農(nóng)藥污染控制與農(nóng)殘分析技術(shù)

1、農(nóng)藥污染控制與農(nóng)殘分析技術(shù)水處理技術(shù) : 概述了我國農(nóng)藥使用與管理的現(xiàn)狀，分析了農(nóng)藥殘留污染的嚴峻形勢，闡述了加強農(nóng)藥殘留監(jiān)控的重要性，介紹了現(xiàn)代農(nóng)藥殘留檢測的樣品前處理新技術(shù)以及分析測試技術(shù)進展。樣品前處理技術(shù)正向著省時省力、廉價、減少溶劑、減少對環(huán)境的污染、微型化和自動化方向發(fā)展。儀器分析法可確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性和準確性，在農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)中占有舉足輕重的地位；生物檢測技術(shù)操作簡便、快速，適合于現(xiàn)場檢測及大批樣品的篩選檢測，但靈敏度、重現(xiàn)性、回收率有待提高。農(nóng)殘分析技術(shù)正在不斷更新、完善，朝著小型化、自動化方向發(fā)展。1 加強農(nóng)藥殘留監(jiān)控的重要性“民以食為天”，隨著社會的進步和人民生活水平的

2、提高，食品安全已成為全球關(guān)注的熱點問題。建立和完善食品安全監(jiān)測體系是食品安全的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。農(nóng)藥殘留污染是制約食品營養(yǎng)與安全的首要因素之一，如何快速、準確地進行農(nóng)藥殘留檢測則是重中之重的問題。1.1 農(nóng)藥污染形勢農(nóng)藥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，按用途可分為殺蟲劑、除草劑、殺螨劑、殺鼠劑和植物生長調(diào)節(jié)劑等。我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)藥年產(chǎn)量僅次于美國，年使用量也居于世界前列，且農(nóng)藥品種結(jié)構(gòu)不合理，殺蟲劑占農(nóng)藥總產(chǎn)量的 70%。在 70%殺蟲劑中，有機磷殺蟲劑占70%。其中甲胺磷、甲基對硫磷、對硫磷、氧化樂果、久效磷殺蟲劑等占 70%1 。劇毒、 高毒農(nóng)藥的大量使用與濫用對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境的負面影響日益突出

3、，農(nóng)藥殘留超標導(dǎo)致的食品中毒事件時有發(fā)生。1.2選擇低毒低殘留農(nóng)藥，合理使用農(nóng)藥國家出臺的農(nóng)藥管理條例、農(nóng)藥安全使用規(guī)定等法規(guī)規(guī)章對農(nóng)藥的生產(chǎn)、經(jīng)營與使用等方面的管理進行嚴格限制。XX年 7月農(nóng)業(yè)部發(fā)出通知，全面推進“無公害食品計劃”，力爭在5a 內(nèi)基本解決餐桌污染。同時為加快農(nóng)藥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進甲胺磷等5 種高毒農(nóng)藥削減計劃的實施，農(nóng)業(yè)部連續(xù)發(fā)布公告和部長令， 對高毒農(nóng)藥實施更為嚴格的管理。于 XX 年 8月生效的農(nóng)藥限制使用管理規(guī)定，對農(nóng)藥限制使用制訂了詳細的管理措施。此外，各地還根據(jù)具體實際，出臺農(nóng)藥管理辦法及其他規(guī)范性文件，全面禁止銷售和使用高劇毒農(nóng)藥。1.3加強農(nóng)藥殘留監(jiān)測的重要性

4、在今后一段時間，化學(xué)防治似是病蟲害防治的主要手段。因此，提高農(nóng)藥使用水平，加強農(nóng)藥的環(huán)境管理，對進入環(huán)境的農(nóng)藥實施有效的監(jiān)督管理尤為重要。建立健全農(nóng)藥殘留監(jiān)測體系是做好農(nóng)藥殘留監(jiān)控的重要保障。許多城市為推進農(nóng)藥安全使用，加大農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測的力度和范圍，設(shè)立從生產(chǎn)基地、批發(fā)市場到菜市場的 3 級檢測，實施“從土地到餐桌”全程質(zhì)量控制。全面進行農(nóng)藥殘留監(jiān)測勢在必行。2 農(nóng)殘分析測試技術(shù)進展常用的農(nóng)藥主要是有機氯、有機磷和氨基甲酸酯三大類。有機氯農(nóng)藥是我國最早大規(guī)模使用的農(nóng)藥。 1983 年開始，我國禁止生產(chǎn)和使用HCB、 DDT等有機氯農(nóng)藥，但國外有些國家仍在使用。目前造成果蔬產(chǎn)品質(zhì)量安全問題

5、的主要是有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥。這類農(nóng)藥大多屬劇毒藥品，雖在環(huán)境中易降解、殘留期短，但其毒性比有機氯農(nóng)藥大得多。有機磷農(nóng)藥因在農(nóng)業(yè)病蟲害防治方面具有高效、安全、經(jīng)濟、方便、應(yīng)用范圍廣等特點，是我國現(xiàn)階段使用量最大的農(nóng)藥。中國環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測有機污染物“黑名單”中列出的10 種化學(xué)農(nóng)藥，其中有機磷農(nóng)藥就占了 7 種2 。因此，有機磷農(nóng)藥殘留分析是農(nóng)殘分析的重點。2.1樣品前處理新技術(shù)農(nóng)藥殘留分析的樣品前處理主要包括提取、凈化和濃縮等步驟，是影響分析結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的樣品前處理技術(shù)如索氏提取、液液分配、柱層析等，不僅操作繁瑣、 費時，提取與凈化效率低，易引入誤差，且需使用大量有毒溶劑。隨著科技的

6、進步，一些新的樣品前處理技術(shù)，如固相萃取、固相微萃取、微波輔助萃取、樣品固相分散萃取、自動索氏萃取，在線高效流相色譜(HPLC)萃取、超臨界流體萃取等不斷被引入農(nóng)殘分析中。樣品前處理技術(shù)正向著省時省力、廉價、減少溶劑、 減少對環(huán)境的污染、微型化和自動化方向發(fā)展3 。2.1.1固相萃取固相萃取技術(shù)是20 世紀 70 年代發(fā)展起來的一種樣品富集技術(shù)，特別適用于水樣處理。其原理是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標化合物吸附，與樣品基體和干擾化合物分離，然后再利用洗脫液洗脫或加熱解吸，達到分離和富集目標化合物的目的。根據(jù)待測農(nóng)藥性質(zhì)、樣品種類等選擇合適的萃取柱和洗脫液及其他優(yōu)化條件后，可使萃取、富集、凈

7、化一步完成。 SPE克服了液 / 液萃取技術(shù)及一般柱層析的缺點，較 LLE 可節(jié)省時間和溶劑約 90%，萃取過程簡單快速、節(jié)省溶劑、重現(xiàn)性好、回收率高，減少雜質(zhì)的引入減輕了有機溶劑對實驗人員和環(huán)境的影響。目前國外已推出商品化的自動固相萃取裝置，可與 HPLC 在線結(jié)合實現(xiàn)許多農(nóng)藥殘留的全自動分析。2.1.2固相微萃取固相微萃取是在固相萃取基礎(chǔ)上發(fā)展起來的萃取分離技術(shù) 4 ，1990 年由加拿大 Waterloo 大學(xué) Pawliszyn 首創(chuàng) 5 ， 6 ， 1994 年即被用于農(nóng)殘檢測 7 ，8 。它是利用涂有吸附劑的熔融石英纖維吸附樣品中的有機物質(zhì)而達到萃取濃縮的目的，集萃取、富集和解吸于

8、一體，具有無溶劑、可直接進樣、操作簡便快捷、靈敏的特點，克服了固相萃取回收率低、吸附劑孔道易堵塞等缺點。SPME與氣相色譜 (GC) 或 GC/MS聯(lián)用主要用于直接分析均相樣品中揮發(fā)性和半揮發(fā)性農(nóng)藥殘留，非均相樣品如土壤、蔬菜，則須先將其轉(zhuǎn)化為漿狀再分析9 。對于非揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質(zhì)，SPME/HPLC聯(lián)用技術(shù)更具優(yōu)勢10 ， 11 。2.1.3微波輔助萃取微波輔助萃取技術(shù)是對樣品進行微波加熱，利用極性分子可迅速吸收微波能量的特性來加熱一些極性溶劑，輔之精確的溫壓控制，達到萃取樣品中目標化合物、雜質(zhì)分離的目的，具有高效、安全、快速、試劑用量小和易于自動控制等優(yōu)點12 ，是分析土壤中有機污染物

9、的好方法 13 。應(yīng)用微波輔助萃取技術(shù)測定中藥中有機磷農(nóng)藥殘留 14 以及土壤中有機氯農(nóng)藥殘留15 均有報道。2.1.4超臨界流體萃取超臨界流體本質(zhì)上是處于臨界溫度以上的高密度氣體。超臨界流體萃取就是利用其密度大、粘度低、擴散系數(shù)大、兼有氣體的滲透性和液體的溶解力的特點，將樣品中待測物質(zhì)溶解并從基體中分離出來。它可同時完成萃取和分離，具有簡單快速、分離效率高、選擇性好、無需使用有機溶劑、可實現(xiàn)操作自動化等優(yōu)點。常用的超臨界流體是co2 中，可用于提取非極性或弱極性農(nóng)藥殘留。通常在co2 中加入少量極性溶劑如甲醇等，來調(diào)節(jié)其極性，據(jù)此提高對極性農(nóng)藥的萃取效率并最低限度地減少雜質(zhì)的提取。 SFC技

10、術(shù)自 1986 年開始應(yīng)用于農(nóng)殘分析15，已成功地應(yīng)用于提取植物樣品、動物組織、果實、土壤和水樣中的農(nóng)藥殘留。國內(nèi)已有應(yīng)用此技術(shù)測定食品中有機磷16 、有機氯 17 和氨基甲酸酯 18 農(nóng)藥殘留的報道。 SFC不僅成為現(xiàn)代農(nóng)藥多殘留分析中的熱點19 之一，而且在環(huán)境有機污染物分析領(lǐng)域得到廣泛的重視和應(yīng)用20 。2.1.5加速溶劑萃取1996 年 Rethter等21 介紹了一種適合于固體和半固體樣品前處理的新技術(shù)加速溶劑萃取(Accelerated Solvent Extraction，簡稱ASE)。其基本原理是利用升高溫度和壓力，增加物質(zhì)溶解度和溶質(zhì)擴散效率，提高萃取的效率22 。與傳統(tǒng)萃取

11、方式相比，具有如下的顯著特點 23 ：快速、溶劑少、萃取效率高、可實現(xiàn)全自動安全操作。 ASE 是一種極具吸引力的樣品前處理新技術(shù)，可同時使用4 種溶劑進行提取， 已在食品、 農(nóng)業(yè)環(huán)境、 藥物、化工等方面得到了廣泛應(yīng)用，并被美國國家環(huán)保局批準為EPA3545號標準方法。葉明立等24 綜述了 ASE在食品與農(nóng)殘分析方面的應(yīng)用，但國內(nèi)有關(guān)的應(yīng)用報道還較少25 。2.2 測定技術(shù)進展隨著對現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，貿(mào)易往來的快捷，以及人們對環(huán)境質(zhì)量和食品安全的要求日益提高，待測樣品量迅速增加，這就要求農(nóng)殘分析方法必須更加快速、靈敏、準確、簡便。目前在農(nóng)藥殘留分析中使用的測試方法主要有GC、HPLC、 GC

12、/MS、 HPLC/MS、 SFC以及毛細管電泳法和酶聯(lián)免疫吸附測定法等。儀器分析法可確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性和準確性，在農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)中占有舉足輕重的地位。生物檢測技術(shù)操作簡便、快速，不需昂貴儀器，適合于現(xiàn)場檢測及大批樣品的篩選檢測，易于推廣普及，但靈敏度不如儀器分析法，重現(xiàn)性、回收率有待提高。2.2.1儀器分析法2.2.1.1色譜法是農(nóng)殘分析的常用方法，GC法是農(nóng)殘分析的經(jīng)典技術(shù)。近年來，由于毛細管柱在分辨能力、靈敏度和分析速度等方面所具有的優(yōu)勢，毛細管柱氣相色譜取代了填充柱氣相色譜，成為多種類型或同一類型農(nóng)藥多殘留分析最得力的工具，廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性農(nóng)藥殘留測定。測定有機氯農(nóng)藥常用ECD檢測

13、器，而測定有機磷農(nóng)藥則大多是火焰光度檢測器和氮磷檢測器。ECD 檢測器也可用于測定有機磷農(nóng)藥26，林渭海等27采用同一色譜填充柱和ECD檢測器分離多種有機氯、有機磷混合農(nóng)藥。當然，并不是1 根毛細管色譜柱、1 種檢測器就可解決所有農(nóng)藥的分離。2.2.1.2對于揮發(fā)性差、極性和熱不穩(wěn)定的農(nóng)藥，不能直接或不適合GC分析。 HPLC適合于測定熱不穩(wěn)定和強極性農(nóng)藥及其代謝物，同時一些新的檢測器使用提高了檢出靈敏度，因此 HPLC在農(nóng)殘分析的應(yīng)用日益廣泛, 尤其是氨基甲酸酯類農(nóng)藥。2.2.1.3近年來色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)日臻成熟。質(zhì)譜法的優(yōu)點就是可在多種殘留物同時存在的情況下對其進行定性定量分析，尤其適合于多殘

14、留分析。在一些發(fā)達國家，GC/MS、HPLC/MS已成為常規(guī)的殘留分析監(jiān)測手段，成為定性及定量分析最得力的工具。2.2.1.4 SFC是以超臨界流體作為色譜流動相的色譜，能通過調(diào)節(jié)壓力、溫度、流動相組成多重梯度，選擇最佳色譜條件。 SFC既綜合了GC與 HPLC的優(yōu)點，又彌補了它們的不足，可在較低溫度下分析分子量較大、對熱不穩(wěn)定的化合物和極性較強的化合物，可與大部分GC、 HPLC 的檢測器聯(lián)用，還可與紅外、MS聯(lián)用，極大地拓寬了其應(yīng)用范圍。許多在 GC或 HPLC上需經(jīng)衍生化才能分析的農(nóng)藥，都可用SFC直接測定。2.2.1.5 CE特別適合于那些難以用傳統(tǒng)的HPLC分離的離子化樣品的分離與分

15、析，具有分離效率高、快速、樣品用量少等特點。采用毛細管區(qū)帶電泳或膠束電動色譜進行農(nóng)藥殘留分析，對分離與檢測均是最好選擇 28 。CE/MS 可用于谷物和其他基質(zhì)中帶電荷基團的農(nóng)藥及其代謝物的殘留檢測。開發(fā)研究靈敏度更高的檢測系統(tǒng)將使毛細管區(qū)帶電泳的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。2.2.2生物檢測技術(shù)生物技術(shù)在農(nóng)殘檢測中的應(yīng)用不斷在增加，包括免疫測定法、 生物測定法和生物傳感器技術(shù)等。免疫分析被列為20 世紀 90 年代優(yōu)先研究、開發(fā)和利用的農(nóng)殘分析技術(shù)。美國化學(xué)會將免疫分析與氣相色譜、液相色譜共同列為農(nóng)殘分析的支柱技術(shù)。近年來，免疫分析法尤其是酶免疫分析的研究十分活躍。EIA 的原理是基于有機磷、氨基甲酸酯殺蟲劑能抑制酶的活性。IA 開發(fā)過程需投入較多資金和較長時間，一旦開發(fā)成功則具有靈敏度高、特異性強、方便快捷、成本低、安全可靠等優(yōu)點。國內(nèi)一些農(nóng)藥速測卡是根據(jù)有機磷農(nóng)藥能強烈抑制膽堿酶的活性而研制開發(fā)的，適合于大批樣品的速測。此外，國外一些公司推出了多種酶標試劑盒應(yīng)用于常規(guī)分析及田間檢測的快速篩選，