气相色谱及气质联用在农药残留分析中的应用
责任编辑：本站编辑 来源：农药工业网 日期：2012-08-07
目前,农药残留分析方法很多,其中以色谱技术为主。常见色谱方法有气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱法、液相色谱-质谱联用法,新兴色谱技术如免疫亲合色谱法、凝胶渗透色谱法等。气相色谱-质谱联用(GC-MS)既具有气相色谱高分离效能,又具有质谱准确鉴定化合物结构的特点[1],可同时、准确、快速测定微量的多种农药残留。
1农药残留的现状及危害
20世纪50年代以来,化学合成农药在全世界的广泛应用,无疑在防治病虫害、铲除杂草、增加农业产量方面发挥了举足轻重的作用,对人类社会进步和生产力发展起到了巨大的促进和推动作用。但是农药是一类有毒化学物质,而且是人们主动投放到环境中的[2],长期大量使用,对环境生物安全和人体健康产生了较大的不利影响。近年来因农药污染造成人和牲畜中毒的事件屡见报道,特别是蔬菜、水果类食品的中毒。目前,农药已成为世界上主要的污染源之一,田间喷洒的农药只有10%～30%粘附在作物上,其他大部分通过各种方式散播出去,污染大气、土壤和水等[3]。
2农药残留分析技术
农药残留分析是对复杂混合物中痕量农药的母体化合物、有毒代谢物、降解产物和农药杂质进行的分析,是一种需要精细的微量操作手段和高灵敏度的痕量检测技术[2]。随着人们对食品、环境安全的日益关注以及新的、更高要求的农药残留限量标准的出台,农药残留分析技术发展迅速。现代农药残留分析技术通常包括样品前处理和测定两部分。
2.1样品前处理技术
目前,已报道或已取得广泛应用的新技术主要有:固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、超临界流体提取(SFE)、加速溶剂萃取(ASE)、微波辅助萃取(MAE)等[4]。
2.1.1固相萃取(SPE)。固相萃取是液固萃取和液相色谱柱技术相结合的发展,其基本原理是利用固体吸附剂对液体样品中目标化合物或杂质的吸附,选用合适强度的洗脱溶剂,使目标化合物选择性地洗脱或保留在柱上,与样品基体和干扰物分离,从而达到分离和富集的目的。固相萃取节省时间,可减少杂质引入,对操作者安全,重现性好,同时对农药残留物能够快速富集。
2.1.2固相微萃取(SPME)。固相微萃取是一种新型的无溶剂化样品前处理技术,由Pawliszyn在1989年首次报道。固相微萃取以特定的固体(一般为纤维状萃取材料)作为固相提取器将其浸入样品溶液或顶空提取,然后直接进行GC、HPLC等分析[5]。该技术集采样、萃取、浓缩、进样于一体,灵敏度高、成本低、所需样品量少,重现性及线性好,操作简单、方便快捷。它通过吸附/脱吸附技术,富集样品中的挥发性和半挥发性成分,克服了一些传统样品处理技术的缺点,已经广泛应用于水、食品、环境以及生物样品分析。SPME技术在食品分析中的应用很广泛,如酒、果汁、蔬菜、肉、蛋等。还用于食品中其他一些有害残留组分的分析上,如牛奶中的磺胺类和四环素类抗生素残留;熏制火腿中的致癌物N-亚硝胺;谷物中丙烯酞胺残留以及人乳中多氯联苯及其他含氯有机化合物的分析等[6]。
2.1.3超临界流体提取(SFE)。超临界流体(SCF)是临界温度(Tc)和临界压力(Pc)状态下的高密度流体。超临界流体既具有液体对溶质有较大溶解度,又具有气体易于扩散和运动的特点。由于超临界流体的粘度、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化很大[7],因此对选择性的分离非常敏感。早在1879年,Hannay等就发现超临界乙醇流体对无机盐固体具有显著的溶解能力,但超临界萃取技术(SFE)却是在近30年才迅速发展起来的一种新型物质分离、精致技术[8]。付玉杰等[9]用SCF-CO2技术萃取甘草中甘草次酸,并与索氏提取法、超声法进行了比较,提取率是索氏提取法的13倍、超声法的5倍,且溶剂用量小,周期短。目前,SFE已应用于植物样品、动物组织、土壤、水等样品中多种杀虫剂、杀菌剂和除草剂的萃取。
2.1.4凝胶渗透色谱(GPC)。凝胶渗透色谱是一种快速净化技术,它是基于体积排阻的分离机理,通过具有分子筛性质的固定相,用来分离相对分子质量较小的物质,并且可以分析不同分子体积、具有相同化学性质的高分子同系物。GPC现已广泛应用于农药残留分析中脂类提取物与农药的分离,是含脂类食物样品农药残留分析的主要净化手段[10]。陆继伟等[11]经冰浴超声提取,GPC净化,测定了灵芝中24种有机磷农药的残留量,回收率在75.28%~117.18%,RSD在3.19%~15.57%,效果较好。
2.1.5加速溶剂萃取(ASE)。加速溶剂萃取是在提高温度(50～200℃)和压力(1000~3000Pa)下用溶剂萃取固体或半固体样品的新型样品前处理方法。相比于其他萃取方法,ASE法具有快速、溶剂用量少、萃取效率高、安全等优点[12],已被美国EPA收录为处理固体样品的标准方法之一。ASE现已在环境、药物、食品等领域得到广泛应用,特别是在残留检测方面,被用于土壤、动植物组织、蔬菜和水果等样品中的PCB、多环芳烃、有机磷杀虫剂、苯氧基除草剂等有害物质的萃取。
2.1.6微波辅助萃取(MAE)。微波辅助萃取是微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新萃取方法。它是利用微波能来提高萃取速率的一种最新发展起来的技术。微波萃取具有设备简单、萃取效率高、重现性好、快速、节省试剂、污染小等优点,有较大的推广价值。Onuska等[13]用多种溶剂从泥渣中微波提取有机氯农药残留,实验仅用3.5min就获取了索氏萃取法6h的结果。Lopez-Avila等[14]以乙烷-丙酮(体积比为1∶1)为溶剂,在115℃下从土壤中提取有机物,萃取15min,45种有机氯农药中的38种回收率在80%~120%,并证明用微波萃取法所得的有机氯农药的回收率比索氏萃取或超声波萃取法至少提高7%。
2.2GC及GC-MS在样品测定中的应用
2.2.1气相色谱法(GC)。20世纪50年代农药残留分析局限于化学法、比色法和生物测定法,检测方法缺乏专一性,灵敏度也不高。60年代初气相色谱开始应用于农药残留分析,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。由于气相色谱法具有分离效率高、分析速度快、选择性好、样品用量少、检测灵敏度较高等优点,因此广泛应用于分离气体和易挥发或可转化为易挥发的液体及固体样品。目前该方法已成为农药残留分析中最常用、最主要的方法。
气相色谱仪的检测器具有各种不同灵敏度和选择性的种类,通过灵活应用这些检测器,可以用于各种试样的分析。电子俘获检测器(ECD)可以实现多种有机氯、菊酯类农药的分离和测定;火焰光度检测器(FPD)对有机磷农药有很好的响应值;氮磷检测器(NPD)对氮、磷等化合物的响应大大提高,成为测定有机磷、氨基甲酸酯类农药的有效检测器[15]。
王建华等[16]采用乙腈均质提取,PSA固相萃取柱净化,再用GC-ECD及FID检测含硫蔬菜中的有机磷、有机氯和拟除虫菊酯多类农药残留组分,样品的回收率在70%~110%,RSD为3.5%~14.2%。李慧冬等[17]将甘蓝预制样品经高速匀浆法提取、弗罗里硅土层析柱净化后用GC-ECD检测啶虫脒的残留量,外标法定量,回收率为80.2%~99.8%,最低检出浓度为0.001mg/kg,测定结果的RSD不大于3.4%。宋家玉等[18]建立了食品和中药中有机氯农药残留量的毛细管气相色谱检测方法。样品经有机溶剂超声提取,硫酸净化,采用OV-1701毛细管柱,不分流进样,程序升温分离,ECD检测,外标法定量,平均回收率为84.3%~100.6%,RSD为1.28%~3.56%。任红波[19]建立了气相色谱检测氟胺氰菊酯的方法。蜂蜜样品用水溶解后,经正己烷-二氯甲烷提取,提取液经C18固相萃取小柱净化,采用GCD-ECD测定,回收率在80%以上,检出限为0.0013mg/kg。吕芬等[20]用石油醚提取蔬菜、水果中痕量拟除虫菊酯,浓缩后经Florisil固相萃取柱净化,用气相色谱-ECD测定,结果小白菜中的平均回收率为86.2%~93.4%,RSD为3.4%~8.6%;苹果中的回收率为87.3%~92.8%,RSD为2.8%~8.1%。
2.2.2气相色谱-质谱联用法(GC-MS)。将高效分离与高性能鉴定仪器组成联用技术,是20世纪末期仪器分析领域的重大技术进展。其中,现代GC-MS联用技术是目前技术最成熟、普及应用最广泛的一种联用模式。
质谱法具有灵敏度高、定性能力强等优点,但要求进样要纯,且定量分析较复杂。气相色谱法则分离效率高,定量分析简便,但定性能力较差。因此,这2种方法联用,可以相互取长补短,既发挥色谱法的高分离能力,又发挥了质谱法的高鉴别能力,适用于做多组分混合物中未知物的定性鉴定,可以判定化合物的分子结构、准确测定未知组分的相对分子质量、鉴定部分分离甚至未分离的色谱峰等。
朱静等[21]利用SPE对环境水中噻唑硫磷农药残留进行净化,用GC-MS对其进行测定,对环境水中噻唑硫磷的最低检测质量浓度为56.4ng/L,加样回收率大于85.5%,RSD小于4.42%,适用于环境水中痕量农药的监测。EijiUeno等[22]首先用乙腈提取蔬菜中89种农药,盐析后乙酸乙酯再溶解,共溶物自动过凝胶色谱和活性碳串联双柱,之后再用气质联用分析,回收率在70%~120%,RSD小于5%,方法已应用到188种果蔬的日常检测中。李云飞等[23]用GC-MS以选择离子(SIM)检测方式对果蔬类农产品中含有机氯、有机磷、氨基甲酸酯及除虫菊酯类4类12种农药的残留量进行定性和定量分析,结果表明,方法回收率在80%~120%,变异系数在6%~20%。胡贝贞等[24]采用C18固相萃取小柱对啤酒中的有机磷农药进行提取、净化,用乙酸乙酯洗脱后供GC-MS分析。当添加浓度为50μg/kg和100μg/kg时,平均回收率为80.3%~95.0%,RSD为1.97%~8.28%(n=6),方法的检出限为1.20~15.3μg/kg。该方法可用于啤酒中痕量有机磷农药残留的测定。赵凤英等[25]以丙酮-石油醚(V/V=3∶1)为提取剂,采用超声波提取土壤中农药残留,经弗罗里硅土层析柱净化,GC-MS以选择离子监测法同时测定土壤中多种有机磷和氨基甲酸酯类农药,取得了较好的效果。在0.1、0.5μg/mL2个质量浓度添加水平的回收率分别为70.1%~119.0%和78.1%~119.0%,RSD分别为6.30%~9.80%和5.20%~8.23%。
