土壤中有機氯農(nóng)藥殘留檢測技術進展

侯宛玉，李維軍，2，陳 浩，張旭云

(1.石河子大學化學化工學院，新疆 石河子 832003； 2.石河子市環(huán)境監(jiān)測站，新疆 石河子 832003；3.新疆生產(chǎn)建設兵團生態(tài)環(huán)境第一監(jiān)測站，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

作為有一定增產(chǎn)效益的毒性化學物質，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[1]。生活中常見的土壤是良好的儲蓄中心，可以將相關介質投放到大氣層、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，能夠通過放大效應、生物代謝等對生態(tài)環(huán)境或者人體健康造成持久的危害。1983年我國曾經(jīng)出臺相關法律，禁止使用有機氯農(nóng)藥(organochlorine pesticide，OCPs)類污染源，但是由于其滯留時間長，降解速度慢，歷史使用量比較大，所以OCPs的檢測率依然居高不下，位列榜首。

土壤有機氯農(nóng)藥的檢測技術過程分為土壤樣品預處理(提取和凈化)及土壤中農(nóng)藥含量的檢測。傳統(tǒng)處理方法對設備的要求不高，適合中小型農(nóng)業(yè)企業(yè)。但傳統(tǒng)處理方法操作煩瑣，耗時長，容易被外界干擾，漸漸被淘汰。

隨著科學技術的發(fā)展，通過提取與凈化一體化技術的耦合，樣品預處理更加省時高效、安全便攜、自動化程度高、污染極小，且測量結果更加準確。

1 土壤中農(nóng)藥殘留預處理方法

預處理的目的是提取和凈化，在最大限度消除其他介質干擾的情況下，高濃度提取樣本中的有效成分，從源頭上減少試驗誤差和避免后期污染，同時也能有效減少后期試驗對儀器的損壞[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選擇快速溶劑萃取方法，能高效鎖定目標物，回收率和精度高，并且能有效防止土壤相關介質的化學干擾，該方法已經(jīng)被許多國家采用，是處理固體樣本的主要方法[7]。

1.1 基質固相分散萃取

美國學者BRAKER S A等[8]借用固相萃取的提煉手法，首次提出基質固相分散萃取(matrix solid-phase dispersion，MSPDE)技術。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/組織基質中的分散和溶劑的極性將分析物迅速分離，優(yōu)點是一次性將樣品進化、提取、勻化，被廣泛應用于土壤中農(nóng)藥殘留物的挖掘提取，尤其適用于高毒介質的提取過程[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，被廣泛應用于基質固相分散的常規(guī)萃取中。王偉等[10]利用對照試驗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極性干擾物質和化學反應特性使硅鎂吸附劑可與硅藻土發(fā)生化學反應，形成基質分散器，將提取和凈化同時完成。該試驗操作流程單一且自動化程度較高，土壤介質可以在萃取池中單獨完成凈化和提取的全過程，耗時較短，間接提高了樣品的初步分析精度，可用于農(nóng)藥業(yè)土壤介質的快速監(jiān)測，適合流水線大批次土壤樣品自動化分析過程。

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。目前市場使用反饋其回收率高、適用性廣、簡單高效、重現(xiàn)性好、安全性高，備受農(nóng)藥業(yè)青睞。使用該法后，有機溶劑含量進一步減少，且與色譜儀器聯(lián)合使用，環(huán)保綠色。

結合SPME技術，可采用涂層技術，將試樣內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，廣泛用于有機磷農(nóng)殘或有機氯樣品的前處理過程[12]。目前市場上自制纖維和商品SPME纖維都只能實現(xiàn)一種農(nóng)藥殘留的萃取，并未涉及同時萃取多種農(nóng)藥殘留，所以該技術的應用范圍相對較窄。

1.3 QuEChERS前處理法

QuEChERS(quick，easy，cheap，effective，rugged，safe)是國際上新興的農(nóng)藥檢測技術[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成分開始有機氯農(nóng)藥殘留的檢測對比試驗，總結有機氯農(nóng)藥的含量成分和相關作用機制，并添加一定量的混合農(nóng)藥標準品作用，觀測數(shù)據(jù)，并記錄結果。試驗結果顯示，QuEChERS前處理方法有效降低了有毒有害物質的產(chǎn)生量，并且簡化了試驗處理過程，加快了檢測效率。目前市場QuEChERS使用率不高，原因在于其處理包造價較高，使用成本往往超出預算，被許多小型企業(yè)舍棄。由于利用量有限，檢測人員可以根據(jù)檢測樣品的特異性，選擇合適的前處理方法，在控制成本的情況下，也可達到更精確的檢測效果。

1.4 在線凝膠滲透色譜法

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

王愛霞等[16]采用QuEChERS方法將土壤中多種類型有機農(nóng)藥提取、凈化，并且進行GPC-GC-MS實時更新。試驗中利用乙腈技術提取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，自動化收集、進樣和洗脫萃取液，將前處理過程優(yōu)化為半自動試驗過程，提升了試驗效率。GPC核心技術的關鍵在于柱填料，當前我國有機高分子基質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)技術就已經(jīng)誕生并開始用于色譜分離過程。由于其液體分配作用和氣體滲透性的功能，被廣泛應用于分離和萃取同步試驗過程。該方法具有流體黏度低、擴散系數(shù)大、密度大等優(yōu)點，廣泛應用于農(nóng)藥行業(yè)。其中超臨界萃取CO2(SFE-CO2)技術，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)，待測物用溶劑溶解后進行分析[9]。該方法排除了傳統(tǒng)提取手法的繁雜過程，其分離機制有效規(guī)避了大量有機溶劑的消耗，且提取全過程綠色無污染，受到各界青睞。在實際應用中，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樣品基質的性質會對提取效率產(chǎn)生較大影響；④儀器使用方法涉及參數(shù)多，實際樣品分析存在較大困難[18]。

2 土壤中有機氯農(nóng)藥檢測方法

2.1 氣相色譜法

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

近年來，將全二維氣相色譜法與ECD聯(lián)用，用于分析復雜基質樣品的研究越來越多[24]。實際檢測過程中，土壤往往包含組分復雜的目標化合物的同分異構體，普通一維色譜分離法已經(jīng)無法滿足同時測定復雜土壤中的多氯聯(lián)苯及多種有機氯農(nóng)藥，甚至可能會產(chǎn)生嚴重的峰重疊現(xiàn)象。引入高靈敏度的電子捕獲檢測器(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)異性能彌補殘缺。近年來，我國學者開始探索復雜基質樣品檢測分離的方法，提出了ECD與全二維氣相色譜法聯(lián)用思想，呂愛娟等[3]和時磊等[25]利用全二維氣相色譜法對多種化合物進行了良好分離。盡管氣相色譜-電子捕獲檢測法靈敏度高，但在定性上不如氣相色譜-質譜聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)，且低氯目標物響應太低，檢出限差強人意[26]。

2.2 氣相色譜-質譜法

質譜法目前已經(jīng)達到了無需標樣的境界，且其檢測靈敏度已經(jīng)高達95%，而且可以充分發(fā)揮物理作用，利用過譜庫檢索來定性，或通過目標化合物質譜的特征峰確定分子結構[27]。目前還沒有能夠分離混合物的質譜儀，需要和其他分析相關色譜互補連用，才能應用于實際環(huán)境監(jiān)測中，從而達到良好檢測的效果。

劉玲玲等[28]建立氣相色譜-質譜法同時測定土壤中23種有機氯農(nóng)藥的方法，并研究了不同基質效應補償方式，土壤凈化后采用氣相色譜-質譜儀檢測，發(fā)現(xiàn)7種有機氯存在中或強程度的基質效應。

2.3 氣相色譜-串聯(lián)質譜法

為高效完成檢測，必須精確提供最優(yōu)的離子對和碰撞能、化合物的保留時間，這些參數(shù)一直是氣相色譜-串聯(lián)質譜法(gas chromatography-mass spectrometry/mass spectrometry，GC-MS/MS)分析的重要條件。為保證時間效益，需要同時建立相應的“時間采集程序”[29]。湯樂金等[30]借用保留時間自動調整(automatic adjustment of retention time，AART)功能，將Qu EChERS方法用于去除雜質，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(multiple reaction monitoring，MRM)檢測狀態(tài)并定量內標。

2.4 高效液相色譜法

高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)通常是在高沸點情況下，檢測不穩(wěn)定農(nóng)藥采用的方法。與傳統(tǒng)的GC法相比，HPLC法的檢測速度發(fā)生了質的飛躍，而且其分離功能也被發(fā)揮到極致。柱內各組分分離后，必須快速進入檢測器進行檢測，從眾多數(shù)據(jù)信息中獲取有用的樣品信息，進而挖掘其經(jīng)濟效益[31]。吳春英等[32]和彭曉俊等[33]應用固相萃取(典型高效液相色譜法)檢測有機氯農(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題，初步篩選可用樣品用于后續(xù)試驗分析。

2.5 生物技術法

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

3 結束語

聯(lián)合使用多種技術使得有機氯農(nóng)藥的測量更有效、更精準。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，彌補了各自的缺點，使得檢出限更低。ASE聯(lián)合基質固相分散萃取，具有提取速度快、溶劑消耗量少、自動化程度高等優(yōu)勢，受到越來越多研究工作者的青睞。檢測中使用GC-MS技術，相互綜合，彌補了各自的缺點，使得檢出限更低。免疫分析法等生物技術的耦合也有成為未來檢測技術發(fā)展的新熱點。總之，農(nóng)藥殘留分析方法正朝著準確、可靠、省時、高效、安全、便攜、環(huán)保、靈敏度高、重復性好的方向發(fā)展。