荧光法测定农药残留

农药学课程论文姓名：王萍学号：13100070学院：农学院专业：13青年农场主班指导老师：王毅荧光法测定农药残留摘要：近年来，随着经济水平的不断提高，人们的生活水平也发生了翻天覆地的变化。人们在追求物质富足的同时，更注重对食品安全的考虑。目前，在农药残留检测领域已经有多种方法。本文在综合各种方法的前提下，提出荧光法检测农药残留。对农药的特性进行分析，以探索荧光法测定农药残留检测的可行性。关键词：农药残留，荧光法，特性分析一．引言人类在长期从事的农业生产实践活动中，积累、发展并丰富了应用化学药品与农作物病、虫、鼠害作斗争的经验。这些化学药品就是农药。远在公元以前就开始了对农药的使用．古腊人为防生病记载了用硫磺熏蒸杀虫的方法；中国远在3000年时也有用草木灰杀虫、草熏杀蠡虫的记录。随着农业技术的发展，化学农药的种类和用途也在不断增加，是防治病虫草鼠害的主要于段。对农业的产前防治，生产后增产有极其重要的作用。在农作物使用农药以后，绝大部分的农药会在大自然的自我修复，或是降解，或是转化…..但在农作物及其生态环境中．由于缓慢降解、长期累积等原因，会有极少量的农药剩余。农田施用农药后，微量的农药、有毒代谢降解物以及杂质仍然滞留于农产品以及生态环境中，这些有毒物质统称为农药残留[1]。长期食用含有残留农药的农作物会影响人体的健康．并且由农药残留引起的环境问题和进出口过程中所产生农药残留检测不过关的问题，也引起了国际社会的高度重视。为此，农药现在已成为世界上环境污染源之一。农药是一把双刃剑。一方面，农药能够提高粮食产量，推动农业经济发展，还能为全国乃至整个世界提供食物供给。据统计，每年我国都会发生病虫害事件，发生的面积约为4亿公顷，防冶面积则约为4．5亿公顷．而因施用农药挽回了粮食5800万吨、蔬菜5000万吨、棉花155万吨、油料240万吨、水果600万吨。由此看出对人类的发展，农药有着巨大的贡献。另一方面，由于大量广泛的使用农药，长期摄食带有含残留农药的食物，极大的损坏人体健康，如导致身体免疫力下降，可促使人体细胞发生癌变，加重肝脏负担，导致畸形等；还会对环境造成严重污染，如直接污染农作物，恶化环境质量、污染水环境、污染土壤、减少物种，破环生态平衡等[2]。在经济上也造成重大损失，农药残留问题是重大的公共卫生和政治经济问题．它不仅关系到国民的身体健康和生命安全，还影响到社会的稳定性，同时．在世界经济一体化进程逐渐加速的今天，农药残留问题更是关系到出口贸易和国际关系的大事。农药残留严重威胁着人类健康、生态环境以及经济问题。二．药残留检测方法概述从20世纪80年代以来，随着分离、测定技术的快速进展，尤其是多种高灵敏度、选择性色谱检测器、质谱检测器以及色质联用技术的成熟和普及的应用，针对农药残留的研究与分析也随之发展迅速。农药残留分析主要是对农副产品、食品和环境样品等待测样品中的残留农药进行定性分析和定量分析。分析方法可分为两种．一种是农药单残留分析(SingleResidueMethods．SRM)，只能定量测定待分析样品中的一种农药或者杂质或代谢产物，对于某些特殊的农药只能进行SRM分析，如不稳定、易挥发．或是两性离予．或几乎不溶于任何溶剂等特性的农药。但耗费时长且花费较大；另一种是农药多残留分析(Multi—ResidueMethods，MRM)，是指在一种分析中能同时进行提取，净化、定量和定性分析测定样品中的多种残留农药。根据对农药不同种类的分析，MRM分析还可分为两种．第一种是仅适用于同一类的多种农药残留，称为单类型农药多残留分析：或是针对多种不同类型农药建立的多残留分析方法或进行的检测，则称为多类多残留分析方法(Muhi—ResidueMethod，MRM)，或选择性多残留方法(SelectiveMRM)。由于同类型农药的理化性质相似，可以实现同时分析．如有机磷类农药的多残留分析、有机氯类农药的多残留分析、氨基甲酸酯类农药的多残留分析等；第二种是用一种方法能分析多种类型的农药残留的多类多残留方法(Multi—ClassMulti—ResidueMethod)。研究机构采用多残留分析方法对没有用药历史的待测样品进行分析．以及对农副产品质量、环境污染中的有毒介质进行监督和判断。研究残留农药定量、定性分析方法较多的有：配备FID、TCD、FPD、NPD等检测器的气相色谱法；配备UVD、DAD、FD等检测器的液相色谱法；免疫分析法；薄层色谱法；酶抑制法等[3]。1、免疫分析法(Immunoassay，IA)免疫分析法是是一种利用抗原一抗体特异性识别与结合反应对待测物质进行定性定量分析的技术。免疫分析法具有分析样品的容量大、特异性强、检测农药残留的成本低等优点，不需要采用贵重仪器．能大大简化甚至省去样品前期预处理过程，便于普及推广。2、酶抑制法有机磷和氨基甲酸酯类农药对己酰胆碱酯酶具有抑制作用，导致底物已酰胆碱的积累，从而造成中毒和死亡。酶抑制法就是根据该原理测定药残留的，此技术易行、成本低，且适用于现场检测及大量样品筛选。实验表明该酶抑制法有灵敏度高、测量时间短、结果可靠等优点[3]。3、薄层色谱法(ThinLayerChromatography，TLC)薄层色谱法又称薄层层析法，是一种利用样品中各组分成分的小同理化特性把它们分离出来的技术。这些理性包括分子的大小、形状、所带电荷、挥发性及吸附性等。4、气相色谱法气相色谱法以惰性气体（一般称为载气．根据监测器不同而采用N，、H，、He、Ar等)为流动相，是一种化学物理方法。被分离农药无论是液体还是固体，无论是有机物还是无机物．只要这些农药在气相色谱仪所能达到的工作温度下“气化”，而且不易发生分解，原则上均可用气相色谱法。气相色谱法具有分离效率高、灵敏度高及分析速度快等优点。5、液相色谱法高效液相色谱法依据物理化学原理．使样品溶质在固体相和液体相分离．采用高压输液泵，微粒固定相、灵敏度高的检测器．具有分离效能高、检测灵敏度高、分析快速以及适应范围宽等特点。实验表明，系统能够在线确定农药浓度，结果准确可靠且重现性好；证明比传统方法快速、时间短且省力[4]。6.光谱法光谱法是利用物质的光谱特征对已知物质进行定性、定量分析的方法。目前光谱技术主要有红外光谱法、荧光光谱法和紫外—可见光光谱法[4]。1）在可见光区和微波区之间的红外光谱波长范围为0.75～1000um。红外光谱法具有操作简单、分析快速便捷、不破坏样品等优点，在有机化合物定性分析中应用非常广泛。2）紫外-可见光谱法是研究分子吸收190一750nm波段范围内的光谱。主要因为价电子在电子能级间的跃迁而产生的，可以对大量的无机、有机化台物进行鉴定和定量测定。3）荧光光谱法．是依据基态分子吸收能量后发射的荧光的特性和强度对物质进行定性或定量分析的方法。具有灵敏度高、简单快捷、选择性高、样品量少、对样品无破坏性以及分析速度快等优点。利用高灵敏度光电倍增管和传导光纤,构成荧光光谱农药残留检测系统,可以实现高精度和高选择性测量,并且具有操作简便和易于在现场检测的优点[5]。上述气相色谱法、免疫分析法、薄层色谱法、酶抑制法分别具有仪器价格昂贵、样品前处理时间长；一次只能测定一种化合物；灵敏度不高；检测精度低等缺点。红外光谱法建模难度大，近红外仪器自身受温度等环境因素的影响较大；紫外—可见光谱法光谱信息少．特征性小强，因此，有较大的局限性[6]。在我国广泛使用的农药中，常见的并且对人类造成很大危害的主要有三种：有机氯农药，有机磷农药和氨基甲酸酯类农药。在这三类农药中，有机氯未见有关荧光方法检测地报告。有机磷农药由于分子结构等原因，自身不能发荧光，研究发现：有机磷农药对胆碱酯酶有抑制作用，有机磷农药的浓度越大，对胆碱酯酶的抑制越强，产生的β萘酚越少，则荧光的变化值越小，从而判断是否存在有机磷农药。氨基甲酸酯类农药的检测有气相色谱法、高效液相色谱紫外检测法、高效液相-柱后衍生法以及新近发展起来的气质联用法和液质联用分析法等。由于氨基甲酸酯类杀虫剂气相色谱检测时存在不稳定的问题，部分氨基甲酸酯类农药，如速灭威、克百威易发生分解，导致检测结果不稳定；高效液相色谱-紫外检测的灵敏度达不到要求，出现有些样品低浓度时无法响应等问题。利用高效液相色谱柱后衍生技术使一些氨基甲酸酯类农药通过衍生化技术产生荧光物质，用荧光检测器进行测定，大大提高了检测的灵敏度，灵敏度可达0.1ng以下，而且由于绝大多数杂质不产生荧光物质，避免了杂质的干扰。此方法以灵敏度高、方便快捷被测组分稳定、重现性好等优点越来越受到人们的关注。三．基本原理所谓电子激发态是指基态分子受外界能量(如光照射、电能或化学能)激发后，其价电子会从基态跃迁到高能级的分子轨道上。但是处在这种状态的分子因不稳定而释放能量而重新跃迁到基态。这时．分子以发射电磁辐射(即光)的形式释放能量而返回到基态，把这种形式的光称为发光：吸收光能的分子被激发后又释放能量，重新跃迁回基态所发射的电磁辐射，称为荧光或磷光。当基态的一个电子受激跃迁到与它虽近的较高分予轨道上，就处于第一激发单重态S1；当受到更高能量的光激发时．就会形成第二激发单重态S2。位于激发态的分子不是很稳定，会因为辐射跃迁和无辐射跃迁这两种形式，释放出剩余的全部能量，最后重新跃迁回到基态。某些化学物质从外界吸收并储存能量而进入激发态，当其从激发态回到基态时，过剩的能量以电磁辐射的形式放射出去即发光，称之为荧光。根据Lambert—Beer定律，溶液对光的吸收还和入射光波长溶液浓度液层厚度温度有关A=εbc即吸光度=吸光系数×介质厚度×浓度b（cm）ε（L·mol-1·cm-1）c（L·mol-1）式中ε为荧光物质分子的摩尔吸光系数；C为溶液中荧光物质的浓度；可知对于某一荧光物质的稀溶液，在一定频率和一定强度的光线照射下，溶液所产生的荧光强度与溶液中该荧光物质的浓度成正比。当测定某一荧光物质时，ε是确定的。因此，只要测得物质的荧光强度，就可计算出物质的浓度。3.1荧光产生荧光是光致发光。有机分子在紫外光的照射下,吸收光能后其分子能级中的σ电子、π电子或n电子跃迁到能量较高的σ或π轨道上而成为激发态,即激发过程。在这些跃迁中,π—π的跃迁几率最大,激发态的分子很不稳定,经过很短的时间(～10-8s),将会发射出光子产生荧光重新回到分子基态[5,6]。3.2荧光产生与有机分子结构的关系在荧光分析中，并非所有物质都能产生荧光,有机分子产生荧光主要取决于它自身的化学结构及能量状态，由文献知道荧光强度与分子结构关系一般具有如下普遍规律：1).荧光通常是发生在那些带有延伸的π电子轨道的分子或带有共轭双键体系的有机分子中，这种体系中的π电子共轭度越大，能量越低，离域n电子越容易激发，荧光越易产生，而且荧光光谱将向长波方向移动。具有芳环或杂环的物质，其芳环越大，其荧光峰越移向长波方向(红移),荧光强度也越强。2).具有强烈荧光的有机分子，应具有刚性的、不饱和的、平面型的多烯体系。如果一个有机分子具有共轭双键的非刚性链，并且存在着重叠的原子轨道,而使其分子处于非平面构型,那么这样的有机分子大多不会发射荧光。3.3在芳香化合物的芳香环上，进行不同基团的取代，对该化合物的荧光强度和荧光光谱将产生很大的影响。(1)给电子取代基:当化合物中含有—NH2、—NHR、—NR2、—OH、—OR、—CN—OCH3、O—C2H5等给电子基团时，这些基团上的n电子可通过共轭效应向芳环离域，使共轭体系中电子云密度增大，分子基态激发能降低，故能增强分子的荧光。但要注意的是,这类基团的n电子容易与极性溶剂生成氢键,荧光强度相应变弱。(2)吸电子取代基：当化合物中含有CO、—CHO、—COOH、—NO2和重氮类等基团时，由于吸电子基的诱导效应，使共轭体系中n电子云的密度降低,削弱了分子的荧光。这类基团也含有n电子，对溶剂的极性和酸碱度敏感。(3)取代基的位置：邻位及对位取代基对荧光影响较大，间位取代基影响不大，两种性质不同的取代基共存时，其中一个取代基起主导作用。此外，有机物分子溶于某些溶剂中后将与溶