土壤中有机氯农药残留检测技术进展

侯宛玉，李维军，2，陈 浩，张旭云

(1.石河子大学化学化工学院，新疆 石河子 832003； 2.石河子市环境监测站，新疆 石河子 832003；3.新疆生产建设兵团生态环境第一监测站，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引言

作为有一定增产效益的毒性化学物质，农药被人们广泛投放于农业环境中，具有种类繁多和覆盖面广的特点[1]。生活中常见的土壤是良好的储蓄中心，可以将相关介质投放到大气层、生物体或者地下水等生态环境中[2]。在生态环境中污染源的释放，能够通过放大效应、生物代谢等对生态环境或者人体健康造成持久的危害。1983年我国曾经出台相关法律，禁止使用有机氯农药(organochlorine pesticide，OCPs)类污染源，但是由于其滞留时间长，降解速度慢，历史使用量比较大，所以OCPs的检测率依然居高不下，位列榜首。

土壤有机氯农药的检测技术过程分为土壤样品预处理(提取和净化)及土壤中农药含量的检测。传统处理方法对设备的要求不高，适合中小型农业企业。但传统处理方法操作烦琐，耗时长，容易被外界干扰，渐渐被淘汰。

随着科学技术的发展，通过提取与净化一体化技术的耦合，样品预处理更加省时高效、安全便携、自动化程度高、污染极小，且测量结果更加准确。

1 土壤中农药残留预处理方法

预处理的目的是提取和净化，在最大限度消除其他介质干扰的情况下，高浓度提取样本中的有效成分，从源头上减少试验误差和避免后期污染，同时也能有效减少后期试验对仪器的损坏[3]。土壤中农残提取的方式多种多样，最为常见的是快速溶剂萃取(accelerated solvent extraction，ASE)、微波提取、索氏提取和超声提取[2，4-6]。在高温高压环境下提取半固体或者固体样本应选择快速溶剂萃取方法，能高效锁定目标物，回收率和精度高，并且能有效防止土壤相关介质的化学干扰，该方法已经被许多国家采用，是处理固体样本的主要方法[7]。

1.1 基质固相分散萃取

美国学者BRAKER S A等[8]借用固相萃取的提炼手法，首次提出基质固相分散萃取(matrix solid-phase dispersion，MSPDE)技术。该方法是将试样直接与适量反相填料(C18和C8)研磨、混匀，制成半固态装柱、淋洗，根据分析物在聚合物/组织基质中的分散和溶剂的极性将分析物迅速分离，优点是一次性将样品进化、提取、匀化，被广泛应用于土壤中农药残留物的挖掘提取，尤其适用于高毒介质的提取过程[9]。

弗罗里硅土和硅藻土混合使用可以呈现较好的净化和土壤分散效果，被广泛应用于基质固相分散的常规萃取中。王伟等[10]利用对照试验的方法将弗罗里硅土和硅藻土混合使用，并借助ASE方法萃取，发现该土壤净化和分散效果远高于常规土壤。刘彬等[11]采用硅藻土和硅镁吸附剂掺拌搅匀，利用硅镁吸附剂的净化功能吸收该弱极性化合物中的腐殖酸和色素等相关极性干扰物质和化学反应特性使硅镁吸附剂可与硅藻土发生化学反应，形成基质分散器，将提取和净化同时完成。该试验操作流程单一且自动化程度较高，土壤介质可以在萃取池中单独完成净化和提取的全过程，耗时较短，间接提高了样品的初步分析精度，可用于农药业土壤介质的快速监测，适合流水线大批次土壤样品自动化分析过程。

1.2 固相微萃法

固相微萃法(solid phase micro-extraction，SPME)是一种能将浓缩、提取、采集合三为一的新兴技术。目前市场使用反馈其回收率高、适用性广、简单高效、重现性好、安全性高，备受农药业青睐。使用该法后，有机溶剂含量进一步减少，且与色谱仪器联合使用，环保绿色。

结合SPME技术，可采用涂层技术，将试样内部填以多孔芳烃框架/离子液体、自制介孔TiO2纳米颗粒、聚酰胺(PA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和多孔芳烃框架/离子液体、分子印迹，广泛用于有机磷农残或有机氯样品的前处理过程[12]。目前市场上自制纤维和商品SPME纤维都只能实现一种农药残留的萃取，并未涉及同时萃取多种农药残留，所以该技术的应用范围相对较窄。

1.3 QuEChERS前处理法

QuEChERS(quick，easy，cheap，effective，rugged，safe)是国际上新兴的农药检测技术[13]。金丽琼等[14]利用最新的QuEChERS和NY/T 761-2008前处理方法，纳入GC-ECD成分开始有机氯农药残留的检测对比试验，总结有机氯农药的含量成分和相关作用机制，并添加一定量的混合农药标准品作用，观测数据，并记录结果。试验结果显示，QuEChERS前处理方法有效降低了有毒有害物质的产生量，并且简化了试验处理过程，加快了检测效率。目前市场QuEChERS使用率不高，原因在于其处理包造价较高，使用成本往往超出预算，被许多小型企业舍弃。由于利用量有限，检测人员可以根据检测样品的特异性，选择合适的前处理方法，在控制成本的情况下，也可达到更精确的检测效果。

1.4 在线凝胶渗透色谱法

有机污染物残留量较多时，可用在线凝胶渗透色谱法(gel permeation chromatography，GPC)净化，该方法具有脂质和色素净化效果好，自动化程度高的优点，多用于大分子干扰[15]。在线凝胶色谱渗透法的分离基础是溶质分子的相关物理性质——大小，尺寸、填料柱的相关性质(孔径、孔隙率)及流动相固定相的差异，与样品本身无关。因此，凝胶渗透色谱具有对流动相的要求低、试验条件相对稳定、重现性高、分析速度快、溶质回收率高等优点，与其他方法相比，该方法具有独特的分离效果。

王爱霞等[16]采用QuEChERS方法将土壤中多种类型有机农药提取、净化，并且进行GPC-GC-MS实时更新。试验中利用乙腈技术提取C18和PSA，净化混合，方便快速地净化并制备样品。利用商品化的凝胶渗透色谱仪，自动化收集、进样和洗脱萃取液，将前处理过程优化为半自动试验过程，提升了试验效率。GPC核心技术的关键在于柱填料，当前我国有机高分子基质色谱填料研究较为落后，仍有很大发展空间[17]。

1.5 超临界流体萃取法

1990年，超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)技术就已经诞生并开始用于色谱分离过程。由于其液体分配作用和气体渗透性的功能，被广泛应用于分离和萃取同步试验过程。该方法具有流体黏度低、扩散系数大、密度大等优点，广泛应用于农药行业。其中超临界萃取CO2(SFE-CO2)技术，利用超临界状态的CO2或N2作淋洗剂，流出液中CO2在常压下挥发，待测物用溶剂溶解后进行分析[9]。该方法排除了传统提取手法的繁杂过程，其分离机制有效规避了大量有机溶剂的消耗，且提取全过程绿色无污染，受到各界青睐。在实际应用中，SFE方法存在很多局限性：①定量提取困难；②提取溶剂单一，需添加改良剂(如甲醇、二氯甲烷、丙酮和乙醚等)；③样品基质的性质会对提取效率产生较大影响；④仪器使用方法涉及参数多，实际样品分析存在较大困难[18]。

2 土壤中有机氯农药检测方法

2.1 气相色谱法

色谱法是最普遍的仪器分析法之一，可用于土壤的有机氯农药检测[19]。有机氯农药含有卤素、氧等电负性较大的元素及具有高温可气化特点，通常用气相色谱(gas chromatography，GC)分离后，用电子捕获检测器(electronic capture detector，ECD)或质谱(mass spectrometry，MS)进行定性/定量检测[20-23]。

近年来，将全二维气相色谱法与ECD联用，用于分析复杂基质样品的研究越来越多[24]。实际检测过程中，土壤往往包含组分复杂的目标化合物的同分异构体，普通一维色谱分离法已经无法满足同时测定复杂土壤中的多氯联苯及多种有机氯农药，甚至可能会产生严重的峰重叠现象。引入高灵敏度的电子捕获检测器(ECD)后，可有效解决峰重叠现象，但是其专属性差，需要全二维气相色谱法的优异性能弥补残缺。近年来，我国学者开始探索复杂基质样品检测分离的方法，提出了ECD与全二维气相色谱法联用思想，吕爱娟等[3]和时磊等[25]利用全二维气相色谱法对多种化合物进行了良好分离。尽管气相色谱-电子捕获检测法灵敏度高，但在定性上不如气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)，且低氯目标物响应太低，检出限差强人意[26]。

2.2 气相色谱-质谱法

质谱法目前已经达到了无需标样的境界，且其检测灵敏度已经高达95%，而且可以充分发挥物理作用，利用过谱库检索来定性，或通过目标化合物质谱的特征峰确定分子结构[27]。目前还没有能够分离混合物的质谱仪，需要和其他分析相关色谱互补连用，才能应用于实际环境监测中，从而达到良好检测的效果。

刘玲玲等[28]建立气相色谱-质谱法同时测定土壤中23种有机氯农药的方法，并研究了不同基质效应补偿方式，土壤净化后采用气相色谱-质谱仪检测，发现7种有机氯存在中或强程度的基质效应。

2.3 气相色谱-串联质谱法

为高效完成检测，必须精确提供最优的离子对和碰撞能、化合物的保留时间，这些参数一直是气相色谱-串联质谱法(gas chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry，GC-MS/MS)分析的重要条件。为保证时间效益，需要同时建立相应的“时间采集程序”[29]。汤乐金等[30]借用保留时间自动调整(automatic adjustment of retention time，AART)功能，将Qu EChERS方法用于去除杂质，并采用升温模式的柱箱(柱流量为1.00 mL/min)，分流(分流比20∶1)监测(multiple reaction monitoring，MRM)检测状态并定量内标。

2.4 高效液相色谱法

高效液相色谱法(high performance liquid chromatography，HPLC)通常是在高沸点情况下，检测不稳定农药采用的方法。与传统的GC法相比，HPLC法的检测速度发生了质的飞跃，而且其分离功能也被发挥到极致。柱内各组分分离后，必须快速进入检测器进行检测，从众多数据信息中获取有用的样品信息，进而挖掘其经济效益[31]。吴春英等[32]和彭晓俊等[33]应用固相萃取(典型高效液相色谱法)检测有机氯农药在水中的含量，并绘制回收率曲线，从根源上分析大批量样品的成分问题，初步筛选可用样品用于后续试验分析。

2.5 生物技术法

比较常见的生物检测技术主要有酶抑制法、生物传感器法、免疫分析法等。酶抑制法在农药行业已经有一定程度的应用，但仅适用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的测定，不能给出农药化合物的确切名称和定量结果，具有很大局限性。生物传感器法是利用一种生物活性物质与能量转换器密切配合，对特定种类农药或农药残留具有选择性和可逆响应的分析装置。大多数用于农药残留分析检测的生物传感器采用的是pH值改变技术，可统计分析酶的反映效果，并绘制成曲线，实现试验过程的可视化。作为农药残留分析的热点，免疫分析法是一种集高灵敏度和特异性于一体，将抗原抗体反应与现代测试手段相结合的痕量分析方法，已经成功用于某些重要生物活性物质的痕量检测。可将传感技术与农药免疫分析法相结合，用于农药残留的快速定性和定量检测[32]。

3 结束语

联合使用多种技术使得有机氯农药的测量更有效、更精准。前处理的耦合模糊了提取和净化的界限，将不同方法相互综合，弥补了各自的缺点，使得检出限更低。ASE联合基质固相分散萃取，具有提取速度快、溶剂消耗量少、自动化程度高等优势，受到越来越多研究工作者的青睐。检测中使用GC-MS技术，相互综合，弥补了各自的缺点，使得检出限更低。免疫分析法等生物技术的耦合也有成为未来检测技术发展的新热点。总之，农药残留分析方法正朝着准确、可靠、省时、高效、安全、便携、环保、灵敏度高、重复性好的方向发展。