（分析化学专业论文）三元杂多酸体系快速测定有机磷农药的研究.pdf

河南大学化学化工学院2 0 0 5 级硕士掌位论文 张国胜 摘要 农药的使用在给农业带来了巨大的经济效益的同时，也严重危害了环境和 人体健康，并且随着全球一体化和食品贸易国际化，农药残留已成为我国农产 品对外贸易争端的主要问题。因此找到一种方法灵敏、准确、快速、设备简单、 操作方便的检测农药残留的新方法成为我们分析工作者的重要研究课题。传统 农残检测方法通常耗时长、成本高、难以满足现场快速检测的需要。相对而言， 有机磷农药杂多酸体系则为有机磷农药的检测提供一种快速、简便、灵敏、准 确的新方法，本论文着重研究了荧光和共振光谱法速测有机磷农药农残的新方 法。以有机磷农药形成杂多酸，大杂多酸大阴离子与强荧光碱性染料罗丹明b 作用，形成离子缔合物，造成了罗丹明b 的荧光和共振光谱发生变化。以此为 依据，进行有机磷农药农残速测新技术的研究。具体开展的研究工作如下： 一、甲拌磷钨杂多酸的合成与表征 本研究是为利用杂多酸体系测定有机磷农药残留提供理论依据。在酸性介 质中钨酸钠和甲拌磷相互作用首次合成以甲拌磷为配位中心的甲拌磷钨杂多 酸，红外( 瓜) 和紫外( u v ) 光谱结构表征表明，该甲拌磷钨杂多酸具有k e g 星；i i l 结构，为杂多酸类化合物的合成以及有机磷农药的分析提供了新的思路。 二、三元杂多酸荧光猝灭法快速测定有机磷农药残留的研究 酸性溶液中，有机磷农药和钼酸钠相互作用能够形成杂多酸，该杂多酸与碱性 三苯甲烷染料罗丹明b ( 黜1 b ) 结合，形成了三元杂多酸，导致砒l b 荧光强度急剧 猝灭，据此建立了快速测定有机磷农药的新方法。在选定实验条件下，体系的 荧光猝灭强度与有机磷农药含量有良好的线性关系( r o 9 9 5 3 ) ，检出限( 3 0 ) s o 0 9 0 4n m o 帆。相对标准偏差 2 8 6 ，与气相色谱法对照，结果满意。 三、三元杂多酸共振散射法快速测定甲拌磷残留的研究 在酸性溶液中，甲拌磷和钨酸钠相互作用能够形成杂多酸，该杂多酸与碱 性三苯甲烷染料罗丹明b ( r h b ) 结合，形成了缔合物粒子，导致体系在九e 虮e m = 6 0 6 n m 共振散射( r l s ) 强度急剧增强，并产生新的r l s 光谱。在选定实验条件下， 甲拌磷浓度在o 4 3 2 0 0n m o l l 范围内，体系的r l s 强度与甲拌磷含量有良好 的线性关系( r = 0 9 9 7 7 ) ，据此建立了共振散射法快速测定甲拌磷的新方法，该方 法检出限为0 0 5 71 1 1 l l o 儿，加标回收率在8 2 5 一9 9 3 ，用于蔬菜样品中甲拌 磷残留量的测定，与气相色谱法对照，结果满意。 四、三元杂多酸体系测定食品中的痕量硼的研究 硼钼杂多酸能与罗丹明b 形成缔合物，导致罗丹明b 的荧光发生静态猝灭， 以此建立了荧光猝灭测定痕量硼砂的新方法。在九e x a e m = 5 4 0 彻5 8 2 呦，选 定的实验条件下，硼砂浓度在2 4 1 0 8 斗l 范围内，荧光猝灭强度与硼砂含量 成良好线性关系( r = o 9 9 8 2 ) ，检出限为1 4 2 “l ，加标回收率在9 1 3 一1 0 1 ， 相对标准偏差r s d 本人经河南大学审核批准授子硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全 了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，口p 河南大学有权向圉家 图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文( 纸质文 本和电子文本) 以供公众检索、奎阆。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校 学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手 段保存、汇编学位论文( 纸质文本和电子文本) 。 ( 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书) 学位获得者( 学位论文作者) 鍪名：兰益国缝 呐蠕年6al a 学位论文指导教师釜名：蔓叠生一 前言 随着农药品种日益增多，使用范围不断拓宽，加之人们对有害物综合治理 ( i p m ，i n t e g r a t e dp e s tm a n a g e m e n t ) 不够重视而导致农药的不合理不科学使用，农 药的管理不规范不严格，使得农药在保证和促进农牧业发展，满足人们对农副 产品需求的同时，最终也危及到人类健康和生态平衡，成为制约我国农产品出 口的一大瓶颈，造成了严重的经济损失。农药残留给食品带来的影响己受到普 遍重视，联合国食品法典委员会( f a o ) 对食品中的农药残留量作了十分严 格的规定。在我国亟待建立健全一套快速、准确、灵敏、简便、廉价的农药残 留现场速测分析技术。 常用的农药残留检测技术气相色谱、高效液相色谱法等需要昂贵的设备、 较长的样品处理和测定时间，实验条件要求苛刻，需要专业人员实验室检测， 不能进行现场速测。随着超高效农药的开发应用和待检样品量的增加，特别是 要求现场速测样品数量的增加，对分析的灵敏度、特异性和快捷性提出了更苛 刻的要求。传统的理化分析手段难以适应现代农药残留快速分析的要求。传统 的应用理化手段在实验室进行样品分析将为二级测试方法所代替，即先应用简 便、快捷的分析方法( 如酶抑制法、免疫分析、生物传感器等) 进行现场快速初级 监测，然后对初级监测中呈阳性反应的样品进行实验室确证，从而可大大减少 分析工作量，提高分析效率。 目前，在农药残留检测方法的研究中，快速检测方法的研究十分活跃，如 酶抑制法、免疫分析法与生物传感器分析法等。 其中，用于农残速测的免疫分析法的研究较为成熟。免疫分析法是基于抗 原抗体反应的特异性和敏感性，将抗体抗原反应与现代测试手段相结合的超微 量的分析法。免疫分析法具有操作简单、快速、灵敏度高、适合现场筛选等优 点，美国化学会( a o a c ) 已经将免疫分析与气相色谱、液相色谱同时列为农药残 留分析的三大支柱技术。但由于有机磷农药为小分子化合物( 分子量小于6 0 0 0 ) 、 河南大学化学化工掌院2 0 0 5 级硕士学位论文嗽国胜 不能直接产生抗体，所以抗体制备难度较大、并且抗体抗原反应受温度影响较 大，重现性差，抗体有特异性只适用于单一农药残留量的检测分析，而且农药 结构类似的农药或待测农药代谢物可能发生不同程度的交叉反应。 酶抑制法是目前研究十分活跃的一种对部分农药残留进行速测的技术，主 要原理是在定的条件下，有机磷农药对胆碱酯酶催化水解的功能有抑制作用， 其抑制率与农药的浓度呈正相关。酶抑制法检测技术虽具有方便、快速、成本 低等优点，但是不同胆碱酯酶对农药的反应不同，同一种胆碱酯酶不同异构体 对同一农药的反应相差也很大，会影响检测的专一性。胆碱酯酶常温保存下易 失活，需置入冰箱，使用中也容易失活，受温度影响较大。在一些含辛辣物质 的蔬菜中( 如萝卜、韭菜) 和一些菌类蔬菜中( 如蘑菇) 含有对胆碱酯酶有抑 制作用的活性物质，可影响检测结果，容易产生假阳性。 目前荧光光度法测定有机磷农药残留的研究较少，这是因为大部分有机磷 农药分子不具有产生荧光的化学结构和能量状态，不能直接荧光法测定有机磷 农药残留，一般利用有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用，b 萘酯可以被胆碱酯酶 酶解为萘酚，有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用，通过测定p 萘酚在一定时间 内荧光变化率来计算抑制率，对有机磷农药进行定量分析，具有方法简单、快 速的优点，但是反应物荧光效率低，灵敏度不高，该法对硫代磷酸酯类农药则 效果不佳。 本文研究发现，在酸性溶液中有机磷农药可以和钨酸盐或钼酸盐形成杂多 酸，该杂多酸是一种大阴离子，能够和具有大阳离子结构的碱性荧光染料结合 形成不溶于水的离子缔合物，从而造成荧光染料的荧光强度急剧猝灭，同时造 成了该反应体系形成新的共振散射峰。 本文着重进行了杂多酸体系中荧光和共振散射法检测有机磷农药残留的研 究。 2 第一章绪论 1 有机磷农药残留检测方法研究进展 有机磷农药作为一类高效、广谱的杀虫剂正被广泛地用于农业，但大量使 用后对人体健康和环境产生的危害也日益严重。有机磷农药对人和动物的毒性 作用比较大，绝大多数有机磷农药是剧毒的，它们经过皮肤、呼吸以及肠胃吸 收等途径进入人体后，对体内胆碱酯酶的活性产生抑制作用。因有机磷农药可 与胆碱酯酶迅速结合，形成磷酰化胆碱酯酶，使胆碱酯酶失去催化水解乙酰胆 碱的能力，结果使大量的乙酰胆碱在体内蓄积，导致神经处于过度兴奋状态而 出现中毒症状。为此，世界各国投入大量资金、人力和物力，一面加强无公害 绿色农药的研制开发和应用，另一方面制定愈来愈严格的农药残留限量标准来 控制食品中农药残留的质量，使食品的安全性得到提高。g b 5 1 2 7 1 9 9 8 食品中敌 畏、乐果、马拉硫磷、对硫磷最大残留限量卫生标规定：原粮中敌敌畏 o 1m 眺g 、 乐果郢0 5m g k g 、拉硫磷s 8m g l 【g 、对硫磷 o 1m g k g ，果蔬中敌敌畏 o 2 m 眺g 、 乐果s 1 0m 非g ，其余两种不得检出。 农药残留分析是在复杂基质中对目标物质进行定性和定量分析【。由于农 药残留水平一般在p 班g m g k g 之间【2 1 ，因此农药残留分析既要有精细的微量 操作手段，又需要高灵敏度的痕量检测技术。5 0 年代农药残留的分析法局限于 化学法、比色法、和生物检测法；检测方法缺乏专一性，灵敏度也不高。6 0 年 代色谱技术的发展使薄层色谱法在农药残留分析中广泛应用，而气相色谱的出 现推动了农药残留分析的高度发展。直到现在，气相色谱仍起着不可替代的作 用。8 0 年代以来对热不稳定、极性农药及其代谢物逐渐应用液相色谱法检测【3 1 。 目前，农药残留速测技术研究相对活跃，近年来在农药残留分析领域所取得的 重要进展和发展趋势有以下方面：样品提取和净化方法的简单化、微型化、和 自动化，检测方法更加灵敏、快速。本节就农药残留分析方法及其研究进展情 况作概述。 气 河南大掌化掌化工学院2 0 0 5 鲫h 页士掌位论文 张国胜 1 1 样品的前处理 农药残留的一般分析过程为提取一净化一检测。提取是指使用适当的溶剂 将待测物连同样品基质从固态样品中转移至易于净化和分析的液态。净化是指 将待测物与提取液中的干扰物分离。提取、净化是样品的前处理部分，也是最 重要的部分，它们决定着分析的准确性和重现性。由于组成复杂，基质与目标 物含量相差悬殊，且有降解物及代谢物等影响，从而增加了农药残留分析的难 度。对不同性质的不同被测物要采用不同的前处理技术。现代分析中提取、净 化己没有严格界限，可一步完成【4 】。 1 1 1 样品的提取 在农药残留分析的样品提取方法中，有漂洗法、匀浆法、索氏萃取法等。 匀浆法是将被测样品与萃取溶剂置于粉碎机中高速搅拌，以达到萃取完全的目 的，该方法较为常用。近年来又出现了一些新的提取技术，如，微波加热提取 法( m a e ) 、加速溶剂提取法( a s e ) 等1 5 1 ，这些方法克服了索氏提取法时间长、 有机溶剂用量大等缺点。 1 ) 微波加热提取法( m a e ) 微波加热提取法的原理是利用微波能加速溶剂萃 取并提高效率，使被测物从固体到半固体的样品基质中被分离出来。微波萃取 是在一个不吸收微波的封闭容器内进行的，样品内部的温度和体系压力都较高。 微波萃取装置目前已自动化，可自动控制萃取温度、压力和时间等。但是萃取 完成后，需等待萃取溶剂冷却，然后倒出溶剂，进行离心或过滤等操作。杨云、 李攻科等即l 用微波辅助萃取气相色谱，质谱联用法分别测定了蔬菜中的扑草净 及几种有机磷农药，回收率在9 2 5 9 9 ，5 之间。与传统的机械振荡萃取法相 比，回收率相当，同时具有操作简便、省时、省溶剂等优点。 砧加速溶剂提取法( a s e ) 加速溶剂提取法是一种新的提取方法，特别适于固 体半固体样品，该方法在较高的温度和压力条件下，用有机溶剂萃取。它的突 出优点是有机溶剂用量少、快速和回收率高。被美国e p a 选定为推荐的标准方 法，已广泛用于环境、药物、食品等样品的提取，特别运用于农药残留的分析【甜。 4 1 1 2 样品的净化 1 ) 基质固相分散( m s p d ) 基质固相分散是一种新的提取净化技术，其基本操 作是将样品与适量的固体基质( 硅胶、硅酸镁、c 1 8 、c 8 等) 一起研磨，混匀制 成半固态装柱，用合适的溶剂淋洗。基质固相分散法将样品的提取、净化一步 完成，避免了待测农药组分的损失。a i v o l c l l z i l e l a 等【9 】用m s p d 方法对柑橘类 水果样品进行处理，以结合c 8 的二氧化硅作吸附质，二氯甲烷作淋洗剂进行萃 取，然后用h l p c - u v 测定，回收率为7 4 8 4 ，检测限为o 1 5 0 2 5p 魄。 2 ) 固相萃取( s p e ) 固相萃取是一种非常重要的净化手段，它可以将农药从非 常稀的溶液中富集起来，更利于分析。固相萃取是根据物质极性的不同来进行 分离的。选择一定极性的填料将待分离样品过柱，使物质选择性地吸附于填料 上，然后再进行洗脱，从而达到分离净化的目的。常用的填料有硅酸镁、氧化 铝、硅胶等。刘长武等【1 0 】采用固相萃取代替传统的液液萃取技术和柱层析前处 理技术，使水果蔬菜中的2 5 种农药迅速得到分离、净化、浓缩。m j s 觚t o sd e l g a d o 等【1 1 】首先用石油醚和二氯甲烷萃取，然后以c 8 作填料用s p e 处理蔬菜样品，用 g c 进行测定，回收率为9 2 一1 1 5 ，检出限为2 呲l lp g l 【g 。m o m am i c h “1 2 】 用s p e 处理水果蔬菜等样品，然后测定，回收率为6 8 7 9 2 o ，检出限为 o 0 2 o 2 5p 眈取得了满意的结果。 3 ) 固相微萃取( s p m e ) 在固相萃取的基础上出现了固相微萃取提取净化技术。 固相微萃取实际上是固相萃取的微型化。它是一种非溶剂的提取净化手段，其 优点是将萃取、浓缩两个步骤合为一个步骤，操作简单，所需时间短，用样量 少，选择性强【i 孔。用固相微萃取处理蔬菜水果样品时，要求先用丙酮等溶剂萃 取样品，以获得好的结果。c h 印y i 1 等【1 4 】用s p m e g c e c d 测定了蔬菜中敌敌 畏，在优化的条件下，测得的回收率为1 0 6 ，检测限为1 op g l ，结果令人满 意。r a f a e lr o d r i g u e s 等1 1 5 】测定水果中的联苯酚、碘苯睛、毒莠定等农药，用s p m e 处理水果样品，然后用c e m s 测定，回收率达到9 4 ，检测限为o 0 2m g l 【g 。 4 ) 分子印迹合成技术( m i s r ) 分子印迹合成技术的原理是首先使被印迹的分 子与聚合物单体键合，然后将聚合物单体交联，再将印迹分子从聚合物中提取 5 河南大掌化学化工掌院2 0 0 5 级硕士学位论文 张国胜 出来，聚合物内部就留下被印迹分子的印迹。分子印迹技术可用于药物，农药， 蛋白质等各种化合物的分离。b j a n l ib j a n i l 邪o n 等【16 1 、j 1 1 i lm a t s u i 等【1 7 】分别合成 了以阿特拉津为模板的分子印迹聚合物，对氯代三嗪类除草剂进行富集提取， 取得较好的效果( 提取效率7 4 7 7 ) 。h i l m af e n 一1 8 】利用特丁津印迹聚合物对 环境水和底泥样品中的微量氯代三嗪类农药( 去异丙基阿特拉津、去乙基阿特拉 津、西玛三嗪、阿特拉津、扑灭津、特丁津) 进行选择性富集，除扑灭津外( 回收 率为5 3 ) ，所有的三嗪类化合物回收率都高于8 0 ，表明该聚合物具有较高的 选择性。 5 ) 超临界流体萃取( s l 咂) 近年来超临界流体萃取发展很快，它以超临界的 c 0 2 作淋洗剂，淋洗剂兼有气体的渗透能力和液体的分配能力。流出液中的c 0 2 在常压下挥发，待测物用溶剂溶解后可直接进行分析【4 】。超临界流体萃取可以通 过调节淋洗液的极性来提高萃取的选择性，以便萃取不同性质的残留农药。与 传统的溶剂提取方法相比，超临界流体萃取有很多的优点，首先，可以避免使 用大量的有机溶剂，提高了萃取的选择性，减少了分析时间，且可以实现自动 化。另外，超临界流体萃取可以采用固相吸附剂，提取、净化一步完成。提取 液较溶剂提取法“清洁”，可以直接用气相色谱质谱联用仪测定。s t e v e n j l e l l o t a ，1 9 】统计了来自7 个国家的1 7 个实验室用s f e g c m s 测定的蔬菜水果 上的农药残留的分析结果，都满足农药残留分析的要求。王建华等【2 0 】用s f e 对 蔬菜样品进行处理，在优化的条件下萃取只需十分钟。王建华等【2 1 1 用s f e - g c 测定水果蔬菜中多残留有机磷农药，样品与硅藻土混合，利用超临界c 0 2 提取， 乙酸乙酯收集，回收率为8 2 1 0 8 。n 0 b o n lm o t o h a s l i 【2 2 】总结了s f e 在农药 残留分析中的应用，并指出该法更适用于水果、蔬菜、生物组织等含水量高的 样品中极性农药多组分残留分析。 1 2 测定方法 农药残留的检测中，气相色谱和液相色谱技术有了长足的发展，起着不可替 代的作用，近年来新的检测方法，免疫分析法、酶抑制法，生物传感器分析法 6 第一章 绪论 等的研究十分活跃。 1 2 1 气相色谱法( g c ) 气相色谱法是农药残留分析中重要的方法。气相色谱法准确度及灵敏度高， 现在农药残留分析多数仍采用此方法f 2 3 。3 0 】。农药残留分析中，尽管前处理中净 化效果越来越好，但样品的干扰物难以避免，所以气相色谱一般采用选择性检 测器。e c d 是农药残留分析中对有机氯的测定最常用的检测器。n p d 因其对n 和p 具有良好的选择性，是测定有机磷农药和氨基甲酸酯类农药的常用检测器。 f p d 是一种高灵敏度和高选择性的检测器，主要用于含硫磷化合物。m s d 常用 作验证性技术，它既可以对复杂样品进行总离子扫描也可以进行选择离子扫描。 定量分析一般采用选择离子扫描( s m ) 。使用串联质谱可大大提高m s 的选择 性。j l m a n i n e z d a l 等f 3 l 】用g c m s m s 测定黄瓜、西红柿、西瓜等样品中残 留农药，只需简单的前处理，用二氯甲烷萃取后即可测定，回收率为7 1 1 1 9 ， 检测限小于ln g ，大大节省了时间，并且结果准确。 1 2 2 高效液相色谱( h p l c ) h p l c 常用于分析高沸点和热不稳定的农药残留。h p l c 在进行农药残留分 析时一般用c 1 8 、c 8 作填料，以甲醇、乙腈等水溶性有机溶剂作流动相的反相色 谱。它连接的检测器一般为紫外吸收、质谱、荧光、二极管阵列检测器和电化 学检测器【4 1 。段文仲等【3 2 1 用h p l c 和具有可变波长的紫外检测器测定了7 种农药 残留，结果均低于f a o 、阳o 对水果所要求的检测限。a i 、，a l e n z u e l a 等【l o 】用 m s p d - h p l c - u v 测定水果农药残留，检出限为o 1 5 o 2 5 g ，回收率为7 4 8 4 。h p l c m s 能够分析比较复杂的样品，是农药残留分析的重要方法。 1 2 3 免疫分析法( i a ) 免疫分析法就是将免疫技术与现代测试技术手段相结合而建立起来的一种 超微量测定技术【3 3 1 ，该法被列为9 0 年代优先研究、开发和利用的农药残留分析 技术。由于抗体专为抗原产生，所以专一性及亲和力强，因而方法灵敏。根据 采用的检测手段不同，可分为放射免疫法、荧光免疫法、酶免疫法【3 4 1 ，其中以 酶免疫法最为简单。近几年来很多农作物农药残留采用了酶免疫法。酶免疫分 7 河南大学化掌化工掌院2 0 0 5 级硕士掌位论文 张国胜 析法具有特异性强、灵敏度高、方便快捷、分析容量大等优点。免疫分析技术 在应用方面有一定的局限性，但由于此法可直接检测样品或仅需要简便的净化 步骤，作为现场的筛选仍是重要的手段。e u g e m a ，k a t s o u d a s 【3 5 1 用酶联免疫法测 定氨基甲酸酯类农药残留，检测限达到2p p b 1 2 4 酶抑制法( e i m ) 酶抑制法就是根据酶的活性受有机磷农药和氨基甲酸酯类农药的抑制而降 低的原理进行检测的。酶抑制法具有操作简便、快速、不需要昂贵的仪器设备、 测定方法易于掌握等优点，特别适于现场检测及大批量样品的筛选。许多学者 对利用乙酰胆碱酯酶进行农药的快速检测进行了大量的研究，同时在此基础上 开发出了农药速测卡【3 叼( 已经得到了广泛的应用) 、快速检测仪以及酶膜生物传感 器【3 7 】等，通过这些研究使酶法测定有机磷农药更加方便和快速。另外由于这些 速测法主要采用动物源乙酰胆碱酯酶或丁酰胆碱酯酶，但胆碱酯酶的价格昂贵， 不易获取，而且灵敏度较差，并且对各类不同有机磷农药检测的灵敏度不同， 重复性、回收率还有待提高。有些研究者尝试通过植物酯酶抑制法测定有机磷 农药也得到了良好的检测效果【3 0 1 。 1 2 5 生物传感器法 生物传感器通常是由一种生物敏感部件与转换器紧密配合，对特定的化学物 质或生物活性物质具有选择性和可逆响应的装置。传感器的生物敏感层与复杂 样品中特定的目标分析物之间( 如酶与底物，抗体与抗原) 的识别反应会产生 物理化学信号，转换成电信号后可放大记录。生物传感器包括酶传感器，组织 传感器，微生物传感器，免疫传感器等。农药残留分析常用的是酶传感器和免 疫传感器。 以丁酰胆碱酯酶为底物的酶生物传感器【4 l 】，当酶的摩尔浓度为2 5 1 0 。4 i n o l l 时，对硫磷的检出限3 3p l ，线性范围为3 3 1 2 o p l ，响应时间为 1 0 m i n ，分析时间 1 2m i n ；光纤免疫传感器可用于对硫磷的测定【4 2 1 ，其检测限分 别可达0 3p l ；刘展眉【4 3 】等以p v p 2 t m e d a ( 聚乙烯吡咯烷酮四甲基乙烯二胺 一c u c l 2 ) 涂敷的压电传感器监测有机磷农药，检测限可达l o 母g 。 r 1 2 6 荧光光度法， 目前用荧光光度法测定有机磷农药的研究相对较少。这是因为有机磷农药 由于分子结构等原因，自身不能发荧光。有机磷农药的快速测定方法中，大部 分都是利用有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用，通过p h 值或某些物质的颜色变 化来测定的，具有方法简单、快速，适合野外测定的特点，但是这些方法对某 些有机磷农药，尤其是磷酸酯类的有机磷农药的检测灵敏度较低。李亮亮m 】等 人研究发现：有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用，d 萘酯可以被胆碱酯酶酶解为 萘酚，有机磷农药的浓度越大，对胆碱酯酶的抑制越强，产生的b 萘酚越少， 则荧光的变化值越小，从而通过测定p 萘酚在一定时间内变化率来计算抑制率， 对有机磷农药残留进行定量分析。这种方法测定有机磷农药对磷酸酯类农药是 非常敏感的，最低检出限比用酶化学比色法提高2 3 个数量级，但是该法对硫 代磷酸酯类农药则效果不佳。 谭倍功【4 习等人用荧光光度法测定废水中的对硫磷和甲基对硫磷，检出限为 3 o p g l ，回收率为9 0 5 ；于彦彬f 蛔等用间苯二酚荧光法测定空气中的敌敌畏， 检出限为o 0 2 2m g 甩，检测范围为o 1 0m l 。 1 3 农药残留分析的发展趋势 农药残留检测中色谱法仍是一种重要的方法，随着上述及其它先进的样品 处理技术和高灵敏度检测器的出现，色谱技术会更趋于高效快速、灵敏，特别 是联机技术的发展将使农药残留的定性定量更加准确快速。酶抑制法及免疫分 析法以其快速、简便等特点将在农药残留的分析中发挥越来越重要的作用，目 前在这方面已进行了一定的研究工作，初步建立了一些监测方法，在此方面已 取得相当的成果。生物传感器响应快速灵敏并且可实现在线及现场检测，发展 生物传感器技术是农药检测技术的发展趋势。 从发展来看，农药残留的分析趋向于灵敏和快速，当然这要根据实际需要 而定。为了防止受农药污染的农产品进入市场，各国政府都在加强农药残留的 现场监测，因此需要快速高效的分析方法。利用色谱技术的传统实验室分析模 9 河南大掌化学化工学院2 0 0 5 级硕士掌位论文张国胜 式将被两步分析模式所代替，即先利用免疫技术、生物传感器、快速检测仪进 行现场检测，对呈阳性的商品进行实验室的检测确认。 2 杂多酸在分析化学分析中的研究进展 杂多酸是多酸络合物，含有不同酸酐的多酸可作为杂多酸中心形成体的元 素几乎遍布周期系各族【4 7 】。作为配位体的元素最常见的有钼( 以m 0 3 0 l o 或 m 0 2 0 7 2 形式) 、钨( 以w 3 0 1 0 2 或w 2 0 7 2 。形式) 和钒( 以v 0 3 。或v 2 0 6 形式) 等。在分 析化学中，主要是在酸性溶液中利用原酸如h 3 p 0 4 、h 3 a s 0 4 或h 2 s i 0 3 等，由于 其独特的结构和优异的性能，一直是无机化学中十分重要的研究领域，在催化、 分析、医药、材料及光化学等【4 8 】方面都具有广泛的应用。1 8 4 8 年s v 舭b e r g 等首 次将钼磷酸铵( n h 4 ) 3 p m o l 2 0 4 0 应用到分析领域，开创了杂多酸的分析化学。本 节就杂多酸在化学分析中的研究进展作一概述。 2 1 杂多酸在光度分析中的应用 借形成杂多酸进行无机元素测定的分析方法以光度法研究得较多、最活跃， 利用光度法已测定硅、磷、砷、铌、锗、铂、铈、钒、钛等多种元素，具有选 择性好、操作简便、精度高、检出限低等优点。 2 1 1 紫外可见分光光度法 杂多酸紫外一可见分光光度法包括钼蓝法与杂多酸碱性染料法，目前广 泛应用于痕量磷、砷、硅等元素的测定。痕量磷、砷、硅等元素能与钼酸根在 酸性介质中生成稳的杂多酸，经过还原剂还原为杂多蓝显色后，用于痕量元的 测定。1 9 5 9 年，砷锢蓝法就已经成为测定痕量砷的有效方法【4 9 删。m a r c z e n k 0 【5 1 】 利用磷钼蓝法测定痕量磷的研究表明，此法摩尔吸光系数( ) 可达3 1 0 4 l 1 n o l 一锄一；方卫民【5 2 】用赤霉素一二氯化锡混合液作为还原显色剂测定了废水 中的磷，可测定o 1 3m g l 1 p 0 4 孓。2 0 0 6 年李山等【5 3 】引入硫酸亚铁铵一果糖作 为混合还原测定了环境水样中的无机磷，可测定的p 0 4 3 在o 2 4m g l - 1 范围内， 解决了以往常用还原剂存在的磷钼蓝色泽稳定，本身易被氧化的缺点。王玉标 l o 等【矧引入赤霉素作新还原剂测定了钢样的砷，解决了氯化亚锡、硫酸肼和抗坏 血酸等传统还原剂色速度慢且还原剂易被空气氧化的问题。 碱性染料杂多酸多元缔合物分光光度法始于2 0 世纪4 0 年代【5 5 】，2 0 世纪6 0 年代碱性染料和硅钼杂多酸的显色反应以其高灵敏度和选择性备受人们关注 1 5 6 1 ，目前已被广泛应用于痕量元素的测定。碱性染料能与杂多酸结合形成高灵 敏度的碱性染料一杂多酸离子缔合物，比钼蓝法灵敏度提高一个数量级以上。 常用的碱性染料有结晶紫、罗丹明b 、乙基罗丹明b 、罗丹明g 型5 7 捌】等。贺晓 唯等【6 2 】在研究乙基罗丹明州钼杂多酸2 聚乙烯醇( p v a ) 超高灵敏显色体系 时，提出痕量砷测量的新的高灵敏分光光度法，是目前水相测砷的最灵敏方法。 2 1 2 荧光分光光度法 杂多酸荧光分光光度法对痕量元素的定量分析是利用杂多酸与罗丹明等的 荧光猝灭反应，荧光猝灭值在一定范围内与痕量元素含量成线性关系，该方法 常用于测定磷和砷，测定硅和钒的报道很少。1 9 9 5 年宋功武【叫研究了罗丹明 6 g 硅钼杂多酸形成离子缔合物的最佳条件，硅含量在0 o 0 2m g l 1 范围内有 良好线性关系，检出限为2 1 1 0 4m g l - 1 ，用此法成功地对铜合金及钢样中的硅 进行了测定，相对标准偏差小于1 4 ，宋桂兰【6 4 j 将钒钼杂多酸罗丹明6 g 荧光 淬灭法应用于痕量钒的测定，钒含量在0 0 1 1m g l - 1 范围内符合比定律，相对 标准偏差为1 9 6 3 3 3 ；刘保生【6 s 】等将吖啶橙引入到砷钼酸一罗明b 荧光猝 灭体系，利用此法成功测定了茶叶中的痕量砷，相对标准偏差为0 4 8 0 6 4 。 2 1 3 流动注射分光光度法 流动注射分析是将液体样品注入到流动的、非间断连续的载流( 由适当液体 构成) 中，在非平衡状态下高效地完成试样的在线处理与测定，因此流动注射分 析使得分析速度较普通光度法大大提高。m o t o m i z l l 等【删报道了磷钼杂多酸与罗 丹明6 g 荧光猝灭反应，并结合流动注射分析对痕量磷进行测定，捡出限低达0 1 p g l ：宋功武【6 7 】用流动注射荧光法研究了磷( 砷) 钼杂多酸与罗丹明6 g 的荧光猝 灭反应，利用此反应实现了不需要分离同时测定痕量磷和砷，分析速度达每小 时1 2 0 个样品。 1 l 河南大掌化学化工学院2 0 0 5 级硕士掌位论文张国胜 2 2 杂多酸在电分析中的应用 近年来，在杂多酸光度法得到进一步研究应用的同时，利用杂多酸的电化 学性质进行元素测定的分析方法也有了较大发展。一般而言，作为中心体的元 素大多不具有电活性，难以直接测定，而当形成杂多酸后，因杂多酸具有较强 的氧化还原性质，即具有了电活性，可用电化学分析法进行测定。目前，利用 形成杂多酸进行电化学分析已经提出了许多新的电化学测定体系和方法。这些 方法可大致分为极谱伏安法和电位法两类。 2 。2 1 极谱及伏安分析法 利用杂多酸的极谱伏安性质进行分析，是杂多酸电化学分析中的最重要课 题。许多离子通常情况下在汞电极上不具电活性，而它们形成的杂多酸通常为 电活性，可用于极谱及伏安分析。由于杂多酸在汞电极上具有吸附性质，因此 测定的灵敏度较高、检出限低。另外，利用形成杂多酸进行极谱及伏安分析还 具有方法简便、体系稳定等优点，在实际应用中有较广泛的用途，已成功地用 于硅、磷、砷、铌、锗、金、锆等元素的分析。张江螂】用硼钼杂多酸单扫描示 波极谱法测定水中微量硼，其峰电位( e p ) 为o 8 8v ，硼浓度在0 0 0 4 0 0 4p 咖l 范围内，峰高( h ) 与硼浓度呈良好的线性关系，检出限为0 0 0 2 l 咖l ；黄坚等【6 明 用硅钼蓝杂多酸极谱法测定氧化铁中二氧化硅，在峰电位为1 1v 处产生一灵敏 一阶导数极谱波。在2 5m l 溶液中，导数极谱波高与二氧化硅量在0 0 2 1 2 p g 呈线性关系，检出限为o 0 1 2p g ，相对标准偏差为o 4 6 o 6 2 ，回收率为9 7 。10 5 ；吴鸣虎等【7 0 】研究了亚硝酸根在磷钼镍杂多酸聚吡咯膜修饰电极上的伏 安行为及其含量测定，n 0 2 的浓度在1 o 1 0 5 1 o 1 0 2m o l l 范围内，催化峰 电流与n 0 2 。浓度呈良好的线性关系，检测限可达5 0 l 矿i n o l l 。 2 2 2 电位法 利用形成杂多酸的方法间接测定非电活性及难以用电化学方法测定的无机 离子，对于建立灵敏、简便的电化学分析方法提供了一条途径。文献【7 卜7 3 】将磷 铝杂多酸或掺杂的磷钼杂多酸修饰在碳糊电极表面，制成了对磷钼酸根具有能 1 2 斯特响应的电位型传感器。作者针对常规的碳糊电极在使用中重现性较差，且 碳粉粒易干燥脱落的缺点，制备了固体石蜡碳糊磷钼酸根化学修饰电极【7 4 1 ，同 样利用类似的方法制成了首支具有实用价值的固体石蜡碳糊硅钼酸根修饰电极 【7 5 1 ，并测定了矿泉水中偏硅酸根。此外，文献【7 6 ，7 7 】利用杂多酸作为动力学分析 中的指示物，用单扫描极谱法分别测定了b i 3 + 和p d 2 + 。 2 3 杂多酸在其它分析方法上的应用 2 3 1 原子吸收法 原子吸收分光光度法是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的 吸收强度来测定试样中该元素含量的仪器分析方法【7 引。1 9 6 7 年z a u g g 等【7 轴首次 提出杂多酸间接原子吸收分光光度法测定痕量磷的新方法，利用杂多酸的“化学 放大效应”，钼与磷的原子数之比1 2 ：1 ，因此钼对磷有很大的放大系数，加上有 机溶剂效应和萃取富集，使测定磷的间接法灵敏度比直接法高几个数量级。现 在杂多酸间接原子吸收分光光度法已广泛应用于各种痕量元素的测定，霍广进 等【8 0 】报道了用间接原子吸收分光光度法测定地表水中的砷，砷浓度在o 8 m g l 1 范围内符合比尔定律，相对标准偏差6 2 ；黄金萍等【8 l 】采用硅钼酸间接 原子吸收分光光度法测定四氧化三钻中的微量硅，该方法有很高的灵敏度，检 测限达o 2m g l 1 ，相对标准偏差为5 0 。s h i l i l 【i n 【8 2 1 用间接火焰原子吸收分光 光度法对水样中痕量磷的测定进行研究，用乙酸丁酯萃取杂多酸，测定磷钨钴( 锌) 杂多酸中钴( 锌) 从而间接测定了水样中的痕量磷，检测限达1 6 7p g l - 1 。 2 3 2 高效液相色谱法 高效液相色谱法是二种高效的分离和检测方法，目前用该方法研究杂多酸 的报道较少。李南勤等【8 3 】进行色谱法研究杂多酸v 杂多酸的胶束液相色谱分析， 研究了杂多酸阴离子在正丁胺柠檬酸盐胶束液相色谱中的保留行为，考察了胶 束浓度、有机修饰剂种类和含量、柱温、p h 值等因素对杂多酸阴离子保留行为 及柱效的影响，与反相离子对色谱比较，本体系具有柱效高等优点，这对分离 有较大分子量的杂多酸是有利的。运用此方法进行杂多酸定量分析，得到满意 河南大掌化学化工学院2 0 0 5 级硕士掌位论文张国胜 的结果。胡玉才【8 4 】进行了杂多酸盐催化苯酚羟基化制备苯二酚反应产物的反相 高效液相色谱分析，在s h i m - p a c kc l co d s 色谱柱( 4 6 咖i d l5 0m m ，5 “m ) 上，以甲醇一水( v ( 甲醇) ：v ( 水) = 3 5 ：6 5 ) + 体积分数1 乙酸为流动相，流速1 0 m l m i n ，柱温为4 0 ，紫外检测波长2 8 0 狮，8m i n 内可以将对苯二酚、邻苯 二酚和苯酚完全分离并定量，三者的线性范围分别为0 0 l o 6 0 ，o o l o 5 0 ， o 0 5 1 0 0m m l 。 1 4 课题的提出 传统的农药残留检测技术一气相色谱、高效液相色谱等应用广泛，其检测 的灵敏度和准确度较高。但是这些检测方法需要昂贵的设备、较长的样品处理 和测定时间，检测费用高，不适于现场速测。处理样品时耗费大量有机溶剂， 造成了环境污染且危害操作人员的身体健康。 农残速测技术中，免疫分析法研究较为成熟。免疫分析法是将抗体抗原反 应与现代测试手段相结合的超微量分析法。免疫分析法具有操作简单、快速、 灵敏度高，但开发过程需要投人大量资金、抗体制备周期长、难度大、抗体只 适用于单一农药残留量的检测分析，并且试剂有效期短，温度要求严格。 酶抑制法研究十分活跃，具有操作简便、快速、灵敏、高选择性、设备简 单等优点，但是酶试剂价格昂贵、常温下容易失活，方法重现性较差，应用范 围较窄。 生物传感器通常是由一种生物敏感部件与转换器紧密配合，对特定的化学物 质或生物活性物质具有选择性和可逆响应的装置。相对于其它分析方法，生物 传感技术具有体积小、成本低、灵敏度高、选择性及抗干扰能力强和响应快等 优点。但是生物传感器存在温度要求高、方法重现性较差、回收率低、应用范 围窄的缺点。 现有荧光光度法具有回收率高、成本低、方法重现性好、操作简便、快速、 仪器要求简单等优点，但是由于反应物荧光效率低，目前该方法存在应用范围窄、 选择性较差、灵敏度低的缺点。 鉴于以上因素，本论文将着重研究利用杂多酸化学性质的高活性，开发新的 高灵敏度、操作简便的测定有机磷农药残留的新方法，主要研究如下： 一、进行甲拌磷钨杂多酸的合成与表征，探索甲拌磷钨杂多酸合成方法，并 对合成物结构进行表征，为应用该杂多酸体系测定有机磷农药残留提供理论依据。 二、对荧光猝灭法快速测定有机磷农药残留进行研究，拟利用杂多酸体系 的高活性，以高荧光效率的罗丹明b 为荧光试剂，讨论各种试剂用量和酸度对 1 5 河南大学化学化工学院2 0 0 5 级硕士掌位论文张国胜 反应体系的影响，并且与标准方法进行比较，研究荧光猝灭法快速测定有机磷 农药残留的可行性。 三、对三元杂多酸共振散射法快速测定甲拌磷残留进行研究，研究杂多酸 阴离子和罗丹明b 阳离子形成疏水性离子缔合物的条件，进而讨论了共振散射 法快速测定甲拌磷残留的方法，并且与标准方法进行比较，研究该方法的可行 性。 ， 四、对杂多酸体系的其它荧光法测定进行研究，建立三元杂多酸荧光猝灭 法测定食品中硼砂的新方法。 1 6 第一章 绪论 参考文献 【l 】赵云峰，陈建民，王绪卿食品中农药残留分析方法的研究进展国外【j 】医学卫生学分 册，1 9 9 8 ，2 5 ( 3 ) ：1 7 3 1 7 7 【2 】冯秀琼农药残留分析技术进展概况【j 】农药，1 9 9 8 ，( 2 ) ：8 1 0 【3 】郑和辉，吕静农药残留检测技术进展概况【j 】农药科学与管理，1 9 9 7 ，6 2 ( 2 ) ：l 1 2 【4 】仲维科，郝戬，樊耀波食品农药残留分析进展【j 】分析化学，2 0 0 0 ，2 8 ( 7 ) ：9 0 4 9 1 0 【5 】杨曼君农药残留分析中的提取新方法 j 】农药科学与管理，2 0 0 0 ，2 l ( 1 ) ：1 3 1 5 【6 】杨云，栾伟，李攻科微波辅助萃取广气相色谱一质谱联用测定蔬菜中的扑草净【j 】分 析试验室，2 0 0 3 ，2 2 ( 4 ) ：7 5 7 7 【7 】杨云，张卓曼，李攻科，等微波辅助萃取气相色谱质谱联用测定蔬菜中有机磷农 药【j 】色谱，2 0 0 2 ，2 0 ( 5 ) ：3 9 肛3 9 3 【8 】王立，汪正范，牟世芬，丁晓静编著色谱分析样品处理【m 】北京：化学工业出版社 2 0 0 l ，1 1 2 1 1 6 【9 1 刘长武，刘风枝，翟广书，等蔬菜水果中2 5 神有机氯农药残留快速检测方法【j 】农 业环境保护，2 0 0 3 ，2 3 ( 4 ) 5 6 5 5 6 8 【l o 】a i 、r a l 吼z i l e l a ，r 。l d 阚1 z 硫，m j r e d d o 锄dq f 傩d m a t r i 】【鳓i d - l h 觞ed i s p e 珞i m i c r o i 瞩仃a c d 锄dd e t a l n i n a t i b yh i g l l - p 朗f o 衄强c el i q u i dc h 瑚a t o g m l ) h ) r1 i t l lu v 拟e c 6 伽o fp e s t i c i d e 懈i d u ei i lc i 缸瑚加i t 【j 】j 伽棚a lo fc h 砌聊t o g r a p h y a ，1 9 9 9 ， 8 3 9 ( 1 2 ) ：l o l 1 0 7 【1 1 】m j s a n t o sd e l g a d 0 ，s r l l b i ob 锄s o ，g 1 0 l e d 锄o f e m 锄d 铭t o s t a d o 锄dl m p o l 伊d i 铊 s 诎i i l 时s t l l d i e so fc a i b 觚m t ep e s t i c i d 髓锄d 锄a 1 ) ，s i sb yg 嬲c h 删m t o g r a p h y 谢t hn 锄e i 鲫函6 觚dn i 仃o g - i h o s p h o m sd c t 石【j 】j o 瞰l a lo fc h 删脚岫g r a l h ) ra ，2 0 0 l ， 9 2 l ( 2 ) ：2 8 7 2 9 6 【1 2 】 m o n i l 【am i c h e l ，b o g i l s l a wb u s z e w 幽肿l cd e t e n i l i l l a t i o no fp e s t i c i d er e s i d u ei s o l a 伽 劬啪f 0 0 dm a t r i c e s 【j 】j o 啪a lo fi i q u i dc h r o i n a t o g r a p h y & r e l a 6 e dt 础n o l o g i 鹤， 2 0 0 2 ， 2 5 ( 1 3 1 5 ) ：2 2 9 3 2 3 0 6 【1 3 】耿昱郭寅龙固相微萃取气相色谱质谱联用技术在农药残留分析中的应用【j 】分析 测试技术与仪器，2 0 0 l ，7 ( 1 2 ) ：2 3 叽2 3 5 【1 4 】c h e n ，y r i ，i ，s u ，、7 i s o n g d e t i 锄i i l a t i o no fd i c h l o i v o sb yo n - l i i l em a ec 伽p l e dt o h 髓d s p a c es p m e 姐dg i e c d 【j 】j 0 u m a lo fc h r o m a t o 鲫h ya ，2 0 0 2 ，9 7 6 ( 1 2 ) ： 1 7 河南大掌化掌化工学院2 0 0 5 级硕士学位论文 张国胜 3 4 9 3 5 5 r a f a e l r o “g l l e s ，j o r d im 锄e s ，y o l 觚d ap i c o o 昏l i i l es o l i d - p h 勰em i c