专论与综述??谱、光谱及联用技术在多农药残留检测中的应用康长安12何娟1杨柳1高会云1刘德仓1卢奎11.河南工业大学化学化工学院河南郑州4500522.江西省疾病预防控制中心江西南昌330029摘要介绍了国内外多农药残留检测的发展状况综述了谱法、光谱法、谱-质谱联用技术、谱-光谱联用法、多维气相谱技术的特点及在多农药残留检测中的应用指出多农药残留检测在今后的农药残留检测中将占据主导地位。关键词多农药残留检测谱法光谱法质谱法联用技术中图分类号657 文献标识码A 文章编号 10062009200704-0009-06ApplicationsofChromatographicSpectrometricandCouplingTec hniuesinDeterminationofMulti-residuesKANGChangan12HEJuan1YANGLiu1GAHuiyu n1LIUDecang1LUKui11.HenanUniuersityofTechnologySchoolofChemistryandChemical EngineeringZhengzhoHenan450052China2.DiseasePreuentionandControlCenterofJiangxi ProuinceNanchangJiangxi330029ChinaAbstractThedeveopmentofanayticmethodsforpesti cideresiduesdeterminationathomeandabroadwasintroduced.Theappicationmethodsofchro matographerspectrometrychromatographycoupedwithmassspectrometrycoupedwithmassa ndmutidimensionagaschromatographytechniuewerereviewed.Themutiresiduesdeterminati onwibeineadingpositionofthepesticidedetection.KeywordsMutiresiduesofpesticidesDeter minationChromatographerSpectrometryMassspectrometryCoupedtechniues收稿日期2006-10-31修订
日期2007-06-18基金项目河南省重大科技攻关计划基金资助项目0422031200-03作者简介康长安1981—男江西吉安人硕士从事食品检测工作。自20世纪中期以来各种新农药相继被合成和发现应用于农业生产的农药越来越多。传统的农药残留分析方法大多用于检测某一类农药的单一成分面对日益复杂的农产品已不能满足其农残检测要求1-2。多农药残留分析方法MutiesidueAnaysisMethod分为两类一类是选择性多残留分析SeectiveMutiesidueAnaysisMethod用于分析同一类农药中的不同成分另一类是多类多残留分析MuticassMutiesidueAnaysisMethod用于分析不同种类农药中的不同成分。谱技术因其高分离效能是多农药残留分析的主要方法谱-质谱联用技术因其能同时定性和定量分析及质谱检测器的通用性而广泛应用于不同种类、不同成分的多农药残留检测光谱技术具有分析快速简单的特点近年来也被用于多农药残留检测在谱-光谱联用仪器出现后研究者开始尝试用谱-光谱联用技术检测多农药残留。1 多农药残留检测的发展1.1 我国多农药残留检测的?饕 晡夜 呐┮┎辛舴治黾际跏加?0世纪50年代多残留分析方法的研究和利用则始于20世纪90年代初此后相继推出了一系列国家标准。初期多为同种农药不同成分的多残留分析如GB5009-161-2003用于测定动物性食品中有机磷农药多组分残留量GB5009-163-2003采用高效液相谱法测定动物性食品中氨基甲酸酯类农药多组分残留。同时我国还制定了不同种类多组分农药残留检测国标如GB/T17331-1998、GB/T17332-1998、GB5009-145-2003、GB5009-—9—第19卷第4期环境监测管理与技术2007年8月146-2003用于食品中有机磷、氨基甲酸酯两类农药及有机氯、拟除虫菊酯两类农药的多残留同时检测。2005年2月4日国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布了GB/T19648-2005和GB/T19649-2005并于2005年8月1日实
施。这两个国标均采用谱-质谱联用仪实现了有机磷、有机氯、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯4大类农药残留的同时检测为目前我国最新的多农药残留检测国家标准3-4。由于谱技术只适用于实验室检测在制定多农药残留谱检测方法的同时利用生物技术研制的速测法也得到了重视。如GB/T5009.199-2003中的速测卡法纸片法和酶抑
制率法分光光度法可用于快速检测蔬菜中有机磷和氨基甲酸酯两类农药高剂量残留是农药残留现场检测的主要方法也是谱检测方法的重要补充5。1.2 国外多农药残留检测技术多农药残留系统检测方法已成为欧、美等发达国家官方实验室的日常检测技术。加州是美国主要农产品生产基地其农残检测技术先进加州食品农业部所属的分析化学中心开发的多农药残留快速扫描方法适用于新鲜蔬菜、水果高水分、低脂肪类样品中4大类有机磷、有机氯、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯200多种未知农药残留的快速测定美国食品药品监督管理局FDA农药分析手册PAM中的多残留分析方法可同时检测300多种农药英国中央科学实验室CSL建立了104种农药残留量同时检测的方法德国科学研究协会建立了320种农药残留的多残留检测方法。随着我国经济的不断发展各科研和检测单位仪器配置和其他实验条件都得到了很大改善多残留检测技术也得到了快速发展与发达国家的差距在不断缩小。我国1997年由农业部环保所、农业环境监测总站天津引进了加州食品农业部的MRSM法并在9种蔬菜、水果上进行了60种4类农药的添加回收率测定。到2005年我国已发布了400多种农药同时快速筛选检测的国家标准3-4。2 多农药残留检测技术2.1 谱法谱检测方法所得到的数据精确性和准确性较高而样品前处理较繁琐目前
黑猎蝽正在向省时、省力、廉价、环境友好、微型化及自动化方向发展。2.1.1 薄层谱法TLC薄层谱法是以固体吸附剂如硅胶、氧化铝等为担体有机溶剂为流动相的分配型层析分离分析方法不需要特殊设备和试剂方法简单、快速、直观、灵活但灵敏度不高。开始主要用于单个农药的分析二维薄层谱的出现才使其在多农药残留检测中得到应用可提高多组分物质的分离效果6。近年来薄层谱法与酶抑制法被结合应用于有机磷农药和氨基甲酸酯农药的检测方法灵敏度高能检测出显法无法或不易检出的某些农药7。2.1.2 气相谱法GC气相谱法是一种传统的多农药残留分析方法通过配置不同的高性能检测器能使大部分能气化的农药达到很高的灵敏度。配置FPD或NPD检测器可用于有机磷农药的扫描检测配置ECD检测器可用于有机氯、拟除虫菊酯农药的扫描检测一些不分解的氨基甲酸酯类农药可用FTD或NPD检测器检测。大体积进样技术LVI 使气相谱在多农药残留检测中的应用更加广泛。LVI的工作原理是进样器的起始温度为样品中溶剂的沸点大体积样品进样后溶剂气化载气将溶剂吹扫出分流排空阀然后升温气化溶质增大进样口压力使溶质组分进入谱柱进行分析这样可将大量溶剂在进入谱柱之前排出系统特别适合溶剂沸点低而检测物质沸点高的体系测定。毛细管气相谱的进样体积一般为1L2L采用LVI技术进样体积最多可达1000L浓缩富集后检测器的灵敏度可提高数十倍。LVI技术要求分析物从溶剂中无损失分离所以选择的溶剂沸点应低于大部分需分析的化合物即溶剂与分析物的沸点相差越大越好8-9。大口径毛细管石英柱自1983年美国惠普公司首先提出代替填充柱以来其研究与应用在国内外进展很快。这种液膜厚、内径粗的毛细管柱既有填充柱的容量又不会因担体而引起吸附或催化活化等现象适用于药物及农药等极性化合物的分析在有机磷农药残留检测中的应用尤为广泛
10。沸点太高或热稳定性差的农药不适于用气相谱法分析而早期的小分子量农药一般毒性都较大残留时间长。现在不少国家都以法规形式制定—01—第19卷第4期康长安等.谱、光谱及联用技术在多农药残留检测中的应用2007年8月了5a10a减少50化学农药用量的目标与此同时生物农药发展迅速应用范围越来越广泛?庑┐蠓肿恿康呐┮┮话愣疾荒苡闷 嗌 追ǚ治觥?.1.3硅胶分条机
高效液相谱法HPLC高效液相谱法发展于20世纪70年代适用于高沸点、热稳定
性差、相对分子质量大的农药分析如部分有机磷农药和绝大部分氨基甲酸酯类农药11。2002年Rosales-ConradoN等用毛细管高效液相谱法分析了土壤中多种除草剂残留应用毛细管提高了检测灵敏度减少了有机溶剂用量并可通过调节柱箱温度来改善分离状况12。除质谱检测器外与高效液相谱联用的主要有紫外和荧光检测器只能检测对紫外有吸收及本身或衍生后能发射荧光的农药。因此在今后的多农药残留检测中液相谱质谱联用技术将占据重要地位高毒小分子化学农药的退出和生物农药的兴起将使其应用更加广泛。2.1.4 超临界流体谱法SFC农残分析工作者在分析时都希望尽量减少有毒和价格昂贵的有机溶剂的用量以及方法能用于多种基质中多农药残留的检测超临界流体谱法正好满足其要求。CO2是常用的超临界流体当在CO2中加入少量甲醇或乙酸乙酯调节萃取溶剂的极性后对绝大多数农药都能达到很好的萃取效率且萃取液基质影响小萃取过程不会引起农药的热分解13。超临界流体谱可与各种气相、液相谱检测器匹配还可与红外、质谱联用。它能通过调节压力、温度、流动相等来达到最佳谱条件是气相谱和液相谱优点的综合体但尚未广泛用于多农药残留检测。
2.2 光谱法与谱法相比光谱技术在农药残留检测中尚有很大的应用潜力。在国外光谱技术在农药生产企业特别是在线质量监测中的应用比较广泛主要是因其具有快速简便可直接测量固体、液体及气体样品的特点。目前用于农药残留检测的光谱技术主要有傅立叶转换红外光谱法及拉曼光谱法、荧光光谱法和紫外分光光度法14。2.2.1 红外光谱法光谱技术对样品前处理要求低对环境污染小分析速度快。日本Ishizawa小组报道的ATRFTIR技术直接测定蔬菜叶面上残留的百菌清等杀菌剂的结果使光谱技术在农药残留检测中的应用引起了广泛关注。李文秀等研究了用中红外衰减全反射光谱直接测定蔬菜中的高残留农药和敌敌畏结果表明在中红外波段蔬菜叶的素几乎没有吸收不影响农药残留组分的测定为实现蔬菜的农药残留直接快速检测提出了一种可行的方法15。ATRFTIR法也被用于检测蔬菜叶面残留的氯氰菊酯徐琳等对比了常见红外吸收光谱法与ATR法的检出限前者为0.015mg后者为0.01mg且样品不需预处理方法快速简便16。2.2.2 荧光光谱法荧光强度与被测物质的吸光能力及荧光效率有关。农药在紫外光照射下能发射出荧光荧光谱只有一个峰带并且不同荧光物质由于分子结构和能量分布的差异各自显现出不同的荧光光谱。因此可用荧光强度表征其浓度用荧光光谱差异鉴别其种类。王玉田等利用三维荧光技术对西维因、灭多威、苯菌灵等3种常用氨基甲酸酯类农药的荧光特性进行了研究证明了三维荧光光谱法检测农药残留的可行性17并用自制的仪器测定了西维因和克百威两种农药。荧光光谱法的灵敏度高但其在实际样品检测中的应用还有待于进一步研究如样品基质对检测的影响等1821。2.2.3 紫外光谱法紫外光谱法也可用于农药残留检测。嵇正平等建立了光度法快速测定土壤中呋喃丹的方法利用呋喃丹在碱性条件下发生水解生成酚类物质再用4氨基安替比林萃取光度
法22测定方法线性良好回收率为9710223。2.3 谱质谱联用技术在农药残留检测过程中本底干扰不容忽视特别是在残留浓度很低的情况下仅依靠保留时间定性很困难必须有质谱数据即化合物结构信息才能准确判断。欧盟和美国要求农残的确认必须有质谱数据。谱质谱联用技术既发挥了谱的高分离能力又发挥了质谱的高鉴别能力在多农药残留检测中的应用越来越广泛。2.3.1 气相谱质谱联用技术GCMSGCMS技术的发展历经半个多世纪是发展成熟且应用广泛的分离分析技术。20世纪80年代毛细管气相谱的广泛使用、真空泵性能的提高及大抽速涡轮分子泵
的出现保证了质谱仪所需要的真空低流失交链键合谱柱的发展降低了质—11—第19卷第4期康长安等.谱、光谱及联用技术在多农药残留检测中的应用2007年8月谱的背景干扰大抽速涡轮分子泵及差动抽气方式使允许进入质谱仪的载气流量提高到15mL/min24LVI技术和宽口径毛细管柱在气质联用仪上的应用使仪器灵敏度和使用范围都得到改善8-9。目前低分辨谱-质谱联用仪器主要是四极杆质谱和离子阱质谱高分辨仪器主要是飞行时间质谱和扇形场质谱串联式质谱仪器主要是三重四极质谱。GC-MS技术具有对样品中不同种类的上百种农药残留同时快速扫描、定性、定量的优势在农残检测中尤其重要25。用于多农药残留分析的多为单四极杆质谱串联质谱也有应用。近年来美国有报道探讨了果蔬中多农药残留的GC-MS分析法通过不断改进样品前处理方法使其在多农药残留检测中的应用越来越成熟26-28。随着我国对食品安全的重视GC-MS在农药残留检测中的应用也得到了迅速发展29。许泓等建立了果蔬中107种农药残留的GC-MS检测方法30胡小钟等用气质联用仪实现了22种有机氯和拟
除虫菊酯农药的同时检测31张伟国等以凝胶渗透谱处理样品气相谱-离子阱质谱测定大米中107种农药残留大部分农药回收率为70110RSDlt2032。GC-MS法一般只用作确认手段而不是分析手段。如美国加州的MRSM法采用FPD、ECD定量以气质联用仪确证。目前国内外还没有广泛认可的农残GC-MS检测方法虽有部分研究机构采用该法同时检测了上百种农残但均未在日常检测工作中应用。2.3.2 液相谱-质谱联用技术LC-MSLC-MS的关键技术是高压液相操作的液相与高真空工作的质谱的匹配即接口技术目前主要有电喷雾离子化ESI和大气压化学离子化APCI技术。在多农药残留分析中LC-MS技术使用最多的是四极质量分析器33-34。在分析生物大分子时一些高分辨率质谱和串联质谱被采用如三重串联四极质谱仪、四极离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪以及四极质谱仪与飞行时间质谱仪串联的质谱仪24。LC-MS技术将应用范围极广的液相谱分离方法与灵敏、专属、能提供分子量和结构信息的质谱法相结合已成为农药残留分析实验室的必备检测手段。早期氨基甲酸酯类农药一般柱后衍生后以荧光检测器检测但化合物难以确证LC-MS技术
使问题得以解决35。由于质谱仪的通用性LC-MS在多种类多成分的多农药残留检测中的应用越来越广泛如新鲜水果、蔬菜中多农药残留的检测36-37和环境样品中多农药残留的分析38。2.4 谱-光谱联用法原子发射检测器能检测出从气相谱流出的任何化合物特别是杂原子如N、P、S、Cl、Br、F等元素它们都是农药组分中的主要元素。因此气相谱-原子发射光谱联用技术GC-AES被成功应用于食品、水、土壤等样品中多农药残留的检测39。Stan等用溶剂吹扫模式大体积进样GC-AES法研究了385种农药其中277种含N181种含Cl146种含S100种含P29种含F14种含Br3种含I1种
含Si通过检测N、P、、S、F、Cl、Br等7种元素得到了385种农药在不同元素检测下的检测限适用于植物性食品中质量浓度高于0.01mg/L时农药残留的快速扫描与监测40。Svein等用GC-AES法测定了生物样品中的DDT及其代谢产物在479nmCl原子处DDT、DDD、DDE质量比为20ng/g时S/N达到10与GC-ECD的检测结果基本一致41。Jimnez等比较了GC-AES和GC-MS两种方法对蜂蜜中杀虫脒和毒死蜱的检测结果以杀虫脒标准品试验了两种仪器的检测限当S/N为3时GC-AES在174nmN原子处的检
火锅餐具
测限为50g/L在479nmCl原子处的检测限为350g/L灵敏度均比在193nmC原子处的检
测限1g/L低GC-MS用EI源时在全扫描模式下检测限为1000g/L在选择离子模式下检
测限为20g/L用NCI源时检测限则能达到1g/L42。CampillO等用固相微萃取GC-AES
法测定了蜂蜜中杀虫脒、乐果、艾氏剂、异氏剂、DDE、DDD、DDT等16种农药检测限在0.02ng/g10ng/g之间43。Via等用GC-AES法同时测定了废水中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯3类14种农药残留方法回收率在76.0113之间44。制约GC-AES在农药残留检测中应用的一个主要因素是与其他选择性检测器如NPD、ECD等相比其灵敏度相对较低。随着原子发射光谱检测仪灵敏度的提高GC-AES在多农药残留检测中的应用将更加广泛。—21—第19卷第4期康长安等.谱、光谱及联用技术在多农药残留检测中的应用2007年8月由于化合物的红外谱图与质谱图一样可以建立标准谱库对未知化合物确证1970年起气相谱-红外光谱联用技术在复杂环境样品检测中的应用引起了人们的关注。GC-
萌发菌IR-MS商品化仪器的面世使得在同一仪器上同时得到样品的光谱和质谱信息成为可能。1996年kevin等用MDGC-IR-MS测定了水、土壤中有机污染物的残留检测出土壤提取液中含有42种农药及其他有机污染物其中包括甲拌磷、DDD异构体和DDT的两个代谢产物。试验以HP的一个约含5100张标准红外谱图的谱库和两个各含41000张和71000张标准质谱图的谱库确证各个组分结果表明各组分都能得到满意的分离和确证。随着分析仪器硬件和软件的发展MDGC-IR-MS将能更快地提供更多、更准确的信息其应用领域也将越来越广泛45。2.5 多维气相谱技术多农药残留分析一般都是基质比较复杂的食品或环境样品中低浓度组分的检测GC-MS法在提取离子模式下能很好地排除基底干扰但当样品中农药组分增多且农
药组分结构非常相近时各农药组分的特征离子无法选出即使有特征离子但有限的特征离子的丰度及质量数可能并不适于定性定量分析。在一维气相谱中为了降低基底对待测组分的干扰对样品前处理要求严格而全二维气相谱则能有效地解决此问题46。多维气相谱最早出现在石油工业的原油分析47、环境污染物和天然精油等复杂分析中48-50。Dage等用全二维气相谱-飞行时间质谱分析了食品萃取液中的农药残留以乙酸乙酯为萃取溶剂溶剂吹扫模式大体积进样10L试验发现以1L不分流进样时农药毒虫畏无法检出而大体积进样则能检出。另外在一维气相谱-飞行时间质谱上由于有些组分在一维柱上的保留时间几乎一样58种农药中有4种无法确证2种匹配度很低还有5种农药与基质组分或其他农药组分重叠而无法检出二维谱则能使这些农药组分得到近一步的分离从而得到很好的确证51。目
前多维气相谱技术在多农药残留检测中还未得到广泛的应用但随着各国对农药残留限量要求的提高其强大的分离效能及准确的确证功能将会得到体现。3 多农药残留检测的发展趋势随着新型农药的不断出现需要检测的农药种类越来越多。1991年欧盟允许使用的农药约834种目前批准使用的约340种并且已对133种农药设定了17000个限量。目前日本的注册农药约350种已有229种被列入法规在今后几年还会陆续有200多种农药加入需要检测的样品品种也不断增加。虽然一些高残留、高毒性的农药被禁止在作物上使用但在实际农业生产中可能会有滥用的现象所以这些被禁用农药也须纳入多残留检测方法之内。以上种种都要求农药残留检测方法必须适用于大多数种类样品方法所包含的农药数量应尽量多要求仪器工作站能快速处理大量数据。因此多农药残留检测在今后的农药残留检测中将占据主导地位。参考文献1 孟紫强.环境毒理学M.北京中国环境科学出版社2000.2 农业部农药检定所.农药残留实用检测方法手册M.北京中国农业出版社1995.3 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家
电气石陶瓷球
标准化管理委员会GB/T19648-2005 水果和蔬菜中446种农药多残留测定方法气相
雨刷片谱-质谱和液相谱-串联质谱法S.北京中国标准出版社2005.4 中华人民共和国国
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