氣相色譜法測定新煙堿類農藥研究進展

王 玥 程然然 孟信剛*

（1景德鎮學院生物與環境工程學院，江西景德鎮 333000；2江西省特色資源生物多樣性重點實驗室，江西景德鎮 333000）

近年來，氣相色譜技術已經發展成一種較為成熟的分析測試技術，由于不同物質的沸點、極性及吸附性存在差異[1]，氣相色譜法通?？捎糜诜治龊头蛛x不易分解和易揮發的化合物。氣相色譜法通常利用惰性氣體作為載體進行流動相分析，具有速度快、靈敏性強、應用范圍廣泛、選擇性好等特點，能夠實現多種農藥殘留物質的分析檢測[2]。隨著新煙堿類農藥的廣泛使用，我國對于農藥殘留問題更加重視。有研究表明，新煙堿類農藥在農田、河流、濕地、大氣等各種環境介質中普遍存在，對人類和動物存在健康危害[3]。因此，對檢測新煙堿類農藥的方法進行研究具有重要意義。本文綜述了近年來氣相色譜法測定新煙堿類農藥的研究進展，以期為檢測工作者提供參考。

1 新煙堿類農藥概述

新煙堿類農藥是目前運用最廣泛的一種新型植物源殺蟲劑，因其安全、高效、低毒，將逐漸替代對環境污染嚴重的殺蟲劑，使用地域遍布全球120多個國家[4-5]。目前，我國已有10種新煙堿類農藥取得標準登記，其中吡蟲啉、啶蟲脒和噻蟲嗪運用最廣泛[6]。它的主要作用機制就是其被認定為乙酰膽堿受體的激動劑，通過和其他乙酰膽堿受體相互結合來刺激中樞神經遞質。在尼古丁乙酰膽堿受體向突出間隙傳遞神經遞質輸送的過程中，突觸前膜首先向突觸間隙釋放乙酰膽堿，突觸間隙的乙酰膽堿與突觸后膜的受體結合，改變突觸間隙受體的化學和分子組成構象，導致隔離子質和通道的開放，破壞膜電位平衡，最終導致神經麻痹和其他害蟲的死亡[7]。一般而言，新煙堿類農藥的結構是由橋鏈、雜環結構和藥效團組成，其中橋鏈可以分為環狀結構，也可以分為非環結構。新煙堿類農藥根據雜環結構主要作用可以細分為三類，即以第一代新煙堿類殺蟲劑四氫吡蟲啉雜環為主要代表的甲基氯代吡啶、以第二代新煙堿類殺蟲劑四氫噻蟲嗪雜環為主要代表的甲基氯代噻唑和以四氫呋蟲胺雜環為主要代表的四氫呋喃環。藥效團主要有硝基烯胺、硝基胍和氰基脒三類，不同的結構模塊對新煙堿類農藥殺蟲活性的影響不同[5]。自1978年soloway等人報道了一種含有特殊殺蟲活性的二硝基亞甲基雜環胺類化合物以來，農藥工作者們通過對該類化合物官能團的變換，于20世紀80年代中期由德國拜耳公司自主開發了多種尼古丁酰嗪類殺蟲藥物作為殺蟲劑，自此之后，科研人員陸續開發研制出多種尼古丁酰嗪類殺蟲藥物作為殺蟲劑，如啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲啉、噻蟲嗪、呋蟲胺和烯啶蟲胺等[8]。此類殺蟲劑有良好的內吸性、高效性、持久性，不僅能防治鞘翅目害蟲、同翅目害蟲、鱗翅目害蟲和雙翅目害蟲，而且能夠有效防治蔬菜、水果、糧食作物和觀賞植物上的蚜蟲、葉蟬、飛虱、二化螟，同時對于白蜂、家蠅等害蟲也表現出良好的預防和控制效果[9]。然而，這類農藥的廣泛使用，導致棉蚜、白背飛虱、褐飛虱、韭菜遲眼蕈蚊等害蟲已對其產生一定的抗藥性[10-12]。隨著生態環境受農藥的不良影響日益加劇，我國逐漸重視新煙堿類農藥的用量限制，同時不斷完善提高檢測水平，以改善我國農藥的污染情況。

2 新煙堿類農藥殘留的危害

新煙堿類農藥是繼氨基甲酸酯、有機磷、擬除蟲菊酯之后一類重要農藥。在近30年的發展過程中，新煙堿類農藥已占據了殺蟲劑市場約20%的份額[13]。近年來，隨著新煙堿類農藥的廣泛使用，國家對新煙堿類農藥殘留危害越來越重視，不僅注意其對生態環境的潛在影響，更把注意力轉移到對人體殘留的危害。據調查研究，新煙堿類農藥會殘留在植物的花蜜和花粉中，蜜蜂作為授粉昆蟲，在采食過程中會接觸到受污染的花粉，導致蜂蠟和蜂體存在殘留物。過多的新煙堿類農藥殘留物會損害蜜蜂的空間記憶能力和運動能力，影響其采集和歸巢飛行，從而導致蜜蜂死亡。同時，也會降低雄蜂的精子數量和活力而損害生殖能力，導致幼蟲的生存能力降低[14-15]。另外，其他研究發現，蜜蜂更喜歡含有新煙堿類農藥的食物，盡管這些殺蟲劑會導致它們減少對食物的攝入[16]。新煙堿類農藥殘留也會對哺乳動物生殖系統產生損害，改變發育中和成熟大鼠的神經行為和生化指標，產生遺傳毒性，對肝臟、腎臟均具有一定毒性[17]。在河流和土壤中同樣發現此類農藥的殘留，在農業區的地表水檢測到新煙堿類農藥的存在，河流的水樣中也檢測到至少2種新煙堿類農藥[18]。水中含有農藥，會破壞水生生物的生存環境，使水生生物的數量減少[19]。土壤作為新煙堿類農藥的儲藏地和集散地，土壤中的新煙堿類農藥易被植物吸收，部分果蔬存在殘留問題，甚至有超標現象[20-22]。此外，在75%的日常膳食樣品中檢出新煙堿類農藥[23]，對人們日常生活有一定的負面影響。日本人群生物檢測研究表明，在被測人員的尿液中檢測出7種新煙堿類農藥，且殘留量逐年上升[18]。人們在日常生活中大量接觸含農藥殘留的食品會導致農藥中毒，輕者表現嘔吐、惡心、頭疼等，嚴重者表現為機體生理功能發生變化而導致慢性中毒[24]。

3 氣相色譜技術概述

目前，新煙堿類農藥測定方法主要有氣相色譜法、高效液相色譜法[25-26]、分子印跡技術[27]等。本文主要綜述了氣相色譜法測定新煙堿類農藥的研究進展。我國已經將氣相色譜技術廣泛應用于農藥檢測領域，借助于氣相色譜儀、火焰離子化檢測器和熱導檢測器高度匹配，利用設備的高靈敏度和選擇性大等特點，滿足物質分析及監測的要求，對物質和樣品進行研究與分析[28]。被檢測物質不會發生失衡現象，這對提高環境監測水平意義重大，具有較高的應用價值。氣相色譜儀是一種利用氣相色譜分離技術和檢測技術對多種元素和復雜混合物進行分析的檢測儀器，由氣路系統、進樣系統、分離系統、溫度控制系統和檢測系統構成。氣相色譜儀工作原理是樣品在進樣口的氣化室進行氣化，同惰性氣體一起進入色譜柱，色譜柱內含有固體相，利用各種物理學方法對待測物質進行分離，之后又細化分為固定相和流動相，實現了物質相互接觸時的情況判斷，樣品組分被多次吸附和均勻分布。載氣中濃度較高的組分首先流出色譜柱，固定相中濃度較高的組分后流出。這些成分經過輸入進入檢測儀，把其濃度值轉換成電信號，形成氣相色譜圖[29]。氣相色譜法主要分為2種，即氣固色譜法和氣液色譜法[28]，其中：將固體吸附劑作為固定相時稱為氣固色譜法；采用涂有固定液的單體作為固定相時稱為氣液色譜法。根據所用色譜柱厚度和填充粒徑不同，又可劃分為毛細管和填充柱兩類。氣相色譜法具有分離效率高、靈活性強、靈敏度高、使用范圍廣泛和分析速度快的特點[30-31]，主要用于分離和分析容易揮發且不可分解的化合物，能實現多種農藥殘留物質的分析檢測[2]。近年來，氣相色譜法檢測新煙堿類農藥的應用范圍越來越廣（表1）。隨著人們對氣相色譜技術的不斷創新，該技術得到了快速發展，在今后的檢測中要不斷拓寬氣相色譜技術的應用領域，提高檢測準確度，這對環境保護意義重大[31]。

表1 氣相色譜法應用

4 氣相色譜法測定新煙堿類農藥的應用

新煙堿類農藥沸點高、熱穩定性差、分子量大，不宜直接采用氣相色譜法測定，一般要進行前處理[39]，這樣能減少基質的干擾，提高準確度、靈敏度、回收率和低檢測限水平[40]?，F將近些年利用氣相色譜法測定幾種常見新煙堿類農藥的研究進展綜述如下。

4.1 測定噻嗪酮

張 仙等[35]采用氣相色譜法對水稻田土壤中噻嗪酮的氣體有害性及其殘留情況進行了分析，其利用氣相色譜配備氮磷檢測器（GC-NPD），用無水硫酸鈉和乙腈混勻的有機溶液作為萃取液的溶劑，并對其進行多次超聲波照射輔助分析提取，經NH2-SPE過濾凈化，加入15mL乙腈-甲苯（體積比3∶1）進行洗脫，用2.5mL正己烷定容供氣相色譜分析，色譜柱選擇DB-1石英彈性毛細管柱。結果表明，土壤中噻嗪酮的濃度在0.020～1.000mg/L范圍內，峰面積和其他土壤有機物的分子質量與其濃度之間成良好的線性關系。該方法雜質干擾小、靈敏度高、測定后的回收率較高，其準確度和靈敏度能滿足土壤中噻嗪酮檢測要求。程運斌等[41]采用氣相色譜法研究了混劑中噻嗪酮和殺撲磷的分離方法，采用1m×3mm不銹鋼色譜柱，鄰苯二甲酸雙環己酯作為其內標物，利用FID檢測儀通過20℃/min程序升溫后進行氣相色譜分離測定。結果顯示，殺撲磷和噻嗪酮的標準偏差分別為0.132、0.159，2種組分達到了有效分離。該研究方法回收率高、結果重現性好、操作簡便，符合定量分析要求。龍家寰等[42]通過試驗建立了快速檢測楊梅中噻嗪酮殘留的方法體系，采取氣相色譜-質譜聯用的檢測方法，運用外標法定量，將上清液裝入含有50mg N-丙基乙二胺（PSA）和10mg多壁碳納米管（MWCNTs）的離心管中進行凈化，并對回收率、檢出限、定量限和相對標準偏差進行分析。研究結果表明，在0.05～2.00mg/kg線性關系范圍內，噻嗪酮回收率為88.74%～94.87%，相對標準偏差為1.84%～6.50%。該方法簡便快速，能很好地滿足對農藥殘留分析的要求。

4.2 測定噻蟲嗪

郭明程等[32]建立氣相色譜法測定稻田水、土壤、植株、谷殼和糙米中噻蟲嗪殘留量的檢測方法，采用GC-2010氣相色譜儀、RXT-1701色譜柱進行測定，優化了提取劑和凈化材料，并對優化后的回收率、精密度和定量限進行了分析。結果表明，采用乙腈作提取溶劑效果更好，在0.010 8～1.080 0mg/L線性關系范圍內，噻蟲嗪在稻田水、土壤、植株、谷殼和糙米中的回收率為83%～107%，滿足檢測水稻田中噻蟲嗪的方法要求。何江濤等[43]利用氣相色譜法測定豇豆植株不同部位噻蟲嗪的殘留情況，使用乙腈定容，運用超聲波清洗器凈化、SH-Rtx-5（SHIMADZU）色譜柱分離。結果顯示，3 個添加水平（0.1、1.0、1.5mg/kg）的回收率在89.92%～103.77%之間，相對標準偏差在1.14～9.61之間，說明噻蟲嗪不僅可以被根部吸收，而且可以通過莖稈運輸到頂端的葉片中。陳國峰等[44]建立了氣相色譜-串聯質譜測定高效氯氟氰菊酯和噻蟲嗪在土壤、植株和小麥中殘留量的檢測方法，采用TR-5MS色譜柱進行分離，采用弗羅里硅土固相萃取小柱凈化。結果表明，2種殺蟲劑在小麥、植株和土壤中的回收率在76.3%～108.8%之間。該方法縮短了前處理時間，滿足了殘留分析要求，具有應用價值。

4.3 測定吡蟲啉

朱海霞等[38]建立了快速檢測人血清中吡蟲啉的氣相色譜檢測法，采用 3%OV-17+10%DC-200（1∶1）固定相色譜柱，以乙酸乙酯為主要萃取物溶劑，結果顯示，在0.02～0.50μg/mL線性有效區間范圍，吡蟲啉的平均回收率為87.5%～102.5%。該方法可用于農藥吡蟲啉中毒血清分析，可以滿足臨床急救需要。許行義等[45]采用二氯甲烷萃取劑、Agilent6890型氣相色譜儀，配氮磷檢測器，對水中的吡蟲啉和氟蟲腈殘留進行測定。結果表明，該檢測手段的準確性高、檢出限低、重現性好，滿足農藥化學物質殘留分析的要求。李廣領等[37]采用氣相色譜法對卷心菜中吡蟲啉和啶蟲脒的殘留量進行了檢測，其采用模擬添加法，柱填料為 XAD-2，環己烷-乙酸乙酯（1∶1）凈化，利用中等極性SUBTM-5柱為分析柱，高純氮為載氣，采用Trace DSQII氣質聯用儀測定殘留樣品。結果表明，吡蟲啉和啶蟲脒在0.5～100.0μg/L范圍內具有良好的線性關系，說明該殘留樣品前處理方法簡便、快速、實用性強、準確度高。該研究的相關內容擴充了殘留于蔬菜中的這2種農藥的儀器分析檢測應用范圍。

4.4 測定溴蟲腈

段毅宏等[46]研究了Trace1310-TSQ 8000氣相色譜-質譜聯用儀測定茶葉中溴蟲腈、啶蟲脒和茚蟲威等3種殺蟲劑的方法。其采用QuEChERS方法進行前處理，以乙腈溶液作為萃取液的溶劑，選擇石墨化炭黑50 g、乙二胺-N-丙基硅烷150mg、無水硫酸鎂100mg作凈化劑。該方法具有良好的回收性和重復性，簡化了操作程序，減少了環境污染，提高了凈化效率，適宜茶葉中溴蟲腈、啶蟲脒和茚蟲威殺蟲劑殘留的定性定量檢測。王 忠等[47]采用氣相色譜法定量分析蔬菜和水果中的苯醚甲環唑、二甲戊靈及溴蟲腈，其采用乙腈提取劑進行超聲波萃取，采用DB-5毛細血管色譜柱進行氣相色譜分離，采用GC-ECD定量分析殘留量。研究結果顯示，在0.02～4.00μg/mL范圍內，3種農藥均呈現良好的線性關系，回收率在75.2%～105.4%之間，變異系數小于7.13%,該方法快速簡便且成本較低。

4.5 測定烯啶蟲胺

張貴群等[36]建立了氣相色譜法測定甘藍植株和土壤中烯啶蟲胺殘留的方法，其采用丙酮-水（體積比4∶1）提取、弗羅里硅土凈化，色譜柱采用HP-1毛細管柱。研究結果顯示，在0.02～2.00mg/kg添加水平內，烯啶蟲胺在土壤和甘藍植株中的平均回收率分別為90.82%～96.27%和88.73%～94.13%，相對標準偏差分別為3.09%～7.39%和2.01%～4.92%。該方法操作簡便、靈敏度高、重現性好，能很好地滿足對環境系統中烯啶蟲胺殘留量的檢測分析要求。趙方方等[48]建立了氣相色譜測定土壤和水中烯啶蟲胺殘留量的方法，其使用乙腈或二氯甲烷萃取樣品，HP-5色譜柱進行分離，氣相色譜儀定量分析烯啶蟲胺在土壤和水中的殘留量。該方法線性好、準確度高、靈敏度高，能夠很好地滿足農藥殘留分析要求。黃勇平等[33]建立了氣相色譜（GC-ECD）測定豇豆和土壤樣品中烯啶蟲胺殘留量的方法，其使用乙腈-水（體積比4∶1）提取，經甲醛定容，安捷倫DB-1色譜柱進行氣相色譜分離。結果顯示，烯啶蟲胺在0.01～1.00mg/kg的添加水平內，在土壤和豇豆樣品中的回收率分別為83.8%～105.1%和86.8%～101.5%，相對標準偏差分別為5.8%～8.9%和3.3%～4.9%。該方法效率高、成本低、定量準確、靈敏度高，具有應用價值。

5 展望

新煙堿類農藥作為近年來世界上使用最廣泛的農藥之一，因其具有安全性高、低毒等特點而替代了其他污染性強、有毒的農藥。氣相色譜法作為一項較為成熟的檢測檢驗技術，具有效率高、靈敏度高、分析速度快、成本低等特點，在新煙堿類農藥的分析和測定中發揮了重要作用。然而，新煙堿類農藥殘留量對人類日常生活和動植物的危害越來越大，不斷探索氣相色譜技術，優化檢測方法，進一步提高新煙堿類農藥的檢測方法是非常有必要的。隨著國家對環境保護越來越重視，利用氣相色譜法測定新煙堿類農藥必將發揮出更大的作用。