氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中的應用

摘 要：隨著現代農業的發展，有機磷農藥在果蔬生產中得到廣泛應用，但這也導致農藥殘留問題愈發凸顯。本文探討氣相色譜法在檢測果蔬有機磷農藥殘留中的應用現狀，并分析其基本原理及主要優勢。通過對基質干擾、熱不穩定性以及檢測靈敏度不足等問題的分析，提出優化樣品前處理、改進進樣口設計、采用高靈敏度檢測器等有效對策。總之，氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中的準確性和可靠性較高，具有重要的應用價值。

關鍵詞：氣相色譜法；有機磷農藥；殘留檢測

Application of Gas Chromatography in the Detection of Organophosphorus Pesticide Residues in Fruits and Vegetables

LI Yu

（Panjin Inspection and Testing Center， Panjin 124000， China）

Abstract： With the development of modern agriculture， organophosphorus pesticides are widely used in fruit and vegetable production， but this also leads to the problem of pesticide residues. This paper discusses the application of gas chromatography in the detection of organophosphorus pesticide residues in fruits and vegetables， and analyzes its basic principle and main advantages. Based on the analysis of matrix interference， thermal instability and insufficient sensitivity， some effective measures such as optimizing sample pretreatment， improving inlet design and adopting high sensitivity detector are put forward. In short， the accuracy and reliability of gas chromatography in the detection of organophosphorus pesticide residues in fruits and vegetables are high， and it has important application value.

Keywords： gas chromatography; organophosphorus pesticides; residue detection

隨著現代農業的發展，有機磷農藥在果蔬生產中得到廣泛應用。然而，這同時也伴隨著農藥殘留問題的出現，不僅威脅消費者生命健康，還污染生態環境[1]。目前，我國已出臺《中華人民共和國食品安全法》等法律政策，對農產品農藥殘留限量做出明確規定。因此，加強果蔬農殘檢測十分必要。氣相色譜法以其快速、靈敏、專屬性強等優勢，成為果蔬有機磷農藥殘留檢測的重要手段。基于此，本文分析氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中存在的問題，并提出相應的對策，以期為提高果蔬有機磷農藥殘留檢測的準確性以及保障食品安全提供一定參考。

1 果蔬中有機磷農藥使用及其殘留問題

有機磷農藥因其廣譜高效、降解快速等特點，在果蔬生產中得到廣泛應用。然而，其使用不當或過量可能導致嚴重的殘留問題。以毒死蜱為例，該農藥對多種害蟲具有良好的防治效果，但在柑橘、蘋果等果實表皮上的殘留半衰期可達14～30 d。此外，一些新型有機磷農藥如乙酰甲胺磷，雖然毒性較低，但在茄果類蔬菜中的殘留往往難以降解。值得注意的是，有機磷農藥殘留的復雜性不僅體現在其原藥，更在于其代謝產物。以敵敵畏為例，其在植物體內可迅速氧化為二甲基磷酸，雖然毒性有所降低，但穩定性增強，導致檢測難度增加。更為棘手的是，不同有機磷農藥之間可能存在協同作用，如氧化樂果和毒死蜱的聯合使用，可能導致殘留物在果實中的累積效應超出預期[2]。從分子層面來看，有機磷農藥殘留問題的本質在于其與植物組織中的酯酶、磷酸酶等發生復雜的生化反應，形成難以預測的結合態殘留。這種結合態殘留不僅難以清洗去除，還可能在儲藏過程中緩慢釋放，造成假陰性檢測結果。

2 氣相色譜法基本原理與優勢

氣相色譜法的核心原理源于組分在固定相和流動相間分配系數的差異。以毛細管柱氣相色譜為例，其固定相通常為聚二甲基硅氧烷或聚乙二醇等高分子聚合物，厚度僅為0.1～0.5 μm[2]。這種超薄涂層不僅提高了傳質效率，還顯著減少了渦流擴散，從而實現了對結構相近化合物的高效分離。在檢測有機磷農藥殘留時，常用的氫火焰離子化檢測器（Flame Ionization Detector，FID）利用有機物在氫火焰中燃燒產生的離子流進行定量，其靈敏度可達10-12 g量級。然而，FID對鹵素不敏感，這就需要引入電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector，ECD）作為補充[3]。ECD通過β射線源產生的熱電子與樣品分子間的相互作用，可將靈敏度進一步提升至10-14 g量級，特別適用于檢測含氯、溴等鹵素的有機磷農藥。特別地，氣相色譜-質譜聯用技術的出現，極大地增強了定性能力，通過電子轟擊或化學離子化，有機磷農藥分子被裂解成特征碎片，再經四極桿或飛行時間質量分析器分離，最終形成獨特的質譜圖譜。這種“指紋識別”式的分析方法，不僅可以準確鑒定未知農藥，還能通過選擇離子監測模式將定量靈敏度提高近百倍，為復雜基質中痕量農藥殘留的檢測提供了強有力的工具。

3 氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中的挑戰

3.1 基質干擾導致峰分離困難

果蔬基質的復雜性為氣相色譜法檢測有機磷農藥殘留帶來了較大的挑戰。以西紅柿為例，其含有大量類胡蘿卜素、番茄紅素等色素物質，這些化合物在氣相色譜分離過程中往往與目標農藥產生共洗脫現象。特別是當檢測對象為甲基對硫磷等極性較強的有機磷農藥時，其保留行為與西紅柿中的有機酸極為相似，導致色譜圖上出現嚴重的峰重疊。此外，蘋果中豐富的果膠和多酚類物質也會對農藥的提取和色譜分離造成干擾，這些高分子物質不僅會吸附部分農藥分子，降低提取效率，還可能在進樣過程中發生熱解，產生大量干擾峰。值得注意的是，即便采用高效液液萃取或QuEChERS方法進行樣品前處理，仍難以完全去除這些復雜基質的影響。這種基質效應不僅體現在保留時間的偏移上，更有可能導致定量結果的顯著誤差。尤其在檢測微量殘留時，基質中的共洗脫物質可能會掩蓋或增強目標物的響應信號，使得準確定量變得極為困難。

3.2 熱不穩定性化合物易分解

氣相色譜法在檢測有機磷農藥殘留時面臨的一個重要挑戰是熱不穩定性化合物的分解問題。有機磷農藥分子結構中通常含有對溫度敏感的化學鍵，在高溫條件下容易發生斷裂或重排反應。以乙酰甲胺磷為例，其分子中的P-N鍵在氣相色譜進樣口溫度達到250 ℃及以上時會發生斷裂，生成乙酰胺和甲基硫代磷酸酯[2]。這種熱分解不僅降低了目標物的檢出率，還可能產生新的干擾峰，從而影響定性和定量結果的準確性。甲拌磷也存在類似的問題，其在高溫下易發生分子內環化反應，形成具有不同色譜行為的異構體[4]。這種現象導致色譜圖上出現多重峰，增加了峰識別和積分的難度。此外，一些含有巰基的有機磷農藥，如水胺硫磷，在進樣過程中可能與不銹鋼進樣針發生反應，造成樣品損失和色譜柱污染。這些熱不穩定性問題不僅影響單個農藥的檢測，在多殘留分析中也會引發一系列復雜的交叉反應，極大地增加了方法開發和結果解釋的難度。

3.3 檢測靈敏度不足

氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中已取得顯著進展，但在檢測靈敏度方面仍存在一定的局限性，這一挑戰在檢測新型低毒有機磷農藥時尤為突出。以吡蟲啉為例，其在植物體內迅速代謝，殘留量通常極低，傳統的火焰光度檢測器（Flame Photometric Detector，FPD）難以達到理想的檢出限。雖然氮磷檢測器（Nitrogen Phosphorus Detector，NPD）對含氮磷化合物的物質具有較高的靈敏度，但在分析復雜基質時常受到干擾。甲基嘧啶磷也存在類似的問題，其分子量小、揮發性強，在常規分離條件下易與溶劑峰重疊，導致定量困難。此外，一些新型有機磷農藥如甲基硫菌靈，由于分子結構中含有大量雜原子，在電子轟擊離子源中通常會發生復雜的裂解反應，生成的特征離子強度較弱，從而影響質譜檢測的靈敏度。值得注意的是，某些有機磷農藥的極性代謝物，如乙酰甲胺磷的氧化物，在非極性色譜柱上的保留行為較差，容易造成峰展寬和拖尾，進而降低了檢測靈敏度。這些因素的綜合作用，使得在復雜的果蔬基質中實現超痕量農藥殘留的準確定量仍面臨挑戰。

4 提升氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中應用效果的對策

4.1 優化樣品前處理技術

為解決果蔬復雜基質干擾導致的峰分離困難問題，可采取多重策略優化樣品前處理技術。①針對西紅柿中類胡蘿卜素等色素物質的干擾，可引入基于石墨化碳黑的分散固相萃取技術。通過調控石墨化碳黑的孔徑分布和表面官能團，實現對目標農藥和干擾物的選擇性吸附，有效降低共洗脫現象。②對于蘋果中果膠和多酚類物質的干擾，可結合冷凍離心與多孔硅膠柱層析法。將樣品冷凍至-20 ℃后進行高速離心，可有效分離大分子干擾物。隨后使用孔徑梯度的多孔硅膠柱，通過精確調控溶劑的極性，逐步洗脫目標農藥[5]。③針對極性較強的有機磷農藥如甲基對硫磷，可采用離子液體輔助的QuEChERS方法[5]。選用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽等功能化離子液體作為萃取劑，既能提高萃取效率，又可通過離子交換作用選擇性去除有機酸等極性干擾物。④對于高分子物質的熱解問題，可在進樣前增加程序升溫凝膠滲透色譜預分離步驟，通過分子量的差異實現農藥與熱不穩定高分子的有效分離。⑤為克服基質效應導致的定量誤差，建議采用基質匹配標準曲線法，即在空白樣品中添加系列濃度標準品，模擬實際樣品中的基質環境，從而減小信號響應的偏差，提高定量準確度。

4.2 改進進樣口設計減少熱分解

針對熱不穩定性有機磷農藥在氣相色譜分析中的熱分解問題，改進進樣口設計是一個關鍵策略。研究人員可以采用程序升溫蒸發進樣方式，將進樣口初始溫度設置在150 ℃左右，然后以20 ℃·s-1的速率快速升至最終溫度，這種方法可以有效減少乙酰甲胺磷等熱敏感農藥在高溫下的停留時間，降低P-N鍵斷裂的風險[1]。對于易發生分子內環化反應的甲拌磷，可以在進樣口內壁涂覆惰性材料如碳化硅，并使用脈沖壓力進樣模式，通過短暫增加載氣壓力，加快樣品通過進樣口的速度，從而減少農藥分子與熱表面的接觸時間。為解決水胺硫磷等含巰基農藥與不銹鋼進樣針反應的問題，可以使用石英襯管配合全玻璃進樣系統。同時，在襯管內填充少量惰性材料如玻璃棉，不僅可以避免農藥直接接觸金屬表面，還能起到樣品預聚焦的作用，提高峰形的分離度。對于極易揮發的甲基嘧啶磷，可以采用冷柱頭進樣技術，將色譜柱前端浸入液氮中冷卻至-50 ℃左右，使農藥分子在柱頭快速冷凝富集，避免與溶劑峰重疊。此外，為減少熱分解產物對色譜柱的污染，可以設計一種可更換的色譜柱保護裝置，將其安裝在進樣口與分析柱之間，這種裝置可以定期更換，以有效延長主柱使用壽命，同時不會顯著增加系統死體積。

4.3 采用高靈敏度檢測器

解決有機磷農藥殘留檢測靈敏度不足的問題，關鍵在于選擇和優化高靈敏度的檢測器。對于吡蟲啉等新型低毒有機磷農藥，可采用氣相色譜-串聯質譜技術配合多反應監測模式進行檢測。通過優化碰撞能量和駐留時間，可以顯著提高特征離子的信噪比，將檢出限降低至ppb級別。針對甲基嘧啶磷這類易揮發性的農藥，可結合大體積Splitless進樣技術與脈沖正壓模式，以確保在提高進樣量的同時減少色譜柱頭部展寬，有效改善峰形和靈敏度。對于甲基硫菌靈等含雜原子農藥，可考慮使用化學電離源（Chemical Ionization，CI）替代傳統電子轟擊源（Electron Impact Ionization，EI）。通過調節反應氣（如甲烷或異丁烷）的流速和溫度，可以產生更多準分子離子，提高質譜檢測的靈敏度。為解決極性代謝物如乙酰甲胺磷氧化物的檢測難題，可采用反相液相色譜與串聯質譜聯用技術。使用C18色譜柱并優化流動相梯度洗脫程序，可顯著改善極性化合物的保留行為。同時，通過電噴霧離子源（Electron Spray Ionization，ESI）的參數優化，如噴霧電壓、脫溶劑溫度等，可進一步提高離子化效率。此外，對于NPD檢測器受基質干擾的問題，可引入雙檢測器并聯系統，將NPD與FPD同時連接到色譜柱出口。通過比對兩種檢測器的響應比例，可有效區分目標農藥與干擾物，提高定性結果的準確性。這些技術的綜合應用，能夠顯著提升有機磷農藥殘留檢測的靈敏度和可靠性。

5 結語

綜上所述，氣相色譜法以其快速、靈敏、高效的特點，在果蔬有機磷農藥殘留檢測中具有顯著優勢。本文詳細分析了氣相色譜法在檢測過程中的基質干擾、熱不穩定性化合物分解及檢測靈敏度不足等挑戰，并提出了相應的改進策略，包括優化樣品前處理技術、改進進樣口設計及采用高靈敏度檢測器。通過這些措施，可以有效提升檢測的準確性和靈敏度。然而，隨著農藥種類和果蔬品種的不斷變化，檢測方法仍需要不斷更新和完善，未來的工作可以進一步探索更加高效、環保的檢測技術，持續提升食品安全檢測水平，保障消費者健康。

參考文獻

[1]葉菁文.氣相色譜法檢測果蔬農藥殘留[J].中外食品工業，2024（6）：44-46.

[2]李永庫，王旭，楊東偉.氣相色譜法在果蔬有機磷農藥殘留檢測中的應用分析[J].農業災害研究，2024，14（3）：19-21.

[3]嚴洲芬，陳曉然.氣相色譜法測定果蔬中聯苯菊酯、氯氟氰菊酯、溴氰菊酯的方法驗證[J].南方園藝，2023，34（6）：19-23.

[4]鄧榮嬌，李曉敏，胡鵬燕，等.氣相色譜法測定果蔬中敵敵畏加標含量的不確定度評定[J].家電科技，2022（增刊1）：769-773.

[5]王飛，茍龍，令狐玉妹，等.氣相色譜法測定果蔬汁中百菌清與噠螨靈殘留[J].農業科技與信息，2022（22）：95-97.