农药残留前处理方法

1农药残留前处理方法研究进展综述1研究背景1.1农药的分类按照农药原料来源，农药可分为无机农药：这类农药不含“碳”元素，如砒霜，硫酸铜等[1]；植物性农药：这类农药主要利用植物体内的有效成分进行杀菌，杀虫，杀鼠的作用，如鱼藤，烟草等[2]；生物农药：这类农药主要是通过生物发酵获得有效的孢子，病毒，抗生素等，如苏云金杆菌，井冈霉菌等[3]；有机合成农药：这类农药通过复杂的的有机合成工艺合成，是目前使用最多的农药[4]。1.2常用农药1.2.1有机汞农药有机汞农药多为杀菌剂，属于剧毒农药，不易分解，常见的有机汞杀菌剂有西力生(氯化乙基汞)、赛力散(醋酸苯汞)、富民隆(磺胺汞)和谷仁乐生(磷酸乙基汞)。有机汞农药中毒主要是危害肝脏和神经系统。在食品中，90%以上的汞是以甲基汞存在的，我国已于1971年规定有机汞农药不生产、不进口、不使用[5]。1.2.2有机氯农药有机氯农药主要分为两类，一类为氯代苯及其衍生物，如六六六，DDT；另一类为氯化钾撑萘(茚)类化合物，如氯丹，七氯，艾氏剂，狄氏剂等。有机氯类农药化学性质稳定，不易分解，不易溶于水，易溶于脂肪等有机溶剂。由于其强脂溶性，有机氯农药会通过食物链，在生物体内慢慢富集，而有机氯类农药的慢性中毒表现主要为影响神经系统，内分泌系统，侵害肝脏肾脏等器官，给生物体带来生理和代谢紊乱[6]。有机氯农药在二十世纪七十年代初开始被陆续被禁用，但现在生物体内仍能检出，且生物体内浓度远大于环境浓度。1.2.3有机磷农药有机磷农药是继有机氯农药后普遍使用的一类农药，主要为磷酸酯类和硫代磷酸酯类化合物。有机磷农药对光热较稳定，遇碱易分解，一般不溶于水，易溶于动植物油等有机溶剂，环境残留时间一般较短。有机磷农药中毒表现主要为抑制胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱生物体神经组织中积累起来，引起神经系统紊乱，严重的会带来神经麻痹，甚至死亡。另有研究表明，有机磷农药具有遗传毒性，2阻碍神经系统的发育，并与癌症的发生关系密切。在我国，除了5种高毒的有机磷农药(甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷和磷胺)被禁用，其他有机磷农药仍在普遍使用。1.2.4氨基甲酸酯类农药氨基甲酸酯类是以甲酸酯为前体的一类农药，是继有机氯，有机磷农药之后，发展起来的低毒，高效，广谱型农药。为最主要的有机氮类农药，有西维因、杀灭威、速灭威、叶蝉散，敌草隆、敌稗等[7]。毒性与有机磷类似，对胆碱活性有抑制作用，但能使胆碱酶快速恢复活性，因此中毒症状消失快，无迟发性神经毒性。1.2.5拟除虫菊酯类农药拟除虫菊酯类农药是继有机磷，氨基甲酸酯类农药后的新兴农药，是一种高效，低毒的杀虫剂，对温血类生物毒性较小，很容易代谢降解，目前在全球范围内广泛使用。拟除虫菊酯类农药的使用同时也带来环境问题，由于拟除虫菊酯类农药环境残留时间较长，对于一些非目标生物如蜜蜂、家蚕及其他有益昆虫毒性较大，对鱼、虾、蟹、贝等水生生物毒性也很高，易对生态环境带来破坏。第一代菊酯类农药的稳定性较差，只能作为卫生杀虫剂使用，如烯丙菊酯、环虫菊酯、苯醚菊酯等[8]。第二代菊酯含有卤素较第一代稳定，如溴氰菊酯、吡氯氰菊酯、氟氯菊酯等。1.2.6除草剂目前，除草剂的使用很广泛，品种逐渐增多，使用较多的除草剂以苯氧羧酸、二苯醚酰胺、氨基甲酸酯、取代脲、有机磷、三氮苯和磺酰脲类等为主。虽然，多数除草剂对人畜的急性毒性较低，但是，除草剂的使用，会使杂草产生抗药性，加大了除草剂的用量，通过植物吸收，进行降解和蓄积后，会给人类以及动物器官组织带来病变。1.3农药残留现状蔬菜是生活中必不可少的，随着人民生活水平的提高，人们越来越注重蔬菜的质量，不只关注蔬菜的营养成分，同时蔬菜可能存在的污染问题也越来越受到人们的重视。农药残留和亚硝酸盐，重金属等是蔬菜污染的主要来源。使用农药后，一定时期内残留于环境及农产品中的微量农药原体、及其有毒降解物，代谢3产物等，被称为农药残留。农药施于农作物，其中10%~20%的农药散落到了大气、水和土壤中，农作物还可通过根和叶吸收、传导以及降水等途径，将环境中的微量农药再转移到作物体。而人类食用这些带有农药残留的农作物，一是可能会因为高毒农药，直接引起中毒，甚至死亡；二是农药残留在体内慢慢积累，最终会导致慢性中毒[9-11]。蔬菜中常见的农药残留主要有有机磷农药和氨基甲酸酯类农药两大类，如乐果、敌百虫、敌敌畏、内吸磷、对硫磷、西维因、马拉硫磷、涕灭威等。据相关部门统计分析，我国目前农药的年用量是世界首位，有70%蔬菜被有剧毒的有机磷类农药污染过。近年来，农产品农药残留污染问题严重，由于误食高农药残留量的蔬菜而出现的食物中毒现象越来越多，甚至还因农药残留超标而限制了蔬菜出口，这对人民的生命安全、身心健康以及我国对外农业贸易的发展产生了严重影响。蔬菜中农药污染严重，一方面是由于80年代以来，随着大棚、温室蔬菜种植面积的增加，连作、重茬使蔬菜病虫害越来越严重，而农药的大量使用，普遍使蔬菜上的病虫害对农药产生了抗药性，因此农药的使用出现了恶性循环，农药残留也越来越严重。另一方面，在利益的驱动下，由于农民素质参差不齐，相关部门对农药的监控力度不够等问题，违禁农药的非法使用更是加剧了农药残留问题。近几年，虽然在各级政府的监管下，蔬菜中农药残留问题得到了一定遏制，但由于蔬菜中农药不合理使用，生产经营的分散性，生产技能不能适应蔬菜生产的新要求，使农药残留超标问题依然存在。随着蔬菜质量安全的监控，蔬菜中残留农药种类已发生了变化，中低毒农药、非禁用农药逐渐成为蔬菜农药残留问题的新方向。我国蔬菜中农药最大残留限量标准和检测方法标准仍不完善，而欧美国家农产品中农药残留的检出率和超标率在逐年下降，农产品质量大幅度提高，农药残留的现象得到了有效遏制，农药残留检出限和最高检出限日益下降。我国加入WTO后，因为农药残留超标问题，欧美各国对我国农产品出口树起了贸易壁垒，我国农产品出口的形势不容乐观。因此，为了减少农药残留对环境和人体造成的危害，确保农产品的质量，必须加强对农残留量的分析，这对于加强农药管理，4指导安全、科学、合理得使用农药，保障人体健康，防止农药污染农产品及环境，安全生产无公害食品具有极其重要的意义，为进一步优化国家农药安全使用准则提供科学理论依。1.4农药残留的检测方法1.4.1色谱检测薄层色谱法(TLC)、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相/液相色谱-质谱联用(GC/HPLC-MS)、超临界流体色谱(SFC)等色谱学技术可以准确测定农药残留[12]。以超临界流体色谱为例：超临界流体色谱技术是20世纪80年代兴起的，以高于临界温度和临界压力的超临界流体作为色谱的流动相，进分离、纯化、分析的前处理方法。由于其传质阻力小、相对温度低、扩散系数，可以对大分子化合物、热不稳定化合物、高聚物等进行快速分析。超临界色谱可与各种气相、液相色谱检测器匹配，也可与红外、质谱联用。通过调节压力、温度、流动相等条件，实现多重梯度，选择最佳的色谱条件。超临界流体色谱综合利用了气相色谱和高效液相色谱的优点，克服了各自的缺点，成为一种强有力的分离和检测手段。1.4.2生物传感检测法酶抑制法、酶联免疫吸附分析法、生物传感器法等以生物传感器为媒介的测定农药残留量的方法是以生物学为基础的一种高精确度测定手段。以生物传感器法为例。酶作为敏感元件，由具有底物识别功能的固定化酶层和可以转换信号的转换器组成。底物经过酶催化转化，再经过检测器检测，通过转换器转换为可识别的信号，从而达到了检测的目的1.4.3红外光谱分析技术近红外光谱和表面增强拉曼光谱，使光谱分析的灵敏度提高了102~107倍。这些快速、直接的光谱技术，只需要极少量样品，具有很大应用潜力，其灵敏度几乎达到了一个分子甚至一个原子的水平。1.4.4毛细管区带电泳以高压直流电场为驱动力的新型液相分离分析方法，是现代分析化学研究的前沿领域之一。它利用液体介质中的带电粒子在电场作用下迁移速度不同而进行5分离的方法。毛细管区带电泳法非常适用于离子化样品的分析和分离，尤其是那些难以用传统的液相色谱法分离的样品。1.5研究意义样品前处理是痕量分析检测的关键步骤。传统的前处理方法，如液液萃取、索式提取、层析、蒸馏、离心、沉淀、匀浆、盐析等，手工操作步骤多，处理时间长，有时需要使用大量溶剂，不仅容易损失样品，导致较大误差，而且处理中使用了有机溶剂，比如含卤素的有机溶剂，对操作人员健康和环境都可能产生不利影响。因此，高效、快速的少溶剂，甚至无溶剂的样品制备与前处理方法的研究一直是现代分析化学研究的热点[13]。作为一个理想的样品制备与处理方法应具备以下条件处理速度快、操作简便、成本低廉、方法有效、范围广、操作安全。近年来，一些仅需使用微量溶剂甚至无需溶剂的样品制备与处理技术得到了迅速的发展，例如固相萃取、固相微萃取、超临界流体萃取、微波辅助萃取、浊点萃取和液相微萃取等。2农药残留前处理方法2.1振荡法经典的前处理方法，广泛应用于农药残留分析中。我国国家标准GB/T5009系列就是丙酮为萃取溶剂，进行农药提取分离的，振荡法若使用单一非极性溶剂，植物组织包裹农药分子，萃取溶剂不能有效与溶剂接触，造成萃取率较低，因此，一般采用丙酮，乙腈等萃取溶剂，或者使用混合溶剂来进行农药的萃取[14]。2.2液液萃取液液萃取是传统的前处理方法，也是目前应用最广泛的农药前处理技术。液液萃取利用待测组分与杂质在两个互不相容的溶剂中的分配系数不同而达到分离纯化。液液萃取虽然实验器材要求低，但也存在多方面的缺点，一方面对溶剂要求高，既要提取待测组分，有要使待测组分与杂质进行分离，另一方面传统的液液萃取，操作繁琐，多次萃取，耗时长，样品流失大，重现性不好，且溶剂消耗量大，易造成溶剂浪费和环境污染。2.3超声波提取由于超声波萃取，不需要加热，与其他方法联用，能大大提高萃取率，缩短萃取时间，被广泛应用于食品、药物、工业原材料、农业环境等各行业中。但超6声波辅助提取，一般消耗溶剂量较大，萃取不够均匀，实验重现性较差。2.4加速溶剂提取法加速溶剂萃取是在升高温度和压力的情况下，通过增加物质的溶解度和扩散系数，来提高萃取效率的全自动方法。加速溶剂提取有操作简便、快速、溶剂用量少、回收率高，重现性好的优势，但是不适用于热稳定性差的物质的提取，且采用加速溶剂提取法后，溶液杂质含量较高[15]。2.5微波萃取法不同物质与微波的作用不同，产生的热量不同，通过调节微波功率、萃取的溶剂比例、萃取时间、萃取温度来达到条件优化，使被待测物从基体或体系中分离出来。极性分子能迅速吸收微波能量，所以微波萃取一般使用极性溶剂。微波萃取具有萃取速度快，萃取效率高，溶剂用量小的特点。微波萃取时，要注意溶剂暴沸，及微波对待测物的影响[16]。2.6固相萃取固相萃取采用选择性吸附、选择性洗脱的方式对样品进行分离、纯化、富集，可以近似地看作一种简单的色谱过程，是一种包含固相、液相的物理萃取过程，广泛用于农药的检测分析的前处理方法，目前固相萃取柱大多对目标分子吸附性较差，选择吸附杂质分子。固相萃取的优点是回收率高、重现性好、适用范围广、简单快捷，并且可以实现现场应用和自动化操作[17]。2.7固相微萃取固相微萃取是在固相萃取的基础上发展起来的新型的样品前处理技术，萃取剂为具有选择吸附性涂层。固相微萃取不使用溶剂，而且是集采样、萃取、浓缩、进样于一体的样品前处理方法。固相微萃取的原理是在微量进样器针头涂上一层固定液或是键合一层固定相，再将其插入样品溶液中，萃取、浓缩有机化合物，再将进样器插入，使被测物进入分析器从而进行分析测定[18]。2.8基质固相分散技术基质固相分散技术是将基质与吸附颗粒同时装柱，选择合适的溶剂，对样品进行洗脱，能够同时实现样品的萃取与净化，节省了实验时间。基质固相萃取萃取率高，使用溶剂少，广泛应用于水果，蔬菜中污染物的测定。基质固相分散技术不能用于一些取样量大的特殊样品检测。72.9凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱技术是利用具有分子筛性质的凝胶，实现待测物分子与不同分子量的大分子干扰物的分离。凝胶渗透色谱已成功实现了脂类样品