茶叶中农药残留检测技术应用进展

许祯毅，姜咸彪

（武夷学院茶与食品学院，福建武夷山 354300）

1 引 言

近几十年来，功能各异、品种繁多的农药对茶叶的增产、增收起了积极的促进作用，但随着农药使用用量和使用品种的不断增多，再加上茶农不合理的使用，茶叶产品中相继出现了许多农药残留甚至超标的问题，严重影响到人类的健康安全和生态环境可持续发展，引起了世界各国人民和绿色环保组织的的密切关注与高度重视。2012年4月11日和4月23日，国际非政府环保组织绿色和平连续发布了《2012年茶叶农药调查报告》和《2012年“立顿”茶叶农药调查报告》，报告内容涉及我国多家知名茶企的茶叶中检出违法违禁农药残留，直接影响我国茶叶在国际社会的声誉和茶叶的出口[1]。

目前，各国在茶叶产品中农药残留的检测和监控方面主要有两个工作重点，一是制定各种农药的最大残留限量（Maximum residue limit，MRL）；二是开发准确快速的定性、定量分析方法。进入21世纪以来，许多发达国家和国际组织都对茶叶中农药的MRL进行规定和修改，一方面是不断增加农药的种类，另一方面是不断减小农药的MRL。我国从2005年起开始对茶叶产品中农药的MRL做出强制性要求限制，经过5次修订后于2019年发布最新的《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》（GB 2763-2019）。其中明确限定茶叶中六六六、滴滴涕等65种农药的最高残留限量[2-4]。但与此同时，欧盟茶叶委员会自2000年以来针对茶叶的残留限量标准陆续增至400多项，其中以最低检出量作为MRL的项目已占总量的90%以上。日本进口茶叶的农残检测标准依据《肯定列表制度》后，对茶叶产品中的农药残留限量的种类由89种增加到276种，除少数特殊物质外，其他农药的MRL一律为0.01 mg/kg[5]。由此可见，我国对茶叶产品中农药残留限量的监管和检测工作仍是“任重道远”。

随着科学技术的发展，农药的品种越来越多，再加上人们对茶叶中农药残留问题的日益关注，茶叶中农药残留检测技术也在不断发展。近年来，有关茶叶质量安全的问题经常被媒体曝光，全世界各国都在集中大量的人力、物力开展茶叶中农药残留检测技术的研究[6]。目前研究较为深入、使用最广泛的茶叶农药残留检测技术主要有以下几种。

2 常见检测技术

2.1 气相色谱法

气相色谱法（Gas chromatography，GC）是常以氮气、氩气等高纯惰性气体为流动相，通过毛细管柱或玻璃柱将待测组分与干扰组分进行分离后检测的色谱。它具有样品用量少、选择性好、灵敏度高、操作简单和速度快等优点，在分析低沸点、易挥发、热稳定性好的化合物方面得到了广泛应用，是目前茶叶中农药残留检测最常用的方法之一。目前采用气相色谱法检测茶叶中农药残留的检测器主要有①电子捕获检测器、②微池电子捕获检测器、③火焰光度检测器、④脉冲火焰光度检测器、⑤氮磷检测器等。

电子捕获检测器（Electron capture detector，ECD）主要适用于分析含有卤素、硫、磷、氮等电负性化合物，一般来说电负性越强，检测器的响应值就越大，灵敏度越高。早在八十年代初期，就有技术人员采用ECD检测茶叶中六六六、滴滴涕，溴氰菊酯，联苯菊酯等多种有机氯类和菊酯类农药，靳保辉等[7]将茶叶用正己烷-丙酮（2∶1,V/V）提取、浓缩后，用ECD可一次性检测出茶叶中25种有机氯农药，该方法可测得三氯杀螨醇的最低检出限为8.0 g/kg，其余24种有机氯农药的最低检出限为5.0µg/kg。周峰等[8]将茶叶用水活化后经正己烷、石油醚超声提取后、离心、萃取浓缩后，用ECD检测茶叶中六六六和滴滴涕残留量，试验结果表明，农药分离效果好，样品前处理快速、简便，检测结果准确、可靠。

微池电子捕获检测器（Micro electron capture detector，μ-ECD）的工作原理与传统的ECD相似，但它的检测池体积更小，因此具有更高的灵敏度和更宽线性范围，而且十分稳定，可以优化进行快速气相色谱测定[9]。吴刚等[10]利用μ-ECD建立茶叶中杀螟丹的残留量的检测方法，该方法的最低检测限可达0.01 mg/kg。Pangt等[11]合成了一种纤维状磁性氮化硼纳米复合材料，并通过GC-μ-ECD对茶叶中10种杀虫剂残留量进行检测，加标回收率在84.5%～122%之间，相对标准偏差在4.8～12%之间，最低检测限为0.01～0.05 ng/mL。

火焰光度检测器（Flame photometric detector，FPD)是对含磷、含硫类化合物具有高选择性和高灵敏度的一种色谱检测器。FPD对含磷、含硫有机物的响应值与含碳、含氢有机物的响应值之比可达100左右，因此可很好排除有机溶剂和烃类有机物的干扰，实现对痕量或微量含磷、含硫化合物的定量分析，常用来检测有机磷农药或含硫污染物。廖和菁等[12]采用乙腈作提取剂，经超声波提取后，经石墨碳黑/氨基复合（Carbon/NH2）固相萃取小柱净化，用FPD检测茶叶中敌敌畏、乐果等10种有机磷农药，最低检出限为2.0～13.0µg/kg。朱雪琴等[13]将茶叶样品用快速前处理技术提取、净化后，经GC-FPD检测茶叶中敌敌畏、乐果、毒死蜱、水胺硫磷和三唑磷5种有机磷农药残留量。试验结果表明，5种有机磷农药的平均回收率在80%～108.3%之间，相对标准偏差为2.58%～7.31%。

脉冲火焰光度检测器（Pulsed flame photometric detector,PFPD）是FPD的升级版，P-FPD能够对P、S等28种特定元素实现无可匹敌的选择性检测，与FPD相比，其检测性能提高了10倍以上，同时还具有更强的稳定性和更低的操作成本，是提高实验室分析效率的首选。陈玉珍[14]利用P-FPD建立了一次性检测茶叶中甲胺磷、乙酰甲胺磷等14种有机磷类农药残留量的方法，14种农药的检出限在0.005～0.02 mg/kg之间，检测效果良好。

氮磷检测器（Nitrogen phosphorus detector，NPD）是一种质量型检测器，对含氮、磷元素的化合物具有高灵敏度、专一性强，专用于氮、磷化合物的痕量分析。由于其专一性强，还可用于复杂样品的直接进样分析，可以避免繁杂的前处理过程，简化分析方法。游飞明等[15]将茶叶样品用丙酮超声波提取后，采用NPD一次测定茶叶中16种有机磷农药残留量，检出限在0.01～0.16mg/kg之间。

2.2 气相色谱-质谱法

气相色谱-质谱法（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）是在气相色谱分离的基础上，加上一个质量分析器用于分析待测组分的碎片离子。因为气相色谱在检测目标化合物时，若样品中杂质多，仅根据保留时间定性时，可能会将杂质错误地定性为目标化合物，出现假阳性结果[16]。GC-MS法根据目标化合物的保留时间和特征碎片离子作为定性和定量依据，克服了可能出现假阳性面造成的误判问题[17]。

苏建峰等[18]将茶叶样品用乙酸乙酯均质和超声波提取后，采用茶叶专用萃取柱（TPT）除去色素和剩余的少部分极性杂质，最后用GC-MS进行分析，可同时测得茶叶中286种农药残留量。曹亚林等[19]将茶叶样品经正己烷/丙酮（80∶20，V/V）提取，再用正己烷复溶后用分散固相萃取净化，，最后用GC-MS检测茶叶中7种拟除虫菊酯农药残留。试验结果表明7种拟除虫菊酯在0.02～0.1 μg/g范围内呈现良好的线性关系，方法的加标回收率为84.3～102.9%，重复多次测量的相对标准偏差小于5.5%。谢吉林等[20]通过实验研究建立茶叶中32种农药多残留的GC-MS分析方法,该方法用乙腈为提取溶剂，硅镁型吸附剂、无水硫酸钠和活性炭粉作为净化剂，用空白样品进行加标回收率测试，最后得出32种农残回收率范围为80%～120%。

综上，GC-MS适用于具有易挥发、热稳定、非极性的有机磷、有机氯、菊酯类、部分氨基甲酸酯类化合物的检测分析，特别适用于多农药残留的定性、定量检测，但与ECD、FPD等特征型、专用型的检测器相比，其定量灵敏度可能会出现下降的情况。因此，气相色谱-串联质谱仪（GC-MS/MS）应运而生，GC-MS/MS可以通过特定的程序选择物质的特征母离子而排除其它离子的干扰，不仅可以避免GC中用保留时间作定性而出现的假阳性可能，而且可以防止GC-MS检测中因干扰物质而出现的假阴性的可能，实现更加精确的定性和定量分析，同时还可有效地提高检测的灵敏度，得到更低的检测出限，因此特别适合于像茶叶这种复杂样品中的农药残留检测[21]。程水连等[22]建立了同时对黑茶中9种农药残留进行定性定量分析的GC-MS/MS确证方法。样品经乙腈提取、TPT固相萃取柱净化后，多重反应监测（Multiple reaction monitoring,MRM）采集方式进行分析测定。试验结果表明9种农药在0.4～3.2mg/L浓度范围内与峰面积呈良好的线性关系，相关系数均大于0.99，相对标准偏差为1.5%～5.6%，平均加标回收率为81.6%～98.6%。

2.3 液相色谱法

液相色谱法（Liquid chromatography，LC）是20世纪70年代后急剧发展起来的一项高效、快速、准确的分离检测技术。它以液体作为流动相，待测组分先后经过高压泵、高效色谱柱和高灵敏度的检测器，具有高压、高速、高效、高灵敏度等优点。与气相色谱相比，LC只要求待测组分能制成溶液，而不需要气化，因此不受试样挥发性的限制，适用于沸点高、热稳定性差、受热易分解的、相对分子质量较大的有机化合物，因此被广泛应用到茶叶产品中杀虫剂、灭菌剂、除莠剂、除草剂等农药的残留检测。LC根据所待测化合物的不同结构和性质，可选用不同类型的检测器，以保证检测结果的灵敏度高、重现性好、响应快、线性范围宽等要求。LC中常用的检测器有紫外光度检测器（Ultraviolet spectrometer，UV）、光电二极管阵列检测器（Diode array detector，DAD）、荧光检测器（Fluorescence detector，FLD）等。李青等[23]建立了超高效液相色谱法（High performance liquid chromatography，HPLC）测定茶叶中氯噻啉残留量的分析方法，茶叶样品经正已烷-乙酸乙酯提取、氧化镁粉末净化，浓缩，用乙腈定容后进样，试验结果表明在0.05～50 mg/kg线性范围内氯噻啉线性关系良好,线性相关系数为0.9998，样品在0.05,0.8和1.5 μg/mL三个不同加标水平下的回收率为80%～110%之间，相对标准偏差小于10%。许祯毅等[24]采用HPLC-DAD检测器建立了武夷岩茶中除虫脲农药残留的检测方法，并已应用到日常的检验检测中。冯敏铃等[25]将茶叶粉碎后经乙腈提取后，用Carbon/NH2固相萃取小柱净化，UV检测器测定，建立了LC同时测定茶叶中啶虫脒和多菌灵2种农药的分析方法。

2.4 液相色谱-串联质谱联用法

液相色谱-串联质谱联用法（Liquid chromatography－tandem mass spectrometry，LC-MS/MS）是以LC或HPLC作为分离系统，质谱作为检测系统，非常适合用来分析复杂体系中的痕量组分。LC-MS/MS的工作原理是将样品通过高压泵输送到色谱柱中，再经过色谱柱的吸附、解吸作用进行分离后进入质谱系统，在质谱系统中，样品先经过离子源时被离子化后形成许多特征的、带电的的碎片离子，这些碎片离子经质量分析器后按设定质量数被分开，最后通过检测器得到质谱图。LC-MS/MS实现了色谱系统的高分离能力与质谱系统的高选择性、高灵敏度能力结合起来，不仅能用于待测化合物的定量、定性分析，还可以通过质谱图得到未知化合物的相对分子质量与结构信息，用于寻找和分析未知化合物，因此被广泛应用于药物分析、食品分析和环境分析等领域。特别是LC-MS/MS中的多反应监测（MRM）技术，它先通过第一个四级杆选择一个或多个母离子，在碰撞池中产生碎片离子后，通过第二个四级杆来监测母离子后产生的一个或多个特定的碎片离了，这样可以有效排除复杂基质所产生的碎片离子的干扰，极大提高检测的灵敏度和定量的准确性。因此LC-MS/MS是科研机构、检验检测机构、高校等单位开展农药残留痕量分析和高通量复杂样品分析的理想装备，也是推断分析和确认农药结构的常用仪器之一，特别适用于像茶叶这种成分复杂、干扰杂质多的样品中农药多残留分析。余璐等[26]将茶叶用乙腈提取，经石墨化炭黑－N－丙基乙二胺复合固相萃取柱（Carb-PSA）净化，浓缩后利用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS）技术建立了茶叶中204种农药残留的快速筛查和确证检测方法。杨梅等[27]建立了绿茶中56种农药残留的HPLC-MS/MS快速检测方法，茶叶样品采用乙腈提取后，浓缩提取物用TPT固相萃取小柱净化，再利用MRM方法进行测定。尹鹏等[28]将茶叶样品经水润湿后，用含5%乙酸的乙腈溶液提取，在提取液中加入100 mg石墨化炭黑和200 mg十八烷基硅烷净化后，用HPLC-MS/MS同时测定茶叶中毒死蜱及其代谢产物3，5，6-三氯-2-羟基吡啶的残留量，该方法简便、快速、灵敏度高、重现性好，适用于茶叶中毒死蜱及其代谢产物的快速测定。

2.5 表面增强拉曼光谱法

表面增强拉曼光谱技术（Surface enhanced raman spectroscopy，SERS）是利用金、银、铜等金属粗糙表面产生电磁场作用，可将吸附在金属粗糙表面的待测物拉曼信号增强106-109倍，从而提高检测灵敏，实现对微量样品的快速检测，而且其具有样品制备简单、操作简便、灵敏度高、检测速度快等优点，已逐步应用于食品和农产品中的农药残留快速检测[29-31]。

朱晓宇等[32]采用SERS技术结合快速前处理方法，分析绿茶中甲萘威农药残留。研究人员以金溶胶为增强基底，以1557 cm-1的峰强度为定量峰，建立茶叶中甲萘威农药残留线性分析方程，该方程在0.28～5.56 mg/kg范围内，线性关系良好，线性相关系数为0.9744。该方法分析茶叶中甲萘威农药残留的最低检出浓度为0.83 mg/kg，而且前处理简单、单个样本检测在10 min内就可完成。吴燕等[33]利用无水硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳对茶叶提取液进行简单净化处理后，用SERS技术检测干茶叶中乐果的农药残留量，建立了茶叶中乐果农药残留的快速检测分析方法。该方法检测茶叶中乐果农药的最低浓度能达到1.0 mg/L以下。胡潇等[34]利用SERS技术结合二维相关光谱法快速检测茶叶中毒死蜱农药残留，研究人员以金纳米为增强基底，采集含不同浓度毒死蜱残留茶叶样本的SERS，利用标准正态变量变换对原始拉曼光谱进行预处理，再以毒死蜱浓度为外扰，进行二维相关同步光谱和自相关谱分析，建立茶叶中毒死蜱残留分析模型。研究表明SERS结合二维相关光谱法可实现茶叶中毒死蜱农药残留快速检测，为研究茶叶中农药残留快速检测装置开发提供方法支持。

3 展 望

综上，随着农药检测项目的不断增加和农药检测技术的不断提升，针对单一种类的农药残留检测方法己经不能适应现代农药残留检测的要求，茶叶中农药残留检测技术正逐步向着更高效、快速、准确、环保的方向发展。更高效、快速，要求尽量减少样品前处理及分析检测过程所花费的时间，实现实验操作自动化；更准确，就是要尽可能提高检测的灵敏度和最低检出限，同时保证良好的重现性；更环保，就是要减少溶剂的使用量，减轻对环境的排放和污染。另外随着《食品安全国家标准植物源性食品中208种农药及其代谢物残留量的测定气相色谱-质谱联用法》(GB 23200.113-2018)已于2018年12月21日正式实施，该标准首次将快速前处理方法（QuEChERS）的前处理方法纳入多农药残留检测的国家标准方法中，因此QuEChERS方法将依靠快速、简便、经济、高效、稳定和安全等特点，在多茶叶产品的农药残留分析中得到了广泛应用。