关于农药残留分析技术进展概况

  Tess ·  2011-12-21 22:24  ·  10975 次点击
摘要
本文概述了近几年国外农药残留分析在样品制备及测定中取得的重要进展
内容
关于农药残留分析技术进展概况
在过去几年里,农药残留分析技术在许多领域都取得了重要进步。由于农药品种和用量的不断增加,农药作为对环境和食品的重要污染源之一,越来越受到各国政府和公众的关注。其分析技术的提高也受到高度重视。新的分析方法,特别是多种类型农药的多残留分析方法、同类型农药的多残留分析方法以及新的单个农药在多种试样中的分析方法都取得了重要进展〔1〕。
近几年来,在残留分析方法的研究和应用中可看出有如下几点趋势。
1待测组分越来越复杂。除原来农药的几大类型外,新开发的农药包括了各种各样新的结构基团。其中不少化合物,或分子量大,或极性极强,或对热不稳定。除母体化合物外,代谢产物(有活性或有毒性)的分析更加受到重视。代谢产物常留分析技术提出了更高要求。
2由于人类对环境和食品质量要求越来越高,以及检测技术的不断进步,使农药残留检出灵敏度进一步提高。目前,水样一般测到ppb至ppt水平,检测到ppq水平也时有报道。作物、饲料、土壤和其他生物样品一般在较低的ppm到ppb水平。新的食品残留检测下限必须低于最大允许残留量。在定量分析方面,为了提高方法的精密度和准确度,越来越多的方法采用内标法代替过去常用的外标法。
3一向十分费事的样品预处理工作,正向着省时、省力、廉价、减少溶剂、减少对环境的污染、微型化和自动化方向发展。如固相萃取(SPE)、超临界液体萃取(SFE)、微波辅助萃取、样品(matrix)固相分散萃取、自动索氏萃取,在线HPLC萃取等都取得很大进步。尤其是SPE的应用已相当普遍。SPE克服4了液/液萃取(LLE)及一般柱层析的缺点。与LLE相比,可节省时间和溶剂约90%〔2〕,减少杂质的引入,对操作者更安全,重现性好,可避免LLE中乳化现象的产生。SPE实际上是色谱技术应用的另一种形式。根据柱中填料大体可分为吸附型(如硅胶、大孔吸附树脂等)、分配型(如C8、C18、苯基柱等)和离子交换型。应用中遵守的原理基本上和一般色谱相同5。对水样和其他液体样品(如牛奶、饮料、血浆、尿等),在选择合适的萃取柱和洗脱液及其他优化条件后,可使萃取、富集、净化一步完成。然后直接进行GC或HPLC分析。Shepherd等〔3〕用C18柱萃取水中莠去津,用15小时可处理12个样品。10毫升水样,检出灵敏度可达005ppb。Holland等〔4〕用C18柱筛选葡萄酒中74种农药,方法快速,重复6性也好。对固体样品,SPE主要用于净化。提取仍须先用溶剂萃取。根据需要,净化时可用单柱也可用多个柱串联使用。Schenck等〔5〕用C18和弗罗里硅土SPE柱串联,净化鸡蛋中有机氯及有机磷的乙腈提取液,以GC/ECD/FPD测定,可减少90%的溶剂消耗和85%的废液处理。另一种增强净化效力的方式是用混合型柱。它可利用多种界面效应来分离和纯化分析组分。Mills等〔6〕比较了两种不7同8的混合柱在环境及临床化学中的应用。一种是将各种不9同10填料经机械混合装入同11一SPE柱。另一种是将这些带不12同13性质官能团的物质,化学键合到同14一骨架树脂上(copolymerized),将其制成SPE柱。实验表明,极性的均三氮苯类化合物在机械混合的SPE柱上,回收率低于多聚键合型SPE柱。原因可能是由于硅胶粒子的空间隔离,降低了某些活性基团的作用。SPE的另一优点是容易实现预处理的自动化。国外已推出商品化的自动固相萃取装置ASPEC(AutomatedSolid-phaseExtractionCleanup)。将其与HPLC在线结合可实现许多农药残留的全自动分析。
SFE在农药残留分析中应用的报道也在增加。SFE是以超临界流体代替各种溶剂来萃取样品中待测组分的萃取方法。其优点是基本上避免了使用有机溶剂,简单快速、能选择性地萃取待测组分并将干扰成分减到最小程度、减少一般提取方法所占用的玻璃仪器及实验室空间,能实现操作自动化。目前最常用的超临界流体为二氧化碳。为了改进对极性农药的萃取效力,常在二氧化碳中加入少量极性溶剂,如甲醇等。SFE有在线(on-line)和离线(off-line)两种应用形式。在线方式常与GC、超临界流体色谱(SFC)、HPLC或凝胶渗透色谱(GPC)等结合,实现全自动分析过程。离线的SFE,则在萃取不同样品数量和类型以及选择后面的测定方式上有更多的灵活性。Snyder等〔7〕比较了SFE与经典的超声波和索氏提取器对农药的萃取情况。认为三种方法中,SFE精密度最好,比其他两种方法省时省力。Furton〔8〕研究了影响SFE效力的各种因素。指出:不仅温度、压力(密度),而且不同样品种类、萃取容器以及接收体积的变化都明显地影响萃取效力。Lehotay等〔9〕提出了应用Hydromatrix(HMX,一种小粒状硅藻土)到蔬菜水果多残留分析的样品制备中,解决了SFE要求样品的水分含量不能太高,样品用量小(一般1~3克)又必须保证样品的均一性、代表性和方法的准确度等问题。由于SFE需要一定的特殊设备,使目前广泛应用受到限制。但由于它具有许多独特的优点,其应用前景是很光明的。
4定量分析方面出现了许多新变化。高效液相色谱的应用越来越广泛。其原因主要是HPLC能适合测定热不稳定和强极性农药及其代谢物。这些农药用GC测定时,必须先进行衍生化处理。其次是HPLC可以与柱前提取、纯化及柱后荧光衍生化反应和MS等系统联用,容易实现分析过程的自动化。同时,一些新的检测器的使用,一定程度上提高了HPLC的检出灵敏度。目前,HPLC分析农药残留时,仍以C18柱及二极管阵列紫外检测器为主。但多种检测器和极性、非极性键合相及离子交换柱的应用也在增多。热喷雾MS在HPLC中应用的研究也很活跃。
以往在残留分析中占绝对优势的气相色谱法,已由过去以填充柱为主,变到目前以毛细管柱为主。80年代曾有人预言,毛细管柱只能作为填充柱的补充,而绝不会代替填充柱。而今天,在许多发达国家毛细管柱代替填充柱已经逐步成为事实。毛细管柱,从分辨能力、灵敏度、分析速度以及色谱柱的相对惰性几方面看,都比填充柱优越。由于弹性石英毛细管柱的出现,使操作更方便易行。进样系统的不断改进,不但提高了毛细管气相色谱分析的精密度和准确度,而且大大增加了进样量,进一步提高了灵敏度。微机控制处理大量的分析数据,使得毛细管柱的优点得到更充分的发挥。对多种类型或同一类型农药多残留分析来说,毛细管色谱是最得力的工具。用二维或多维毛细管柱分离的农药可达二、三百种之多。当然,这决不是说一根毛细管柱能解决所有农药的分离问题。
近年来,有关SFC应用于农药残留分析的报道也在增加。SFC是以超临界流体作为流动相的色谱分离技术。它弥补了GC和HPLC各自的不足。因为超临界流体具有气体和液体的双重性质,其粘度小、传质阻力小、扩散速度较快。其分离效力和速度可与GC相比。另方面,其密度、溶解度可与LC相比。流体的物理、化学性质,如溶解能力、扩散及粘度都是密度的函数。因此,在SFC中,采用程序升密度就相当于GC中的程序升温和LC中的梯度淋洗。尤为突出的特点是,SFC可以与大部分GC和HPLC的检测器相连接,如FID、FPD、NPD、ECD、UV以及MS、FTIR等都能用。这样就极大地拓宽了其应用范围。许多在GC或HPLC上需经过衍生化才能分析的农药,都可以用SFC直接测定。Jablonska等〔10〕和Murugaverl等〔11〕分别报道了用毛细管SFC-MC测定有机氯及氨基甲酸酯类农药的残留。目前,由于其设备昂贵,限制了其广泛应用。
在一些发达国家,GC/MS、HPLC/MS已成为常规的残留分析监测手段,成为定性及定量分析最得力的工具。原子发射及原子吸收光谱检测器的出现,使某些含金属的农药可用GC直接测定。手性固定相应用于毛细管GC或HPLC,可分离测定农药的异构体和对映体。毛细管电泳对离子型化合物有特别高的分辨力。这些都为某些特殊分析问题的解决提供了手段。
5免疫分析法(IA)尤其是酶免疫分析(EIA)的研究十分活跃。应用方面也取得较大进展。IA被称为使用抗体作为“生物化学检测器”的分析技术。其开发过程需要投入较多资金和较长时间。一旦开发成功,则具有简单、快速、灵敏度高、特异性强(对某一个或某一类化合物)、廉价、样品所需量少等优点。Kaufman等〔12、13〕先后综述了IA在农药残留分析中的研究和应用概况,以及美国官方机构对发展IA技术的态度和将酶标试剂盒应用于实践中的准则。文献报道可用EIA分析的农药约有60多种,其中除草剂和杀虫剂较多,杀菌剂较少。近几年的研究,虽然开发了一些新农药品种,但不是很多,而在改进EIA的使用技术,如由多抗转向单抗、纯化抗体和抗原、改进抗体的载体和反应环境以及定量方式等方面取得了不少成果。国外一些公司推出了多种酶标试剂盒应用于常规分析及田间监测的快速筛选,作为仪器分析的辅助方法发挥了一定作用。Krotzky等〔14〕提出了免疫测试在农业化学品残留分析中有关精密度、标准化和质量控制的建议。在美国、德国、英国等国家都成立了有关免疫分析专家工作组。其目的是要确定IA作为残留分析手段的准则和标准,促进IA技术更加完善,使其分析结果能为权威机构或农药登记部门直接正式接受。
6以往发表的残留分析方法,大都是针对生物样品、环境样品和食品。1993年在华盛顿举行的AOAC国际会上,进行了关于人体内农药和化学污染物残留分析方法的专题讨论会。强调了人体样品如血、尿和母乳等与农产品和环境样品相比时,新的残留分析方法非常缺乏。因而对人体样品分析方法的研究,在今后相当长一段时间内,对各种类型的农药来说都非常需要。

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