高灵敏度的痕量检测技术【l ”。5 0 年代农药残留量分析方法局限于化学法、比色法和生物测定法， 检测方法缺乏专一性，灵敏度也不高。5 0 年代末根据有机磷和氨基甲酸酯农药的毒理学原理，使用 胆碱酯酶抑制法，灵敏度高，适应性广，但缺乏专一性。6 0 年代后气相色谱技术得到飞速发展，许 多高灵敏的检测器开始应用，解决了过去许多难以检测的农药残留问题。7 0 年代末，特别是8 0 年 代，高效液相色谱的发展拓宽了农药残留的分析范围。目前在农药残留量测定技术中，薄层色谱也 是种重要手段【l ”。它常常可作为鉴定衍生物的辅助手段。在其它测定技术中，最近的还有超临界 流体色谱【1 4 】、电泳技术1 15 1 和电分析化学技术【”】，早期相关的综述也有些报道 17 - 1 9 】。光度法目前仍 在继续采用, n l 。现阶段，气相色谱仪是测定残留农药的主要手段口”，因此气相色谱技术的进展更 关系到残留农药测定技术的提高。由于它要求较高的工作温度，某些在高温下性质不稳定的农药就 不太使用此技术。液相色谱相比之下就优越得多l ，但由于它复杂的前处理技术以及检测器种类的 缺乏，这一测定技术目前不能比较广泛加以应用。另外，这些方法所需仪器昂贵、试剂消耗量大、 实验操作复杂、大多需要辅助预分离或衍生化。当然，色谱与质谱的联用是很可靠的新技术，但价 格昂贵，无法得到推广。因此研究和发展一些简单、易行、有效的分析方法是非常有意义的。 我们注意到，在目前的农药残留分析中，还存在以下两个问题：( 1 ) 生产者为提高使用效果，它 们一般都是被多种成分混合使用或添加，因此这些有害物质往往是以多组分共存的形式存在于农产 品或食品中，即需要测定的对象往往是一个多组分复杂体系。由于各个成分的化学性质较为相似， 在作分析测试时，它们的仪器测试响应量信号往往重叠而使各单个成分的含量测定成为较难解决的 问题。但在许多情况下，我们需要考察各种有害成分的毒性以及它们彼此之间的拮抗作用对毒性的 影响，了解各个成分在环境或产品中的降解情况，因此清楚了解各种成分的含量是非常必要的。其 2 实，化学计量学在这方面应该大有作为，而一些分析人员往往忽略了化学计量学方法的应用，忽略 了化学计量学强大的解析复杂体系问题的能力。( 2 ) 如前所述，在目前的许多测定方法中，较多地依 赖于高档的仪器和设备。而在我国目前的情况下，普遍推广使用较高档分析仪器进行农药残留的分 析测试在许多部门尚有困难。其实，只要实验条件安排合理和化学反应体系选择合理，利用一些较 低档的分析仪器的测试方法，例如电化学分析法、动力学分析法及一些生物技术，同样可获得较高 的灵敏度，从而完成食品中农药残留和其他有害物质的分析。 化学计量学( c h e m o m e t r i c s ) 方法是采用“数学分离”来取代或部分取代经典的化学分离的一种 方法，它可以不经化学分离而对复杂体系的测量信号进行解析，并且可以获得最大限度的定性和定 量分析方面的信息。它的产生和发展使分析化学进入了一个新的境界，使分析化学从单纯的“信息 提供者”转变为“问题的解决者”，如今，随着计算机科学的蓬勃发展，化学计量学也越来越受到 人们的重视，在有机农药残留分析中引入化学计量学可以消除部分背景干扰，分辨重叠波谱，揭示 波谱数据隐含的物质信息如结构、种类并使得相互干扰的多组分同时测定变得可能，推动了农药 残留分析的发展。 化学计量学在处理化学量测中的实验设计、数据处理、信号解析与分辨、化学分类决策及预报 等方面，解决了大量传统的化学研究方法所难以解决的复杂化学问题，显示了强大的生命力，目前 己受到化学工作者，尤其是分析化学工作者的极大关注。迄今已有多篇关于化学计量在分析测定应 用中的综述性论文口4 。2 ”。 化学计量学的内容1 2 ”主要有： 1 、建立在单变量基础上的统计学理论，统计学是化学计量学的基础内容之一。 2 、矩阵代数基础。要学好化学计量学，掌握线性代数和矩阵训算的基本方法是必要的。 3 、m a t l a b 语言的使用。由于计算机科学、应用数学及统计学的发展，出现了新一代的高级 语言m a t l a b 。它的出现为广大从事科研工作和工程技术的人员提供了全新的计算丁具， 它可将编程简化，直接通过简洁的矩阵算式来完成各种复杂的运算。 4 、实验设计及优化，这方面的内容包括正交设计、单纯形和方差分析( a n o v a ) 等。 5 、模式识别，包括主成分分析( p c a ) ，k 最近邻法和s i m c a 。 6 、多变量校正，包括多元线性回归( m l g ) ，经典最小二乘法( c l s ) ，主成分回归( p c r ) 和偏 最小二乘法( p l s ) 等。这一部分是化学计量学中最基本和最核心的内容。 7 、分析信号处理，包括滤波，平滑和求导方面的内容。 8 、波谱解析，包括目标因子分析( t f a ) ，秩消失法( r a ) ，广义秩消失法( g r a ) n 渐进因子分 析( e f a ) 等。 对于像农药残留这样的复杂体系进行解析，在发展有效的化学计量学方法的同时，在化学测量 手段及化学反应体系方面找到一些突破点也是至关重要的。本项目将利用现代生物技术、采用较为 普通及易推广的仪器分析技术，如荧光及紫外分光度法、动力学分析技术；结合人工神经网络、多 元校正等化学计量学方法研制开发一套高效、快速、精密度高，成本低的农药快速检测技术与方 法。在仪器测量信号采集中，尽可能获取并记录二维和三维数据，以最大限度地获取体系的化学信 息。所建立的方法可一次同时检测多种农药残留组分的含量，检测整个过程包括样品处理均较简 单，操作方便、快速。 2化学计量学在有机农药残留分析中的应用 2 1 杀虫剂 2 i 1 有机氯杀虫剂 3 有机氯杀虫剂是组应用较广的杀虫剂，在环境中不易分解、难氧化、毒性大，不溶或微溶于 水，而溶于脂肪及有机溶剂，在地上、水和物体中残留时间较长，并且可以通过大气和水的输送而 影响到区域和全球的环境，因此，它是高效、高毒和高残留农药，极易在环境中积累，并可通过事 物链富集，造成人体内分泌系统紊乱，生殖和免疫系统受到破坏，并诱发癌症和神经性疾病。 在土壤中滴滴涕可残留1 0 年，六六六可残留5 至6 年，狄氏剂可残留8 年，滴滴涕可被大气环 境和水径流带至地球的每个角落。全世界生产了约1 5 0 万吨滴滴涕，其中1 0 0 万吨左右仍残留在海 水中，我国土壤中积累的滴滴涕总含量为8 万吨。积累在土壤中的有机氯农药渗透流入地下，地下 水源也受到严重污染 3 0 j 。由于有机氯农药使用的历史较久，再加上它的稳定性，造成对自然环境和 人体的严重污染，已引起人们的广泛注意。 a g u i l a r 等口1 】应用响应曲面法结合d o e h l e r t 设计对周相微萃取条件进行优化，采用电子捕获检测 器气相色谱法分析自来水和e b r o 河水中的- 六六六、d 一六六六、林丹、七氯、艾氏剂等1 3 种有机氯 农药，结果显示大部分被检测的化合物都有较高的回收率。r e v i e j o 等1 32 】采用微分脉冲极谱法测定了 乳状介质中的有机氯农药，由于多组分的波谱重叠较严重，因此他们对3 5 种农药样品包括单组分、 双组分、三组分和四组分混合物进行化学计量学中的偏最小二乘回归模型校正，在p h 8 的乳化介质 中测定了4 种农药的混合物。为了验证该模型的准确性，对7 种“未知”农药混台物进行了分析， 结果可靠。 t o h 等口3 1 提出第一原理电子结构计算和神经网络算法分析滴滴涕杀虫剂类似物的活性的 各种作用，结果发现d d t 特殊原子位点上的电荷分布与它的毒性密切相关。该方法的研究对设计新 型杀虫剂以及新型无害的d d t 类似物有重要的意义。 2 1 2 有机磷杀虫剂 有机磷农药是继有机氯农药之后在我围大量使用的一类农药。它是我国目前使用范围最广、用 量最大的农药，具有杀虫谱广、残效期较短、价格低廉及抗药性不显著等优点，易于为广大农民所 接受。因此使得有机磷残留成为我国食物中农药残留最突出的问题p ”。 n i 等f 3 5 1 采用微分脉冲伏安法测定三种有机磷农药甲基对硫磷、杀螟硫磷和对硫磷。由于这三种 农药的伏安图谱干扰严重，作者分别用经典最小二乘法( c l s ) 、主成分回归( p e r ) 、偏最小二乘法 ( p l s ) 、卡尔曼滤波( k f ) 和径向人工神经网络( r b f a n n ) 五种不同的化学计量学方法进行篇析，结 果表明径向人工神经网络得到的相对预报误差最低，回收率最好。此外，将该法应用于蔬菜样品分 析，得到满意结果。t a u l e r 等【36 1 采用自动在线液固萃取提取天然水中痕量的农药，用高效液相色谱 联用二极管阵列检测器( h p l c d a d ) 结合多元自模型化曲线分辨法测定从天然水中洗脱下来的杀螟 硫磷、二嗪磷、倍硫磷等五种有机磷农药。实验表明，该法可以对天然水中0 1 1 峨几的农药残留进 行分析检测。b a c h m a n n 等鲫基于乙酰胆碱酯酶阻抑原理和入工神经网络化学计量学数据分析，利用 一个灵敏的多电极安培传感器快速检测了混合物中的对氧磷等杀虫剂。s a h o o 等【3 8 】将人工神经网络应 用于北卡罗来纳州乡村井水中农药的测定。实验对三种人工神经网络模型反向反传神经网络( b p ) 、 径向基人工神经网络( i 也f ) 和自适应神经网络- 带基模糊干扰系统( m 师1 s ) 进行比较，结果发现前者 要优于后两者。为了提高模型的预报能力，实验还对网络结构如隐含层数和它的节点数以及扩展系 数等条件进行了优化。z a h o u i l y 等【3 9 1 采用多元线性回归和人工神经网络对4 7 种杀虫剂的结构毒性关 系进行了研究并建立模型，将该模型用于2 0 种有机磷杀虫剂衍生物的预报结果表明，杀虫剂衍生物 的分子折光率和平面结构对它们的毒性有很大的影响。该实验方法对以后新型杀虫剂的设计有很大 的指导意义。s k o u l i k a 等【4 0 l 采用f t 拉曼光谱法结合单元和多元校正方法定量测定农药制剂中的甲基 对硫磷。 2 1 3 氨基甲酸酯杀虫剂 4 氨基甲酸酯类农药的结构特性是含有一个n 甲基基团，为白色晶体，难溶于水，易溶于丙酮、 二氯甲烷、氯仿、乙睛等，在碱性和高温条件下很易被水解，它具有分解快、残留期短的特点l 4 ”， 大多数的氨基甲酸酯类农药在施用很短时间内就可被降解成相应的代谢产物