【农药残留分析】 第四章 农药残留测定方法-1

农药残留分析50第四章农药残留测定方法农药残留测定方法主要是应用色谱法和质谱法。色谱法有很强的分离不同化合物组分的能力。色谱法分类可用图4-1概括。色谱法分离混合组分的机制，主要是通过具有很大表面积的固定相和流动相实现的。各种组分在流动相的推动下，以不同的路线和分离方式，通过固定相向前运动。由于各种组分在两相间分配的差异，当依次运动到固定相另一端时，各组分迁移距离的差异导致它们被顺序分离。流动相可以是气体也可以是液体。流动相为气体的，称为气相色谱；流动相为液体的，称为液相色谱。本章主要介绍几种常用的农药残留测定方法。4.1气相色谱法4.1.1概述气相色谱法(GasLiquidChromatography,GLC)是一种简易、快速、高效和灵敏的现代分离分析技术，广泛用于环境保护、医药卫生、化学化工、外贸、司法等系统的生产、科研和检验部门，也是农药残留量测定不可或缺的手段。1.气相色谱法的特点分析速度快分析一个农药样品通常仅需数分钟，即使复杂的样品也只要几十分钟，并且分析所需样品量很少，通常只需12μL甚至更少；分离效率高高效色谱柱（特别是毛细管柱）可以分离非常复杂的多组份样品，为农药多残留分析提供了有效的途径；灵敏度高高灵敏的检测器可以检出1×10-10~1×10-12g的组分，适合于农药残留的微量和痕量分析；气相Gas柱色谱Column经典柱色谱法(低压)Classical高效液相色谱法(高压)HPLC液固吸附色谱法LSC液液分配色谱法LLC(键合相色谱法，BPC)离子交换色谱法IEC空间排阻色谱法SEC平面色谱Planar液相Liquid色谱法Chromatography图4-1色谱分离技术框图农药残留分析51选择性高气相色谱固定相对性质相似的组分具有较强的分辨能力。通过选用高选择性的固定液，使各组分间的分配系数有较大的差异而实现分离。此外，不同类型的检测器对某类农药有较高的响应，如电子捕获检测器适合对有机氯农药的分析、火焰光度检测器适合对有机磷和含硫农药的分析、碱焰离子化检测器适合对氨基甲酸酯类农药的分析；适用范围广大多数农药的分子量在400以内，其沸点在气相色谱工作温度范围内，大多数农药可用气相色谱法测定。2.气相色谱仪基本流程气相色谱仪由七个部分组成，其流程如图4-2。供气系统包括高压钢瓶、减压阀、净化管、稳压阀、压力表、流量计等部件。进样系统包括进样器和气化室。气化室是一个加热器，它将液体样品瞬时气化并预热载气，载气将样品带入色谱柱。分离系统包括色谱柱和恒温箱。色谱柱是气相色谱仪的核心部分，样品的分离过程在色谱柱内进行，经分离的组分随载气进入检测器。恒温箱保持色谱柱的温度恒定或按一定程序升温。检测器室包括检测器和恒温室。检测器对从色谱柱流出的组分及其量的变化作出响应，并把这个变化转变成电信号送到放大器，记录成色谱图，它是气相色谱仪的关键部件。恒温室使检测器温度保持恒定。温度控制部件主要给气化室、柱恒温箱、检测器室加热，并控制柱恒温箱和检测器保持所需的温度，一般要求控温精度在±0.1~0.5℃。放大器它把检测器输出的信号进行放大。记录和数据处理将放大器放大了的信号记录成色谱图或通过数据处理进行自动记录峰数、保留时间、峰面积并计算出结果。图4-2气相色谱流程示意图1.供气系统；2.进样系统；3.色谱柱；4.恒温箱；5.检测器；6.温度控制系统；7.信号放大器；8.记录与数据处理oooooo空气H2N212346578ooooooooo空气H2N212346578农药残留分析524.1.2气相色谱的基本原理1.气相色谱法基本术语色谱柱流出的组分通过检测器所产生的响应信号对时间或载气流出体积的曲线图（图4-3），称为色谱图。基线正常操作条件下，仅有载气通过时检测器所产生的响应信号曲线；色谱峰色谱柱流出组分通过检测器时所产生的响应信号曲线；峰底峰的起点与终点之间连接的直线；峰高色谱峰最高点到峰底的距离；峰宽(Wb)在峰两侧拐点处所作切线与峰底相交两点间的距离；半高峰宽(Wh)峰高的中点作平行于峰底的直线，此直线与峰两侧相交两点之间的距离；峰面积(A)峰与峰底之间的面积；死时间0rt不被固定相吸附或溶解的组分从进样到出现峰最大值之间的时间；保留时间rt组分从进样到出现峰最大值时所经过的时间；调整保留时间'rt某组分的保留时间扣除死时间，即0'rrrttt…………………………………(4.1)相对保留值两组分调整保留时间的比值，即'1'2rrtt…………………………………(4.2)相对保留值通常作为衡量固定相选择性的指标，又称选择因子。图4-3色谱流出曲线图2.分配原理气相色谱主要利用各组分在流动相（气相）和固定相之间的分配系数的不同以达到分0rt'rtrthwbw农药残留分析53离的目的，这与色谱过程的热力学性质有关。同时，两组分的分离效能还与其在色谱柱中传质和扩散行为即色谱动力学有关。⑴.分配系数K气液分配色谱分离是样品组分在固定相和流动相之间反复多次地分配过程，可以用组分在两相间的分配来描述。分配系数是在一定温度和压力下组分在固定相和流动相之间分配达到平衡时的浓度之比值，即msCCK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度……………………(4.3)分配系数是由组分和固定相的热力学性质决定的，它是每一组分的特征值，只随柱温和柱压变化，与气相和液相体积无关。分配系数是气-液分配色谱中的重要参数，如果两个组分的分配系数相同，则它们的色谱峰重合；反之，分配系数差别越大，则相应色谱蜂分离得越好。⑵.分配比k分配比又称容量因子，指在一定温度和压力下，组分在两相间分配达平衡时，固定相和流动相中的组分的质量比，即msmmk组分在流动相中的质量组分在固定相中的质量……………………(4.4)k值大小取决于组分本身和固定相的热力学性质，它不仅随柱温、柱压变化，也与流动相及固定相的体积有关。k值是衡量色谱柱对被分离组分保留能力的重要参数，k值越大，组分在固定相中的量越多，柱的容量越大，保留时间越长；k为零时，则表示该组份在固定液中不溶解。⑶.分配系数K及分配比k与相对保留值α的关系两组分的相对保留值α决定于分配系数K或分配比k，三者之间的关系如下：1212'1'2KKkkttrr…………………………………(4.5)式（4.5）表明：如果两组分的K或k值相等，则α＝1，两个组分的色谱峰重合；两组分的K或k值相差越大，则分离得越好。3.塔板理论⑴.塔板理论的假设塔板理论假设色谱柱由若干小段组成，在每一小段内，一部分空间为涂在载体上的液农药残留分析54相占据，另一部分空间充满着载气，载气占据的空间称为板体积。组分随载气进入色谱柱后，流动相在不停的移动，而固定相保持不动，组分在固定相和流动相之间反复进行分配，塔板理论假设：①.在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡，这一小段柱长称为理论塔板高度H。②.载气进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积；③.所有组分开始时都集中于第零块塔板上，而且组分的纵向扩散可忽略；④.分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。假设色谱柱由5块塔板组成，以r表示塔板的编号（r=0,1,2,...,n-1），某组分的分配比k=1。根据塔板理论假设，在色谱分离过程中，该组分的分布可计算如下：开始时，若有单位质量，即m＝1(例1mg或1μg)的该组分加到第0号塔板上，分配平衡后，由于k＝1，即ms＝mm，故ms＝mm＝0.5。当一个板体积(1V)的载气以脉动形式进入0号板时，就将气相中含有mm部分组分的载气顶到1号板上，此时0号板液相(或固相)中ms部分组分及1号板气相中的mm部分组分，将各自在两相间重新分配。故0号板上所含组分总量为0.5，其中气液(或气固)两相各为0.25；而1号板上所含总量同样为0.5，气液(或气固)两相亦各为0.25。以后每当一个新的板体积载气以脉动式进入色谱柱时，上述过程就重复一次(见表4-1)。表4-1组分在色谱柱中的分配过程塔板号r0123进样smmm5.05.0进气1△Vsmmm25.025.025.025.0进气2△Vsmmm125.0125.0125.0125.0125.0125.0125.0125.0进气3△Vsmmm063.0063.0063.0125.0125.0063.0125.0063.0063.0125.0063.0063.0按上述分配过程，对于n＝5，k＝1，m＝1的体系，随着脉动进入柱中板体积载气的增加组分分布在柱内任一板上的总量(气液两相中的总质量)见表4-2。农药残留分析55表中数据说明，对于5个塔板组成的柱子在N＝5时，即5个板体积载气进入柱子后，组分就开始在柱出口出现，进入检测器产生信号，见图4-4。表4-2组分在n＝5，k＝1，m＝1柱内任一板上分配表载气板体积数R=01234柱出口010000010.50.5000020.250.50.2500030.1250.3750.3750.1250040.0630.250.3750.250.063050.0320.1570.3130.3130.1570.03260.0160.0950.2350.3130.2350.07970.0080.0560.1650.2740.2740.11880.0040.0320.1110.220.2740.13890.0020.0180.0720.1660.2470.138100.0010.0100.0450.0940.2070.1241100.0050.0280.0700.1500.1041200.0020.0160.0490.1100.0761300.0010.0100.0330.080.05614000.0050.0220.0570.04015000.0020.0140.0400.02816000.0010.0080.0270.020图4-4n=5色谱柱组分流出曲线由图4-4看出，组分从具有5块塔板的柱中冲洗出来的最大浓度是N为8和9。流出曲线呈峰形，由于柱子的塔板数太少，峰形不对称。当n＞50时，就可以得到对称的峰形曲线。在气相色谱中，一般n值很大，约103-106，因而这时的流出曲线可趋于正态分布。00.10.20102000.10.201020农药残留分析56⑵.理论塔板数如上所述，进入色谱柱的组分在载气中呈“正态分布”，相应的色谱峰为高斯曲线。理论塔板数可用下式计算：2254.516hrbrwtwtn……………………(4.6)理论塔板数可以计算出理论塔板高度：nLH柱长）(………………………………(4.7)在实际工作中，常常是n很大，但分离效能却不理想。这是因为理论塔板数只能说明色谱带扩展的程度，不能完全说明分离情况，因而人们进一步提出有效塔板数effn作为色谱柱分离效能的指标：2'2'54.516hrbreffwtwtn……………………(4.8)相应的有效塔板高度为：effeffnLH…………………………………(4.9)理论塔板数n和有效塔板数effn之间的关系：22'1kknttnnrreff………………………(4.10)⑶.理论塔板数与选择因子、分离度的关系理论塔板数或理论塔板高度可衡量柱效率，n越大或H越小，则柱效越高，因此n或H可作为评价柱效率的指标。但n、H只是根据单一组分的'rt和w计算出来，以说明其柱效，而对于一个多组分的混合物在柱中的分离情况，却不能加以判断。因为混合物中的各组分在同一柱上具有不同的'rt和w，分离它们所需的n就不相同。在这种情况下，需选择适当的固定液与色谱条件，将各组分进行分离，为了测定所达到的分离程度，需引用选择性与分离度两个概念。选择因子是固定液对两个相邻组分的调整保留值之比（式4.2、4.5）。α越大，两组农药残留分析57分越容易分离。α也与柱温有关，柱温升高，α变小；柱温降低，α增大，则有利于分离和柱效率提高。分离度定义为两个相邻组分的