（分析化学专业论文）粮谷中氨基甲酸酯类农药残留的高效液相色谱串联质谱测定方法研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 氨基甲酸酯类农药具有活性广、分解快、高效、选择性强等特点，是当前广 泛使用的农药种类之一。随着该类杀虫剂使用量及范围的加大，其在作物中的残 留以及对人类健康和环境造成的毒害也越来越为人们所关注，国际上各国先后制 定了谷物中多种氨基甲酸酯类农药的最大残留限量，使我国粮谷出口面临越来越 多的技术壁垒。因此，建立一种分析粮谷中氨基甲酸酯类农残的简便、快速、高 灵敏度的检测方法是迫切而有重要的实践意义。高效液相色谱串联质谱联用技 术是近些年来发展很快的分离分析技术，具有很高的选择性和灵敏度，对复杂基 体中的农药残留具有很强的定性能力，准确度高，是目前超痕量农残分析的首选 方法。本论文主要研究了粮谷中9 种氨基甲酸酯类农药的h p l c m s ，m s 测定方 法。选用乙腈对粮谷中的氨基甲酸酯进行提取；样品经中性氧化铝固相萃取小柱 净化；然后采用h p l c e s i ( + ) m s m s 测定。 氨基甲酸酯类农药的官能团中有羰基，大多数氨基甲酸酯类农药都有苯环， 根据“选择性分子间作用力”的基本观点，如果固定相有相似的结构，将使被分 离组分与固定相的作用力增强而有利于该类组分的分离。为此，我们选择结构上 较为相近的苯磺酰基为特殊官能团，合成了含苯磺酰基的键合固定相，并初步考 察了其色谱性能。 第一章，综述了氨基甲酸酯类农药的残留分析研究现状，对各类基体中氨基 甲酸酯类农药的提取、净化、测定方法等研究现状进行了详细的介绍和比较。针 对液质联用中普遍存在的“基体效应”查阅了相关文献，总结了其来源、产生机 理、对分析结果的影响以及补偿的方法。 第二章，研究并建立了粮谷中9 种氨基甲酸酯类农药的h p l c m s n 订s 分析 方法。主要考察了提取溶剂、净化方式对氨基甲酸酯回收率的影响：考察了流动 相组成对氨基甲酸酯的分离、质谱响应信号的影响：考察了不同质谱条件对方法 灵敏度的影响。实验结果表明，乙腈对9 种农药的提取效率最高；中性氧化铝固 相萃取小柱能有效除去粗提取物中的大部分杂质；甲醇乙酸铵溶液( 5 i m 0 1 l ) 流动相体系能基本分离各农药，各农药在其中有较好的质谱响应值。 第三章，考察了“基体效应”对分析结果的影响，发现基体效应的存在对分 浙江大学硕士学位论文 析方法的灵敏度、重复性、定量测定等产生很大的影响。并考察了不同的补偿基 体效应的方法，实验结果表明，优化质谱条件、调整色谱分离体系、增加样品净 化步骤等均能有效抑制基体效应，使用基质匹配标准曲线定量能有效校正基体效 应的影响。 第四章，合成了含苯磺酰基的键合固定相，并用红外光谱、扫描电镜等对其 进行表征，以甲醇乙酸溶液( p h = 4 5 ) 二元流动相体系初步考察该固定相的色 谱性能。色谱评价结果表明，该固定相对极性物质的保留作用有所减弱，但分离 性能、稳定性等有待提高。 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t n m e m y lc a r b a m a t e sa r eo n ek i n do f 恤em o s t 讲d e l yu s e dp e s t i c i d e sn o w d a y s ， d u et ot h e i rb r o a ds p e c u mo fa c t i v i t y ，r e l a t i v e l yr a p i dd i s a p p e a m c e ，e 丘b c t i v e n e s s a 1 1 ds e l e c t i v i 够w i mt h ei n s c r e a s i n gu s eo ft h ep s e t i c i d e sb o t hi na m o u n ta 1 1 di n s p e c 啪，m o r ea 砒e m i o ni sg i v e nt or e s i d u e si nc m p sa i l d 也e i rh 黝so nh l m h e a l t l la n dt h ee r i r o r 1 e m m a i l yc o u n t r i e sh a v ee s t a b l i s h e d 也em a l n ) 【i u mr e s i d u e l i m i t so fc 舶锄a t e sf o rg r a i n s ，m a l ( i n go u rc o u n 廿yf a c e d 、j v i mm o r et e c l l i l i c a l b 删e r so f 乒a j ne x p o n t h e r c f o r e ，i ti su 增e n ta n ds i g i l i f i c 蛆tt oe s t a b l i s has i l n p l e ， r a p i d a 1 1 ds e l e c t i v em e t h o dt od e t e r m i n ec a r b 锄a t er s i d u e si n g r a i n s h i 曲 p e r f b 锄a 1 1 c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y d e mm a s ss p e c 仃o m e 仃ya sa i le f f i c i e n t 删y t i c a lt e c h i l o l o g y ，i sd e v e l 叩i n gv e r yf h s t 廿1 e s ey e a r s nc a na c l l i e v ee x c e l l e l l t s e l e c t i v 蚵a 1 1 ds e n t i v i 吼w i t hi t sp o w e r f l l lq u a l 洲v ea b l 埘a l l dm 曲a c c 哪“h a s b e c o m et l l em o s tp r c f e r e dt c c l l n o l o g yf o rt h eu l t r a t r a c e a 1 1 a l y s i so fp e s t i c i d e si n c o m p l e xm a t r i c e t h ep r e s e n tw o r km a j o r l yf o c u s e so nt 1 1 es t u d yo fh p l c m s m s m e t h o df o r t h ed e t e r i i l i a t i o no fn i n ec a r b a i i l a t ep e s t i c i d e si ng r a i n s t h ec a r b a n l a t e s w e r ee x t r a c t e dw i t ha c e t o n i t r i l e ，c l e a i l e du p 谢t l la l u m i n a - ns o l i dp h 粥ee x t r a t i o n ( s p e ) c 叫删g e s ，a n dd e t 锄i n e db yh p l c - e s i ( + ) - m s m s t h e r ei sc a r b o n y lg m u pi nt h er m c t i o n a lg r o u po fc a r b 眦a t e s ，a i l dm s to ft h e c a r b a m a t e sh i v eap h e r l y lg r o u p b a s e do nt h eb a s i cv i e w p o i n to f “s e l e c t i v e i n t e r c o u r s eb e “v e e nm o l e c u l e s ”，i ft l l es u b s t a l l c ew h i c hn e e d st 0b es e p a _ r a t e dh 船a s i m i l a rs m l c t l l r e 、v i m 1 es t a t i o n a r yp h a s e ，i tc a nb eb e t c e rs 印a r a t e db e c a u s eo fi t s e 1 1 1 1 a 1 1 c e di n t e r c o u r s e 、i t ht h es t a t i o n a r yp h a s e s o ，w ec h o o s eb e n z e n e s u i f o n y l ，w h i c h h a saas i r n i l a r 曲m c t u r ew 曲也ec a r b 锄a t e s ，a sas p e c i f i cf 嘶c t i o n a lg r o u pa n d s ) ，l l t h e s i z e d a s t a t i o n a r yp h a s ew h i c hc o n t a i n e db e i l z e n e s u l f b n y l群o u p n l e c h r o m a t o 乒印h i cp e r f - o n n a n c eo f 1 es t a t i o n a r yp h a s e 、v a sp r i m 撕1 ye v a l u a t e d i nc h 印t e r1 ，t h er e s e a r c hs t a t u so fc a r b a m a t er e s i d u e sa n a l y s i sw a ss u m m a r i z e d t h ee x t m c t i o n ，c l e a n u pa n dd e t e n n i n a t i o nm e t l l o d so fc a r b 锄a t e si nv 砌o u sm a i x 、v e r e p r e s e n t c da n de v a l u a t e d i nd e t a i l b a s e do ns o m el i t e r a t t l r e r e v i e w s ， a 塑垩查兰塑主堂垡堡塞 一 c o m p r e h e n s i v es u m m a r yw a s m a d ec o n c e m 血gt 1 1 eo r i g i n s 趾dm e c h a i l i s m so f m a 舡i x e n b c t s ，i t sc o n s e q u e n c e sa n dt 1 1 ep o s s i b l ew a y so fc o m p e n s a t i n gi t i nc h 印t e r2 ，am e t h o df o rt h ed e t e 衄i 趾t i o no fn i n ec m 锄a t er e s i d u e si ng r 咖s b yh p l c m s m sw a ss t u d i e sa n de s t a b l i s h e d t h ei n u e n c e so fe x t r a c t i o ns o l v e n t a n dc l e a l l u pm e a n so n 廿1 er e c o v e r i e so f t l l ep e s t i c i d e sw e r es m d i e d ；t h em o b i l ep h a s e c o m p i s “i o no n 也es e p e r a t i o na n dm a s ss p e c 仃1 ) m e t r i cs i g i l a lr e s p o n s e o fm e p e s t i c i d e sw a sc x a m i n e d ；t h ei n n u e n c eo fd i 船r e n tm a s ss p e c 怕m e t r i cc o n d m o n s0 n 也es e n s i t i v yo fm em e m o dw a sa l s os t i l d i e d 1 kr e s u l t ss 1 1 0 w e dt h a ta c e t o l l i 砸1 eh a d m eb e s te 咖t i o ne 伍c i e n c yo nm en i n cc 舶锄a t e s ；a l 啪i a - ns p ec a 耐d g ec o u l d e 矗e c t i v e l ye l i m i n a t e sm o s to fm ei m p u r i t i e s 矗d mt h ec n l d ee x t r a c t ；m em o b n ep h a s e c o m p o s e do f m e t l l a n o l a m m o n j u ma c e t a t es o l u t i o n ( 5 m m o l l ) c o u i ds e p e r a t em o s t o f t h ep s e t i c i d e s 姐dt h ep s e t i c i d e ss h o w e dg o o dm a s ss p e c t r o m e t r i cs i 鲈a lr e s p o n s e si n i t i nc h 印t e r3 ，t l l ec o n s e q u e n c e so f m 嘶xe 航c 俘o nt l l ea n a l ”i c a lr e s u l t sw e r e e v a l u a t e d ，r e 刚t ss h o w e dm a t t 1 1 ee x i s t e n c eo fm a t r i xe f r e c t sh a dt oah i 曲e x t e n t 锄 a d v e r s ee 矗1 c c to nd i f f b r e ma s p e c t so ft 1 1 em e 廿1 0 d ，s u c ha ss e n s i t i v i t y ，r c p e a t a b i l i 饥 q u a m i 丘c a t i o na 1 】ds oo n d i 伍；r e n tw a y so fc o m p e n s a t i n gm 枷xe f f 宅c t sw e r ea l s o s t u d i e d r e s u l t sd e m o n g 仃a t e dt h a t ：t h m u g hm o d i 母i n gm a s ss p e c t r o m e t r i cc o n d i t i o n s ， 曲p r o v i n gr e t e m i o na 1 1 ds 印e r a t i o n ，t h m u 出am o r ec x t e n s i v es 锄p l ec l e a i l u p ， m “xe f 奄c t sc o u l db es h a r p l yr e d u c e d ，t l l ee m p l o yo fm a 啊x m a t c h e dc a l i b r a t i o nj n q u a n t i f i c a t i o nc o l l l de f i e c t i v e l yc o m p e n s a ：c em ee 髓c t so f m a t d xc o m p o n e m s i nc h 印t e r4 ，ab e l l z e n e s u 蜘n y lb o n d e dp h a s ew a ss y n m e s i z e 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随着生活水平和健康意识的提高，人们越来越重视农药残留问题，对氨基甲 酸酯类农药残留的测定也给予了越来越多的关注。同时，农药残留分析方法也在 发展与进步，人们在氨基甲酸酯类农药的不断应用过程中，已经对一些不同介质 ( 如水、土壤、水果、蔬菜等) 中氨基甲酸酯类农药及其代谢产物测定进行了相 关的研究。 1 1 1 样品前处理 土壤及植物样品中氨基甲酸酯类农药( 以下称n m c s ) 残留的分析，传统的方 法是加有机溶剂后用一些物理方法( 如振摇、索氏提取) 等提取，然后经过净化除 去干扰物，最后进行分析。最常用的提取试剂文献报道有二氯甲烷、石油醚、甲 浙江大学硕士学位论文 醇、丙酮、乙腈、丙酮二氯甲烷【5 1 、乙酸乙酯捌、乙醇一乙酸乙酯【7 1 等。最 常用的净化步骤是液液分配( l l p ) 后经柱层析或固相萃取( s p e ) 净化。l l p 常用 的溶剂有二氯甲烷、石油醚、己烷和乙腈，柱层析常用的材料有氧化铝、硅胶、 活性炭、f 1 0 r i s i l 和c e l i t e - n u c h a r ，常用的s p e 小柱有c 1 8 和氨基丙基键合硅胶。 l _ 1 1 1 样品提取 虽然n m c s 在一般的有机溶剂中都有较大的溶解度，但在选择提取溶剂时 应保证提取效率，特别是在多残留分析中要保证对每一种被测物都有较高的提取 效率。在保证提取效率的前提下尽量选择低毒、环境友好的溶剂。在提取方式上， 传统的方法如振摇【5 】、索氏提取等被普遍采用，但有耗时较长，消耗有机溶剂较 多等不足。近几年来，已逐渐被均质法、加速溶剂萃取( a s e ) 【8 1 等取代，这类新 方法快速、溶剂消耗量少。特别是a s e 方法，是一种全新的处理固体和半固体 样品的方法【9 】o ，该法是在较高的温度和压力条件下，用有机溶剂萃取。它的突 出特点是有机溶剂用量少( 1 9 样品仅需1 5 m l 溶剂) 、快速( 一般为1 5 m i n ) 和回收 率高。在处理土壤、粮谷或其它农产品时，该法是最佳方式之一。 1 1 1 2 样品净化 传统的净化手段是反复的液液萃取，手续复杂、耗时、有机溶剂消耗量大。 笔者在实验中发现：对谷物样品中9 种n m c s 进行多残留分析结果显示，使用 l l p 法时，极性较大的组分如硫双灭多威、灭多威的回收率偏低，这可能时极性 较大组分因在有机溶剂中有不利的分配系数，在液液萃取过程中损失较大。 柱层析也是传统的净化手段，层析柱填装方便，使用成本较低，如常用的氧 化铝、f 1 0 r i s i l 、活性炭等能有效除去色素、脂肪或其他天然物质。但柱层析法使 用的淋洗溶剂量大，时间消耗长，且柱材料预处理、柱子填装等因素均会对实验 结果产生影响，导致实验重复性欠佳。如不同批次活化处理的柱填料在性质上略 有差别，会影响分析结果重复性；柱子填装得好坏与否也会影响被测物的回收率； 而且柱层析使用的填料量相对较大，填料中的杂质部分会被淋洗溶剂冲洗下来， 随被测物浓缩后进样，会产生较大的干扰，这种现象在低浓度( 如添加1 肚麟g 浓 度水平1 分析时尤其突出，故在超痕量分析时此法并不可取。 浙江大学硕士学位论文 固相萃取方法( s p e ) 具有消耗溶剂量少、对样品污染少、处理时间短等特点， 目前已成为纯化样品中待测成分的有效方法。近几年来，对n m c s 及其代谢物 的分析逐渐采用s p e 小柱取代传统的液液分配和柱层析法对样品进行净化和富 集。以下是几种不同的固相小柱的应用情况：( 1 ) 在用高效液相色谱紫外检测分 析前，用f i o r i s i l 和c 1 8 固相萃取净化柱双柱净化大米样品j ，用c 1 8 小柱对水 样或酒样进行前处理i ：1 2 1 ；( 2 ) w a t e r sh l b 小柱用于水样中n m c s 的富集和净化【1 3 1 ； ( 3 ) 氨基丙基键合硅胶小柱净化含有2 1 种n m c s 及1 0 种代谢物的二氯甲烷提取 物【1 4 】；( 4 ) 采用串联e n v i c a r b 活性炭和氨基s 印p a k 柱净化蜂蜜、果汁和果酒中 2 4 种n m c s f l 5 】。 其他的净化手段还有凝胶净化( g p c ) 和超临界流体萃取( s f e ) 等。凝胶净化分 离方法主要根据溶质( 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。随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加，凝胶渗 透应用于农药残留净化在近些年来得以发展，如多孔交联聚苯乙烯( 商品名 b i o b e a d ss x 3 ) 可用于分离有机溶剂中脂质聚合物和疏水物质。实际应用表明 b i o b e a d ss x 3 能有效地分离脂质与农药，若流分确定适当，则可以得到令人满 意的回收 1 6 1 ”。乙酸乙酯和环己烷( 1 ：1 ) 、二氯甲烷和环己烷( 1 ：1 ) 等是凝胶渗 透中常用的洗脱剂。超临界流体萃取( s f e ) 是9 0 年代新发展起来的净化技术，它 是以液态c 0 2 或n 2 进行萃取，用于农药分析已经越来越普遍。s f e 还可与色谱 仪器联机使用，可避免样品转移的损失，减少了各种人为的误差，提高了方法的 精密度和灵敏度。l e h o t a y 等报道了用s f e 提取水果和蔬菜中包括西维因和呋 喃丹在内的大约4 0 种农药，可以得到很高的回收率和重现性，回收率为9 0 1 0 5 ，标准偏差为1 6 。然而，迄今为止超临界流体萃取技术应用的对象 仍是非极性或低极性物质，若样品为高极性物质，就会使萃取发生困难。总体来 说，s f e 应用于农药残留分析尚处于初期阶段，有待深入研究。 1 1 2 样品测定 1 1 2 1 色谱法 色谱法测定氨基甲酸酯类农药残留量，具有检测限低、灵敏度高、准确性好 等特点，因此被大实验室广泛使用。在相关标准中，色谱法也常作为该类农药残 浙江大学硕士学位论文 留的推荐方法。 ( 1 ) 气相色谱( g c ) 测定 氨基甲酸酯类农药在高温条件容易分解，这给用g c 对氨基甲酸酯类农药残 留量进行测定带来了不便。在实际工作中，常常考虑将氨基甲酸酯类农药水解， 生成稳定的氨基甲酸酯类农药的水解产物一甲胺或酚，或通过衍生化反应提高氨 基甲酸酯类农药的热稳定性，从而实现用g c 对氨基甲酸酯类农药的测定。若希 望将g c 应用于氨基甲酸酯类农药残留量的测定，采用冷柱头进样( 0 c i ) 也是较 好的选择，这样可以较大限度地保证样品在进样过程中不分解。g r c g o r y 等【1 9 采用毛细管g c 、o c i 进样技术和化学电离离子阱检测器，对植物组织中的西维 因、呋哺丹以及其他的农药进行了分析，获得了较好的结果。张艳等阻0 1 采用毛细 管g c n p d 测定了枸杞中有机磷和氨基甲酸酯类农药；杨大进等【2 1 1 采用毛细管 g c 姗d 测定大米中6 种氨基甲酸酯类农药，其准确度和精密度均较好。 虽然将氨基甲酸酯类农药衍生化后进行g c 分析具有较高的稳定性，较好的 分离效果和较高的灵敏度，但操作复杂，耗时长，具有局限性。 ( 2 ) 液相色谱( h p l c ) 测定 目前氨基甲酸酯类农药的h p l c 检测大多数采用反相c 1 8 或c 8 柱，常用的 流动相为甲醇水或乙腈一水。甲醇一水具有较低的紫外截止点，比较便宜，但黏度 大；乙腈水的黏度仅为相应比例的甲醇水混合物的一半，在较高流速下使用 不会产生严重的反压，但价格较高且毒性大。早期常用的检测手段是紫外检测器 ( u v ) ，林维宣等【l o 采用h p l c u v 在2 1 0 m 测定了大米中8 种n m c s 。但由于 紫外检测器灵敏度较低，易受杂质干扰，现已不常用。后来荧光检测器、二极管 阵列检测器等经常用于n m c s 残留的检测。张红兰【2 2 采用国产c 1 8 柱提取生物体 液中7 种氨基甲酸酯类农药，用乙酸乙酯洗脱，采用二极管阵列检测器和多通道 信号检测，最低检测限为2 0 4 0n g 。 自1 9 7 7 年m o y e 等第一次采用 i p l c 柱后衍生测定n m c s 残留以来，采用 h p l c 柱后水解和衍生方法对复杂介质中n m c s 的残留量进行检测越来越普遍 阮2 4 1 。这是一个两步系统，n m c s 在9 0 下柱后水解成甲胺，甲胺在有巯基乙醇 存在的碱溶液中与邻苯二甲醛( o p a ) 反应，生成强烈的荧光物质。于文莲等【5 】用 w a t e r sc a r b a m a t e 分析系统柱后衍生荧光检测器对9 种氨基甲酸酯类农药和3 种 浙江大学硕士学位论文 代谢产物进行测定，最低检出限为5 肚职g 。该法具有很高的灵敏度，但操作起 来比较不便。 ( 3 ) h p l c 或g c 与质谱( m s ) 联用测定 尽管h p l c 、g c 在氨基甲酸酯类农药残留量的检测中已被广泛采用，但对 有些氨基甲酸酯类化合物的确认可能存在问题。特别是对土壤和农作物等复杂介 质的样品进行分析时，这样的问题更加突出。另外，用h p l c 、g c 对样品进行 测定时，要使样品的色谱峰完全分离有时也相当困难，而且检测限也不够低。 h p l c 或g c 与质谱( m s ) 联机测定无疑能解决化合物确认的问题。 氨基甲酸酯类农药对高温的不稳定特性，也使得g c 对其测定更加有局限 性。虽然g c m s 具有高的分离和确认能力，但对于该类热不稳定化合物的分析 却存在一些困难。而，l c 与m s 联用的方法，以其受杂质干扰小、检测限低、 定性能力好而著称，不仅有良好的分离和确认能力，并且能对热不稳定化合物进 行更好的分析，因此h p l c m s 无疑是一个分析氨基甲酸酯类农药残留的好的解 决办法。w a t e r s 公司北京实验室利用z m d l c ，m s 测定1 0 种氨基甲酸酯类农 药，仪器的检测限和定量限分别为1 0 p g 和2 5 p g 。m f 啪a n d e z 等【2 e i 】利用l c m s 测定了水果和蔬菜中1 3 种n m c s ，最低检测限达1 p g 隈g 。 l c m s m s 法是一种比l c m s 灵敏度更高、选择性更好、定性能力更强的 方法，近年来发展很快，是目前超痕量农残分析的首选方法。近几年来，国外文 献陆续报道利用l c m s m s 法测定水果、蔬菜0 7 ，2 8 1 、及果汁、酒类中口9 1 的氨基 甲酸酯类农药残留。无疑，h p l c m s 巾垤s 是今后分析氨基甲酸酯类农药的最佳 选择。 ( 4 ) 其它色谱方法 在氨基甲酸酯类农药残留量的测定中，应用较多的其他色谱技术主要有超临 界流体色谱( s f c ) 【3 0 】和薄层色谱( t l c ) 【3 l 】等。以超临界流体为流动相的s f c ， 具有可以使用各种类型色谱柱，在较低温度下分析相对分子质量较大、对热不稳 定的化合物，能与各种g c 、h p l c 检测器匹配等特点，而成为一种强有力的分 离和检测手段。 浙江大学硕士学位论文 1 1 2 2 非色谱技术 ( 1 ) 分光光度测定法 分光光度法是早期测定n m c s 的方法之一，其操作过程中没有分离步骤， 目标化合物颜色反应是其定量分析的重要手段。近来分光光度分析大多数是用来 分析西维因，并且采用不同的样品前处理、不同的耦合试剂，在不同的波长条件 下进行测定。例如，可先将西维因氧化成1 2 一奈酚，固定于固相吸附剂上，然后 用分光光度计测定水样中的西维因 3 2 】；也可用s p e 浓缩西维因，经过洗脱和溶 剂替换后，用分光光度计进行测定。 分光光度法测定要求进行必要的样品富集以提高灵敏度，同时操作繁琐，易 受其它物质干扰，现已很少使用。 ( 2 ) 免疫测定 固相酶联免疫测定法对一种化合物或一组化合物具有特异性，减少基质的干 扰，不需样品净化和浓缩。目前市场上能够买到的分析n m c s 的e u s a 试剂盒 有多种，其中主要是涕灭威、西维因、呋喃丹及其代谢产物试剂盒。刘曙照等3 3 0 4 】 进行了免疫技术测定克百威和甲萘威的研究。 ( 3 ) 生物传感器测定 大多数的生物传感器是基于乙酰胆碱酯酶被一种或几种分析物( 如农药) 的 抑制作用的检测。已有不少报道从物质结构、基质和方法手段方面阐述了生物传 感器的应用。最近，电流乙酰胆碱酯酶生物传感器已经成为检测不同介质中的某 些氨基甲酸酯类农药( 如西维因、呋喃丹) 的一种常用方法。黄文风等口5 】手艮道了一 种通过比较特定的酶催化显色反应的动力学而快速检测蔬菜中农药残留的方法。 分光光度法、色谱法以外的其他氨基甲酸酯类农药残留的测定方法，多数是 利用这些化合物的一些特异性反应而完成的。这样使得其测定可能快速，但只能 对有特异性反应的氨基甲酸酯类农药以及代谢物的残留量进行测定，难以实现多 残留分析，从而使这些方法有很大的局限性。 1 1 _ 3 小结 尽管人们已经对氨基甲酸酯类农药残留量的测定进行了不少的研究，但是随 着氨基甲酸酯类农药的持续应用和新品种的不断开发，不同样品介质中氨基甲酸 浙江大学硕士学位论文 酯类农药残留的测定在未来相当长的时间内仍是令人感兴趣的一个课题。较新的 样品前处理技术，如s p e 小柱、a s e 、s f e 、免疫亲和柱等越来越多地在氨基甲 酸酯类农药残留分析中得到应用。同时先进的分析技术，如g c m s 、h p l c - m s 、 h p l c m s m s 也不断地应用于其中。特别是最近发展的h p l c m s 仃订s 技术，在 用于确证热不稳定氨基甲酸酯类农药分析时在灵敏度、选择性方面都有显著的改 善。除了色谱法以外，人们还不断探索和应用了不少非色谱分析方法( 如分光光 度法、免疫检测、生物传感器等) ，从而为氨基甲酸酯类农药残留量测定提供了 有效的补充途径。 1 2 液质联用测定中的基体效应 引言 在l c m s 技术发展的第一阶段( 2 0 世纪8 0 年代一9 0 年代初) ，该技术得到了 广泛的应用，主要由于该技术有更广的应用范围，具有很多独特的优点，如：能 分析用g c m s 法无法分析的一些高极性、热不稳定的化合物；无需进行样品衍 生化即可进样，因为m s 是通用型检测器；样品前处理可大大简化，因为l c m s 具有高选择性，不易受杂质干扰；能进行高通量分析等。但在该技术发展的第二 阶段( 2 0 世纪9 0 年代一现在) ，人们逐渐意识到它存在的一些问题和缺陷，开始一 些相关的研究。如很多文献报道了l c m s 对非极性物质缺乏足够的离子化效率、 对过高极性的物质分析困难等，需要采用柱前衍生化或“柱后补偿”来改善被测 物的质谱响应。l c 。m s 中应用较多的是电喷雾和大气压化学接口，故气相化学 也是研究的一个热点，如被测物离子化时从液相转移到气相过程的相关研究、离 子在气相中的稳定性问题等。 但总的来说，l c m s 技术存在的主要问题大多与“基体效应”有关。基体 效应指的是：样品中的共提取物( 内源性杂质) 或前处理过程中引入的一些外源性 杂质，当与被测物一起进入质谱系统时，会对被测物的离子化过程产生影响，使 被测物的质谱响应值偏离实际值，导致分析结果不准确。基体效应的存在会对分 析方法的许多方面如重复性、检测灵敏度、准确性等产生影响。 浙江大学硕士学位论文 1 2 1 基体效应的起源 基体效应源白色谱分离过程中与被测物共流出的物质对被测物离子化过程 的影响，共流出干扰物可分为内源性杂质和外源性杂质。内源性杂质是指样品提 取过程中同时被提取出来的有机或无机分子，这类物质主要有无机电解质、盐类 物质、高极性化合物、一些与目标化合物有相似化学结构的同系物或代谢物等。 内源性杂质一般与不同的样品基质有关，所以不同的样品，基体效应各不相同。 当这些物质在共提取液中浓度较高，并与目标化合物共流出色谱柱进入离子源 时，将严重影响目标化合物的离子化过程。外源性杂质通常易被人们忽视，但也 会带来严重的基体效应。这些干扰物由样品前处理各步骤引入，文献报道的主要 包括的聚合物残留【3 6 】；酞酸盐、去污剂降解产物、离子对试剂m 3 8 ，3 9 l ；有机酸等 离子交换促进剂【3 9 l o ，4 1 ；缓冲盐或s p e 小柱材料及色谱柱固定相释放的物质等。 1 2 2 基体效应的产生机理 在了解基体效应的产生机理之前，首先需了解电喷雾离子源的工作原理( 见 图1 1 ) 。其工作原理： 经液相色谱分离的样品溶液流入离子源，在雾化气流( n e b u l i z i n gg a s ) 下转变 成小液滴( s m a l ld m p l e t ) 进入强电场区域( 1 0 0 v c m 2 ) ，强电场形成的库仑力使小 液滴表面达到瑞利限( r a y l e i 曲l i m i t ) ，使样品离子化。借助于逆流加热气( d r y i n g g a s ) ，分子离子颗粒表面少量液体进一步蒸发而达到c o l l l o m b 点，分子离子相互 排斥，形成微小分子离子颗粒。这些离子可能是单电荷或多电荷，取决于带有正 或负电荷的分子中酸性或碱性基团体积和数量。总结起来，e s i 将溶液中的离子 转变成气相离子包括三个步骤： ( a ) 在喷雾毛细管尖端产生带电雾滴； 通过溶剂蒸发和雾滴分裂使带电雾滴变小，这一过程反复进行，直至生成 很小的带电雾滴； ( c ) 由很小的带电雾滴产生气相离子。 浙江大学硕士学位论文 图1 1电喷雾工作原理图 f i g1 1p r i n c i p l eo f e s i 电场使液体形成双电层。液体表面正离子的富集导致毛细管间断液面的不稳定形成一锥体并 喷射带过量电荷的雾滴，最终产生气相离子 有不少文献对基体效应的产生机理作了报道，对产生机理所作的理解各不相 同。如文献f 4 2 j 3 j 4 1 对电喷雾离子的形成及离子抑制的过程作了详细研究，其中最 被广泛接受的是h i b a r i l e 和t h o m s o n 提出的模型【4 3 j 4 1 ，该模型认为离子化过程 中的气相离子是从表面带很高电压的电喷雾小液滴表面直接发射而形成的，所以 基体效应是由于样品基质与被测物在形成气相离子的过程中产生竞争的结果。文 献【4 5 1 认为由于存在基体干扰物，被测物的雾化效率降低了，高浓度的干扰物如一 些非挥发性的大分子，会增加了带电小液滴的粘度和表面张力，降低被测物到达 气相的能力。文献【4 3 】认为由于干扰物与被测物在离子化时相互竞争，导致被测物 离子化效率降低，并认为有机小分子在e s i 中能有效离子化的最大总浓度不应大 干1 0 5 m o l l 。 1 2 3 基体效应对分析结果的影响 基体效应的存在会对分析结果带来多方面的影响，如影响分析方法的灵敏 度、仪器系统的重复性、定量分析4 6 1 ，线性范围、离子对丰度比等，严重时会导 致分析结果呈假阳性或假阴性。 浙江大学硕士学位论文 1 2 _ 4 基体效应的监测 要对基体效应带来的影响选择合适的方法作出补偿，首先必须对特定样品的 基体效应作全面的了解，文献h o ，4 5 1 报道了一种在整个色谱分离过程监测基体效应 的实验装置，如图1 - 2 所示，空白样品提取液或纯流动相由l c 系统引入，同时 标准溶液从接口( 离子源) 处直接引入，质谱以全扫描方式记录响应信号。通过比 较空白样品提取液+ 标准溶液、纯流动相+ 标准溶液的质谱图，可以观察到在整个 色谱分离过程的任一时刻基体效应对检测信号的影响。 b h 咄。锄肾l e “h d “t ”c p 妯l s 捧i e 由 囤一 s t j n d a l _ ds o l i 妇 粼溉凶一- 篙警。 圈 n c 囫 s t n 曲r ds o h n o u m 曲l k p l l - 驰 州愀， t i m e m j 丑) 圈 玳圈 卟， s b m d r ds o h h o k s 珊p l 豇t n 肌 n m e ( m i b ) h m e ( 抛l b ) 图1 2 监测基体效应的实验装置图 f i g1 2t h ed e v i c ef o rm o n i t o m gm 删xe 雎c t s 1 4 浙、扛大学硕士学位论文 1 2 5 基体效应的补偿 可以采取不同的补偿措施来降低基体效应带来的影响，但各种方法各有优缺 点，在实际运用中需根据情况选用其中的一种或数种，才能有效补偿基体效应的 影响。以下是比较常用的几种补偿方法： 1 2 5 1 调整质谱条件 优化质谱条件可以提高被测物的离子化稳定性，在一定程度上降低基质干扰 物的影响1 4 6 j 7 ，38 1 。在使用不同的离子化技术( e s i ，a p c i ，a p p i ) 、不同的离子化 方式( 正离子或负离子模式) 、或离子源设计不同时，基体效应的影响程度不同 【4 8 一。这种方法是最简便的，调整时无需改变操作方法的其他部分，因而在实际 操作中是首选尝试的方法。 1 2 5 2 调整色谱分离体系 通过调整流动相洗脱条件，使被测物的出峰位置远离干扰物，可以避免干扰 物的影响h 8 _ 9 ，50 1 。在反相色谱分离时，一般来说整个色谱过程的开始区域( 一些高 极性物质和不被保留的物质流出的区域) 和结尾区域( 冲洗柱子阶段，强保留物质 流出的区域) 是最易受基体干扰的区域，离子抑制现象最突出，可以通过调整流 动相梯度洗脱程序或流动相洗脱强度，使目标物在这两个区域之间流出。 1 2 5 3 增加样品净化步骤 增加样品净化步骤可有效减少加入质谱的干扰物的量，是降低基体效应最有 效的方法。尽管这一方法会增加样品前处理时间，但因比较有效而被广泛采用， 有文献报道了采用不同的净化方式进行处理5 2 ，53 1 ，如g p c ，l l e ，或s p e 法等， 具体根据不同的样品采取合适的方式。所以，在液质测定中，对样品进行一定 的净化是必要的，特别是对生物样品等一些比较复杂的基体。 1 2 5 4 使用内标物定量 内标法定量是目前使用最广泛的方法口7 ，5 4 ，55 1 ，由于内标物特别是同位素内标 与被测物有相似的性质，与被测物的保留时间十分接近，几乎同时进入质谱离子 化，基质对两者的影响几乎是相同的，所以使用内标法定量能将基体效应的影响 抵消。但合适的内标物不容易得到，而有些新开发的农药其同位素内标还没实现 商品化出售。在多残留分析中，该法运用起来也有一定的难度，因为每种被测物 需要对应的同位素内标物，实验成本很高。而且，使用内标物不能补偿基体效应 浙江大学硕士学位论文 对灵敏度产生的影响。 1 2 5 5 采用基质匹配标准盐线定量 处理一个与被测样品有相同或相似基体的空白样品，用所得的空白样品提取 液配制一系列标准溶液，绘制标准曲线定量。该方法能抵消基体效应的影响，也 是运用比较广泛的。但存在的缺点是操作起来不方便，而且符合要求的空白样品 不易获得。 其他的方法还有加入流动相改性剂( 如甲酸铵、甲酸、乙酸、氢氧化铵等) 、 柱后修饰、2 d l c 法净化等。 1 3 本论文的研究目的和内容 1 3 1 研究目的 氨基甲酸酯类农药是一类广谱杀虫剂，具