農(nóng)藥殘留檢測(cè)與樣品前處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1、農(nóng)藥殘留檢測(cè)與樣品前處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 、概述農(nóng)藥是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用于防治病、蟲(chóng)、雜草對(duì)農(nóng)作物危害不可缺少的物質(zhì)，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)有極重要 的作用。隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)農(nóng)藥的品種和數(shù)量不斷增加，已成為防治病蟲(chóng)害的主要手段。 農(nóng)藥施用到農(nóng)作物上以后，絕大部分因多種原因而轉(zhuǎn)化，但作物內(nèi)會(huì)殘留有極少量的農(nóng)藥。長(zhǎng)時(shí)間攝 食殘留農(nóng)藥會(huì)影響人體的健康，這就是農(nóng)藥殘留量問(wèn)題的由來(lái)。近年來(lái)，在茶葉、糧谷、蔬菜及水果 種植中由于不少農(nóng)戶忽視農(nóng)藥的正確、合理使用，農(nóng)藥污染問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生，農(nóng)藥殘留量超標(biāo)相當(dāng)嚴(yán)重， 并逐年加劇。而歐盟、美國(guó)、日本、加拿大等西方發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，出于維護(hù)本國(guó)經(jīng)濟(jì)利益和保護(hù)人 們健康的需

2、要，相繼對(duì)進(jìn)口食品中農(nóng)藥殘留量等衛(wèi)生指標(biāo)提出了愈來(lái)愈嚴(yán)格的要求。鑒于此，為保障 我國(guó)人民的身體健康、有效控制農(nóng)藥在茶葉、糧谷、蔬菜和水果等生產(chǎn)中的合理使用和對(duì)其殘留量進(jìn) 行監(jiān)控，滿足進(jìn)出口貿(mào)易的需要，大力開(kāi)展農(nóng)藥殘留量檢測(cè)技術(shù)以及相關(guān)的前處理技術(shù)的研究是非常 必要的?；瘜W(xué)農(nóng)藥是一類復(fù)雜的有機(jī)化合物，根據(jù)其用途可以分為殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、 殺螭劑、殺鼠劑、殺線蟲(chóng)劑。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)又可分為有機(jī)氯、有機(jī)磷、擬除蟲(chóng)菊酯殺蟲(chóng)劑，取代氯苯 氧基酸或酯除草劑，氨基甲酸酯殺蟲(chóng)劑、除草劑和殺菌劑和有機(jī)雜環(huán)類殺菌劑、除草劑等。農(nóng)藥殘留 量分析需要測(cè)定各種樣品中 ug/g、ng/g、甚至pg/g量

3、級(jí)的農(nóng)藥和/或代謝產(chǎn)物及降解產(chǎn)物。其分析過(guò) 程一般包括取樣、樣品處理（提取、凈化和衍生化）和測(cè)量，根據(jù)農(nóng)藥種類和樣品基質(zhì)的不同，上述 各個(gè)步驟的復(fù)雜性有所不同。色譜方法常用于樣品的凈化和測(cè)量，以前較多采用填充柱氣相色譜法（ GC）,現(xiàn)在則越來(lái)越多地使用 毛細(xì)管氣相色譜法（GC）和高效液相色譜法（HPLC）,尤其在定性分析的氣相色譜/質(zhì)譜法（GC/MS）中，毛細(xì)管柱技術(shù)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。電子捕獲檢測(cè)器（ ECD）、火焰光度檢測(cè)器（FPD）、氮 磷檢測(cè)器（NPD）是最常用的農(nóng)藥殘留量分析的氣相色譜檢測(cè)器，質(zhì)譜檢測(cè)器（ MSD）則是最通用 和靈敏的檢測(cè)器。各種進(jìn)樣方式，如分流、不分流、冷柱上進(jìn)樣技術(shù)和程序

4、升溫汽化進(jìn)樣技術(shù)都已應(yīng) 用于農(nóng)藥殘留物分析。近年來(lái)，隨著農(nóng)藥殘留研究的不斷深入，農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法日趨完善，并向簡(jiǎn) 單、快速、靈敏、多殘留、低成本、易推廣的方向發(fā)展。在檢測(cè)技術(shù)方面，目前國(guó)際上已較多采用多殘留檢測(cè)技術(shù)和快速篩選檢測(cè)技術(shù)傳統(tǒng)的農(nóng)殘分析大多用 來(lái)分析某一類農(nóng)藥的單一成分，多殘留分析方法（ Multi-ResidueAnalysis Method ）不僅可以用于分 析同一類農(nóng)藥中的不同成分，而且可以分析不同種類農(nóng)藥中的不同成分。前者稱為選擇性多殘留分析 方法（Selective Multi-Residue AnalysisMethod ）,后者稱為多類多殘留分析方法（Multi-cla

5、ss,Multi - Residue Analysis Method ）o這方面，如英國(guó)中央科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（CSL）開(kāi)發(fā)了 104 種農(nóng)藥殘留量同 時(shí)檢測(cè)的方法；德國(guó)科學(xué)研究協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)了320種農(nóng)藥殘留的多殘留檢測(cè)方法；美國(guó) FDA農(nóng)藥分析手冊(cè)（PAM）的多殘留方法可檢測(cè) 300多種農(nóng)藥；美國(guó)CDFA和荷蘭衛(wèi)生部都有較好的多殘留同時(shí)檢 測(cè)方法和系統(tǒng)分析方法。這些方法，既可用于定量，又可進(jìn)行確證。我國(guó)從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究和利用多殘留分析方法，并相繼推出了一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17331 -1998食品中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥多種殘留的測(cè)定和GB/T17332 -1998食品中有機(jī)氯

6、和擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥殘留的測(cè)定等，均可同時(shí)測(cè)定不同類型中的20多種農(nóng)藥殘留。在我們的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中SN/T0334 -95多殘留檢測(cè)方法能同時(shí)檢測(cè)22種農(nóng)藥殘留量，秦皇島局制定的農(nóng)產(chǎn)品中多種擬除蟲(chóng)菊酯殘留量檢驗(yàn)方 法已成為國(guó)際AOAC方法。在我局技術(shù)中心目前開(kāi)發(fā)或采用的檢測(cè)茶葉、蔬菜等樣品中有機(jī)氯、 有機(jī)磷、菊酯類農(nóng)藥以及一些雜環(huán)類農(nóng)藥的方法和本次研討會(huì)將要學(xué)習(xí)和討論的方法也大都是多殘留檢測(cè)方法。當(dāng)然，我們現(xiàn)在的方法，在一次 性檢測(cè)農(nóng)藥的數(shù)量上和確證技術(shù)上與國(guó)際先進(jìn)方法還存在不小的距離。在快速篩選檢測(cè)技術(shù)方面，上個(gè)世紀(jì)六十年代就有人利用薄層色譜酶抑制法測(cè)定有機(jī)磷農(nóng)藥等殘留量， 檢測(cè)限量為毫克級(jí)；八十

7、年代開(kāi)始，農(nóng)藥的酶抑制和免疫檢測(cè)技術(shù)作為快速篩選檢測(cè)方法受到許多發(fā) 達(dá)國(guó)家的高度重視，并因此得到了快速發(fā)展。酶抑制、酶聯(lián)免疫（ ELISA）、放射免疫（RIA）、單克 降抗體等技術(shù)由于可以避免假陰性，適宜于陽(yáng)性率較低的大量樣品檢測(cè)，在農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)中應(yīng)用日 益增多。我國(guó)在近十多年來(lái)也相繼開(kāi)展了農(nóng)藥殘留酶抑制法和免疫法快速篩選檢測(cè)方法研究，取得了 一定的研究成果，系統(tǒng)內(nèi)有廣東檢驗(yàn)檢疫局研制了農(nóng)藥殘留速測(cè)卡，但總體上應(yīng)用不多，方法的靈敏 度不高，試劑不夠穩(wěn)定。在樣品前處理方面，現(xiàn)代色譜分析樣品制備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)就是使處理樣品的過(guò)程要簡(jiǎn)單、處理速度 快、使用裝置要小、引進(jìn)的誤差要小、對(duì)欲測(cè)定組分的選

8、擇性和回收率要高目前，國(guó)際上較多使用固 相萃取（SPE）、微波提取技術(shù)、凝膠層析（GPC）、加速溶劑提取（ASE）、基體分散固相萃取 （MSPD）、超臨界萃?。⊿FE）、固相微萃取技術(shù)。而我國(guó)目前主要采用傳統(tǒng)的溶劑萃取，液液分配， 柱層析凈化，前處理方法自動(dòng)化程度低、提取凈化的效率不高，速度慢，環(huán)境污染嚴(yán)重。新開(kāi)發(fā)的前 處理技術(shù)其目的和結(jié)果就是要實(shí)現(xiàn)快速、有效、簡(jiǎn)單和自動(dòng)化地完成分析樣品制備過(guò)程。下面就農(nóng)藥殘留檢測(cè)中采用的氣相色譜檢測(cè)技術(shù)和前處理技術(shù)的新發(fā)展向各位做一些簡(jiǎn)單的介紹。 二、檢測(cè)技術(shù)1、GC/MS 和 GC/MS/MS 技術(shù)質(zhì)譜技術(shù)問(wèn)世于1910年。傳統(tǒng)的有四極質(zhì)譜儀和飛行質(zhì)譜儀。

9、近年來(lái)又出現(xiàn)了串聯(lián)質(zhì)譜儀（ MS/MS ）傅 里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀等。目前，GC/MS的發(fā)展方向是小型化（即臺(tái)式 GC/MS）、自動(dòng)化（儀器調(diào)試、控制、數(shù)據(jù)處理）、高靈敏度和高穩(wěn)定性。目前幾種常見(jiàn)的離子源有電子轟擊型離子源（ EI）、化學(xué) 電離源（CI源）、快原子轟擊電離源（FAB源）、解析化學(xué)電離源（DCI）、大氣壓電離源（API源）等。 電子轟擊型離子源（EI）是有機(jī)質(zhì)譜應(yīng)用最廣的常規(guī)型離子源；化學(xué)電離源（CI源）又稱軟電離技術(shù)，可獲得準(zhǔn)分子離子峰，是 EI源的一個(gè)補(bǔ)充；大氣壓電離源（API源）主要用作液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用。（1） GC/MS 技術(shù)氣相色譜測(cè)定農(nóng)藥殘留的基本原理是根據(jù)保

10、留時(shí)間來(lái)判定待測(cè)組分。往往因?yàn)闃悠诽崛『蛢艋仍?，?能會(huì)出現(xiàn)許多雜質(zhì)峰。如果待測(cè)組分在保留時(shí)間內(nèi)有一種或多種雜質(zhì)峰出現(xiàn)，就可能被認(rèn)為是待測(cè)組分， 造成誤判。GC/MS法不僅根據(jù)樣品中待測(cè)組分在圖譜上的保留時(shí)間，更主要是根據(jù)在此保留時(shí)間內(nèi)殘留 農(nóng)藥裂解的特征離子碎片，由質(zhì)譜儀按其分子量和分子結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)藥準(zhǔn)確定性，并以此作為定量的依據(jù)，從 而克服了由于未凈化掉的雜質(zhì)峰與農(nóng)藥保留時(shí)間重疊而造成將雜質(zhì)峰誤判為農(nóng)藥的缺點(diǎn)。GC/MS技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中已有許多成功的應(yīng)用實(shí)例，在此不多作介紹。但隨著農(nóng)藥殘留限量要求的進(jìn)一步提高，以 及樣品基質(zhì)的影響，這種技術(shù)的應(yīng)用也受到了一定的限制。大家切記， GC/M

11、S方法的靈敏度不是由標(biāo)準(zhǔn) 溶液的信噪比提供的，而是由樣品基質(zhì)條件下的信噪比決定的。（2） GC/MS/MS 技術(shù)比一級(jí)質(zhì)譜具有優(yōu)勢(shì)的是以離子阱為質(zhì)量分析器的離子阱串聯(lián)質(zhì)譜儀具有與大質(zhì)譜相當(dāng)?shù)墓δ?，可提高靈 敏度，可對(duì)復(fù)雜基體中微量待測(cè)物進(jìn)行測(cè)定，對(duì)一級(jí)質(zhì)譜無(wú)法區(qū)分的化合物可進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)，以及同 分異構(gòu)體的區(qū)分。在分析領(lǐng)域，離子阱串聯(lián)質(zhì)譜已成為今后臺(tái)式小型GC/MS的發(fā)展方向之一。有機(jī)磷農(nóng)藥在各種農(nóng)作物和環(huán)境樣品中含量很低，目前利用GC/MS技術(shù)分析農(nóng)作物和環(huán)境樣品中的農(nóng)藥殘留量越來(lái)越普遍，因?yàn)樗芙o出化合物的結(jié)構(gòu)信息，有利于化合物的定性。但因一般樣品中（如蔬菜、水果、茶 葉等）的背景干擾較

12、大，導(dǎo)致樣品預(yù)處理的周期較長(zhǎng)，而且回收率較難保證。而 MS/MS技術(shù)的應(yīng)用，為 復(fù)雜樣品中微量農(nóng)藥的定性、定量分析提供了新的途徑。在分析韭菜中倍硫磷農(nóng)藥時(shí)，分別采用EI全掃描和MS/MS分析，在MS/MS分析條件下，倍硫磷的信噪比相對(duì)于EI全掃描時(shí)提高了 100多倍。止匕外,利用MS/MS分析的另一大特點(diǎn)是可以將在色譜上不能完全分開(kāi)的共流出物利用時(shí)間編程和多通道檢測(cè)將 其分開(kāi)。目前，GC/MS/MS已在環(huán)境分析、食品分析等方面得到廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)不僅適用于復(fù)雜基體混合物的定性分析，而且可以利用得到二級(jí)質(zhì)譜結(jié)果進(jìn)行定量。這是因?yàn)樵趦蓚€(gè)前后串聯(lián)的質(zhì)譜/質(zhì)譜儀中，前級(jí)質(zhì)譜主要用于擔(dān)任分離工作，在樣

13、品被電離后，它只允許被分析的目標(biāo)化合物的母離子或特征離子碎片 通過(guò)，經(jīng)過(guò)碰撞裂解后，再由第二級(jí)質(zhì)譜分析裂解后產(chǎn)生的離子碎片，利用 MS/MS可以同時(shí)得到較低的檢測(cè)限和良好的結(jié)構(gòu)鑒定信息（1個(gè)母離子和2個(gè)或更多的的子離子）。與氣相色譜檢測(cè)器相比，傳統(tǒng)的 臺(tái)式質(zhì)譜儀（GC/MS ）因靈敏度較低，其使用受到限制。而據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，GC/MS/MS可在與傳統(tǒng)氣相色譜檢測(cè)器相似的靈敏度下進(jìn)行定性定量分析。原因是MS/MS在對(duì)離子檢測(cè)前就排除了干擾，所以即使對(duì)復(fù)雜樣本也可達(dá)到很高的靈敏度。它不需要重復(fù)進(jìn)樣就能定性，比選擇性檢測(cè)器有更高的可信性。在用傳 統(tǒng)的質(zhì)譜儀分析較 臟”的樣品時(shí)，因大量干擾的存在而不選擇低

14、于100amu的離子。因?yàn)樵S多樣本的共存雜質(zhì)含質(zhì)量數(shù)低于100amu的離子；對(duì)檢測(cè)器造成嚴(yán)重干擾，使被測(cè)物的碎片離子無(wú)法檢出。在 MS/MS 中，子離子圖譜中只有來(lái)自母離子的碎片離子，因此，低質(zhì)量離子不受干擾，對(duì)結(jié)構(gòu)鑒定更加有用。例如， 建立乙酰甲胺磷分析方法時(shí)，即使質(zhì)量數(shù)低至M/Z42 ,該離子由于不受干擾仍可作為定量分析離子。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展已對(duì)殘留量分析提出了更高的要求，即雖然傳統(tǒng)中GC檢測(cè)器可進(jìn)行痕量分析并達(dá)到較低的檢測(cè)限，但仍要求用 MS作結(jié)構(gòu)確證。因此任何實(shí)驗(yàn)室測(cè)定殘留量的能力都會(huì)受到MS方法靈敏度的限制。選擇離子檢測(cè)（SIM）已被用于降低檢測(cè)限。但是，SIM所收集的離子信息并不如全

15、掃描豐富，不能認(rèn)為是一個(gè)等同的結(jié)構(gòu)分析。在大多數(shù)情況下，MS/MS的靈敏度相當(dāng)于或低于 GC選擇性檢測(cè)器的下限，并可在此水平上進(jìn)行定量分析和真實(shí)的分子結(jié)構(gòu)確證。美國(guó)紐約州農(nóng)業(yè)署食品實(shí)驗(yàn)室已建立了一種 用GC/MS/MS技術(shù)對(duì)水果、蔬菜和牛奶中100多種農(nóng)藥殘留量進(jìn)行檢測(cè)、定量和結(jié)構(gòu)確證的方法。這一方法可對(duì)濃度范圍低至 PPB水平的100多種農(nóng)藥進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和鑒定。美國(guó)農(nóng)業(yè)部的Beltsville農(nóng)業(yè)研究中心利用GC/MS/MS技術(shù)分析了水果和蔬菜萃取物中 22種農(nóng)藥殘留物，得到良好的回收率和重現(xiàn) 性，檢出限小于2ng/g o當(dāng)然，當(dāng)前GC/MS/MS 方法的局限性在于僅能檢測(cè)目標(biāo)分析物，很難

16、一次進(jìn)樣 分析大量化合物。王煥龍等報(bào)道了茶葉中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留量的氣相色譜/串聯(lián)質(zhì)譜分析的研究報(bào)告，采用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀（GC/MS/MS ）同時(shí)檢測(cè)茶葉中51種有機(jī)氯農(nóng)藥。茶葉樣品經(jīng)二氯甲烷 /水勻漿提取， 用飽和氯化鈉溶液分離水溶性色素雜質(zhì)，再以弗羅里硅土（硅酸鎂）固相萃取柱（ SPE）凈化，最后以 GC/MS/MS檢測(cè)分析，得到清晰的 MS/MS質(zhì)譜圖，可去除茶葉背景值干擾，增加信噪比（ S/N）,適用 于鑒定、確認(rèn)分析極低濃度的定量分析。茶葉中色素相當(dāng)多，樣品經(jīng)弗羅里硅土固相萃取柱（ SPE）凈化 后，仍有色素雜質(zhì)存在，會(huì)影響傳統(tǒng)的GC/ECD分析，測(cè)定結(jié)果經(jīng)常需要進(jìn)一步用GC/MS或

17、GC/MS/MS做確證分析，如待測(cè)物濃度極低時(shí)，茶葉色素的背景值會(huì)干擾MS全掃描質(zhì)譜圖做對(duì)比分析。而以GC/MS/MS進(jìn)行分析時(shí)，分析物經(jīng)第一級(jí) MS電子轟擊后，選擇主要母離子或特征離子，以適當(dāng)碰 撞誘導(dǎo)解離（CID）能量做第二次 MS電子轟擊，產(chǎn)生清晰的 MS/MS質(zhì)譜圖，大幅增加信噪比，可做低 濃度確證分析。在該方法中，51種分析物可同時(shí)進(jìn)入 GC,通過(guò)非極性毛細(xì)管柱（如 HP5-MS柱）分離， 再進(jìn)入MS做定性定量分析，其定量分析結(jié)果得到校正線性范圍為0.055.0ug/ml ,檢測(cè)極限范圍為0.0010.2ug/ml（依據(jù)不同分析物而定）。在0.25、0.75及2.5ug/g添加量回收

18、率中，得到平均回收率為70120%之間。在實(shí)際茶葉本¥品試驗(yàn)中，經(jīng)GC/ECD 檢測(cè)為陽(yáng)性的樣品，以 GC/MS/MS 進(jìn)行確證和定量分析，大部分樣品的 GC/ECD 分析值與GC/MS/MS 分析結(jié)果一致。但有少部分樣品，GC/ECD檢測(cè)為假陽(yáng)性。2、GC/AED 技術(shù)雖然GC/MS 在農(nóng)藥多殘留分析中很受歡迎，但它仍有局限性。當(dāng)采用選擇離子檢測(cè)（ SIM）或串聯(lián)質(zhì)譜 （MS/MS）時(shí)，方法開(kāi)發(fā)較為耗時(shí)，且 GC 中任何保留時(shí)間的漂移都要求各個(gè)分析物的保留時(shí)間窗口相應(yīng)移動(dòng)。這些方法只能檢測(cè)目標(biāo)化合物表中所列的農(nóng)藥，還有幾百種農(nóng)藥及代謝物可能檢測(cè)不到。原子發(fā) 射檢測(cè)器（AED）是近年飛速發(fā)展起來(lái)的多元素檢測(cè)器，它是利用等離子體做激發(fā)光源，使進(jìn)入檢測(cè)器的 被測(cè)組分原子化，然后原子被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，在躍遷至基態(tài)時(shí)發(fā)射出原子光譜。根據(jù)這些光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng) 度即可進(jìn)行定性和定量分析。所以，AED 屬光度學(xué)檢測(cè)器。由于它是原子（或原子離子）而不是分子激發(fā)后發(fā)射光，故稱為原子發(fā)射檢測(cè)器。AED具有許多獨(dú)特的性能和應(yīng)用，如：1、AED 可