气相色谱法测定农产品中有机磷残留农药

◎ 孙翠霞

（高密市检验检测中心，山东 高密 261500）

1 有机磷农药残留及其危害

农药（Pesticide），即“杀害药剂”，多用于对农林牧业生产有害生物（害螨、害虫、病原菌等）的防治以及对植物生长的调节，曾为人类粮食增产作出过巨大贡献。1944年的第二次世界大战期间，德国拜耳公司第一次发现了能够杀虫的有机磷，之后立即生产、制造出了第一种杀虫剂——1605（对硫磷）[1]。以对硫磷为代表的这一类有机磷农药（OPs）问世以来，表现出高效、光谱广、易分解、品种多等优良特性，成为当时继有机氯类农药之后的第二大杀虫剂支柱。随着有机磷农药的广泛使用，研究发现，多数有机磷农药属剧毒、高毒，少数为低毒，高毒类有机磷农药少量接触即可中毒，低毒类大量进入体内也会产生危险。虽然对有机磷中毒量、致死量人体或动物之间差异很大，但大量使用会使环境及健康问题日益严重。含有机磷农药的农产食品由于食物残留进入食物链，在生物体内中发生生物富集，进而可致畸、致癌、致突变等[2-5]。

自2003年加入WTO以来，我国与各国的农产品交易壁垒已被打破，近年来，随着我国推行“一带一路”国家级顶层合作倡议的深入，要想中国农产品在国际竞争中争得一席之地，其中一个重要环节即是严格控制农药残留。对有机磷类农药残留的毒理研究及检测方法的加强，也是进一步保障人类健康，保护生态环境。

2 有机磷农药残留检测方法

有机磷农药是一类有机化合物，且含有C-P键或C-N-P、C-O-P、C-S-P键，目前市面上的正式商品有几十种，包括马拉硫磷、敌百虫、敌敌畏等。大多数种类有机磷农药溶于有机溶剂、不溶于水，碱性条件下易水解而失效，但在中、酸性条件下稳定，不易水解。有机磷农药大多是与体内的胆碱酯酶形成磷酰化胆碱酯酶，抑制了生物体内的胆碱酯酶（CH-E）活性，乙酰胆碱（Ach）作为传导介质会诱发代谢紊乱，迟发性神经毒性随后产生，多引起运动失调、呼吸中枢麻痹、昏迷、瘫痪甚至死亡等毒蕈碱样、烟碱样和中枢神经系统症状[6]。可通过消化道摄入有机磷农药这类典型的酶毒剂，也可通过呼吸道、皮肤和黏膜的吸收而引发中毒症状，但由消化道进入较一般浓度的呼吸道吸入或皮肤吸收中发病急、毒症状重。针对有机磷农药的化学和毒理学性质，有机磷农药残留检测的分析方法目前包括波谱、色谱、酶抑制、酶联免疫以及活体生物测定5大类方法。

波谱法的缺点是每次只能测一种或带相同基团的一类有机磷农药，通常作为鉴别方法的初步筛选，灵敏度低且无法对含多类有机磷农药残留的样品进行同时的确证试验，多需与其他方法同时使用[7]。酶抑制法是根据有机磷农药毒理特性建立的一种快速检验方法，最大的优点是操作无需昂贵仪器，简单、快速，极适合现场检测和筛选大批样品，易推广普及，但灵敏度比仪器法更低，重复性、回收率低。酶联免疫法灵敏度高，检测过程操作简便快捷，可定性定量且安全性好，但缺点是特异性强，无法实现多残留检测，抗体制备难度大，易出现假阳性、假阴性的现象。活体生物测定法虽然结果可用性高，但实验周期长、成本高。色谱法则包括薄层色谱法、气相色谱法和高效液相色谱法等，其优点是灵敏度高、检测限低，可以进行多残留检测[8]。现代仪器分析方法飞速发展，20世纪50年代后，在柱层析之后发展起来的气相色谱法作为又一种新型仪器分析方法，已逐渐成为目前应用最广泛的一类典型方法，且占有绝对优势。

3 气相色谱法（GC）在有机磷农药残留检测中的应用

从20世纪60年代开始，气相色谱法开始在农药测定方面得到应用。随着气相色谱的推广应用，以及高灵敏度选择性检测器的应用，农药残留量的测定水平提升到一新高度。气相色谱法（gas chromatography，GC）是色谱法的一种，主要以气体作为流动相，根据样品中各组分不同理化性质与特定柱填充物（固定相）不同的相互作用，彼此分离，按顺序离开色谱柱后进入检测器，将各组分逐个鉴定出来，可实现多组分同时分析。此外，GC的分类形式繁多，根据固定相的不同，可分为气固色谱（吸附色谱、柱色谱）和气液色谱（分配色谱），按所使用的色谱粗细不同，分为一般填充柱和毛细管柱。不同固定液使用于气相色谱填充柱和毛细管柱并产生高效的分离能力，使得多种农药可一次进样，快速完全地分离，最后完成定性和定量检测。此外，一些选择性很高的气相色谱检测器包括火焰光度检测器（FPD）和氮磷检测器（NPD）等的相继问世，使有机磷农药组分残留低至10-12g也能被检测出，而且比薄层色谱大大减少了杂质的干扰，因此气相色谱法广泛应用于有机磷农药残留量的分析测试中得益于其好的分离效果、快速简便的操作、高的灵敏度和准确度优越。

影响有机磷农药残留气相色谱检测的因素有很多，其中，样品前处理的科学性直接决定了检测结果的准确性，所以，样品前处理是气相色谱分析有机磷农药残留的重要步骤。样品前处理过程大多包括提取、净化和浓缩等关键步骤。气相色谱分析的前提需要进行样品的提取，因样品种类、有机磷农药性状（主要指其极性）不同其提取方法也不同[9]。包括二硫代磷酸、磷酸酯、硫醇磷酸酯、硫酮磷酸、膦酸酯和磷酰胺6大类在内的有机磷农药，极性差异大，因此无法用同一种溶剂提取所有有机磷农药，而大多根据不同极性农药选择不同溶剂提取。如一般用丙酮作溶剂匀浆抽提水果、蔬菜类农产品中的乐果残留，而多用甲醇作溶剂振荡提取谷物中的敌敌畏残留。

值得注意的是，在不同样品中的同一种有机磷农药有不同配比的提取溶剂和提取方法。正如Yoichi Aoki等人的有机磷农药提取方法的对比研究发现，有机磷农药残留量分析的一大关键是提取溶剂和提取方法的变化。此外，我国学者樊德方主编的《农药残留量分析与检测》一书中，也列出了许多有价值的有机磷农药提取溶剂和方法。

气相色谱分离的核心部分是色谱柱。毛细管柱与填充柱之间的分离能力差别很大，但均依靠各种不同极性固定液对各农药组分分离。所以，农药组分在色谱柱上分离程度的好坏取决于固定液选择正确与否。实验表明，大多数有机磷农药都属高沸点化合物，为分析需较高温汽化，所以有机磷农药分析多选择高温固定液。高分子化合物组成的高温固定液，需要可高达200～250 ℃的加热温度[10]。有机磷农药极性包括弱、中、强3种，相差较大，因此多用利用相似相溶的原理选择色谱柱中的固定液。合适的填充柱还需要选择合适的担体。对填充柱而言，如果需要对敌百虫、乐果、内吸磷、氧化乐果等农药进行分析，选用了对应的极性固定液后，还需筛选和处理担体，否则色谱峰形差，进而组分的定性、定量受影响。目前有机磷农药分析担体大约有几十种，以白色硅藻土为主。担体使用前，需进行化学键合、酸洗和硅烷化等处理，其目的在于将吸附减至最低程度，否则也会发生色谱峰形变差的现象。

近20年来，毛细管柱发展迅速，已成为一种分离效能极高的色谱柱，其特点是被分析组分在固定液上传质阻力小、渗透性大、无窝流，且样品用量少。因此，有机磷农药残留量的分析已广泛应用毛细管柱色谱柱。

分析有机磷农药普及面最广、使用最多的检测器是火焰光度检测器（FPD），其对有机磷农药类的含磷化合物选择性好、灵敏度高，磷检测限可达1×10-12g/s，线性范围为103，薄层色谱法和化学法都无法达到。FPD成熟检测器的优点是杂质干扰小、寿命长、对水不敏感等。氮磷检测器原理是由碱盐受热挥发产生蒸汽后，与被测分子中的磷、氮等原子作用后形成离子流的原理制造，也是一种用于有机氮、磷农药检测的高灵敏度专用型检测器，它比FPD性能更高，磷检测限达5×10-14g/s，线性范围大于104，而且它结构简单、造价成本低，是具有推广价值的专用型检测器[11]。

4 气相色谱法测定有机磷农药残留的现状和趋势

总的说来，用气相色谱法测定有机磷农药残留分离样品用量少、效率高、分析速度快、灵敏度高、选择性好、应用范围广，是目前食品农产品中有机磷农药残留分析检测的主要设备。气相色谱法分析有机磷农药残留目前主要针对首先有效提取不同样品中有机磷农药残留组分以排除其他杂质干扰，其次是选择合适色谱柱，以实现高效分离，最后是使用高灵敏度和选择性检测器以完成准确定性、定量检测。此外，分析有机磷农药残留从单种农药将进入了多种农药分析的新阶段，方法也将从单一的气相色谱法转变为气相色谱和质谱联用的方法。提高有机磷农药残留检测的灵敏度、高效性是未来气相色谱法结合其他检测方法需要关注的方向。

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