气相色谱在检测果蔬农药残留中的运用

《农药的分析与检测》

课程论文

气相色谱在检测果蔬农药残留中的运用

（安徽农业大学茶与食品科技学院安徽合肥 230000）

摘要：瓜果、蔬菜是人们每天生活的必需品，随着我国科学与经济的飞速发展。人们越来越关注环境保护和身体健康，农产品的安全日益受到社会关注，它不仅与消费者健康息息相关，而且关系到国内农产品贸易发展与繁荣。特别是近些年来，由于农药大量长期不合理使用，导致农药残留过量，因农药引起的食物中毒渐多，果蔬中农药残留问题目益引起人们的重视。因此，加强对农产品质量的检测已成为当务之急，气象色谱是一种简便、快速、高灵敏度的农残检测方法。

关键词：蔬菜、农药、气象色谱、高灵敏度

气相色谱（GC）是一种分离技术。实际工作中要分析的样品往往是复杂基体中的多组分混合物，对含有未知组分的样品，首先必须将其分离，然后才能对有关组分进行进一步的分析。混合物的分离是基于组分的物理化学性质的差异，GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，一般是N2、He等）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由

于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来，也正是由于载气的

流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解附，结果

在载气中分配浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大

的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器，检测器能够

将样品组分的存在与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的

量或浓度成比例，当将这些信号放大并记录下来时，它包含了色谱的

全部原始信息。在没有组分流出时，色谱图的记录是检测器的本底信

号，即色谱图的基线。

现代农业大量地使用农药来控制农作物生长期间的病虫害及杂

草生长，用杀菌剂等解决水果蔬菜储运及保鲜问题。随着化学工业的

发展和农药使用范围的扩大，化学农药的数量和品种都在不断增加，

目前世界化学农药总产量(以有效成分计)已超过300万吨[1]。我国的

农药使用量己居世界首位[2]。随着农药的大量和不合理的使用，农药

所造成的摄食毒性和对环境危害问题，已引起人们的高度重视。加强

对农药残留的监测研究，对于合理开发和正确使用农药，保护生态环

境，保障人类健康，避免和减少不必要的生物受害，具有重要的理论

和实践意义。

1．1农药残留检测分析的由来

农药残留分析是一项对复杂混合物中痕量组分的分析技术，它要

求精细的微量操作手段和高度灵敏的检测技术。现代农药残留分析要

求达到多残留分析、回收率高(>70％)、重现性好、低检出限、操作

简单易行。农药残壁分析技术始于20世纪50年代，那时的农药残留

分析技术方法仅限于化学法、比色法和生物测定法。检测方法缺乏专

一性，灵敏度也不高。20世纪60年代初气相色谱开始应用于农药留

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。70年代末，特别是80年代，高

效液相色谱的发展拓宽了残留农药的检测范围。它广泛应用于对热

不稳定和离子型农药及其代谢物的分析。进入90年代，多种类型农

药的多残留检测方法，同类型农药的多残留检测方法以及新的单个农

药在多种试剂中的检测方法都取得了重要进展[2-5]。近年来，各国对

农药的生产、使用、管理、监控、检测等环节加大了立法和科学指导，

农药多残留系统检测方法已成为欧、美等发达国家官方实验室的日常

检测技术。从单～或数个农药应用同一仪器、同一方法检测：到十几

个同类农药或几十个性质相似的农药多残留检测；如今已发展到不同

种类数百种农药应用不同仪器、不同检测方式的现代多残留系统检测

技术。

1.2农药残留检测的样品前处理技术

食品中农药残留分析，往往是在复杂的基质中，对低浓度的多残

留农药组分进行定性和定量分析，所以对前处理的要求非常高。样品

前处理主要就是从食品样品中提取，浓缩和净化目标物，有的目标化

合物还需要进行衍生化。样品的前处理过程涉及的因素很多，直接影

响分析的效率、成本和技术指标。气相色谱．质谱法检测新鲜果蔬中

农药多残留分析，提取净化方法包括常规索氏提取、振荡提取、液液

萃取、蒸馏、结晶等经典提取技术，尽管这些技术不需要昂贵的设备

和特殊仪器，但却是整个分析过程中最费时费力、最容易引入误差的

环节，且大量有机溶剂的使用，也对环境造成极大的污染。高效、快

速的无溶剂或少溶剂的样品前处理技术的研究越来越受到分析工作

者的关注和欢迎。国内外分析工作者开发了多种用于农残分析的样品

前处理技术，如固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)[11-13】、基质固

相分散(MSPD)¨¨5。超临界流体萃取(SFE)、加速溶剂萃取(ASE)、微

波辅助萃取(MAE)、凝胶渗透色谱(GPC)等现代提取技术。这些方法

都大大简化了预处理过程，当然，我们需要根据不同的样品基质选取

不同的提取技术[4]。

1.2.1提取溶剂以及方法选择的分析

现代农药残留分析方法通常包括样品前处理和测定两部分，样品

前处理是核心。一般地，农药残留的分析过程为：提取，净化，检测。

经典的农药残留分析步骤通常是：水溶性溶剂提取，非水溶性溶剂再

分配，固相吸附柱净化，气相色谱或液相色谱测定。其中提取步骤是

指使用适当溶剂将待测物连同样品基质从固态样品中转移至易于净

化和分析的液态，净化步骤是指将待测物与提取液中的干扰物质分

离。样品的提取和净化是前处理部分，高效快速的提取方法与净化方

法是农药残留分析的核心，它们决定着分析的准确性和重现性[6]。

提取是用溶剂将待测样本中的农药溶解，分离出来的操作步骤。

根据样本和待测农药种类，采用不同的溶剂和方法进行提取，以达到

完全提取出待测农药，而提取出的干扰物要尽量少的目的。根据“相

似相溶"原理，应选择与待测农药极相似的溶剂，提取剂不能与样本

发生作用，毒性低，价格合适。选择提取剂与待测农药性质，检测方

法以及样本种类有关。选择的溶剂必须能溶解待测农药，对含水量高

的样本，要选择与水相能相混容的溶剂(甲醇，丙酮等)[7]。选择溶剂

时，应考虑溶剂对样本的渗透能力，以便将样本组织中待测农药充分

提取出来。当单一溶剂不能成为理想的提取溶剂时，常常选择两种或

两种以上不同的溶剂，以不同的比例配成混合提取剂。常用的溶剂极

性由强到弱的顺序为：水，乙腈，甲醇，乙酸，乙醇，丙酮，二氧六

环，正丁醇，乙酸乙酯，乙醚，二氯甲烷，三氯甲烷，苯，甲苯，二

甲苯，四氯化碳，二硫化碳，环己烷，正己烷(石油醚)。

1.2.2样品前处理技术

在样品前处理方面，目前的研究进展大多向两个方向发展，一种

是增加净化步骤，多重净化，两种或多种方式的联用，前处理技术的

仪器化、自动化。许多文献发表的农产品中农残检测方法都使用了两

种或多种SPE柱结合净化方式，弱阴离子交换吸附剂(PSA、NH2、

DEA)经常与强阴离子交换吸附剂(sAX，QMA)结合净化，PSA与

GCB、C18与GCB、NH2相结合，SAX与PSA、NH2与QMA等各

种固相萃取柱的联用；还有自动化GPC、MAE．SPME、SBSE．TDU、

HS．SPME等装置。另一种是不净化或简单净化，提取后自动进样。

如LVI、DMI进样技术、SPME技术以及串联质谱的应用[8-13]。有的

文献关于串联(多级)质谱的农残检测方法也采用不净化的方法，仪器

的高选择性和灵敏度使方法获得了较低的检测限。残留分析不仅要求

精细微量操作手法和高灵敏度的检测分析仪器，同时对样品的前处理

要求也十分严格，尤其是对环境和食品等样品的痕量和超痕量农药残

留进行分析检测更是一项艰巨任务，它需要大量细致的样品分离和净

化等前处理过程。前处理干净与否直接关系到分析的一致性和准确

性。近年来环境和食品安全越来越受到人们关注，农残分析样品前处

理技术发展也十分迅速。

1.3.2气相色谱法(GC)

气相色谱法(GC)是目前应用最多的方法，约70％的农药残留量

检测是使用气相色谱进行的。气相色谱法具有操作简便、选择性高、

分离效能高、灵敏度高，分析快速以及应用范围广等特点，对那些易

汽化，汽化后又不发生分解的农药成分均可采用气相色谱法进行检

测。使用气相色谱法，多种农药成分可以一次进样，得到完全的分离，

再配以高性能、高选择性的检测器进行定性、定量，使分析速度更快，

结果更可靠。

使用气相色谱应从两个方面考虑，即色谱柱和检测器。气相色谱

法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。在农药残留分析上，已从

以填充柱为主，发展到以毛细管柱为主。由于弹性石英毛细管柱的出

现，使操作更方便易行。进样系统的不断改进，不但提高了毛细管气

相色谱分析的精密度和准确度，而且大大增加了进样量，进一步提高

了灵敏度。使用计算机控制处理大量的分析数据，使得毛细管柱的优

点得到更充分的发挥[16-20]。对多种类型或同一类型农药多残留分析来

说，气相色谱质谱联用i圭对农药残留检测的研究。

首先使欲印迹的分子与聚合物单体发生键合，键合方式有共价结

合和非共价结合两种。然后将聚合物荦体交联，再将印迹分子从聚台

物中提取出来，聚合物内部就留下了该分子的印迹。共价结合方式是

利用被印述分子衍生物，此衍生物在聚合物的交联过程中与集合物单

体以共价键形成聚台物基体。此共价键必须是可裂解的[18]。最常用的

交联荆是羧酸酯、硼酸酯、缩酮或亚胺等。非共价键结合方式是完全

利用非共价键作用来分辨被印迹分子。常用的非共价键作用有离子互

作用、氢键，疏水作用等。与共价结合相比，非共价结合作用的通用

性更好。分子印迹技术可以用于药物、激素、蛋自质，农药等各种化

合物的分离工作[19]。

使用气相色谱应从两个方面考虑，即色谱柱和检测器。气相色谱

法使用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。在农药残留分析上，已从

以填充柱为主，发展到以毛细管柱为主。由于弹性石英毛细管柱的出

现，使操作更方便易行。进样系统的不断改进，不但提高了毛细管气

相色谱分析的精密度和准确度，而且大大增加了进样量，进一步提高

了灵敏度。使用计算机控制处理大量的分析数据，使得毛细管柱的优

点得到更充分的发挥。对多种类型或同一类型农药多残留分析来说，

毛细管色谱是最有效的工具。用二维或多维毛细管柱分离的农药成分

达二、三百种。气相色谱检测中，理想的检测器应具备灵敏度高，稳

定性和重复性好、线性范围宽、响应速度快以及结构简单、造价低、

操作安全、应用范围广等特点。用于气相色谱法的检测器主要有电子

捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)等。ECD

是具有高选择性和高灵敏度的离子化检测器。其选择性只对具有电负

性的物质有响应。如：含卤素、硝基、氧原子等化合物都有很强的响

应。它被广泛应用于有机氯农药和其他含电负性原子的农药该留量检

测。如对黄瓜、韭菜上的百菌清的测定采用ECD检测器，最小捡出

量为1．2×10一“g，添加回收率为80．8％～86．3％，CV为3．5％，

番茄、甘蓝上氰戊菊酯的最小检出量为I．17x10～“g，方法回收率为

82．1％～90．1％，CV精密度为5．69％119】。FPD是利用火焰中

化学作用发展起来的一种高灵敏度、高选择性检测器。它只对含硫、

磷的化合物有讯号[21。目前广泛应用于含硫、磷农药残留量的检测。

如涕灭威在苹果 中的残留检测，甩此检测器的最低检测浓度为

O．004mg／kg。NPD是在FID的基础上发展起来的，用于有机氮和

有机磷的类农药残留量检测[22]。

1.3.3气相色谱一质谱法(GC—MS)

气相色谱一质谱法(GC—Ms)将气相色谱仪和质谱仪串联起来，

成为一个整机 使用的检测技术。它既具有气相色谱高的分离效能，

又具有质谱准确鉴定化含物结构的特点，可达到同时定性、定量的检

测目的。用于农药残留量检测工作，特别是对农药代谢物、降解物的

检测和多残留检测等具有突出的特点。例如牟俊等用此法测定粮食和

油籽中丰索磷的残留量，最低检测限量为0．01mglkg，评价添加回

收率是86．9％～96．5％，选择监测离子种类为质荷比mlz293、295、

308其丰度比为100：ll：34[22]。只是由于质谱仪比较昂贵。目前在国

内尚未广泛应用于农药残留量检测工作。

1.3.4高效液相色谱(HPLC)

高效液相色谱的应用越来越广泛，现已成为农药残留检测不可缺

少的重要方法。其原因主要是HPLC能适合分离检测不易气化或受热

易分解、分子量大、离子型农药、强极性农药及其代谢物。这些农药

用GC测定时，必须先进行衍生化处理。其次是HPLC可以与柱前提

取、纯化及柱后荧光衍生化反应和MS、计算机等系统联用，容易实

现分析过程的自动化。同时，采用高效色谱柱、高压泵和高灵敏度检

测器大大提高了液相色谱的检测效率、灵敏度和速度。

目前，在农药残留分析时使用最多的检测器是紫外吸收检测器

(UV)，其次是荧光检测器。紫外吸收检测器的优点是灵敏度高，流量

和温度的变化影响小，气相色谱质谱联用法对农药残留检测的研究

是梯度淋洗的一种比较理想的检测器，但是只能检测对紫外光有吸收

性能的农药。

2 国内外的农残标准

2.1我国农药残留标准

我国蔬菜农药残留指标和指标涉及的农药都比较少，残留指标分

别是CAC的7．0％，欧盟的9．9％；涉及的农药种类分别是CAC

的35．6％，是欧盟的68．4％[23]。可见，我国蔬菜农药残留标准与

国际组织和发达国家相比不仅农药种类少，农药残留指标更少。这是

导致我国蔬菜质量安全标准体系不健全，我国蔬菜技术性贸易壁垒作

用不显著的关键因素。

我国1997年和1999年，分别颁布了《中华人民共和国农药管理

条例》和《中华人民共和国农药管理条例实施办法》。至2000年我国

已制定了79种上(类)农副产品中的197种农药最高残留限量，1984

年公布的食品卫生标准中，规定了蔬菜中甲胺磷残留限量为0．1 mg

／kg。到2004年10月，我国国家标准中涉及食品中农药最大残留限

量的标准共83项。其中专门针对具体农药制定的最大残留限量标准

有37项，其余均来源于针对具体产品的卫生标准，共涉及18类食品

达425个指标。这些标准中除9项标准是推荐性标准外，其他74项

标准均为强制性标准[23。在农药最大残留限量标准中，涉及蔬菜、水

果及其制品的指标值个数占47．8％t73J。最大残留限量(maximum

residue limits，MRLs)是指在生产或保护商品过程中，按照农药使用

的良好农业规范(GAP)使用农药后，允许农药在各种食品和动物饲料

中或其表面残留的最大浓度。每日允许摄入量(acceptable daily

intakes，ADI)是指人类每同摄人某物质直至终生，而不产生可检测到

的对健康产生危害的量，以每千克体重可摄人的量(毫克)表 示，单

位为m眺g体重。

2.2国外农药残留限量

农产品中农药残留已成为世界各国关注的焦点，FAO和WHO共

同组建的食品法典委员会发布的食品中农药最高残留限量(Codex

MRLs)是当前国际上公认的通用标准，CAC现在己经发布了3000多

个农药最高残留限量标准；欧盟、美国和日本等世界各国也制定了各

类食品的限量标准。日本在1968年时制定了第一批农药最高残留限

量(MRL)，1997年对161种农药设定了8000个MRL，至2002年日

本卫生省对218种农药制定出近9000个MRL，其中对蔬菜类的最为

齐全，有3728个。2006年5月29日，日本针对农产品的新规定《食

品中残留化学品肯定列表制度》已实施。这项制度涉及了所有农业化

学品的管理，范围之广、正式标准之严前所未有[24]。发达国家(或组

织)在制定农药残留标准时，从贸易角度考虑的因素比较多，我国在

制定蔬菜农药残留标准时，单纯从生产和安全的角度考虑的比较多，

几乎没有考虑贸易方面的因素。

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