新烟碱类杀虫剂的样品前处理和检测方法研究进展

许志刚，吉 洋，王 丹，司晓喜，张凤梅，刘志华，林 涛，刘宏程

(1.昆明理工大学 理学院，云南 昆明 650500; 2.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650231;3.云南省农业科学院 质量标准与检测技术研究所，云南 昆明 650223)

0 引 言

新烟碱类杀虫剂是一类在烟碱分子基本结构基础上官能团转化得到的一大类化合物[1]，于1990年首次被引入，因其具有亲水性、广谱杀虫性、环境友好性和低毒等优势[2-3]，现广泛应用在土壤处理、种子保护、害虫防治中.但该类化合物难以降解[4]，易于残存在环境基质中，且难以用简单手段去除[5-6].新烟碱类杀虫剂会对蜜蜂、家蚕等有益昆虫类的非靶标生物造成毁灭性威胁[7].此外，研究还发现其部分降解产物会对鱼等水生生物产生不可逆的生物毒性作用[8].新烟碱类杀虫剂对生态系统造成不可逆的破坏[6,9]，直接或间接影响了农作物生产种植带来的价值和经济效益，同时还存在潜在的人类健康以及生物多样性威胁[10-11].国际组织已制定了食品中新烟碱类杀虫剂的限量指令.欧盟规定了噻虫胺、吡虫啉和噻虫嗪等新烟碱类杀虫剂的最高残留水平量为 0.05 mg/kg[12]，中国也严控新烟碱类杀虫剂的生产使用[13].图1列举了九种典型新烟碱类杀虫剂化合物分子结构式.

1.噻虫胺; 2.呋虫胺; 3.烯啶虫胺; 4.噻虫嗪; 5.氟啶虫酰胺; 6.吡虫啉; 7.氯噻啉; 8.啶虫脒; 9.噻虫啉

新烟碱类杀虫剂的广泛使用以及对环境安全及人类健康存在的潜在威胁使其备受关注.然而，由于实际样品基质复杂，且目标分析物含量较低[14]，常规样品前处理技术难以满足复杂基质中新烟碱类杀虫剂残留检测.本文全面介绍了新烟碱类杀虫剂的样品前处理技术，包括固相萃取法、分散固相萃取法、分散液-液微萃取法、分子印迹法、亚临界流体萃取法等；综合报道了新烟碱类杀虫剂的检测方法，如高效液相色谱法、液相色谱-质谱联用法、气相色谱-质谱检测法、电化学法、酶免疫检测法等，为从事农产品安全检测、生态风险评估和污染管理的工作人员提供检测方面的技术支持.

1 新烟碱类杀虫剂的样品前处理方法

样品前处理是最大限度提高色谱仪器灵敏度和准确分析性能，获得可靠分析结果的重要环节.环境基质中的新烟碱类杀虫剂含量低，难以高效分离，且基质组分复杂，干扰物众多，难以满足仪器直接进样的苛刻要求，所以需要建立适合的新烟碱类杀虫剂样品前处理新技术，使得多种痕量新烟碱分析物与样品基质及干扰物得到有效分离和富集.在此，介绍了新烟碱类杀虫剂检测中常用的样品前处理方法：固相萃取、固相微萃取、分散固相萃取、分散液-液微萃取等方法.

1.1 固相萃取

固相萃取是一种常规的样品前处理分析方法，通过选择适合的洗脱剂，使目标物从液体样品中分离.该方法简单高效，适用于简单目标分析物的净化和富集.Li等[15]开发了一种使用圆盘固相萃取结合高效液相色谱-串联质谱同时测定海水和河水样品中的七种新烟碱和其代谢物氟虫腈的新圆盘固相萃取方法(如图2所示)，检测了中国胶州湾及其邻近河流真实环境水样中十一种新烟碱目标分析物，定量下限为0.05～0.50 ng/L，回收率为58.9%～109.9%.Hou等[16]研究了Oasis HLB SPE固相萃取柱净化和富集蜂王浆、蜂蜜样品中的吡虫啉、噻虫胺、噻虫嗪在内的十种新烟碱类杀虫剂及两种代谢物，甲醇溶液能很好地洗脱蜂蜜样品中的多种新烟碱类杀虫剂，实现了复杂样品中多组分新烟碱类化合物净化和富集，定量限为0.25～5.0 μg/kg.张俊杰等[17]使用了Waters Oasis HLB固相萃取柱净化和富集环境水样中的多种新烟碱类杀虫剂，结合响应曲面法对萃取解吸过程中的多种条件快速优化筛选，得到新烟碱类分析物的回收率在75.4%～122%.

图2 盘基固相萃取结合HPLC-MS/MS测定沿海环境水中的新烟碱类杀虫剂示意图

1.2 分散固相萃取

分散固相萃取法是基于固相萃取开发的一种使用分散吸附剂在液体样品中吸附目标分析物的样品前处理技术.该方法具有操作方便、高效快捷、方法检出限低、回收率高的优点，被广泛应用在环境检测、化工生产和医学检验等多种实际生产生活领域.Mahdavi等[18]使用N-丙基乙二胺吸附剂(PSA)分散固相萃取技术分离富集了开心果中的吡虫啉和啶虫脒两种新烟碱类杀虫剂，回收率分别为70.37%～89.80%和81.05%～113.57%，该方法使用有机溶剂少、操作简单快捷、回收率高.为提高分散固相萃取的吸附性能，Dankyi等[19]使用了PSA、C18、石墨化炭黑三种混合多元吸附剂，结合分散固相萃取法测定了富含脂质的可可豆果实中的新烟碱杀虫剂.此外，Valverde等[20]还报道了增强脂质去除产品(EMR-Lipid)作为分散固相萃取的吸附剂，处理含有吡虫啉的蜂蜡样品，通过与超高效液相色谱-四极杆飞行时间质量检测器联用，同时测定蜂蜡中的七种新烟碱类杀虫剂，检出限为0.4～1.4 μg/kg，而采用基于核壳技术的色谱柱进行分离目标物，实现了更短时间内杀虫剂的色谱分离.

1.3 分散液-液微萃取

分散液-液微萃取是基于液-液萃取的样品前处理技术，具有使用少量有机溶剂和少量样品溶液的特点，常被用于环境安全检测、刑侦检验等.Jovanov等[21]结合理论计算模拟得到新烟碱类杀虫剂在两相溶剂中的分配情况，得到最佳的新烟碱类杀虫剂分散液-液微萃取方法，将该方法应用在蜂蜜复杂样品中，获得回收率74.3%～113.9%.这一研究还利用理论计算探究新烟碱类杀虫剂分散液-液微萃取的最佳实验参数，有效避免了实验优化过程中提取溶剂的不恰当选择和不必要浪费.Zhang等[22]采用氯仿和乙腈组合萃取黄瓜样品中的啶虫脒、吡虫啉、噻虫啉，得到这三种新烟碱类杀虫剂的富集倍数高达 4 000～10 000，该分散液-液微萃取结合扫描胶束电动色谱法的富集倍数显著优于常规的分散液-液萃取方法，检测限为0.8～1.2 ng/g.Senovieski等[23]研究了新型注射器分散液-液微萃取方法提取大豆叶子中的吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺，如图3所示.该方法样品处理时间短，方法操作简单快捷，相比于常规的固相萃取方法，回收率更高、方法装置小型化，可以在室外恶劣环境下就地实现新烟碱杀虫剂样品处理.

图3 基于注射器的分散-液体微萃取法分离和富集新烟碱类杀虫剂的样品前处理示意图

1.4 分子印迹法

分子印迹技术具有特异性识别能力，它通过制备出与目标分析物空间结构互补的含有空间位点的特异性识别空腔聚合物，可直接选择性萃取样品中的目标分析物.分子印迹样品前处理技术已经被广泛应用到环境、医学、食品等复杂基质样品的分析.该技术常与传统微萃取技术相结合，赋予其选择性识别能力.王鸣华课题组[24]以噻虫啉为模板分子，制备了分子印迹固相萃取柱，应用在大米和稻田样品中，检出了噻虫啉、吡虫啉、氯噻啉，同时加标回收率为80.2%～98.8%.Aria等[25]制备了吡虫啉分子印迹聚合物，结合离子迁移谱，分析土壤和植物中的吡虫啉，该方法检出限为 0.03 μg/g.Zhang等[26]将分子印迹聚合物单层加载到惰性石墨烯表面(如图4所示)，所提出的传感器具有很高的稳定性和特异性识别能力，该方法应用于糙米样品中吡虫啉的检测，检测限为 0.10 μmol/L.

图4 基于分子印迹的石墨烯传感器制备及其对吡虫啉选择性电化学检测示意图

1.5 其它样品前处理技术

针对新烟碱类杀虫剂样品的前处理，还有以亚临界水为溶剂的萃取方法[27]，亚临界水大大降低了极性、表面张力和粘度，从鳗鱼基质中提取了七种新烟碱类杀虫剂，采用超高效液相色谱-电喷雾电离串联质谱检测，新烟碱类化合物的检测限和定量限分别在0.12～0.36 μg/kg 和 0.42～1.12 μg/kg 范围内.该方法快速、灵敏、易于操作，无有机溶剂，适用于水产品中杀虫剂残留的高通量监测.

此外，Saito-Shida等[28]采用超临界流体萃取提取了116种农药，包括番茄和黄瓜样品中的6种新烟碱，啶虫脒、吡虫啉、噻虫啉和噻虫嗪的回收率普遍良好，但噻虫胺和烯啶虫胺的回收率低，仅有32%～34%，回收率低的原因是因为样品基质与该化合物的硝基发生了相互作用.

2 新烟碱类杀虫剂检测方法

2.1 液相色谱方法

液相色谱方法是一种最通用的色谱分离检测方法，通过分析物在固定相和流动相的分配不同，保留时间的差异得到分离，结合光谱或质谱检测器实现分析检测.Seccia等[29]开发了一种同时测定牛奶中四种新烟碱类杀虫剂(啶虫脒、吡虫啉、噻虫啉和噻虫嗪)的分析方法，使用含有硅藻土材料的Chem Elut小柱，用二氯甲烷从牛奶样品中提取目标分析物，通过带二极管阵列检测的高效液相色谱仪进行杀虫剂定量测定，四种新烟碱类杀虫剂实现有效分离，色谱峰形良好，定量限为0.01～0.04 mg/kg.Kachangoon等[30]开发了一种浊点萃取方法，结合高效液相色谱快速测定四种新烟碱类杀虫剂残留物，该方法在 9 min 内完成四种目标物的分离测定，线性范围在1～1 000 μg/L，高富集因子在50～250倍，检测限为0.3～1.0 μg/L，该方法成功应用于地表水、土壤和尿液样品中的新烟碱类杀虫剂残留量测定，加标回收率为80%～115%.

2.2 液相色谱-质谱检测方法

液相色谱-质谱法是目前新烟碱类杀虫剂广泛使用的仪器检测方法.Xie等[31]报道了一种高灵敏的液相色谱-串联质谱方法，采用活性炭和 HLB 固相萃取柱进行样品前处理，结合液相色谱-串联质谱分析农业样品中的六种新烟碱类农药残留，该方法准确度高、稳定性好，对新烟碱类化合物的检测具有普适性.表1还给出了不同种类新烟碱杀虫剂的液相色谱-质谱检测方法.

表1 新烟碱类杀虫剂液相色谱-质谱检测方法

2.3 气相色谱-质谱检测法

新烟碱类杀虫剂属于强极性、低挥发性物质，在气化过程中新烟碱类可能发生降解，对分析结果产生不利影响，因而关于气相色谱分析新烟碱类杀虫剂的报导很少.相比之下气质联用法定性能力更强、灵敏度更高，已有报道用于水果、粮食、蔬菜等样品中新烟碱杀虫剂的残留检测.许秀莹等[39]使用气相色谱-质谱法对6种新烟碱类杀虫剂进行定性定量检测，最低检测浓度为 0.05 mg/kg.Nomura等[40]建立了一种基于气相色谱-质谱检测法的快速分析方法，应用于人尿液中三种新烟碱类杀虫剂代谢物的检测，每种代谢物的检测限为 0.1 μg/L.

2.3 电化学法

Ana等[41]报道了用氧化石墨烯和β-环糊精修饰的电化学传感器，检测了蜂蜜样品中的吡虫啉、噻虫胺和噻虫嗪，该方法灵敏度高，可应用于蜂蜡等复杂基质中新烟碱类杀虫剂的检测.Zhang等[42]采用β-环糊精-石墨烯修饰玻璃电极，结合线性扫描伏安法对谷物中的哌虫啶进行定量分析，在同一加标浓度下，此方法与高效液相色谱相法的回收率相当.Urbanová等[43]使用氧化石墨烯修饰后的电极，实现了水和蜂蜜中噻虫嗪、吡虫啉的检测，检测限分别为 8.3 μmol/L 和 7.9 μmol/L.Ganesamurthi等[44]合成了一种氧化钴与g-C3N4的复合物，并将其附着在电极表面，用于食品中噻虫嗪的检测，检出限为 4.9 nmol/L.

2.3 其它检测方法

Watanabe等[45]采用酶联免疫法，测定了含水土壤样品中的三种新烟碱类杀虫剂：呋虫胺、噻虫胺和吡虫啉，回收率为72%～126%，该方法无需使用有机溶剂.Carbonell-Rozas等[46]使用毛细管电色谱法，同时分析了五种谷物中的七种新烟碱类杀虫剂，该方法具有样品用量少、分离效率高的优点，所有分析物的检测限和定量限范围分别为3～5 μg/kg 和9～18 μg/kg.

3 结 语

新烟碱类杀虫剂广泛存在于农作物和环境基质中，由于具有非目标靶向性，对野生动物和人类健康均产生一定程度的不利影响，对农作物和环境基质中的新烟碱类杀虫剂进行残留监测和暴露评估具有重要意义，建立高效的样品前处理技术和检测方法是分析工作者要做的先行工作.就目前的研究情况来看，新烟碱类杀虫剂残留检测的分析方法有如下的发展趋势：

1)新烟碱类杀虫剂样品前处理技术的发展方向：新烟碱类杀虫剂多组分的高通量、选择性分离富集样品前处理技术仍待开发，多种常规样品前处理技术的组合应用，一定程度提升了样品处理通量，一些新颖高效的样品前处理技术要以消除基质干扰和提升选择性为目标.

2)高效的分离分析方法的开发：解决多个目标物的同时高效分离分析，以及目标物与复杂基质的分离，开发色谱柱柱串或并联技术、超临界流体色谱和多维色谱等.

3)新烟碱类杀虫剂残留现场快速检测方法的开发：迫切需要可现场快速分析农作物、环境样品中的新烟碱类杀虫剂残留的方法，尤其是一些可视化的分析方法，如比例式荧光传感器、特殊显色卡以及沉淀剂等方法，有助于快捷评估新烟碱类物质的农产品安全和环境风险.