蔬菜中农药残留的无损检测的研究

蔬菜中农药残留的无损检测的研究一、引言农药的使用始于20世纪40年代，农药在农作物病虫害的综合防治中具有不可替代的作用。在蔬菜中使用农药可提高产量，但对生态环境、人类生命造成威胁。据卫生部统计资料表明，1999年我国由于农药残留引起的食菜性食物中毒事件共有37起。2000年5月，农业部农药检定所组织北京、上海、重庆、山东和浙江5省（市）的农药检定所，对50个蔬菜品种、1293个样品的农药残留进行抽样检测，农药残留量超标率达30％，残留浓度高者为允许残留量的几倍甚至几十倍。有关实验[还证实，清水冲、开水烫或者用洗洁精清洗，都难以根除残留在蔬菜上的超标农药，因此必须加强对蔬菜中的农药残留检测，以确保蔬菜消费的安全。所谓农药残留，是指施用农药以后在食品内部或表面残存的农药，包括农药本身、农药的代谢物和降解物以及有毒杂质等。农药残留有两种形式，一是附着在蔬菜、水果的表面；另外一种是植物在生长过程中，农药直接进入蔬菜、水果的根茎叶中。农药在保证促进农、林、畜牧业发展上发挥重大作用的同时,各种残留影响也越来越引起人们的关注。农药残毒会对食用者身体健康造成危害，严重时会造成身体不适、呕吐、腹泻甚至导致死亡的严重后果。如果农民未按照国家安全使用规定施用农药和进行农产品采收，或违反国家规定使用高毒农药，或者违反安全间隔期规定，在接近收获期使用农药，就会在蔬菜水果中造成农药残留。目前蔬菜农药残留的检测方法有色谱法、速测法和光谱检测法两三大类。色谱法是农产品中农药残留定量、定性精确检测的方法，一般能检测到痕量级（10-12~10-9），用于农产品质量安全的仲裁和鉴定；速测法主要用于农药残留的定性分析，一般能检测到2~5mg/kg即10-6，可防止农产品中农残过高引起急中毒事故的发生。每种检测方法都各有优缺点。色谱法样品前处理复杂，耗时长，仪器条件要求高，对样品有破坏性，检测分析时间长且难以满足现场、实时在线、快速、大规模生产检测的需要；而速测法虽然测试的速度快，但它检测的精度不够高。下面是快速检测的最低检出浓度、最高允许残留限量（MRL）、引起中毒的残留量、气相色谱等仪器最低检出浓度之间的关系，从上图可以很容易的看出速测法检测蔬菜中的农药残留的检测精度还有待提高。虽然前两累方法对农药的测试已有较成熟的方法,但这些方法都需要对样品进行一系列的处理,不但费时费力,而且对样品大都是破坏性的。用于实际残留量测量时,结果也不理想。如能在施用过农药的蔬菜表面直接进行非破坏性的测试,那将是十分理想和有实用价值的工作，因此，建立一套简便、快速、灵敏的药物残留的检测方法，同时采取有效的监控措施，减少和控制药物残留的发生势在必行。二、国内外研究现状1、一样品的前处理方法1.1液-液萃取法（LLE）LLE法是最早使用的一种样品提取净化方法，在早期的AOAC（国际官方分析家协会）方法和我国现有的国家标准方法中，是较多使用的一种方法。该方法较为简单，通常是将样品和萃取剂置于匀浆机或组织捣碎机中高速捣碎匀浆，以使农药萃取完全，然后过柱净化。常用的柱填料吸附剂为硅酸镁（florisil）、氧化铝、硅胶等，常见的萃取剂是乙腈，丙酮。早期使用乙腈先对样品进行提取，然后用石油醚-二氯甲烷进行液-液分配，最后用硅酸镁柱净化。由于乙腈高毒性且价格昂贵，1985年以后逐步改用丙酮作提取剂，原因是丙酮相对于乙腈不仅具有毒性低、价格便宜等优点，而且它既能萃取极性物质又能萃取非极性物质。AOAC也不断修改其方法，部分方法已由乙腈改为丙酮作萃取剂，美国食品和药品管理局也将丙酮萃取法写入1987年的农药分析手册的修正本。同时，剧毒的二氯丙烷液逐步被环己烷、轻油等取代。由于LLE使用大量有毒溶剂，对环境和操作人员有潜在危害，并且提取净化过程费时费力，已逐步被其他方法所取代。1.2固相萃取法（SPE）SPE法于1978年得到开发，是目前常用的一种非常重要的提取净化手段，它可以将农药从非常稀的溶液中富集起来，从而更有利于分析[8]。SPE的原理基本与一般色谱相同，是根据物质极性的不同来进行样品分离。选择具一定极性的填料，将待分离样品过柱，样品中的某些组分会选择性地吸附于填料上，然后再选择合适的溶剂进行洗脱，从而达到分离净化的目的。根据填料可分为吸附型、分配型和离子交换型，常用的填料有硅酸镁载体（florisil）、氧化铝、硅胶、C18、C8、C2、CN、聚二甲基硅烷（PDMS）和聚丙烯酸盐（PA）等聚合物。对液体样品，选择合适的萃取柱、洗脱液和其他优化条件后，可以一步完成萃取、富集、净化3个步骤，然后应用GC或HPLC进行分析，可以实现许多农药残留的全自动分析。1.3超临界流体萃取法（SFE）SFE法是近几年发展较快的一种方法，它是以超临界流体作萃取剂萃取样品中的待测组分。所谓超临界是物质的一种特殊流体状态：当气液平衡的物质升温升压时，热膨胀会引起液体密度减少，压力升高又会使气相密度变大，当温度和压力达到某一点时，气液两相界面消失成一均相体系，此点即为临界点；当物质的温度和压力高于临界点时，就处于超临界状态，此时该物质为超临界流体。在分析中常用CO2作萃取剂，其特点是粘度低、流动性和渗透性好，兼有液体的分配作用和气体的渗透作用，流出液中的CO2在常压下挥发，待测物用溶剂溶解后可直接进行分析检测。但是，CO2极性较小，对极性农药的萃取效力不强，因此常在其中加入少量极性溶剂如甲醇、乙醇等以调节其极性，据此可最大限度地提取不同极性的农药残留而最低限度地减少杂质的提取。Khan比较了使用和不使用甲醇作SFE-CO2极性调节剂的洋葱和萝卜中C14农药残留的回收率，结果表明，利用甲醇作SFE-CO2调节剂的C14农药残留的回收率大大提高。Lehotay等在样品中掺入多达40种农药，用SFE提取出土豆中130种萃取物，并用GC-ITMS或GC-ECD进行检测。1.4凝胶渗透色谱法（GPC）GPC法是应用于农药残留分析中脂类提取物与农药分离的一种快速净化技术，是含脂类样品农药残留分析的主要手段。Sannino用Bio-BeadsS-X3的GPC净化方法分析了7个脂质性食品中39种有机磷农药及其代谢产物，并用GC-MS-SIM(选择离子检测)确证和定量。Hopper用GPC净化，用GC测定了谷物中有机磷、有机氯以及拟除虫菊酯残留[2]。GPC的色谱柱寿命较长，但是类脂他谱带与农药分馏重叠时需附加小型吸附柱。1.5微波辅助萃取（MAE）利用不同的化学物质吸收微波的能力不同，对样品进行处理，MAE技术是唯一可以使所需组分直接从基体浸出的萃取方法。该技术是对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，达到萃取样品中目标化合物、分离杂质的目的。与传统的振荡提取法相比，微波辅助萃取蔬菜中农药残留量具有高效、安全、快速、试剂用量少和易于自动控制等优点。ShashiB．Singh等人应用微波辅助萃取法对甘蓝和土豆中统扑净和汽化器进行分析，发现汽化器恢复度在69％~75％，而统扑净却没有恢复。2、检测方法2.1气相色谱法（GC）气相色谱法是利用试样中各组分在气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次分配，经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱峰。使用气相色谱法，多种农药可以一次进样，得到完全的分离、定性和定量，再配置高性能的检测器，使分析速度更快，结果更可靠。目前气相色谱法多采用填充毛细管及气相色谱-质谱联用法（GC-MS）。AlfonsoDiMuccio等人应用气相色谱法对蔬菜中的拟除虫菊酯的残留量进行检测，方法简单，省时，可以对几个标样同时进行分析。Lehotayt用SFE提取，GC-ITMS分析了水果、蔬菜中有机磷酯类（ops）、氨基甲酸酯类农药（mcs）、拟除虫菊酯类及其他农药，共46个品种。何丽芳等人利用气相色谱法快速测定蔬菜中13种有机磷的农药残留，经反复试验，建立了大豆、苦瓜、油菜、青葱等蔬菜中敌敌畏、甲胺磷、茚虫威、乙酰甲胺磷等13种有机磷类农药多残留检测方法。陈静等人对蔬菜中20种有机氯类农药残留气相色谱分析方法进行研究，对国标气相色谱法检测蔬菜中20种有机氯农药残留的方法做了改进,试样前处理改用乙腈溶剂在弗洛里硅土固相萃取柱上净化;使用CP-Sil24CB毛细管色谱柱分离,ECD测定。结果表明,在所建立的分析下,20种有机氯农药残留能够很好分离。工作曲线有良好的线性。检出限在0.1~0.8μg/kg范围内,回收率在80.5%~105.6%之间,方法的变异系数为0.36%~12.9%。该法简单、快捷、灵敏、准确,满足日常蔬菜中20种有机氯农药残留的常规分析检测要求。建立的改进方法适合大宗试样的分析。栾昉，代红兵等人利用气相色谱法测定蔬菜中多种有机磷农药残留量，结果表明该方法用乙腈作为对敌敌畏等11种农药的提取剂效果良好，用量小、耗时少，PFPD检测背景干扰少，具有简便、快速、经济的优势。结果表明：蔬菜样品经乙腈提取、分组浓缩及净化后，采用气相色谱法测定，13种农药在蔬菜中的平均添加回收率为86.3%～99.8%，相对标准偏差(RSD)为1.67%～4.54%，最低检出限为0.002～0.01mg·kg-1，该方法准确、精密度及灵敏度好，且简便快速、适用范围广。吴福中等人利用气相色谱法测定蔬菜中7种残留有机磷农药，研究结果表明，采用乙酸乙酯提取蔬菜中的农药，样品前处理快速、简便，检测结果准确、可靠，减少了有机溶剂的用量和对人身的危害，节约了成本，而且被测组分敌百虫、敌敌畏、甲胺磷、乐果、毒死蜱、马拉硫磷、水胺硫磷能有效分离，峰形尖锐、对称性好，回收率为83.5%~112.3%，可满足有机磷农药残留测定的要求，各项指标符合农药残留实验准则。李亮等人利用反吹-气相色谱法检测蔬菜中的有机磷农药残留，采用反吹技术改进了气相色谱检测大批量蔬菜样品中有机磷农药残留的方法。在样品中加入乙腈、氯化钠混合溶液振荡,离心分层,得到乙腈提取液。取部分提取液浓缩、定容,用配备火焰光度检测器及微流控装置的气相色谱仪进行有机磷农药检测。16种有机磷农药在0·040~3·20mg/L内具有良好的线性关系(r0·9996)。回收率为75·2%~111·5%,相对标准偏差为2·8%~10·4%,检出限为0·003~0·01mg/kg。通过反吹可以有效降低基质效应影响,缩短每个样品的运行时间,减少停机维护和材料消耗,节约38%的检测时间。2.2高效液相色谱HPLC是一种传统的农药检测方法。20世纪初出现液相色谱，60年代中后期出现高效液相色谱，此后，液相色谱才得到了飞速发展，在各领域中广泛使用。HPLC可以分离检测极性强、分子量大以及离子型的农药，尤其是对GC不能分析的高沸点或热不稳定的农药。近年来，采用高效色谱柱、高压泵和高灵敏度的检测器以及柱前或柱后衍生化技术，大大提高了液相色谱的检测效率、灵敏度、速度，现已成为农药残留检测不可缺少的重要方法。其缺点是溶剂消耗量大，检测器种类少，灵敏度不高，价格也贵。高效液相色谱是近年来发展起来的一种分离检测技术。与气相色谱法相比，更适用于分析高沸点、难挥发、热稳定性差、分子量较大的液体化合物。对于呋喃丹、西维因、灭害威等氨基甲酸酯类农药的测定以及利谷隆、灭草隆等取代脲类除草剂的测定用高效液相色谱。Mohammde等人应用高效液相色谱法对黄瓜、茄子、辣椒和西红柿4种蔬菜瓜果中CM的残留量进行检测，发现黄瓜由于生长速度快，使得CM在其中残留量的消失时间短于其他3种。刘宝峰等人采用高效液相色谱-串联质谱法检测蔬菜水果中65种农药残留，样品以乙腈提取，经石墨碳/氨基串联柱固相萃取，采用C18柱分离，以含0.02％甲酸乙腈—0.02％甲酸水溶液为流动相梯度洗脱，多反应监测（MRM）模式下，以保留时间和质荷比对分离出的组分予以定性确证，外标法峰面积定量。65种农药在一定的范围内线性关系良好（r0.995），样品中最低检出浓度为0.02~20μ