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气相色谱在检测果蔬农药残留中的运用资料

《农药的分析与检测》

课程论文

气相色谱在检测果蔬农药残留中的运用

（安徽农业大学茶与食品科技学院安徽合肥230000）

摘要：

瓜果、蔬菜是人们每天生活的必需品，随着我国科学与经济的飞速发展。

人们越来越关注环境保护和身体健康，农产品的安全日益受到社会关注，它不仅与消费者健康息息相关，而且关系到国内农产品贸易发展与繁荣。

特别是近些年来，由于农药大量长期不合理使用，导致农药残留过量，因农药引起的食物中毒渐多，果蔬中农药残留问题目益引起人们的重视。

因此，加强对农产品质量的检测已成为当务之急，气象色谱是一种简便、快速、高灵敏度的农残检测方法。

关键词：

蔬菜、农药、气象色谱、高灵敏度

气相色谱（GC）是一种分离技术。

实际工作中要分析的样品往往是复杂基体中的多组分混合物，对含有未知组分的样品，首先必须将其分离，然后才能对有关组分进行进一步的分析。

混合物的分离是基于组分的物理化学性质的差异，GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。

待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，一般是N2、He等）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。

但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来，也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解附，结果在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。

当组分流出色谱柱后，立即进入检测器，检测器能够将样品组分的存在与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例，当将这些信号放大并记录下来时，它包含了色谱的全部原始信息。

在没有组分流出时，色谱图的记录是检测器的本底信号，即色谱图的基线。

现代农业大量地使用农药来控制农作物生长期间的病虫害及杂草生长，用杀菌剂等解决水果蔬菜储运及保鲜问题。

随着化学工业的发展和农药使用范围的扩大，化学农药的数量和品种都在不断增加，目前世界化学农药总产量（以有效成分计）已超过300万吨[1]。

我国的农药使用量己居世界首位[2]。

随着农药的大量和不合理的使用，农药所造成的摄食毒性和对环境危害问题，已引起人们的高度重视。

加强对农药残留的监测研究，对于合理开发和正确使用农药，保护生态环境，保障人类健康，避免和减少不必要的生物受害，具有重要的理论和实践意义。

1．1农药残留检测分析的由来

农药残留分析是一项对复杂混合物中痕量组分的分析技术，它要求精细的微量操作手段和高度灵敏的检测技术。

现代农药残留分析要求达到多残留分析、回收率高（>70％）、重现性好、低检出限、操作简单易行。

农药残壁分析技术始于20世纪50年代，那时的农药残留分析技术方法仅限于化学法、比色法和生物测定法。

检测方法缺乏专一性，灵敏度也不高。

20世纪60年代初气相色谱开始应用于农药留分析，许多高灵敏度检测器的使用，推动了农药残留分析技术的发展，大大提高了农药残留量的检测精度。

70年代末，特别是80年代，高效液相色谱的发展拓宽了残留农药的检测范围。

它广泛应用于对热不稳定和离子型农药及其代谢物的分析。

进入90年代，多种类型农药的多残留检测方法，同类型农药的多残留检测方法以及新的单个农药在多种试剂中的检测方法都取得了重要进展[2-5]。

近年来，各国对农药的生产、使用、管理、监控、检测等环节加大了立法和科学指导，农药多残留系统检测方法已成为欧、美等发达国家官方实验室的日常检测技术。

从单～或数个农药应用同一仪器、同一方法检测：

到十几个同类农药或几十个性质相似的农药多残留检测；如今已发展到不同种类数百种农药应用不同仪器、不同检测方式的现代多残留系统检测技术。

1.2农药残留检测的样品前处理技术

食品中农药残留分析，往往是在复杂的基质中，对低浓度的多残留农药组分进行定性和定量分析，所以对前处理的要求非常高。

样品前处理主要就是从食品样品中提取，浓缩和净化目标物，有的目标化合物还需要进行衍生化。

样品的前处理过程涉及的因素很多，直接影响分析的效率、成本和技术指标。

气相色谱．质谱法检测新鲜果蔬中农药多残留分析，提取净化方法包括常规索氏提取、振荡提取、液液萃取、蒸馏、结晶等经典提取技术，尽管这些技术不需要昂贵的设备和特殊仪器，但却是整个分析过程中最费时费力、最容易引入误差的环节，且大量有机溶剂的使用，也对环境造成极大的污染。

高效、快速的无溶剂或少溶剂的样品前处理技术的研究越来越受到分析工作者的关注和欢迎。

国内外分析工作者开发了多种用于农残分析的样品前处理技术，如固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）[11-13】、基质固相分散（MSPD）¨¨5。

超临界流体萃取（SFE）、加速溶剂萃取（ASE）、微波辅助萃取（MAE）、凝胶渗透色谱（GPC）等现代提取技术。

这些方法都大大简化了预处理过程，当然，我们需要根据不同的样品基质选取不同的提取技术[4]。

1.2.1提取溶剂以及方法选择的分析

现代农药残留分析方法通常包括样品前处理和测定两部分，样品前处理是核心。

一般地，农药残留的分析过程为：

提取，净化，检测。

经典的农药残留分析步骤通常是：

水溶性溶剂提取，非水溶性溶剂再分配，固相吸附柱净化，气相色谱或液相色谱测定。

其中提取步骤是指使用适当溶剂将待测物连同样品基质从固态样品中转移至易于净化和分析的液态，净化步骤是指将待测物与提取液中的干扰物质分离。

样品的提取和净化是前处理部分，高效快速的提取方法与净化方法是农药残留分析的核心，它们决定着分析的准确性和重现性[6]。

提取是用溶剂将待测样本中的农药溶解，分离出来的操作步骤。

根据样本和待测农药种类，采用不同的溶剂和方法进行提取，以达到完全提取出待测农药，而提取出的干扰物要尽量少的目的。

根据“相似相溶"原理，应选择与待测农药极相似的溶剂，提取剂不能与样本发生作用，毒性低，价格合适。

选择提取剂与待测农药性质，检测方法以及样本种类有关。

选择的溶剂必须能溶解待测农药，对含水量高

的样本，要选择与水相能相混容的溶剂（甲醇，丙酮等）[7]。

选择溶剂时，应考虑溶剂对样本的渗透能力，以便将样本组织中待测农药充分提取出来。

当单一溶剂不能成为理想的提取溶剂时，常常选择两种或两种以上不同的溶剂，以不同的比例配成混合提取剂。

常用的溶剂极性由强到弱的顺序为：

水，乙腈，甲醇，乙酸，乙醇，丙酮，二氧六环，正丁醇，乙酸乙酯，乙醚，二氯甲烷，三氯甲烷，苯，甲苯，二甲苯，四氯化碳，二硫化碳，环己烷，正己烷（石油醚）。

1.2.2样品前处理技术

在样品前处理方面，目前的研究进展大多向两个方向发展，一种是增加净化步骤，多重净化，两种或多种方式的联用，前处理技术的仪器化、自动化。

许多文献发表的农产品中农残检测方法都使用了两种或多种SPE柱结合净化方式，弱阴离子交换吸附剂（PSA、NH2、DEA）经常与强阴离子交换吸附剂（sAX，QMA）结合净化，PSA与GCB、C18与GCB、NH2相结合，SAX与PSA、NH2与QMA等各种固相萃取柱的联用；还有自动化GPC、MAE．SPME、SBSE．TDU、HS．SPME等装置。

另一种是不净化或简单净化，提取后自动进样。

如LVI、DMI进样技术、SPME技术以及串联质谱的应用[8-13]。

有的文献关于串联（多级）质谱的农残检测方法也采用不净化的方法，仪器的高选择性和灵敏度使方法获得了较低的检测限。

残留分析不仅要求精细微量操作手法和高灵敏度的检测分析仪器，同时对样品的前处理要求也十分严格，尤其是对环境和食品等样品的痕量和超痕量农药残留进行分析检测更是一项艰巨任务，它需要大量细致的样品分离和净化等前处理过程。

前处理干净与否直接关系到分析的一致性和准确性。

近年来环境和食品安全越来越受到人们关注，农残分析样品前处理技术发展也十分迅速。

1.3.2气相色谱法（GC）

气相色谱法（GC）是目前应用最多的方法，约70％的农药残留量检测是使用气相色谱进行的。

气相色谱法具有操作简便、选择性高、分离效能高、灵敏度高，分析快速以及应用范围广等特点，对那些易汽化，汽化后又不发生分解的农药成分均可采用气相色谱法进行检测。

使用气相色谱法，多种农药成分可以一次进样，得到完全的分离，再配以高性能、高选择性的检测器进行定性、定量，使分析速度更快，结果更可靠。

使用气相色谱应从两个方面考虑，即色谱柱和检测器。

气相色谱法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。

在农药残留分析上，已从以填充柱为主，发展到以毛细管柱为主。

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。

使用计算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[16-20]。

对多种类型或同一类型农药多残留分析来说，气相色谱质谱联用i圭对农药残留检测的研究。

首先使欲印迹的分子与聚合物单体发生键合，键合方式有共价结合和非共价结合两种。

然后将聚合物荦体交联，再将印迹分子从聚台物中提取出来，聚合物内部就留下了该分子的印迹。

共价结合方式是利用被印述分子衍生物，此衍生物在聚合物的交联过程中与集合物单体以共价键形成聚台物基体。

此共价键必须是可裂解的[18]。

最常用的交联荆是羧酸酯、硼酸酯、缩酮或亚胺等。

非共价键结合方式是完全利用非共价键作用来分辨被印迹分子。

常用的非共价键作用有离子互作用、氢键，疏水作用等。

与共价结合相比，非共价结合作用的通用性更好。

分子印迹技术可以用于药物、激素、蛋自质，农药等各种化合物的分离工作[19]。

使用气相色谱应从两个方面考虑，即色谱柱和检测器。

气相色谱法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。

在农药残留分析上，已从以填充柱为主，发展到以毛细管柱为主。

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。

使用计算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，毛细管色谱是最有效的工具。

用二维或多维毛细管柱分离的农药成分达二、三百种。

气相色谱检测中，理想的检测器应具备灵敏度高，稳定性和重复性好、线性范围宽、响应速度快以及结构简单、造价低、操作安全、应用范围广等特点。

用于气相色谱法的检测器主要有电子捕获检测器（ECD）、火焰光度检测器（FPD）、氮磷检测器（NPD）等。

ECD是具有高选择性和高灵敏度的离子化检测器。

其选择性只对具有电负性的物质有响应。

如：

含卤素、硝基、氧原子等化合物都有很强的响应。

它被广泛应用于有机氯农药和其他含电负性原子的农药该留量检测。

如对黄瓜、韭菜上的百菌清的测定采用ECD检测器，最小捡出量为1．2×10一“g，添加回收率为80．8％～86．3％，CV为3．5％，番茄、甘蓝上氰戊菊酯的最小检出量为I．17x10～“g，方法回收率为82．1％～90．1％，CV精密度为5．69％119】。

FPD是利用火焰中化学作用发展起来的一种高灵敏度、高选择性检测器。

它只对含硫、磷的化合物有讯号[21。

目前广泛应用于含硫、磷农药残留量的检测。

如涕灭威在苹果中的残留检测，甩此检测器的最低检测浓度为O．004mg／kg。

NPD是在FID的基础上发展起来的，用于有机氮和有机磷的类农药残留量检测[22]。

1.3.3气相色谱一质谱法（GC—MS）

气相色谱一质谱法（GC—Ms）将气相色谱仪和质谱仪串联起来，成为一个整机使用的检测技术。

它既具有气相色谱高的分离效能，又具有质谱准确鉴定化含物结构的特点，可达到同时定性、定量的检测目的。

用于农药残留量检测工作，特别是对农药代谢物、降解物的检测和多残留检测等具有突出的特点。

例如牟俊等用此法测定粮食和油籽中丰索磷的残留量，最低检测限量为0．01mglkg，评价添加回收率是86．9％～96．5％，选择监测离子种类为质荷比mlz293、295、308其丰度比为100：

ll：

34[22]。

只是由于质谱仪比较昂贵。

目前在国内尚未广泛应用于农药残留量检测工作。

1.3.4高效液相色谱（HPLC）

高效液相色谱的应用越来越广泛，现已成为农药残留检测不可缺少的重要方法。

其原因主要是HPLC能适合分离检测不易气化或受热易分解、分子量大、离子型农药、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、计算机等系统联用，容易实现分析过程的自动化。

同时，采用高效色谱柱、高压泵和高灵敏度检测器大大提高了液相色谱的检测效率、灵敏度和速度。

目前，在农药残留分析时使用最多的检测器是紫外吸收检测器（UV），其次是荧光检测器。

紫外吸收检测器的优点是灵敏度高，流量和温度的变化影响小，气相色谱质谱联用法对农药残留检测的研究是梯度淋洗的一种比较理想的检测器，但是只能检测对紫外光有吸收性能的农药。

2国内外的农残标准

2.1我国农药残留标准

我国蔬菜农药残留指标和指标涉及的农药都比较少，残留指标分别是CAC的7．0％，欧盟的9．9％；涉及的农药种类分别是CAC的35．6％，是欧盟的68．4％[23]。

可见，我国蔬菜农药残留标准与国际组织和发达国家相比不仅农药种类少，农药残留指标更少。

这是导致我国蔬菜质量安全标准体系不健全，我国蔬菜技术性贸易壁垒作用不显著的关键因素。

我国1997年和1999年，分别颁布了《中华人民共和国农药管理条例》和《中华人民共和国农药管理条例实施办法》。

至2000年我国已制定了79种上（类）农副产品中的197种农药最高残留限量，1984年公布的食品卫生标准中，规定了蔬菜中甲胺磷残留限量为0．1mg／kg。

到2004年10月，我国国家标准中涉及食品中农药最大残留限量的标准共83项。

其中专门针对具体农药制定的最大残留限量标准有37项，其余均来源于针对具体产品的卫生标准，共涉及18类食品达425个指标。

这些标准中除9项标准是推荐性标准外，其他74项标准均为强制性标准[23。

在农药最大残留限量标准中，涉及蔬菜、水果及其制品的指标值个数占47．8％t73J。

最大残留限量（maximumresiduelimits，MRLs）是指在生产或保护商品过程中，按照农药使用的良好农业规范（GAP）使用农药后，允许农药在各种食品和动物饲料中或其表面残留的最大浓度。

每日允许摄入量（acceptabledailyintakes，ADI）是指人类每同摄人某物质直至终生，而不产生可检测到的对健康产生危害的量，以每千克体重可摄人的量（毫克）表示，单位为m眺g体重。

2.2国外农药残留限量

农产品中农药残留已成为世界各国关注的焦点，FAO和WHO共同组建的食品法典委员会发布的食品中农药最高残留限量（CodexMRLs）是当前国际上公认的通用标准，CAC现在己经发布了3000多个农药最高残留限量标准；欧盟、美国和日本等世界各国也制定了各类食品的限量标准。

日本在1968年时制定了第一批农药最高残留限量（MRL），1997年对161种农药设定了8000个MRL，至2002年日本卫生省对218种农药制定出近9000个MRL，其中对蔬菜类的最为齐全，有3728个。

2006年5月29日，日本针对农产品的新规定《食品中残留化学品肯定列表制度》已实施。

这项制度涉及了所有农业化学品的管理，范围之广、正式标准之严前所未有[24]。

发达国家（或组织）在制定农药残留标准时，从贸易角度考虑的因素比较多，我国在制定蔬菜农药残留标准时，单纯从生产和安全的角度考虑的比较多，几乎没有考虑贸易方面的因素。

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