农药残留分析前处理技术概述

褚中秋

（黑龙江省垦区质量技术监督检验检测中心，黑龙江哈尔滨150090）

1 引言

目前我国现有农药生产企业1800多家，其中原药企业500多家，全行业从业人员16万人。可生产600多个品种的农药，2012年全国农药产量达到354.9万吨[1]。

随着人们环保健康意识的日益增强，对农药的看法也在不断改变。不再局限在它对有害生物的防治效果上，更是着眼于环境与人的和谐共处上。近些年，食品安全与农药残留成为关注对象。对农副产品中农药残留的“零容忍”态度，也是促使农药分析技术不断革新的压力与动力。作者多年从事食品检测，列举部分新颖的农药残留分析前处理技术，以供大家参考。

1.1 农药残留

所谓农药残留是指农药在使用后残存于生物体，农副产品和环境中的微量农药，有毒代谢物，降解物和杂质的总称。农药残留是人们非常关心的问题，它不仅关系人们的身体健康，还成为了影响农产品进出口贸易的重大障碍。农药残留是在使用农药后的必然结果，只是残留的时间长短不同，残留数量多少不一罢了。农药结构注定了不同的类型其毒性千差万别，在环境中的降解代谢也是不同，即使是同一种农药，其不同的施药方式及使用量，都可造成其残留量的巨大差别。因此，农药残留除了与农药的理化性质有关外，与农药施药方式和环境条件（日光，雨量，温度，适度，土壤类型与土壤微生物，酸碱度等）也有关系。

1.2 农药残留分析

农药残留分析目的是评价该农药使用后，除了起到正常的防虫除病除草促生长作用之外，对环境可能造成的污染程度，对人类和非靶标生物的潜在毒性。对农药科研单位及农药管理部门，其目的是判断农药的安全性（是新农药品种登记的必要资料之一）。对农产品市场管理和环保部门，其目的是判断利用农药保护措施生产的农副产品的安全性，评价农副产品中农药残留是否超标，农产品是否可食。对农产品生产者来说，要判断自己的产品的安全性，评价自己的产品农药残留是否超标，可否上市。

农药残留分析大体可以分为样品采集，前处理，检测三个环节。样品采集的基本原则是：采集的样品必须有代表性。采集方法必须与分析目的保持一致。采样量需满足残留分析的精度要求。采样与储藏过程防止预测组分发生化学变化或丢失，防止和避免样品受到玷污，尽可能减少其它化合物引入样品。

2 前处理

前处理是农药残留分析中非常重要的步骤。主要包括目标物的提取、净化和浓缩。现在前两者的界限已经模糊。前处理要求尽可能完全提取样品中的待测组分，并且尽可能除去干扰杂质，以减少对检测结果的干扰和避免损伤色谱柱及污染检测器。净化则是尽可能排除对检测结果的干扰杂质，避免损伤色谱柱及污染检测器，同时不耗损待检测组分的含量[2]。

传统的提取方法主要有液液分配，浸渍-震荡，索式抽提法，消化法等。其中液液分配主要处理液体（水）样品；处理土壤，动植物等固体样品一般采用浸渍-震荡和索式抽提法。传统的样品净化方法主要是液液分配，吸附柱层析法，凝结沉淀法，磺化法，薄层层析法等，其中液液分配和吸附柱层析法是常用方法。

近年来，针对传统样品前处理方法存在处理时间长，毒性大，试剂消耗多等缺点，一些新的样品前处理方法不断引入到农药残留分析中。目前已取得广泛应用的新技术，固相萃取，固相微萃取[3]，基质固相分散萃取[4]，超临界萃取[5]，加热溶剂萃取，免疫亲和色谱技术[6]，分子印迹技术[7]，这些方法的试剂消耗少，操作方便。

2.1 固相萃取

固相萃取的原理是利用固体吸附剂将样品的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后在用洗脱液洗脱或加热吸附，达到分离和富集的目的。与吸附柱层析法相比，因采用高效高选择的吸附剂，且装填紧密，所以取得更好的净化效果。在这个过程中，不大量使用不互溶溶剂，不产生乳化现象，简化了样品处理过程，大大降低溶剂用量。固相萃取是目前在农药残留分析中广泛使用的前处理方法。

在食品农药残留分析方面，食品种类多样，基质类型复杂，干扰物质繁多，不能一概而论，因此根据不同的基质选择不同的吸附剂成为必然。对于液态样品可直接或简单稀释后，用固相萃取柱进行提取和净化，而固体样品可先用适当方式提取后，再用固相萃取技术净化。对于水果和蔬菜，一般先用极性溶剂如乙腈、甲醇等提取，然后根据所分析的农药类型和性质，选择相应的固相吸附材料净化分离。对于低水份低脂肪的粮食样品，则先加入适量的蒸馏水湿润，再用溶剂提取，通过固相萃取柱净化。对于油脂类样品，加入等量丙酮，用己烷和乙腈进行液液萃取，或零下20度冷冻去酯，在固相萃取。例如可用固相萃取方法来提取食物中的甜蜜素，并用毛细管电泳-紫外检测器检测，其添加回收率在93.3%～108.3%之间。

2.2 固相微萃取

固相萃取技术上发展起来的一种微萃取分离技术，是一种集采样、萃取、浓缩和进样于一体的无溶剂样品微萃取新技术。与固相萃取技术相比，固相微萃取操作更简单，携带更方便，操作费用也更加低廉；另外克服了固相萃取回收率低、吸附剂孔道易堵塞的缺点。

2.3 基质固相分散萃取

基体分散固相萃取（MSPD，matrix solid-phase dispersion）是美国Louisiana州立大学的Barker教授在1989年提出并给予理论解释的一种快速样品处理技术。其原理是将涂渍有 C18 等多种聚合物的单体固相萃取材料与样品一起研磨，得到半干状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶剂淋洗柱子，将各种待测物洗脱下来。其优点是浓缩了传统的样品前处理中的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程，不需要进行组织匀浆、沉淀、离心、pH调节和样品转移等操作步骤，避免了样品的损失。它是一种简单高效实际的提取净化方法，适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化，提高了分析速度、减少了试剂用量、适于自动化分析。影响MSPD效果的因素包括吸附剂的粒径，样品基质的性质及基质的修饰，淋洗剂的性质及加入的顺序等。Kristenson等的发展了一种简单快速的mspd/gc-ms方法测定水果中的氯菊酯和对硫磷，马拉硫磷等10种有机磷农药残留量，选择C8作为吸附剂，每次分析仅需25mg样品和100mL溶剂[8]。

2.4 液相微萃取

液相微萃取(Liquid Phase Microextraction, LPME)技术是在液液萃取基础上发展起来的一种快速、精确、灵敏度高、环境友好的样品前处理技术。与液液萃取相比，可以提供与之相媲美的灵敏度，更好的富集效果；同时，该技术集采样，萃取和浓缩于一体，操作简便、快捷、成本低廉、易与色谱系统联用等优点。近来年，作为一种新型的样品前处理技术，已经引起了环境分析领域的许多研究人员的注意。

2.5 超临界流体提取

超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）是国际上最先进的物理萃取技术，简称SFE。在较低温度下，不断增加气体压力时，气体会转化成液体，当温度增高时，液体的体积增大，对于某一特定物质而言总存在一个临界温度（TC）和临界压力（PC），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。在临界点以上的范围内，物质状态处于气体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（SF）。超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似液体的较大密度和溶解度，具有良好的溶剂特性，可作为溶剂进行萃取、分离单体。目前最常用的超临界流体为CO2，无毒，环境友好，其分子极性比较小，可用于提取非极性或弱极性农药残留，同时也可以加入适量极性调节剂，可最大限度地提取不同极性的农药残留而最低限度的减少杂质提取。SFE具有提取效率高，速度快，节省大量有机溶剂，容易实现操作自动化等优点。目前已逐步应用于中药中农药残留分析。

2.6 加速溶剂萃取

加速溶剂萃取（ASE）是在提高的温度和压力下用溶剂萃取固体或半固体样品的新颖样品前处理方法。ASE的主要影响因素是压力和温度。提高温度，有利于提高溶质的溶解能力，加速溶剂分子向基体中的扩散；提高提取效率及速度。提高压力，使溶剂在其沸点以上时仍保持液态，还能有利于溶剂进入低压时基质内封闭的微孔。

ASE适用领域宽，速度快，使用溶剂少，提取效率高，自动化程度高，便于实验方法开发，拥有兼容一定浓度酸碱的惰性流路系统。ASE几乎可以使用所有传统溶剂。一个典型的加速溶剂萃取过程，10g样品仅用大约15mL溶剂，从装样到完成提取仅需15min。从ASE出来的样品已经经过过滤，更方便于下一步的实验。

2.7 免疫亲和色谱技术

免疫亲和色谱技术（IAC）是一种将色谱分析与免疫反应物相结合的分析方法，它是把抗体固定在合适的支持物上，利用抗原与抗体可逆的专一相互作用来净化伏击分析物[9]。免疫亲和色谱的一般测定方法是将待测样品通过色谱柱，其中待测抗原以及类似物与固定的抗体结合，其他样品基质由于不与固定相结合而被除去，这样，结合的待测物质被洗脱以后利用在线或非在线的方法直接测定。测定方法一般采用紫外-可见吸收光谱法和荧光光谱法等。该技术的关键是选择合适的支持物、抗体和淋洗缓冲液。与传统的免疫分析相比，该技术具有操作简单、分析快速、高选择性、精密度高且可以实现自动分析等的优点。

2.8 分子印迹技术

分子印迹（MI）技术原理为：拟被印迹分子与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来，当印迹分子除去后，聚合物中就形成了与印迹分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对印迹分子及其类似物具有选择识别性，较大的吸附容量，较强的结合能力[10]。MI可同时实现目标组分的分离与检测，选择性高，适用范围广，应用十分广泛。

2.9 QuEchERS

QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Rugged、Safe），是近年来国际上最新发展起来的一种用于农产品检测的快速样品前处理技术，由美国农业部Anastassiades 教授等于2003年开发的。该方法的主要步骤是用含1%醋酸的乙腈对样品进行浸提，再加入无水硫酸镁与醋酸钠振荡促使其分层，随后进行分散固相萃取，即将浸提液转移至含有PSA 吸附剂、硫酸镁的离心管中，运用Teflon 涂层离心管进行离心，取离心液至自动进样瓶用于GC/MS 或LC/MS 进行测定，并对其稳定性和可靠性进行了分析和评价。同时本方法也可根据可供选择的分析仪器种类、检测限、靶标农药的范围以及使用介质的差异进行适当调整。QuEchERS 法是农药多残留分析中的一种简便、快速、安全、价格低廉的分析方法。

随着分析技术的不断发展，样品前处理技术也在发生着日新月异的变化。不断引入新技术，比如生物学，现代基因工程技术等，会对今后的农药残留分析技术和前处理方式，带来更新更快的发展。

[1]2013中国农业行业发展报告

[2]黄骏雄. 环境样品前处理技术及其进展(一)[J]. 环境化学,1994,01:95-104.

[3]耿昱, 郭寅龙. 固相微萃取/气相色谱/质谱联用技术在农药残留物分析中的应用[J]. 分析测试技术与仪器,2001,04:230-235.

[4]杨容. 基质固相分散-高效液相色谱法测定小麦中痕量呋喃丹[J].河北大学学报(自然科学版),2003,03:269-271.

[5]邱月明, 温可可, 刘生明, 等. 超临界流体萃取气相色谱法测定粮谷中拟除虫菊酯残留量[J]. 分析化学,1994,11:1107-1110.

[6]邬建敏,陈正贤,阮东梁. 以硅胶为载体的交联壳聚糖作为亲和层析填料基质的研究[J]. 分析化学,2002,09:1063-1066.

[7]刘学良,刘莺,王俊德,商振华. 分子烙印技术的应用与最新进展[J]. 分析化学,2002,10:1260-1266.

[8]丁毅, 倪小东, 李飞红, 刘晓颖. 气相色谱—质谱法测定蔬菜中有机磷农药的残留量[J]. 安徽大学学报(自然科学版),2005,03:86-88.

[9]高立勤,左文坚. 免疫亲和色谱及其在生物样本分析中的应用[J].国外医学:药学分册,2000,02:107-111.

[10]左育民, 许晓文. 包覆聚合物高效液相色谱柱填料的研究进展[J].分析化学,1998,05:593-596.