有机磷类农药残留分析检测技术研究进展

金泥沙，金伟

（中国环境管理干部学院，河北秦皇岛066004）

有机磷类农药残留分析检测技术研究进展

金泥沙，金伟

（中国环境管理干部学院，河北秦皇岛066004）

用样品前处理、样品分析检测两个方法，阐述近几年常用的有机磷类农药残留分析检测技术原理及优缺点，并提出未来样品前处理技术及有机磷类农药检测技术的发展趋势。

样品前处理；有机磷类农药残留；分析检测；萃取技术；色谱技术

农药在增加农产品产量、防治病虫害、保证食物来源充足与稳定方面的作用是不可替代的。有数据表明，如果不使用农药，全世界农业因病、虫、草害每年造成的损失约占作物总产量的37%，损失额高达1260亿美元[1]。但与此同时，农药作为一类有毒化学物质，长期大量的使用会对人体健康及环境安全产生较大的不利影响。有研究表明，农药已成为世界主要污染源之一。有机磷类农药是使用量较大的农药中的一类，作为有机氯类农药的替代品，具有成本低、药效高、品种多、选择性好、防治范围广，在环境中降解快、残留低等诸多优点，被广泛地应用于世界范围。尽管有机磷类农药具有上述优点，但是由于施用量大、保管不慎及缺乏合理操作，农药残留超标问题十分突出。所谓的农药残留是指由于应用农药而残存于农产品、生物体和环境中的农药亲体及其具有毒理学意义的杂质、代谢转化产物和反应物等所有衍生物的总称[2]。随着人们对食品安全认识的不断提高和国际上对出口农产品农药残留量的限制，有机磷类农药残留分析检测技术受到越来越多的重视。本文主要阐述近几年国内外常用的有机磷类农药残留分析检测技术。

1 样品前处理技术

有机磷类农药残留测定之前须根据样品的理化性质选择适宜的农药残留物的提取、浓缩及净化方法，这些方法的选择是农药残留分析的关键。目前常用的提取、净化方法包括：漂洗、匀浆、索氏提取、超声波提取、薄层层析、液-液分配、柱层析等。这些传统的提取、净化技术，存在样品需求量大、萃取时间长、有机溶剂消耗量大等诸多不足。20世纪90年代以来，随着科技的不断发展，大量新的样品前处理技术被引入有机磷类农药残留物的分析检测中，这些新技术具有省力、省时、廉价、溶剂使用量少、对环境的污染小、自动化及微型化等共同特点。当前已经取得广泛应用的新技术主要有：

1.1 固相萃取技术

固相萃取技术（SPE）是由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来的。SPE技术首先通过待检测样品中的目标化合物被固体吸附剂吸附，来促使目标化合物与待检测样品中的干扰化合物和基体分离，然后再用加热解吸附或洗脱液洗脱，以达到分离和富集目标化合物的目的，是一种柱色谱分离过程。SPE柱包括以氧化铝、硅胶等吸附剂为填料的正相SPE柱、以C18为填料的反相SPE柱及有离子交换柱等。与传统的液-液萃取技术（LLE）及一般柱层析技术相比，SPE具有节省时间、节约90%以上有机溶剂的使用量、重现性好、环境污染小等优点，被广泛地应用于有机磷类农药残留分析样品前处理中。实现待检测样品前处理自动化是SPE的另外一个优点，自动萃取装置（ASPEC）已经推出并且得到广泛的应用，将其与高压液相色谱法（HPLC）在线结合可实现许多有机磷类农药残留的全自动分析[3]。

1.2 基质固相分散萃取技术

基质固相分散萃取技术（MSPDE）是将反相填料（C14或C18）与待检测样品研磨、混匀后得到半干状态的混合物，将此半干状态混合物作为填料装柱后用溶剂淋洗柱子，将各种目标化合物洗脱，从而实现目标化合物与待检测样品的分离。与传统的样品前处理手段相比，MSPDE不需要进行匀浆、沉淀、离心、调节pH和样品转移等操作，是一种简单、高效的提取净化方法，广泛应用于蔬菜、水果中有机磷类农药残留检测。现有的研究表明，吸附剂的粒径、样品基质的性质及键合相的性质等是影响MSPDE效果的主要因素[4]。Morzycka采用硅胶和氧化铝作为净化吸附剂，Florisi和硅胶作分散吸附剂建立了一种简便的多残留方法测定有机磷类农药的残留量，取得了较好的净化效果和较高的回收率。

1.3 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术（SFE）采用超临界流体替代各种溶剂萃取样品中目标化合物，是最近发展起来的一种新萃取分离技术。超临界流体（SCF）指的是一种介于临界温度、临界压力的非凝缩性的高密度流体，其存在状态介于气体和液体之间，兼具二者的优点。选择SCF萃取剂时主要考虑达临界条件的难易程度、萃取剂毒性和腐蚀性大小，及其对装置是否有影响、溶解能力大小、价格高低等几个方面[5]。目前被用于SCF的溶剂有乙烷、一氧化碳、二氧化碳、甲醇、乙醇等物质，其中，二氧化碳为首选。二氧化碳属于惰性化合物，无色、无味、无毒害、不污染样品、超临界条件温和且容易提纯，是一种萃取热不稳定的非极性物质的良好溶剂[6]。但二氧化碳作为萃取剂在萃取极性化合物时具有一定的局限性，可以通过添加少量的氨气、二氧化氮等极性化合物作为改进剂来改善萃取效果。样品用量少、选择性强、分析时间短、萃取过程简单、萃取物不会改变其原来的性质且一般不使用有机溶剂、对操作人员及环境的危害小是SFE的主要优点；缺点是萃取仪器装置昂贵，不适合分析水样和强极性物质。

1.4 加速溶剂萃取技术

加速溶剂萃取技术（ASE）是一种全新样品处理方法，其主要用于处理固体、半固体样品。ASE是指在升高温度和压力条件下,通过增加溶质的扩散效率和物质的溶解度来提高萃取效率的一种自动化萃取方法。升高温度能够将基质和溶剂间的作用力打断，在促使目标化合物能够快速从基质中解析出来的同时降低溶剂的黏度，使之能够快速萃取。同传统的萃取技术相比，ASE具有重现性高、速度快、溶剂用量少、回收率高等诸多优点，而且容易实现自动化操作，当前广泛用于环境、食品、药物和高聚物等样品的前处理，特别是有机磷类农药残留量的分析[7]。

2 检测方法

随着科学的不断进步和色谱技术的不断发展，化学法、比色法及生物测定法这些传统的、缺乏专一性、低灵敏度的有机磷类农药残留分析方法，已经逐渐被高定性能力和高灵敏度的色谱技术所取代。有机磷类农药残留分析检测方法朝着快速、安全、高效、经济的方向不断发展。

2.1 气相色谱技术

气相色谱法（GC）是一种分析有机磷类农药残留经典的仪器分析方法，分析原理是利用目标化合物性质上的差异，在气相和固定相间分配系数的不同进行分离。待检测样品首先需要被气化，然后随载气进入色谱柱，组份在气、固两项间反复多次进行分配以实现目标化合物彼此分离，以一定的顺序流出色谱柱，得以分离。GC因操作简单、分析速度快、灵敏度高、分离效能高的优点被广泛应用于有机磷类农药残留的测定；仪器价格昂贵、不适宜现场检测、对操作人员素质要求较高是其主要缺点。除此之外，高沸点或热稳定性差的有机磷类农药不适宜采用GC测定。

当前，GC与质谱（MS）联用技术（GCMS）逐步取代传统的填充柱GC。随着科技的不断进步，GC-MS联用技术日趋成熟，已成为有机磷类农药残留的常用分析方法。GC-MS联用技术可以提高仪器的灵敏度，减少干扰物的影响，是化合物结构分析及确证的有效手段。

2.2 高效液相色谱技术

大分子、非挥发性、强极性及热稳定性差的有机磷类农药目前多采用高效液相色谱技术（HPLC）检测。目前，HPLC以其分析速度快、分离效能高、检测灵敏度高等优点逐步成为有机磷类农药的一种主要分析方法。此法在有效弥补GC技术不足的同时，因其常用检测器为紫外检测器，而多种有机磷类农药缺乏对UV吸收，从而限制了HPLC的使用。

液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）是指利用某种接口技术将LC与MS连接起来的一种技术。兼具LC技术的高分离能力及MS技术的高选择性、高灵敏度于一体的LC-MS联用技术，能够分离复杂的农药多残留样品。应用LC-MS联用技术，Granby等实现了谷物中草甘膦残留的分析。但是，仪器价格昂贵、LC-MS接口技术不成熟制约了该技术在实际检测中的应用。

2.3 薄层色谱技术

薄层色谱技术（TLC）指以水为固定相溶剂、有机溶剂为流动相、固体吸附剂为担体的分配型层析分离分析技术。TLC具有不需要特殊设备和试剂，快速、简便、直观，可同时分析多个样品等诸多优势，目前常与其它技术联用，进行有机磷类农药残留的定性定量分析。

2.4 超临界流体色谱技术

1962年Klesper等提出了超临界流体色谱技术（SFC），是一项以超临界流体（SF）作为流动相、以键合载体或固体吸附剂为固定相的色谱技术。由于SF具有气体和液体的双重性质，故SFC性能上综合了LC和HPLC的优点,弥补了LC和HPLC的不足,成为一种强有力的分离和检测手段。另外，SFC还可以与其它色谱检测器匹配，并能与其它仪器联用，使其应用范围与检测分离能力大大增强。SFC存在的主要问题是：方法不十分成熟，且仪器昂贵，要求操作人员具有较高的技术性。因此，目前在有机磷类农药残留分析检测方面的应用较少，但它仍然是有机磷类农药残留检测分析非常具有发展潜力的技术之一。

2.5 毛细管电泳技术

毛细管电泳技术（GE）是在电泳技术基础上发展起来的一种分离技术，主要利用不同带电粒子在毛细管内电场作用下以不同的速度在背景缓冲溶液中定向迁移使目标化合物得以分离[8]。GE以其设备简单、实际用量少、运行成本低、几乎没有废液产生等诸多优点，已经逐步成为分析有机磷类农药的实用性技术。传统HPLC技术难以分离的离子化样品尤其适合采用GE技术进行分离。目前，限制GE应用的最主要因素是缺乏高灵敏度的检测器。因此，为了充分发挥GE技术的优势，高灵敏度检测系统的开发成为当前科研技术人员研究的重点。

2.6 酶抑制技术

酶抑制技术是利用有机磷类农药与氨基甲酸酯类农药的毒理特性建立的一种农药残留检测技术。上述两类农药可以通过抑制神经系统中的乙酰胆碱酯酶活性，造成乙酰胆碱积累，进而影响神经系统正常传导，使昆虫最终因中毒死亡。科学家依据这种毒理特性，在待检测农产品样品中加入显色剂和底物，观察农产品颜色变化情况或测定酶与某种特定化合物反应的物理化学信号的变化情况，即可判断待测农产品中是否存在有机磷类农药残留[9]。酶的种类决定着酶抑制技术的灵敏度。

依据上述原理设计的农药残留检测方法主要包括比色法、试纸法和酶传感器法。酶抑制技术由于具有操作简便、响应速度快且不需要昂贵仪器等优点，尤其适用于现场检测及大批量样品的检测，但分析结果稳定性差、重现性差、使用成本高及使用寿命短是当前急需解决的问题。发达国家大多采用酶抑制技术开发试纸条或试剂盒作为田间实地检测有机磷类农药残留的基本手段。

2.7 免疫分析技术

免疫分析技术（IA）是基于抗体抗原的特意识别和结合反应为基础的一种分析技术。分子量大于2500的农药可以直接作为抗原进入脊椎动物体内产生免疫应答，分子量小于2500的农药一般不具备免疫抗性，不能直接刺激产生免疫反应，但是可以通过将其同一定碳链长度的载体蛋白用共价键偶联制成人工抗原，使动物产生免疫反应，产生识别，再通过标记动物的放大作用，对待检测样品中农药残留进行定性、定量。IA具有快速、灵敏、选择性高等诸多优点，目前被广泛应用于各种食品中有机磷类农药的检测。

2.8 生物传感器技术

利用酶、蛋白质、抗体、抗原、生物膜、细胞等生物物质作为识别元件，通过某种转换装置，将生物化学反应转变成可定量的物理、化学信号，从而对物质进行定性及定量检测。生物传感器由识别元件、信号转移装置及信号传递电路3部分组成，是一种典型的多学科交叉产物。与其它分析技术相比，生物传感器技术具有对仪器设备的要求低、操作相对简便等诸多优点。Lee等利用生物传感器技术建立了对有机磷类农药二嗪农的检测分析方法，有较高的选择性和较低的检出限[10]。当前生物传感器技术检测有机磷类农药存在的主要问题是方法选择性有限，且生物材料固定化易失活。

3 结语

综上所述，有机磷类农药的检测包括样品前处理及样品检测两部分。样品前处理技术正在朝着省力、省时、低成本、低污染、微型化及自动化方向发展；样品检测技术则朝着快速检测、通用型多残留检测和高灵敏检测等方向发展。研制、开发、推广适用于田间、农贸批发市场检测的有机磷类农药的快速检测方法是各国科研工作者研究的重点。

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[6]李雪梅，赵国群，李再兴.超临界流体萃取技术及其在食品工业中的应用[J].河北科技大学学报，1999，20（2）：68-71.

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Review on the Detection of Organophophorous Pesticide Residues

Jin Nisha，Jin Wei
（Environmental Management College of China，Qinhuangdao Hebei 066004，China）

This paper depicted that the principle,advantages and disadvantages of conventional detection technologies in organophophosphorous pesticide residues in recent years from the point of view of sample pretreatment and analysis.The future development trend of sample pretreatment and detection technologies of organophophorous pesticide residues is proposed as well.

sample pretreatment；organophophorous pesticide residue；analysis and detection；extraction；chromatography

X592

A

1008-813X（2011）04-0062-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2011.04.019

2011-07-15

金泥沙（1978-），女，河北承德人，毕业于河北科技大学环境工程专业，工程硕士，工程师，现从事环境工程方面的教学工作。