分离技术在有机磷农药残留检测前处理的研究进展

编号食品分离技术（综述）题目：分离技术在有机磷农药残留检测前处 理的研究进展 食品 学院 营养与卫生学 专业班 级 食硕1005 学 号 s100109013 学生姓名 王鑫 二一年十一月分离技术在有机磷农药残留检测前处理的研究进展摘 要：近年来由于农药的大量使用致使食品的农药残留问题倍受关注， 提高农药残留分析检测技术是解决农药残留问题的重要手段。在农药残留检测中样品前处理技术又是检测过程中耗时最长， 最容易出现误差的步骤。因而， 发展样品前处理技术能提高农药残留检测的效率和准确率。本文综述了近年来食品中农药有机磷残留分析中超临界流体萃取法、固相萃取、固相微萃取和凝胶渗透色谱几种样品前处理技术。关键词：超临界萃取技术；固相萃取技术；固相微萃取技术；凝胶渗透色谱技术；有机磷0 引言食品是人类赖以生存和发展的物质基础，粮食、蔬菜和水果是人们生活必备食品，而农药的使用不仅给农业生产带来了高效，但同时这些农药也通过大气、海洋、土壤、生物体等介质在全球传播，给人类生存造成了潜在的威胁。从而食品的安全问题既是最基本的质量要求， 也是关系到人民健康和国计民生的重大问题。目前，在使用的农药中，有机磷类农药的应用最广(已超过100种)，毒性最大。作为乙酰胆碱抑制剂， 有机磷农药的环境暴露和皮肤接触会引起生物中毒。另外，由于农药残留问题引发的各国之间的贸易纠纷也时有发生。因而，农药残留检测技术一直是国际农产品和食品安全研究领域的一个热点。为有效控制有机磷农残污染，首要任务是发展高灵敏、高选择、快速、可靠、范围广和低成本的检测技术。近几年，在各个领域都开展了有机磷农残检测技术的研究，方法有分光光度法、原子吸收光谱法、薄层层析法、气相色谱法、液相色谱法、同位素标记法、色质联用法、毛细管电泳法和一些生物技术（酶抑制法、酶联免疫分析法）等。这些技术能对环境、食品及生物体中有机磷残留进行定量分析， 但由于自然界的基质比较复杂，样品大多无法直接测定，往往需要进行前处理， 分离待测物。国际LCGC杂志对世界1000多个实验室进行了统计，结果显示，样品前处理所花费的时间占整个分析过程的61%。在样品前处理方面，国外的技术已日新月异，而国内大多数实验室依然使用传统的振荡提取、 液液分配( LLE)、索氏提取、超声提取、柱层析等技术。虽然这些技术成本低廉 ， 只需简单的设备和仪器，但却耗费了大量的时间和有机溶剂，不仅污染环境，而且可靠性不高。近年来，新的前处理分离技术不断推出和应用，既节省了分析时间，提高了工作效率，也使整个分析过程更趋绿色环保。这些新的前处理技术包括超临界流体萃取技术、固相萃取技术、固相微萃取技术、凝胶渗透色谱技术等。1 超临界萃取技术所谓超临界是物质的一种特殊流体状态：当气液平衡的物质升温升压时，热膨胀会引起液体密度减少，压力升高又会使气相密度变大，当温度和压力达到某一点时，气液两相界面消失成一均相体系，此点即为临界点；当物质的温度和压力高于临界点时，就处于超临界状态，此时该物质为超临界流体。超临界萃取技术(supercritical fluid extraction，SFE)是用超临界液体作为萃取剂，根据样品中组分在不同压力和温度条件下溶解能力变化的性质， 通过改变萃取剂流体的压力，从而将不同组分萃取出来。SFE最大优点是使用CO2等流体代替有机溶剂，对人体无害、绿色环保，且有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散，提高了样品回收率，因而较适合于萃取热不稳定物质和有毒化合物1。D.H.Kim等2已将SFE用于萃取面粉里的有机磷残留，避免了样品浓缩和分析过程的干扰，提高了萃取速度，60min有7g的样品萃取量，且联用GC-NPD分析后，检测限低至10ng/s。选择良好的溶剂不仅有利于提高待测物的溶解度，而且有利于提高分离的选择性。但CO2属非极性溶剂，在萃取极性化合物时具有一定的局限性；实际应用时， 通过加入少量的改进剂如 NH、MeOH、NO3、CCLF3等极性化合物来改善萃取效果。用CO2为萃取剂制样分析新鲜蔬菜试样时发现，不用改性剂时甲胺磷农药的回收率范围仅为4582，加入甲醇为改性剂则回收率提高到90114。SFE速度快，适应范围广，是多农残分析中比较有前景的一个方法。2 固相萃取技术固相萃取法于1978年得到开发，是目前常用的一种非常重要的提取净化手段，它可以将农药从非常稀的溶液中富集起来， 从而更有利于分析。固相萃取技术(solid phase extraction，SPE)基于液固分配原理， 利用固体吸附剂将液体中的农残化合物吸附，然后用洗脱液淋洗，富集目标化合物进行分析。根据填料可分为吸附型、分配型和离子交换型，常用的填料有硅酸镁载体(flofisil)、氧化铝、硅胶、C18、C8、C2、CN、聚二甲基硅烷( PDMS)和聚丙烯酸盐(PA)等聚合物。对液体样品，选择合适的萃取柱、洗脱液和其他优化条件后，可以一步完成萃取、富集、净化3个步骤，然后应用GC或HPLC进行分析，可以实现许多农药残留的全自动分析。快速RP-SPE对水果和蔬菜3样品的处理，与液液萃取结合Florisil柱(硅酸镁固相萃取小柱)法相比，具有显著优势，如溶剂使用量可减少94%。陈浩等4利用SPE萃取一些蔬菜水果中的 9种有机磷农药，然后用来进行检验，回收率高于80%，且重复性好。Holland等用C18柱分离葡萄酒中74种农药，方法快速，重复性好。刘长武等用乙睛提取样品，经SPE柱净化浓缩，采用柱后衍生荧光检测高效液相色谱法对蔬菜、水果中的有机磷杀虫剂及其代谢产 物进行多残留快速测定5。该技术高效、可靠、消耗试剂少，且技术成熟，应用广泛，是目前国内外有机磷残留分析样品前处理中的主流技术，使许多复杂的样品处理难题迎刃而解。但该方法使用的装置较贵，操作繁琐，不同批次生产的SPE装置重现性差且样品用量较大。3 固相微萃取技术固相微萃取技术(solid-phase microextraction,SPME)是由Pawliszy等在SPE的基础上发展起来的，集采样、萃取、浓缩、进样于一体的综合技术。其原理是将涂有聚合物(固定相) 的熔融石英纤维伸进样品基质或悬于样品上方的顶空气体中，目标化合物被吸附在固定相上，经解析后直接测定6。包括吸附和解吸两个过程，即样品中待测物在石英纤维上的涂层与样品间扩散、吸附、浓缩的过程和浓缩的待测物解吸附进入分析仪器完成分析的过程。吸附过程中待测物在涂层与样品之间遵循相似相溶原则，平衡分配。这一步主要是物理吸附过程。固相微萃取装置类似普通样品注射器，由手柄和萃取头两部分组成。萃取头是一根涂有不同固定相或吸附剂的熔融石英纤维，石英纤维接不锈钢针，外套不锈钢管 (用来保护石英纤维)，纤维头可在不锈钢管内伸缩。固相微萃取的萃取模式主要可分为两种：直接法，即将石英纤维暴露在样品中，主要用于半挥发性的气体、液体样品萃取；顶空法，将石英纤维放置在样品顶空中，主要用于挥发性固体或废水水样萃取。 它与SPE相比，不使用有机溶剂为萃取剂，操作简便，只需几分钟即可完成目标物萃取，与GC联用可测定血液等微量样品中的有机磷农残，检测限低至ng/ g级。K. Fytianos等6对21种水果中150多种样品的二嗪农，对硫磷，甲基对硫磷，马拉硫磷残留等进行了研究，检测限和定量限分别为0.03-3ng/mL，0.12-10ng/mL，远低于欧盟规定的残留限量。4 凝胶渗透色谱技术凝胶渗透色谱技术(gel permeation chromatography，GPC)是根据溶质（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。凝胶渗透色谱的最佳参数主要决定于载体、溶剂的选择。载体凝胶渗透色谱是具有分离作用的关键，其结构直接影响仪器性能及分离效果。因此，要求载体具有良好的化学惰性、热稳定性、一定 的机械强度、不易变形、流动阻力小、不吸附待测物质、分离范围广（取决于载体的孔径分布）等性质。同时分离效果还与载体的粒度大小和填充密度有关。为 了扩大分离范围和分离容量，一般选择几种不同孔径的载体混合装柱，或串联装有不同载体的色谱柱，其中载体的粒度越小、越均匀、填充得越紧密越好。良好的溶剂有利于提高待测物质的溶解度 ， 避免操作时因分析对象的改变而更换溶剂。由于凝胶渗透色谱为液体色谱，则要求溶剂的熔点在室以下，而沸点应高于实验温度，且溶剂的粘度小，以减小流动阻力。另外溶剂还必须具备毒性低、易于纯化、化学性质稳定及不腐蚀色谱设备的特点。此外，分离效率除了载体、溶剂的选择以外，还包括合适的温度和溶质的化学性质的影响。与吸附柱色谱等净化技术相比，凝胶渗透色谱技术具有净化容量大、可重复使用、适用范围广、使用自动化装置后净化时间缩短、简便、准确等优点。凝胶渗透色谱法最初主要用来分离蛋白质，但随着适用于非水溶剂分离的凝胶类型的增加，凝胶渗透技术应用于农药残留分析中脂类提取物与农药分离农药残留，是含脂类样品农药残留分析的主要手段。Sannino用Bio-Beads S-X3的GPC净化方法分析了7个脂质性食品中39种有机磷农药及其代谢产物，并用GC-MS-SIM（选择离子检测）确证和定量。Hopper用GPC净化，用GC测定了谷物中有机磷、有机氯以及拟除虫菊酯残留7。GPC的色谱柱寿命较长，但是类脂谱带与农药分馏重叠时需附加小型吸附柱。5 结语目前，有机磷等农残前处理方法的研究取得了很大的进展，但各种方法都还存在一定的缺点，不能全部代替传统的前处理方法。事实上，这些有机磷新技术对样品的前处理大多还是在传统方法配合下完成的。随着人们对于食品安全和环境保护的重视，势必需要研究人员对前处理方法不断进行优化、 更新和发展， 减少偶然误差，以保障测量的准确性。未来，有机磷残留前处理技术发展的方向是： ( 1 ) 合成高选择性、价格便宜的新固相聚合物材料，减少有机溶剂的使用，实现萃取过程绿色化、友好化；( 2 ) 扩展超临界流体等新型清洁萃取方法的应用范围；( 3 ) 研究前处理方法与高灵敏度、高专一性新型仪器组合的技术，实现萃取和进样自动化、智能化，使得分析更加快速和简化。 参考文献1 M.O. Punn Crespo et al. Comparison of supercritical fluid extraction and Soxhlet extraction for the determination of aliphatic hydrocarbons in seaweed samplesJ. Ecotoxicology and Environmental Safety, July2006,64(3):400-405.2 Kim D H,et al. Determination of organophosphorus pesticides in wheat flour by supercritical fluid extraction and gas chromatogtaphy with nitrogen-phosphorus detectionJ. J Chromatogr A, 1998,824(1):63-70.3 吴春红等.果蔬中农药残留检测技术研究进展J.植物保护,2009,35(3):23-26.4 陈浩等.SPE-GC在水果和蔬菜有机磷农药残留分析中的应用J.食品科学,2004,25(10):235-238.5 张晓荣等.农产品中农药残留检测技术研究进展J.陕西农业科学,2009(2):114-117.6 K.Fytianos et al.Solid phase microextraction applied to the analysis