土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展

侯宛玉，李維軍，2，陳 浩，張旭云

(1.石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 石河子 832003； 2.石河子市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 石河子 832003；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)生態(tài)環(huán)境第一監(jiān)測(cè)站，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

作為有一定增產(chǎn)效益的毒性化學(xué)物質(zhì)，農(nóng)藥被人們廣泛投放于農(nóng)業(yè)環(huán)境中，具有種類繁多和覆蓋面廣的特點(diǎn)[1]。生活中常見(jiàn)的土壤是良好的儲(chǔ)蓄中心，可以將相關(guān)介質(zhì)投放到大氣層、生物體或者地下水等生態(tài)環(huán)境中[2]。在生態(tài)環(huán)境中污染源的釋放，能夠通過(guò)放大效應(yīng)、生物代謝等對(duì)生態(tài)環(huán)境或者人體健康造成持久的危害。1983年我國(guó)曾經(jīng)出臺(tái)相關(guān)法律，禁止使用有機(jī)氯農(nóng)藥(organochlorine pesticide，OCPs)類污染源，但是由于其滯留時(shí)間長(zhǎng)，降解速度慢，歷史使用量比較大，所以O(shè)CPs的檢測(cè)率依然居高不下，位列榜首。

土壤有機(jī)氯農(nóng)藥的檢測(cè)技術(shù)過(guò)程分為土壤樣品預(yù)處理(提取和凈化)及土壤中農(nóng)藥含量的檢測(cè)。傳統(tǒng)處理方法對(duì)設(shè)備的要求不高，適合中小型農(nóng)業(yè)企業(yè)。但傳統(tǒng)處理方法操作煩瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，容易被外界干擾，漸漸被淘汰。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)提取與凈化一體化技術(shù)的耦合，樣品預(yù)處理更加省時(shí)高效、安全便攜、自動(dòng)化程度高、污染極小，且測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。

1 土壤中農(nóng)藥殘留預(yù)處理方法

預(yù)處理的目的是提取和凈化，在最大限度消除其他介質(zhì)干擾的情況下，高濃度提取樣本中的有效成分，從源頭上減少試驗(yàn)誤差和避免后期污染，同時(shí)也能有效減少后期試驗(yàn)對(duì)儀器的損壞[3]。土壤中農(nóng)殘?zhí)崛〉姆绞蕉喾N多樣，最為常見(jiàn)的是快速溶劑萃取(accelerated solvent extraction，ASE)、微波提取、索氏提取和超聲提取[2，4-6]。在高溫高壓環(huán)境下提取半固體或者固體樣本應(yīng)選擇快速溶劑萃取方法，能高效鎖定目標(biāo)物，回收率和精度高，并且能有效防止土壤相關(guān)介質(zhì)的化學(xué)干擾，該方法已經(jīng)被許多國(guó)家采用，是處理固體樣本的主要方法[7]。

1.1 基質(zhì)固相分散萃取

美國(guó)學(xué)者BRAKER S A等[8]借用固相萃取的提煉手法，首次提出基質(zhì)固相分散萃取(matrix solid-phase dispersion，MSPDE)技術(shù)。該方法是將試樣直接與適量反相填料(C18和C8)研磨、混勻，制成半固態(tài)裝柱、淋洗，根據(jù)分析物在聚合物/組織基質(zhì)中的分散和溶劑的極性將分析物迅速分離，優(yōu)點(diǎn)是一次性將樣品進(jìn)化、提取、勻化，被廣泛應(yīng)用于土壤中農(nóng)藥殘留物的挖掘提取，尤其適用于高毒介質(zhì)的提取過(guò)程[9]。

弗羅里硅土和硅藻土混合使用可以呈現(xiàn)較好的凈化和土壤分散效果，被廣泛應(yīng)用于基質(zhì)固相分散的常規(guī)萃取中。王偉等[10]利用對(duì)照試驗(yàn)的方法將弗羅里硅土和硅藻土混合使用，并借助ASE方法萃取，發(fā)現(xiàn)該土壤凈化和分散效果遠(yuǎn)高于常規(guī)土壤。劉彬等[11]采用硅藻土和硅鎂吸附劑摻拌攪勻，利用硅鎂吸附劑的凈化功能吸收該弱極性化合物中的腐殖酸和色素等相關(guān)極性干擾物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)特性使硅鎂吸附劑可與硅藻土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成基質(zhì)分散器，將提取和凈化同時(shí)完成。該試驗(yàn)操作流程單一且自動(dòng)化程度較高，土壤介質(zhì)可以在萃取池中單獨(dú)完成凈化和提取的全過(guò)程，耗時(shí)較短，間接提高了樣品的初步分析精度，可用于農(nóng)藥業(yè)土壤介質(zhì)的快速監(jiān)測(cè)，適合流水線大批次土壤樣品自動(dòng)化分析過(guò)程。

1.2 固相微萃法

固相微萃法(solid phase micro-extraction，SPME)是一種能將濃縮、提取、采集合三為一的新興技術(shù)。目前市場(chǎng)使用反饋其回收率高、適用性廣、簡(jiǎn)單高效、重現(xiàn)性好、安全性高，備受農(nóng)藥業(yè)青睞。使用該法后，有機(jī)溶劑含量進(jìn)一步減少，且與色譜儀器聯(lián)合使用，環(huán)保綠色。

結(jié)合SPME技術(shù)，可采用涂層技術(shù)，將試樣內(nèi)部填以多孔芳烴框架/離子液體、自制介孔TiO2納米顆粒、聚酰胺(PA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和多孔芳烴框架/離子液體、分子印跡，廣泛用于有機(jī)磷農(nóng)殘或有機(jī)氯樣品的前處理過(guò)程[12]。目前市場(chǎng)上自制纖維和商品SPME纖維都只能實(shí)現(xiàn)一種農(nóng)藥殘留的萃取，并未涉及同時(shí)萃取多種農(nóng)藥殘留，所以該技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)較窄。

1.3 QuEChERS前處理法

QuEChERS(quick，easy，cheap，effective，rugged，safe)是國(guó)際上新興的農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)[13]。金麗瓊等[14]利用最新的QuEChERS和NY/T 761-2008前處理方法，納入GC-ECD成分開(kāi)始有機(jī)氯農(nóng)藥殘留的檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)，總結(jié)有機(jī)氯農(nóng)藥的含量成分和相關(guān)作用機(jī)制，并添加一定量的混合農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品作用，觀測(cè)數(shù)據(jù)，并記錄結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果顯示，QuEChERS前處理方法有效降低了有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生量，并且簡(jiǎn)化了試驗(yàn)處理過(guò)程，加快了檢測(cè)效率。目前市場(chǎng)QuEChERS使用率不高，原因在于其處理包造價(jià)較高，使用成本往往超出預(yù)算，被許多小型企業(yè)舍棄。由于利用量有限，檢測(cè)人員可以根據(jù)檢測(cè)樣品的特異性，選擇合適的前處理方法，在控制成本的情況下，也可達(dá)到更精確的檢測(cè)效果。

1.4 在線凝膠滲透色譜法

有機(jī)污染物殘留量較多時(shí)，可用在線凝膠滲透色譜法(gel permeation chromatography，GPC)凈化，該方法具有脂質(zhì)和色素凈化效果好，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，多用于大分子干擾[15]。在線凝膠色譜滲透法的分離基礎(chǔ)是溶質(zhì)分子的相關(guān)物理性質(zhì)——大小，尺寸、填料柱的相關(guān)性質(zhì)(孔徑、孔隙率)及流動(dòng)相固定相的差異，與樣品本身無(wú)關(guān)。因此，凝膠滲透色譜具有對(duì)流動(dòng)相的要求低、試驗(yàn)條件相對(duì)穩(wěn)定、重現(xiàn)性高、分析速度快、溶質(zhì)回收率高等優(yōu)點(diǎn)，與其他方法相比，該方法具有獨(dú)特的分離效果。

王愛(ài)霞等[16]采用QuEChERS方法將土壤中多種類型有機(jī)農(nóng)藥提取、凈化，并且進(jìn)行GPC-GC-MS實(shí)時(shí)更新。試驗(yàn)中利用乙腈技術(shù)提取C18和PSA，凈化混合，方便快速地凈化并制備樣品。利用商品化的凝膠滲透色譜儀，自動(dòng)化收集、進(jìn)樣和洗脫萃取液，將前處理過(guò)程優(yōu)化為半自動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程，提升了試驗(yàn)效率。GPC核心技術(shù)的關(guān)鍵在于柱填料，當(dāng)前我國(guó)有機(jī)高分子基質(zhì)色譜填料研究較為落后，仍有很大發(fā)展空間[17]。

1.5 超臨界流體萃取法

1990年，超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction，SFE)技術(shù)就已經(jīng)誕生并開(kāi)始用于色譜分離過(guò)程。由于其液體分配作用和氣體滲透性的功能，被廣泛應(yīng)用于分離和萃取同步試驗(yàn)過(guò)程。該方法具有流體黏度低、擴(kuò)散系數(shù)大、密度大等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥行業(yè)。其中超臨界萃取CO2(SFE-CO2)技術(shù)，利用超臨界狀態(tài)的CO2或N2作淋洗劑，流出液中CO2在常壓下?lián)]發(fā)，待測(cè)物用溶劑溶解后進(jìn)行分析[9]。該方法排除了傳統(tǒng)提取手法的繁雜過(guò)程，其分離機(jī)制有效規(guī)避了大量有機(jī)溶劑的消耗，且提取全過(guò)程綠色無(wú)污染，受到各界青睞。在實(shí)際應(yīng)用中，SFE方法存在很多局限性：①定量提取困難；②提取溶劑單一，需添加改良劑(如甲醇、二氯甲烷、丙酮和乙醚等)；③樣品基質(zhì)的性質(zhì)會(huì)對(duì)提取效率產(chǎn)生較大影響；④儀器使用方法涉及參數(shù)多，實(shí)際樣品分析存在較大困難[18]。

2 土壤中有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)方法

2.1 氣相色譜法

色譜法是最普遍的儀器分析法之一，可用于土壤的有機(jī)氯農(nóng)藥檢測(cè)[19]。有機(jī)氯農(nóng)藥含有鹵素、氧等電負(fù)性較大的元素及具有高溫可氣化特點(diǎn)，通常用氣相色譜(gas chromatography，GC)分離后，用電子捕獲檢測(cè)器(electronic capture detector，ECD)或質(zhì)譜(mass spectrometry，MS)進(jìn)行定性/定量檢測(cè)[20-23]。

近年來(lái)，將全二維氣相色譜法與ECD聯(lián)用，用于分析復(fù)雜基質(zhì)樣品的研究越來(lái)越多[24]。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，土壤往往包含組分復(fù)雜的目標(biāo)化合物的同分異構(gòu)體，普通一維色譜分離法已經(jīng)無(wú)法滿足同時(shí)測(cè)定復(fù)雜土壤中的多氯聯(lián)苯及多種有機(jī)氯農(nóng)藥，甚至可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的峰重疊現(xiàn)象。引入高靈敏度的電子捕獲檢測(cè)器(ECD)后，可有效解決峰重疊現(xiàn)象，但是其專屬性差，需要全二維氣相色譜法的優(yōu)異性能彌補(bǔ)殘缺。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者開(kāi)始探索復(fù)雜基質(zhì)樣品檢測(cè)分離的方法，提出了ECD與全二維氣相色譜法聯(lián)用思想，呂愛(ài)娟等[3]和時(shí)磊等[25]利用全二維氣相色譜法對(duì)多種化合物進(jìn)行了良好分離。盡管氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)法靈敏度高，但在定性上不如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)，且低氯目標(biāo)物響應(yīng)太低，檢出限差強(qiáng)人意[26]。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜法

質(zhì)譜法目前已經(jīng)達(dá)到了無(wú)需標(biāo)樣的境界，且其檢測(cè)靈敏度已經(jīng)高達(dá)95%，而且可以充分發(fā)揮物理作用，利用過(guò)譜庫(kù)檢索來(lái)定性，或通過(guò)目標(biāo)化合物質(zhì)譜的特征峰確定分子結(jié)構(gòu)[27]。目前還沒(méi)有能夠分離混合物的質(zhì)譜儀，需要和其他分析相關(guān)色譜互補(bǔ)連用，才能應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境監(jiān)測(cè)中，從而達(dá)到良好檢測(cè)的效果。

劉玲玲等[28]建立氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定土壤中23種有機(jī)氯農(nóng)藥的方法，并研究了不同基質(zhì)效應(yīng)補(bǔ)償方式，土壤凈化后采用氣相色譜-質(zhì)譜儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)7種有機(jī)氯存在中或強(qiáng)程度的基質(zhì)效應(yīng)。

2.3 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法

為高效完成檢測(cè)，必須精確提供最優(yōu)的離子對(duì)和碰撞能、化合物的保留時(shí)間，這些參數(shù)一直是氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(gas chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry，GC-MS/MS)分析的重要條件。為保證時(shí)間效益，需要同時(shí)建立相應(yīng)的“時(shí)間采集程序”[29]。湯樂(lè)金等[30]借用保留時(shí)間自動(dòng)調(diào)整(automatic adjustment of retention time，AART)功能，將Qu EChERS方法用于去除雜質(zhì)，并采用升溫模式的柱箱(柱流量為1.00 mL/min)，分流(分流比20∶1)監(jiān)測(cè)(multiple reaction monitoring，MRM)檢測(cè)狀態(tài)并定量?jī)?nèi)標(biāo)。

2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)通常是在高沸點(diǎn)情況下，檢測(cè)不穩(wěn)定農(nóng)藥采用的方法。與傳統(tǒng)的GC法相比，HPLC法的檢測(cè)速度發(fā)生了質(zhì)的飛躍，而且其分離功能也被發(fā)揮到極致。柱內(nèi)各組分分離后，必須快速進(jìn)入檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，從眾多數(shù)據(jù)信息中獲取有用的樣品信息，進(jìn)而挖掘其經(jīng)濟(jì)效益[31]。吳春英等[32]和彭曉俊等[33]應(yīng)用固相萃取(典型高效液相色譜法)檢測(cè)有機(jī)氯農(nóng)藥在水中的含量，并繪制回收率曲線，從根源上分析大批量樣品的成分問(wèn)題，初步篩選可用樣品用于后續(xù)試驗(yàn)分析。

2.5 生物技術(shù)法

比較常見(jiàn)的生物檢測(cè)技術(shù)主要有酶抑制法、生物傳感器法、免疫分析法等。酶抑制法在農(nóng)藥行業(yè)已經(jīng)有一定程度的應(yīng)用，但僅適用于有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的測(cè)定，不能給出農(nóng)藥化合物的確切名稱和定量結(jié)果，具有很大局限性。生物傳感器法是利用一種生物活性物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換器密切配合，對(duì)特定種類農(nóng)藥或農(nóng)藥殘留具有選擇性和可逆響應(yīng)的分析裝置。大多數(shù)用于農(nóng)藥殘留分析檢測(cè)的生物傳感器采用的是pH值改變技術(shù)，可統(tǒng)計(jì)分析酶的反映效果，并繪制成曲線，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的可視化。作為農(nóng)藥殘留分析的熱點(diǎn)，免疫分析法是一種集高靈敏度和特異性于一體，將抗原抗體反應(yīng)與現(xiàn)代測(cè)試手段相結(jié)合的痕量分析方法，已經(jīng)成功用于某些重要生物活性物質(zhì)的痕量檢測(cè)。可將傳感技術(shù)與農(nóng)藥免疫分析法相結(jié)合，用于農(nóng)藥殘留的快速定性和定量檢測(cè)[32]。

3 結(jié)束語(yǔ)

聯(lián)合使用多種技術(shù)使得有機(jī)氯農(nóng)藥的測(cè)量更有效、更精準(zhǔn)。前處理的耦合模糊了提取和凈化的界限，將不同方法相互綜合，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，使得檢出限更低。ASE聯(lián)合基質(zhì)固相分散萃取，具有提取速度快、溶劑消耗量少、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多研究工作者的青睞。檢測(cè)中使用GC-MS技術(shù)，相互綜合，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)，使得檢出限更低。免疫分析法等生物技術(shù)的耦合也有成為未來(lái)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的新熱點(diǎn)。總之，農(nóng)藥殘留分析方法正朝著準(zhǔn)確、可靠、省時(shí)、高效、安全、便攜、環(huán)保、靈敏度高、重復(fù)性好的方向發(fā)展。