农药残留分析技术的新动向
作者：钱传范 来源：北京农药学会1999年年会专辑
化合物的毒性是其可使人(或动物)造成伤害的固有特性，而化合物的危害性(hazard)是其毒性的函数，即在特定环境条件下与该化合物的接触程度(exposure)，是对人造成伤害可能性的条件。
危害性=毒性×接触程度
对生产、加工和施用农药的工人，与农药接触大多是高浓度的，有长期也有较短期的接触。对于大多数人们来说，主要是通过食用带有残留农药的食品与农药接触，这种接触每天都有，是长期的。过去食品中残留问题主要是重金属和持久性有机氯农药。但在我国剧毒高毒有机磷与氨在甲酸酯农药的不合理使用，造成不少食用果实蔬菜者的急性与亚急性中毒。今年8月29日北京晚报报导，一家五口因食用含有机磷农药的扁豆或青椒，出现极度恶心，呕吐，大汗淋漓，甚至神智不清。北京市政府十分重视农药残留监测，并且组织力量进行市场蔬菜中农药残留的监测。
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欧美许多国家对市场食品中农药残留进行常规监测，多数结果是约80%食品中未测到农药残留(即在方法的测定限以下，行政管理上称为零，Administrative Zero)，15-18%可测出小于最高残留限量(MRL)的农药，小于3%、通常小于1%的食品超过MRL(J.A.R.Bates:Perspective on Pesticide residue in Food,in“Pesticide Chemistry,Proceeding of IUPAC,1990”)，还不能因此认为3%(或1%的食品是有毒食品，因为MRL的测定不仅是遵照毒理学数据，更重要的是根据田间试验的结果制订的，农药的MRL不能超过其按推荐剂量施药后在该作物上的最高残留量。对于大多数农药来说，制订的MRL远远低于毒理学上的剂量。这些调查结果，基本上是符合我国情况，说明有问题的食品是很少的，但必须对大量的样本进行监测。
为了适应大量食品的常规检测，需要开发快速检测法，即使用快速检测法对大量样本进行初步筛选，再对初筛中具有阳性响应结果的样本进行实验室验证。样本预处理技术也将得到改进。最后是使用选择性更好的检测手段如GLC，HPLC，GCMS，HPLC-MS等进行测定。
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1、快速初筛检测法
1.1胆碱酯酯或酯酶抑制法
国内外已开发多种类型及方法测定食品中有机磷与氨基甲酸酯农药的残留。
1.2免疫分析法
是将抗体抗原反应与现代测试手段相结合的微量分析法。具有高灵敏度和高效能等优点，仅需很少的仪器设备和专业培训，是初筛及测定致癌物和一些剧毒农药的好方法。但该方法开发费用高，开发时间长约1年，而且只适于分析一种农药或一类农药。
1.3传感器技术
以上两种方法都可以使用传感器技术，利用酶或抗体作为获得高灵敏度的基本物质，在特殊的膜或类似表面上进行反应，通过测定pH，电导或传导的变化等可输出信息。如能用在现场测试方面，则可扩大使用。但其货架寿命，其它物质的干扰，感应重现性等，都是需要解决的问题。
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2、样本预处理技术
2.1凝胶色谱(Gel Permeation Chromatography)
以不同孔径的多孔凝胶装柱，根据多孔凝胶对不同大小分子的排助效应进行分离。大分子的类脂物、色素(叶绿素、叶黄素)，生物碱，聚合物等先淋洗出来，农药及工业污染物等分子量较小，后淋洗出。目前使用较多的是XAD系列凝胶，不同配比的环己烷和乙酸乙酯作为淋洗剂，方法可以自动化，重现性好，溶剂与GLC匹配。共缺点是小分子的干扰物会与农药一起流出，较大分子的农药可能会先流出等，有时须再增加柱色谱技术净化。
2.2固相萃取技术和吸附柱色谱
早期都使用弗罗里硅土与氧化铝装吸附柱来净化中等极性和非极性农药，但许多极性农药与代谢物易丢失，或者需要用极性溶剂来淋洗。本实验室在弗罗里硅土中添加微量活性碳，对于叶菜类的净化特别适合，也可用于其它蔬菜和果树的净化。
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固相萃取技术通常使用固相结合相(Solid bond phase)，即在硅胶的未反应硅醇基上接上各种官能团，通常有非极性(C8-C18)(反相色谱)，极性(正相色谱)，离子交换三种。如C18小柱，可以吸附高分子量的非极性干扰物质，特别适用于低脂类果树蔬菜的净化。可进行：①选择性淋洗，将农药先淋洗下来，强保留的杂质留下。②选择性洗脱，溶剂强度可使弱保留杂质先洗脱，使农药保留。
2.3超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction)
超临界流体萃取是利用某些物资(或溶剂)在临界点以上所具有的特性来提取混合物中可溶性组分的一种新的分离技术。所谓超临界流体是物质处在临界温度和监界压力之上的状态，介于气态介于气态和液态之间，兼有气体和液体的其某些物理性状，如类似于液体具有较大的密度和溶解度，类似于气体具有较强的穿透能力。称为超临界流体或高密度气体(densegases)。
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通常气体都有一个临界温度(Critical temperature,Tc)，是指能被液化的最高温度，若气体的温度高于临界温度时，不论有多大压力都不能使之液化，只是随着压力增加而密度加大，处于超临界状态，因此亦称为高密度气体。气体有一临界压力(Pc)，指在临界温度下气体被液化的最低压力，如二氧化碳的Pc为73大气压，即1073psi，如果压力小于Pc，无论温度如何降低，物质不能液化。在临界温度和临界压力状态下，压力和温度的微小变化，都会引起气体密度很大的变化，可使其溶解能力有100-1000倍的变化。超临界流体的密度约为0.2-0.9g/cm.s，接近于液体，比气体高数百倍以上。其流动性和粘度很低，接近于气体。扩散系数比气体小，约为气体的百分之一，而较液体大百倍。因此被分析物如农药的移动和分配，在超临界流体中均比在其液体溶剂中进行快。一般地，超临界流体的密度越大，其溶解能力就越大，反之亦然。也就是说在超临界流体中农药的溶解度，在恒温下则随压力P(P>Pc)升高而增大。将温度和压力适宜变化时，可使农药等物质的溶解度在100-1000倍的范围内变化，与在液体中萃取情况显然不同，这一特性有利从物质中萃取某些易深解的成分。由于可以通过温度和压力的改变来调节其溶解力，这种溶解力的可控性亦就是增加了提取的选择性。虽然超临界流体的密度和溶解度与许多有机溶剂相当，但与液体相比粘度是低的，约低1-2个数量级，扩散系数是高的，约高1-2个数量级。正是由于其高流动性和扩散能力，可以渗透进入样本基质内部和间隙，增加与农药接触的机率和速度，加速溶解平衡使农药从基质中转移出来，可以提高萃取效率，还有助于所溶解的各成分之间的分离。所以超临界流体萃取是通过温度和压力的调节来控制其溶解能力的。其优点是萑取时间短，节省费用，萃取彻底，可进行热敏感样本及痕量样本的萃取。基本解决了溶剂对环境的影响。
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3、测定技术
目前农药的活性成分都是典型的小分子化合物，分析技术多使用气相色谱(GLC)、液相色谱(HPLC)、GCMS和HPLCMS。本文主要介绍二维气相色谱技术。
二维色谱最早应用于纸色谱和薄层色谱，即使用不同溶剂进行双向展开，分离效率大大提高。二维色谱在气相色谱上是使用两根不同选择性的色谱柱，对样本同时并行测定，自出现毛细管色谱柱后，发展很快。通常可使用不同的二个仪器或使用一个具有双柱(不同极性)、双通道、双检测器的仪器、一次进样可同时获得二组信息。美国FDA，欧共体等都是先采用此法作定性的。选择艾氏剂、对硫磷、毒死蜱或莠去津等标准农药作为不同检测器的内标物，测定多种农药在不同极性柱上与内标农药的相对保留时间，作为初步定性的依据。此法比较适合中国实际。, http://www.100md.com
化合物的毒性是其可使人(或动物)造成伤害的固有特性，而化合物的危害性(hazard)是其毒性的函数，即在特定环境条件下与该化合物的接触程度(exposure)，是对人造成伤害可能性的条件。
危害性=毒性×接触程度
对生产、加工和施用农药的工人，与农药接触大多是高浓度的，有长期也有较短期的接触。对于大多数人们来说，主要是通过食用带有残留农药的食品与农药接触，这种接触每天都有，是长期的。过去食品中残留问题主要是重金属和持久性有机氯农药。但在我国剧毒高毒有机磷与氨在甲酸酯农药的不合理使用，造成不少食用果实蔬菜者的急性与亚急性中毒。今年8月29日北京晚报报导，一家五口因食用含有机磷农药的扁豆或青椒，出现极度恶心，呕吐，大汗淋漓，甚至神智不清。北京市政府十分重视农药残留监测，并且组织力量进行市场蔬菜中农药残留的监测。
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欧美许多国家对市场食品中农药残留进行常规监测，多数结果是约80%食品中未测到农药残留(即在方法的测定限以下，行政管理上称为零，Administrative Zero)，15-18%可测出小于最高残留限量(MRL)的农药，小于3%、通常小于1%的食品超过MRL(J.A.R.Bates:Perspective on Pesticide residue in Food,in“Pesticide Chemistry,Proceeding of IUPAC,1990”)，还不能因此认为3%(或1%的食品是有毒食品，因为MRL的测定不仅是遵照毒理学数据，更重要的是根据田间试验的结果制订的，农药的MRL不能超过其按推荐剂量施药后在该作物上的最高残留量。对于大多数农药来说，制订的MRL远远低于毒理学上的剂量。这些调查结果，基本上是符合我国情况，说明有问题的食品是很少的，但必须对大量的样本进行监测。
为了适应大量食品的常规检测，需要开发快速检测法，即使用快速检测法对大量样本进行初步筛选，再对初筛中具有阳性响应结果的样本进行实验室验证。样本预处理技术也将得到改进。最后是使用选择性更好的检测手段如GLC，HPLC，GCMS，HPLC-MS等进行测定。
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1、快速初筛检测法
1.1胆碱酯酯或酯酶抑制法
国内外已开发多种类型及方法测定食品中有机磷与氨基甲酸酯农药的残留。
1.2免疫分析法
是将抗体抗原反应与现代测试手段相结合的微量分析法。具有高灵敏度和高效能等优点，仅需很少的仪器设备和专业培训，是初筛及测定致癌物和一些剧毒农药的好方法。但该方法开发费用高，开发时间长约1年，而且只适于分析一种农药或一类农药。
1.3传感器技术
以上两种方法都可以使用传感器技术，利用酶或抗体作为获得高灵敏度的基本物质，在特殊的膜或类似表面上进行反应，通过测定pH，电导或传导的变化等可输出信息。如能用在现场测试方面，则可扩大使用。但其货架寿命，其它物质的干扰，感应重现性等，都是需要解决的问题。
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2、样本预处理技术
2.1凝胶色谱(Gel Permeation Chromatography)
以不同孔径的多孔凝胶装柱，根据多孔凝胶对不同大小分子的排助效应进行分离。大分子的类脂物、色素(叶绿素、叶黄素)，生物碱，聚合物等先淋洗出来，农药及工业污染物等分子量较小，后淋洗出。目前使用较多的是XAD系列凝胶，不同配比的环己烷和乙酸乙酯作为淋洗剂，方法可以自动化，重现性好，溶剂与GLC匹配。共缺点是小分子的干扰物会与农药一起流出，较大分子的农药可能会先流出等，有时须再增加柱色谱技术净化。
2.2固相萃取技术和吸附柱色谱
早期都使用弗罗里硅土与氧化铝装吸附柱来净化中等极性和非极性农药，但许多极性农药与代谢物易丢失，或者需要用极性溶剂来淋洗。本实验室在弗罗里硅土中添加微量活性碳，对于叶菜类的净化特别适合，也可用于其它蔬菜和果树的净化。
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固相萃取技术通常使用固相结合相(Solid bond phase)，即在硅胶的未反应硅醇基上接上各种官能团，通常有非极性(C8-C18)(反相色谱)，极性(正相色谱)，离子交换三种。如C18小柱，可以吸附高分子量的非极性干扰物质，特别适用于低脂类果树蔬菜的净化。可进行：①选择性淋洗，将农药先淋洗下来，强保留的杂质留下。②选择性洗脱，溶剂强度可使弱保留杂质先洗脱，使农药保留。
2.3超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction)
超临界流体萃取是利用某些物资(或溶剂)在临界点以上所具有的特性来提取混合物中可溶性组分的一种新的分离技术。所谓超临界流体是物质处在临界温度和监界压力之上的状态，介于气态介于气态和液态之间，兼有气体和液体的其某些物理性状，如类似于液体具有较大的密度和溶解度，类似于气体具有较强的穿透能力。称为超临界流体或高密度气体(densegases)。
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通常气体都有一个临界温度(Critical temperature,Tc)，是指能被液化的最高温度，若气体的温度高于临界温度时，不论有多大压力都不能使之液化，只是随着压力增加而密度加大，处于超临界状态，因此亦称为高密度气体。气体有一临界压力(Pc)，指在临界温度下气体被液化的最低压力，如二氧化碳的Pc为73大气压，即1073psi，如果压力小于Pc，无论温度如何降低，物质不能液化。在临界温度和临界压力状态下，压力和温度的微小变化，都会引起气体密度很大的变化，可使其溶解能力有100-1000倍的变化。超临界流体的密度约为0.2-0.9g/cm.s，接近于液体，比气体高数百倍以上。其流动性和粘度很低，接近于气体。扩散系数比气体小，约为气体的百分之一，而较液体大百倍。因此被分析物如农药的移动和分配，在超临界流体中均比在其液体溶剂中进行快。一般地，超临界流体的密度越大，其溶解能力就越大，反之亦然。也就是说在超临界流体中农药的溶解度，在恒温下则随压力P(P>Pc)升高而增大。将温度和压力适宜变化时，可使农药等物质的溶解度在100-1000倍的范围内变化，与在液体中萃取情况显然不同，这一特性有利从物质中萃取某些易深解的成分。由于可以通过温度和压力的改变来调节其溶解力，这种溶解力的可控性亦就是增加了提取的选择性。虽然超临界流体的密度和溶解度与许多有机溶剂相当，但与液体相比粘度是低的，约低1-2个数量级，扩散系数是高的，约高1-2个数量级。正是由于其高流动性和扩散能力，可以渗透进入样本基质内部和间隙，增加与农药接触的机率和速度，加速溶解平衡使农药从基质中转移出来，可以提高萃取效率，还有助于所溶解的各成分之间的分离。所以超临界流体萃取是通过温度和压力的调节来控制其溶解能力的。其优点是萑取时间短，节省费用，萃取彻底，可进行热敏感样本及痕量样本的萃取。基本解决了溶剂对环境的影响。
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3、测定技术
目前农药的活性成分都是典型的小分子化合物，分析技术多使用气相色谱(GLC)、液相色谱(HPLC)、GCMS和HPLCMS。本文主要介绍二维气相色谱技术。
二维色谱最早应用于纸色谱和薄层色谱，即使用不同溶剂进行双向展开，分离效率大大提高。二维色谱在气相色谱上是使用两根不同选择性的色谱柱，对样本同时并行测定，自出现毛细管色谱柱后，发展很快。通常可使用不同的二个仪器或使用一个具有双柱(不同极性)、双通道、双检测器的仪器、一次进样可同时获得二组信息。美国FDA，欧共体等都是先采用此法作定性的。选择艾氏剂、对硫磷、毒死蜱或莠去津等标准农药作为不同检测器的内标物，测定多种农药在不同极性柱上与内标农药的相对保留时间，作为初步定性的依据。此法比较适合中国实际。, http://www.100md.com