拟除虫菊酯农药残留检测分析方法研究进展

许志刚，杨玉明，刘志华，司晓喜，刘宏程

(1.昆明理工大学 理学院，云南 昆明 650500； 2.云南中烟工业有限责任公司 技术中心，云南 昆明 650231；3.云南省农业科学院 质量标准与检测技术研究所，云南 昆明 650223)

0 引 言

拟除虫菊酯化合物是一类通过模拟天然除虫菊酯结构并采用化学方法人工合成的有机杀虫剂[1].因其具有广谱杀虫、高效、低毒、可生物降解等特点，被广泛应用在农业虫害扑杀、城市景观维护和家庭害虫防治中[2].目前，拟除虫菊酯类杀虫剂已经发展成为继有机磷和氨基甲酸酯化合物杀虫剂的全球应用最广的第三大新型杀虫剂，且规模持续增长[3].然而研究发现，拟除虫菊酯类化合物具有疏水性和光稳定性，能长期稳定残留在农产品和环境基质中，继而通过生物链进入生物体内，且会在体内长期积累，难以将其除去，长期处于低剂量的拟除虫菊酯类化合物会使得暴露的人体出现慢性病症状，并对免疫、神经、遗传系统等造成伤害，严重的会造成死亡[4-5].欧盟工作组将拟除虫菊酯类化合物列入干扰内分泌的污染化学物质清单中[6].美国环保署亦将氯氰菊酯、联苯菊酯等拟除虫菊酯类化合物确定为人类致癌物[7].2011年，中国亦将拟除虫菊酯类化合物杀虫剂的使用进行规范，建立卫生杀虫剂安全使用准则，严格管控该类杀虫剂的使用[8].常见的代表性拟除虫菊酯类化合物结构如图1所示.

图1 几种常见的拟除虫菊酯类化合物结构式

由于拟除虫菊酯类化合物使用的广泛性，实际样品中具有残留浓度低、基质干扰严重、结构相似物多等特点，这也给实际样品中痕量菊酯类化合物的残留检测带来一定的困难.本文全面介绍了拟除虫菊酯类化合物的各种样品前处理技术，包括固相萃取法、分散固相萃取法、磁性固相萃取法、分子印迹法、搅拌棒萃取法、超临界流体萃取法等，综合报道了拟除虫菊酯类化合物的检测方法，这也为相关人员从事食品安全检测、生态风险评估和污染管理提供技术支持.

1 拟除虫菊酯类化合物样品前处理技术

1.1 固相萃取

固相萃取(Solid phase extraction, SPE)是萃取和预富集痕量有机污染物的简易样品制备技术之一，该技术不需要大量的有机溶剂，分析时间短，可以离线使用也可以实现自动化程序控制并与分析仪器联用，具有极高的通用性.Sharif等[9]报道了一种基于丙酮/正己烷混合溶剂萃取，然后进行SPE净化的方法，用于测定葡萄、橙、番茄、胡萝卜和绿芥末中的三种拟除虫菊酯农药，检出限为0.015 mg/kg.Han等[10]制备了多孔石墨烯气凝胶，并将其用作注射器内SPE的吸附剂，拟除虫菊酯在吸附剂上可稳定至少72 h，并且不受样品pH值的影响，检出限为0.012～0.11 ng/mL.Yang等人[11]直接在固相萃取柱中合成石墨烯气凝胶整体材料，如图2所示，从环境水样品中分离和预富集痕量五种拟除虫菊酯，检测限在0.83～9.31 ng/L.

图2 石墨烯气凝胶整体材料固相萃取环境水中拟除虫菊酯

1.2 分散固相萃取

分散固相萃取是一种基于固相萃取的小型化固相萃取替代方法，吸附剂在样品溶液中分散，通过增加分析物和吸附剂之间的接触面，使得两者相互作用加剧，从而提高萃取效率并缩短萃取时间.分散固相萃取具有快速、简便、便宜和安全等特点，被广泛应用在农药的样品前处理中.Yang等[12]首次开发了泡腾片辅助的β-环糊精/凹凸棒复合物的注射器内分散固相萃取(如图3所示)，用于环境样品中五种拟除虫菊酯的测定，检出限为0.15～1.03 μg/L.β-环糊精/凹凸棒复合泡腾片分散固相萃取与C18和HLB固定相相比，所制备的吸附剂对拟除虫菊酯的分析具有更高的萃取效率.表1列出了最近5年来分散固相萃取在拟除虫菊酯类化合物样品前处理中的应用.

图3 β-环糊精/凹凸棒复合泡腾片分散固相萃取环境水中拟除虫菊酯

表1 拟除虫菊酯类化合物样品的分散固相萃取方法

1.3 磁性固相萃取

磁性固相萃取是一种新兴的样品预处理技术，是在SPE的基础上，引入了一个外部磁场，使得包含分析物的磁性吸附剂与基体分离，无需进行过滤和离心分离，而且磁性吸附剂可以回收和再利用.磁性固相萃取具有环境友好、分离快速、吸附效率高等优点，被广泛应用在环境检测、医疗卫生和化工等领域.Bagheri等[20]合成了一种用离子液体改性的新型磁性吸附剂，应用超临界CO2从水果样品中提取三种拟除虫菊酯，通过HPLC-UV中进行超痕量分析，检出限达到0.1 mg/kg.Yang等[21]以双金属有机骨架为前驱体，然后在氮气氛围下煅烧，合成了三维磁性空心多孔树莓状分层Co/Ni@碳微球，三维Co/Ni@碳微球是一种新型的磁性固相萃取剂(如图4所示)，对水和黄瓜样品中的醚菊酯和联苯菊酯具有出色的萃取能力和分离效率，检出限低至0.003 8～0.006 7 ng/mL.

图4 基于Co/Ni@碳微球的磁性固相萃取法萃取水中拟除虫菊酯

1.4 分子印迹法

分子印迹聚合物稳定、耐溶剂、能抵抗复杂基体的干扰，其特异性识别位点能够选择性分离和富集复杂基质中痕量目标分子[22].Zhao等[23]使用核-壳结构Fe3O4-NH2@GO作为支撑材料来提供磁性，并在材料表面制备分子印迹聚合物(如图5所示)，用于提取果汁中的5种拟除虫菊酯，检出限达到0.007～0.015 μg/L，回收率达到72.1%～106.8%.Cai等[24]合成了拟除虫菊酯分子印迹微球，将微球涂覆在常规微孔板的孔中，通过多重荧光法可用于同时测定60种羊肉和牛肉样品中的10种拟除虫菊酯，检出限为5.2～7 ng/mL.Ji等[25]合成了新的分子印迹共价有机骨架，其显示出对氰基拟除虫菊酯的特异性吸附，通过对不同植物样品中的氰基拟除虫菊酯进行定量分析，检出限在0.011～0.018 ng/g.

图5 基于Fe3O4-NH2@GO分子印迹聚合物的萃取果汁中的5种拟除虫菊酯

1.5 其它样品处理方法

液相微萃取(Liquid phase microextraction, LPME)是利用使用少量的样品和溶剂，在水相和萃取剂之间产生非常高的接触面积，达到高的富集倍数和富集效果，其具有操作简单、速度快、成本低等优势.也有基于LPME技术用于拟除虫菊酯的分析报道.Mao等[26]通过三相混合萃取的分散液-液微萃取来从蔬菜样品中提取拟除虫菊酯类农药，检出限为0.9～4.7 μg/kg.Wang等[27]将微波辅助萃取和超声辅助分散液-液微萃取相结合，开发了一种测定荔枝果实中拟除虫菊酯残留的新方法，检出限为1.15～2.46 μg/L.

搅拌棒吸附萃取法相比于固相微萃取，具有固定相体积大、萃取效率高的优势.搅拌棒吸附效果主要取决于涂层材料，目前已有商品化的搅拌棒[28].Li等[29]报道了新型的搅拌棒吸附萃取-热脱附-气相色谱法，快速分离茶叶中的12种拟除虫菊酯类农药残留.该方法抗基质干扰强，可同时鉴定和定量测定12种拟除虫菊酯类农药，回收率为92.89%～105.01%.Madej等[30]将磁改性石墨烯作为吸附剂与搅拌棒吸附分散微萃取结合使用，用于分离水样品中存在的拟除虫菊酯，检出限为14 ng/mL.

也有使用超临界溶剂二氧化碳从基质中分离拟除虫菊酯，该溶剂无毒且易于从提取的产物中消除[31].Rissato等[32]研究了超临界流体萃取法从土壤样品中萃取拟除虫菊酯农药，检出限低于0.01 mg/kg.Rissato等[33]建立了超临界流体萃取法联用毛细管气相色谱的分析方法，可同时测定蜂蜜样品中多种拟除虫菊酯的残留，检出限小于0.01 mg/kg.

2 拟除虫菊酯类化合物检测方法

2.1 高效液相色谱分析法

高效液相色谱(HPLC)是分离、定量和鉴定许多化合物的最有用的分析技术之一.通过加压使液体和样品混合物通过合适的色谱柱，可以有效地分离样品组分.高效液相色谱具有快速、自动化、高灵敏度和高分离度等优点.拟除虫菊酯类化合物异构体众多，通过合适的色谱柱串联使用，可有效提高色谱分离效果[34].Suthasinee等[35]采用分散液-液微萃取分离多种果汁中的6种拟除虫菊酯，采用HPLC紫外检测，检出限为2～5 μg/L.赵文霏等[36]通过离子液体分散液-液微萃取提取食用菌中3种拟除虫菊酯类农药的残留，采用HPLC测定拟除虫菊酯类农药的残留量，检出限为1.0～1.4 μg/kg.

2.2 液相色谱-质谱联用分析法

液相色谱-质谱联用分析法是分离检测拟除虫菊酯类化合物灵敏度最高的分析方法，与液相色谱法相比，可使检测下限降低1至2个数量级.其可以通过质谱的特征离子质量色谱图，便于区分多种结构类似物的拟除虫菊酯化合物，并通过质谱给出每一个组分的结构信息和分子量.焦慧泽等[37]通过加速溶剂萃取法分离和富集茶叶中拟除虫菊酯类农药，采用高效液相色谱-串联质谱法检测10种拟除虫菊酯，检出限为0.5～5.0 μg/kg，回收率为68.7%～103.8%.表2列出了液相色谱-质谱联用分析法在拟除虫菊酯类化合物检测中的应用.

表2 液相色谱-质谱联用分析法在拟除虫菊酯类化合物检测中的应用

2.3 气相色谱分析法

气相色谱分析法是一种最常见的仪器检测分析方法，主要用于分析检测非极性、低沸点、热稳定的化合物，拟除虫菊酯类化合物是一类低沸点的化合物，气相色谱也可以实现高效检测.Li等[45]采用一步微波辅助顶空固相微萃取法萃取和富集水性样品中10种拟除虫菊酯，采用气相色谱电子捕获检测器检测，检出限为0.2～2.6 ng/L.Yan等[46]建立了一种气相色谱方法，能同时测定室内杀虫剂产品中的九种拟除虫菊酯，应用于蚊香和两种气雾剂产品中拟除虫菊酯的测定，检出限为0.04～0.11 mg/L.Zhang等[47]采用固相萃取净化蜂花粉中7种拟除虫菊酯农药残留量，用气相色谱-微电子捕获检测法检测，检出限为1.1～19.7 μg/kg.

2.4 气相色谱-质谱联用分析法

气相色谱-质谱联用分析法是在气相色谱仪后连接质谱检测器，可以通过选择离子扫描方便区分拟除虫菊酯的结构相似物，便于定性和定量分析，相比于气相色谱，GC-MS具有更高的灵敏度.Yoshida等[48]使用吸附剂(石英纤维滤盘和Empore C18盘)的组合收集室内空气的拟除虫菊酯，采用GC-MS同时测定室内空气中18种拟除虫菊酯，检测限为1 ng/m3.Rosch等[49]通过液-液萃取法萃取地表水样品的拟除虫菊酯和其异构体，通过气相色谱与串联质谱联用，结合大气压化学电离进行化学分析，定量限为12.5～125 pg/L.Goal等[50]通过质谱EI模式下，选择GC-MS/MS的基础离子进行单离子监测和使用前体离子分析水中的拟除虫菊酯，定量下限小于0.1 mg/L.

2.5 免疫分析法

免疫分析法是一种基于抗原-抗体相互作用，通过产生一个信号对应分析物浓度的装置.目前有基于免疫测定法的有酶联免疫吸附测定、免疫色谱测定、荧光偏振免疫测定、竞争比色免疫测定和电化学免疫测定.Zhao等[51]开发了一种免疫分析方法，克服了需要蛋白质抗原免疫动物抗体的局限性，根据域抗体库检测大白菜样品中氯氰菊酯，β-氯氰菊酯和氰戊菊酯，回收率为84.4%～112.3%.Taherin等[52]开发了一种使用新型广谱特异性单克隆抗体的间接竞争化学发光酶免疫测定法，用于测定农产品中α-氰基拟除虫菊酯，在最佳条件下，该测定法对甲氰菊酯、溴氰菊酯和λ-氯氟氰菊酯具有很高的敏感性，检测范围为0.16～100 ng/mL.

2.6 其它分析法

Kaushik等[53]制备了基于氧化铁-壳聚糖混合纳米生物复合物的核酸传感器，检测氯氰菊酯和氯菊酯，可在40 s内完成检测，检出限为0.002 5 mg/L.Wang等[54]制备了具有空心纳米结构的分子印迹荧光纳米颗粒传感器，能在8 min内检测出实际环境水中的λ-氯氟氰菊酯，检出限低至10.26 nmol/L.

3 总结与展望

拟除虫菊酯类化合物广泛存在于食品和环境基质中，长期暴露在低剂量的拟除虫菊酯下，拟除虫菊酯会直接或间接进入人体体内，严重威胁人类健康，因此对食品和环境基质中的拟除虫菊酯建立新型的样品前处理技术和检测方法来监控和评测具有重要意义.就目前的研究情况来看，拟除虫菊酯农药残留检测的分析方法有如下的发展趋势.

1) 拟除虫菊酯类化合物样品前处理技术的革新：单一的吸附剂向先进的多元吸附剂方向发展，多种样品前处理技术交叉混合应用以及串联组合应用，实现复杂样品的高效富集，从而提高样品前处理的通量、选择性和灵敏度.

2) 高效的分离分析方法的开发：采用色谱柱串并联、多维液相(气相)组合，可进一步提高分析物与基质的分离，结合多维质谱能提供更高的准确性，消除基质干扰、实现多种拟除虫菊酯及对映异构体的检测.

3) 拟除虫菊酯农药残留快检方法的开发：由于食品安全和市场的需要，一些简便、极速的筛查方法和技术亟待开发，如比色卡鉴定、试纸条定性、化学发光分析法等，可用于大量样品的快速分析.