【毕业学位论文】（Word原稿）水体中甲胺磷等农药残留的测定——气相色谱质谱法生态学硕士论文

密级 : 论文编号 : 中国农业科学院 学位论文 水体中甲胺磷等农药残留的测定 气相色谱质谱法 of in by I o. of in by 要 加强环境水体中痕量农药残留的监测，对于保护生态环境，保障人类健康，避免和减少不必要的生命财产损失 等，具有重要的理论和实践意义。本研究 结合农业部渔业局财政专项支持农业行业标准制定计划中渔业项目渔业水中甲胺磷、克百威测定气相色谱法（项目编号：05245）， 制定水体中甲胺磷等农药的测定方法标准。标准的制定为合理的考察和评价水体状况建立了依据，也使得今后在水环境中所获得的数据方便比较，具有重要的现实意义。 本论文共分四章，各章包含以下主要内容： 第一章介绍了农药在农业生产中的地位和作用以及农药检测的必要性，对农药残留分析技术的国内外现状进行了综述。同时针对本研究的目标，对水体中含甲胺磷等农药的研究进行了阐述，设计了本研究方案的流程。 第二章采用 和 18 等 5 种固相萃取柱对水体中的有机磷、有机氯及拟除虫菊酯类等 90 种农药进行富集比较。并针对富集效果较好的 与传统的 4 种农药采用双柱双检测器进行了定性和定量分析。建立了常用 44 种有机磷、有机氯农药在水体中的 多残留分析方法。 第三章就液液萃取气相色谱法对水中甲胺磷、克百威的测 定进行了研究。介绍了这两种农药的毒性、降解及迁移转化规律，对当前国内外水体中含甲胺磷等农药的标准方法进行了比较，采用液液萃取法，考察了 、盐、萃取溶剂体系、萃取时间等参数对甲胺磷萃取回收率的影响，建立了水体中含甲胺磷、克百威等农药的检测方法。 第四章总结了本研究的成果，采用本研究所建立的方法对海河和津河水样分别进行了检测。证明该方法具有简单方便、成本低，灵敏度高、回收率好、可靠性强等优点。方法实用可行。 本研究的创新之处，在于建立了水体中甲胺磷、克百威的检测方法。首次比较了 5 种萃取水体中农药常用的固相萃 取柱，建立了水体中 44 种有机磷、有机氯等农药的多残留分析方法。 关键词： 水，甲胺磷，农药残留，气相色谱质谱 of in is of to or of f a of in of of in C” (05245), of of in of of of So its of is of in of of At it in in of of of At we 18) on in 4 in by A is 4 in on of of by It of a of in At we of on of of in A is at we by It is of is we of in We to on A 4 in is 录 第一章 绪论 1 药残留分析的意义 1 残分析技术的国内外研究现状 1 品前处理技术 1 定技术 4 速初筛检测法 8 药残留的确证 9 究内容和方法 9 体中含甲胺磷等农药的测定研究 9 究方案设计 12 第二章 固相萃取法对水中农药多残留分析 13 种 13 0 种农药的 离测定 13 0 种 农药在 5 种固相萃取柱上的回收率 17 相萃取气相色谱（双柱双检测器）法对水中多种农药的测定 20 验设计 20 验分析与讨论 22 第三章 液液萃取气相色谱法对水中甲胺磷和克百威的 测定 27 胺磷和克百威的毒性、降解及迁移转化规律 27 体中甲胺磷和克百威测定相关的标准方法 27 验设计 28 品的采集运输及保存 28 品分析试验 29 量测定及农药的确证 29 验分析与讨论 29 和盐的作用对萃取效果的影响 29 氯甲烷丙酮、乙酸乙酯丙酮对水中甲胺磷和克百威萃取效果比较 30 转蒸发温度对回收率的影响 33 V 收率及相对标准偏差表 33 胺磷和克百威的质谱确证 35 第四章 结论 37 种固相萃取柱对 90种农药的萃取效果 37 相色谱法测定水中 44种农药的多残留分析方法 37 37 参考文献 39 致 谢 46 作者简历 47 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 药残留分析的意义 农药的发明和使用大大提高了农作物的产量， 为了防治植物病虫害，全球每年有 460 多万吨化学农药被喷洒到自然环境中。据美国康奈尔大学介绍，全世界每年使用的 400 余万吨农药，实际发挥效能的仅 1%，其余 99%都散逸于土壤、空气及水体之中。环境中的农药在气象条件及生物作用下，在各环境要素间循环，造成农药在环境中重新分布，使其污染范围极大扩散，致使全球大气、水体 (地表水、地下水 )、土壤和生物体内都含有农药及其残留。据美国环保局报告，美国许多公用和农村家用水井里至少含 有国家追查的 127 种农药中的一种。印第安纳大学对从赤道到高纬度寒冷地区 90 个地点采集的树皮进行分析，都检出 丹、艾氏剂等农药残留。曾被视为 “ 环境净土 ” 的地球两极，由于大气环流、海洋洋流及生物富集等综合作用，在格陵兰冰层、南极企鹅体内，均已检测出 农药残留。 由此引起的环境污染问题及食品安全问题，越来越受到各国政府和公众的关注。随着高效农药的开发应用和待检样品的增加，对农药残留分析技术的灵敏度、特异性和快速性提出了更为严格的要求。因此，农药残留分析技术的进步也受到高度重视。 农药残留指农药使用后残 存于生物体、农副产品和环境中的痕量农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。残存的数量称残留量，以每千克（或每升）样品中有多少毫克（或微克、纳克等）表示。农药残留是施药后的必然现象，但如果超过最大残留限量就会对人畜产生不良影响或通过食物链对生态系统中的生物造成毒害，则称为农药残留毒性 9。农药残留分析是对待测样本中微量农药残留进行定性和定量分析的方法，对残留农药进行分析和监测，是为了评价农药残留的危害性，保障人体健康，防止环境污染。 残分析技术的国内外研究现状 农药残留分析的全过程可以分为：样本 采集、制备、贮藏、提取、净化、浓缩和测定等步骤及对残留农药的确证。 90 年代以后，农药残留分析技术日新月异，一些新技术的出现大大简化了农药残留分析的步骤。农药残留检测方法日趋完善，并向简单、快速、灵敏、多残留、低成本、易推广的方向发展。 品前处理技术 现代农药残留分析样品前处理已经把传统的提取、净化、浓缩步骤通过一些新的技术大大简化，提取净化的界线已十分模糊。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 液萃取 (液液萃取是依据农药在不同溶液中的分配系数的差异 ，两个完全不互溶或部分互溶的液相接触后，一个液相中的溶质经过物理或化学作用另一个液相，或在两相中重新分配的过程。液液萃取法是测定水体中农药残留的常用方法。夏会龙 14采用 正己烷对水体中联苯菊酯、功夫菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯和溴氰菊酯进行液液萃取，回收率在 史箴 12用三氯甲烷液液萃取法对水体中 亚农、乐果、甲基对硫磷、内吸磷、马拉硫磷、水胺硫磷、乙硫磷和乙基谷硫磷等九种有机磷农药的气相色谱分析，该方法用三氯甲烷液液萃取水中的有机磷农药。季玉 玲 1采用二氯甲烷和石油醚的混合试剂对水体中的有机氯、有机磷和氨基甲酸酯类农药进行了提取，气相色谱法测定，也获得了满意的结果。 相萃取技术 （ 固相萃取法是用固体物质作为吸附剂从流动样品中萃取某些组分的方法。 填料种类繁多，比较常用的是，吸附型的活性炭、硅藻土、氧化铝等；就化学键合型硅胶，其中有正相的氨基、反相的 固相萃取已广泛应用于农残分析前处理之中。农业部环境保护科研监测所 6、 7引进美 国加州 “蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留检测方法”项目中，利用弗罗里柱和氨基柱对蔬菜和水果中农药进行萃取并获得了较满意的结果。 谢文明15报道了利用 固相萃取 土壤及水中莠去津快速测定 的研究。 8采用固相萃取气相色谱技术，开发了一种对新鲜和罐装桃子中有机磷、有机氮和有机氯农药多残留分析方法。 6采用 相萃取柱快速净化新鲜蔬菜、水果中的农药残留。 0采用一种新合成的亲水共 聚吸着剂 相萃取柱对水中多种农药进行萃取，获得较好的线性，检出限在 。 近年来， 术更加趋于微量化，出现了 及固相微萃取（ 术。 式萃取器是含有填料的 片或载有填料的玻璃纤维片，由于填料颗粒紧密地嵌在盘片内，在萃取时无沟流形成。 7比较了 和 的特点，对于等重的填料，盘式萃取的截面积比柱约大 10 倍，因而允许液体试样以较大的流量通过。对于大量的低浓度样品非常实 用，可以实现有效的富集。康跃惠 2采用固相萃取盘 (取水源水中的 10 种有机磷农药，得到较高的回收率和很低的方法检出限。因此，在典型的操作条件下，圆盘能以较低的线速度运行，从而提供了大量的接触时间。但圆盘费用昂贵，并且可用相较少。 相微萃取 （ 固相微萃取是在固相萃取上发展起来的一种新型、高效的样品预处理技术，它集萃取、浓缩、解吸于一体，简单、方便、无溶剂，不会造成二次污染，是一种有利于环保的很有应用前景 的预处理方法。 操作方式有两种：一种是将 取纤维直接插入较洁净的液体样品中，称为直接 ；另一种是将 取纤维置于液体或固体样品的顶空进行萃取，即顶空固相微萃取法 （ 。 自 1989 年出现关于 第一篇报道 23至今， 成功地运用于气体、液体甚至中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 固体样品中有机物的前处理及痕量分析。 0研究了影响 参数，优化了温度、盐的添加量、记忆效应、升温速率等对 影响，建立了水体中有 机磷杀虫剂 g98采用顶空固相微萃取对土壤中的马拉硫磷、甲拌磷等有机磷农药进行研究，获得了比液液萃取更少的干扰。 7比较了液液萃取、固相萃取和固相微萃取对河水中菊酯类农药测定效果。液液萃取使用的有毒溶剂量为 10 倍多，而且费时； 最快且不需任何溶剂的方法。 C. 0采用 5 优化了温度、等多个参数，对水样中的有机氯、特拉津及硫代氨基甲酸酯类农药进行了测定。 . 6采用 65 维头对地表水中阿特拉津和 4 种有机磷农药进行测定，最低检出限为 2 8 。 临界流体萃取 （ 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 ， 通过温度和压力的调节来控制其溶解能力 。常用的萃取溶剂有乙烯等， 多 用于对 非极性或低极性物质 的萃取。 o 9对面粉中有机磷农药采用 需净化进行提取测定。检出水平在 10 ng/g。 6采用 土壤中的农药残留进行了分析。 u58采用超临界 农药废水中的 8 中有机磷农药进行萃取，并获得理想的效果。 2优化了测定土壤中有机氯农药 条件，并对 量的可能性进行了讨论。 A. 2还采用 一种餐桌上的食品 （ 进行了研究，建立了 有机氯和有机磷农药残留分析方法。 5采用 究了人参中 9 种有机氯农药的提取方法，并与索氏提取法进行了对比，证明 索氏提取更快速有效。 3采用 大蒜中的残留农药进行提取，并使用含 取的有机硫进行净化， 4 种有机氯农药的回收率在 质固相分散 （ 1989 年由美国 立大学的 授首次提出并给予理论解释的一种崭新的 术，其基本操作是将样品直接与适量的反相填料研磨、混匀制成半固态装柱淋洗。E. 3对多种蔬菜中的农药多残留进行基质固相分散萃取，比较了 化了蔬菜中 药多残留分析方法。 . 6、 87分别对术及其在食品分析中的应用进行了综述，讨论了影响 法的因素。李朝阳 3以甲氰菊酯为研究对象，将 术应用于测定土壤中农药残留，确定了 的实验条件，无需进一步的净化， 加标平均回收率在 90%以上。 C. 1采用 水果蔬菜中的 5 中杀菌剂进行了提取，最低定量限在 mg/间。 8采用 术对小麦等粮食作物中的 行了分离和测定。 简单高效的提取净化方法，适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化。先提高了分析速度，使现场监测成为可能，其次减少了试剂的用量，另外 适于自动化分析。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 胶渗透色谱 （ 凝胶渗透色谱以不同孔径的多孔凝胶（多为 X 系列）装柱，根据多孔凝胶对不同大小分子的排阻效应进行分离。凝胶渗透色谱技术被用来除去脂肪和其它分子量相对较高的化合物，适用的样品范围极广，回收的农药品种多，回收率也较高，不仅对油脂净化效果好，而且分析的重现性好，柱子可以重复使用，已成为农药多残留分析中通用净化方法。 0应用 灵敏的 测蔬菜、水果、谷物中多种有机磷农药残留，说明 化方法是一种行之有效且能定量 的分析方法。 6用对洗脱剂进行了优化，使用自动化 大节约了时间和溶剂。 S. 0利用 X 3 环几烷：乙酸乙酯 （ 1:1） 洗脱，对蜜蜂体内的几种有机磷和氨基甲酸酯类农药进行提取，气相色谱测定，获得了较好的线性和回收率。 S. 1采用 术对埃及 区的土壤样品中的有机氯和有机磷农药进行提取净化。 1利用环己烷提取 化，对柑橘中 7 种 加 0.5 mg/回收率在 同时指出该方法也适用于食品中有机氯、有机磷类农药的测定。凝胶渗透色谱技术在欧美国家应用非常普遍，但也有其自身的缺点，如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，有时需再增加柱色谱技术净化。 离方法已经被广泛应用于环境分析中，尤其是为 S 分析法分析农药残留进行样品预处理。它可以有效地保护 谱柱，提高精确度，而且允许的检测限更低。 荐使用的方法 （ 法 3640A） ，参与 同实验室项目 实验室都使用这一方法进行样品分离 。 它萃取技术 快速溶剂萃取 （ 技术是根据溶质在不同溶剂中溶解度不同的原理，利用快速溶剂萃取仪，在较高的温度和压力条件下，选择合适的溶剂，实现高效、快速萃取固体或半固体样品中有机物的方法。 5针对土壤中的除草剂开发了一种基于 术的测定方法，通过甲醇 /水 （ 80:20 v/v） ， 的 液在 90下萃取。. 5采用液质联用仪对一种抗寄生虫类药物进行测定，利用快速溶剂萃取法对土壤中的该类农药进行了提取；微波萃取 （ 就是利用极性分子可迅速吸收微波能量来加热一些具有极性的溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮和水等。 1分别利用微波萃取和 土壤中的 4 种氨基甲酸酯类农药进行比较提取实验，优化萃取条件，获得了较好的结果。此外，微型固态吸附棒萃取方法 (液相微萃取 (空纤维膜萃取 (新萃取技术也有应用于水体、 土壤和食品中的农残分析报道 31、 36、 37、 62、 63、 73、 74。 定技术 谱法 色谱法是根据被分离物质在色谱柱中的分配系数的差异对其进行分离，加之安装不同的检中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 5 测器对各化合物分别进行测定，根据保留时间和峰面积（或峰高）实现对化合物的定性定量分析。 气相色谱法 (以惰性气体为流动相的柱色谱分离技术，其应用于分析化学领域，并与适当的检测器相结合构成气相色谱分析法。由于物质在气相中传递速度快，与固定相相互作用次数多，加之可供选择的 固定相种类繁多，可采用灵敏检测器，因而气相色谱法分离分析物质显示出分离效能高，选择性高，灵敏度高，分析速度快和应用范围广等特点。 美国的 657 就是使用 测定城市和工业废水中的 45 种有机磷农药；梁定鸿 5采用 水中溴氰菊酯的测定进行了研究，获得较好的灵敏度、准确度和精密度，最低检测浓度为 0.1 ，回收率达 83%以上； 02利用 香港九龙湾水域进行了检测，发现了 17 种有机 磷和 18 种有机氯农药，其中甲胺磷为九龙湾中的最危险因子，其它有机磷农药（氧乐果、敌敌畏、乐果）也威胁到水质和环境健康。 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 是使用两根不同选择性的色谱柱，对样品同时并行测定，自出现毛细管色谱柱后，发展很快。通常可使用不同的两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两组信息。美国 盟等都是先采用此法作定性。农业部环境保护科研监测所 6、 7引进了美国加州食品农业部 （ 分析化学中心开发成功的农药多残留快速扫描方法，对蔬菜、水果中有机磷、有机氯和氨基甲酸酯等 60 多中农药进行准确定性、定量。 全二维气相色谱 （ 不同于通常的二维色谱，它把分离机理不同又相互独立的两只色谱柱以串联方式结合成二维气相色谱，在这两支色谱柱之间装有一个调制器，起捕集再传送的作用，经第一支色谱柱分离后的每一个馏分，都需先进入调制器，进行聚焦后再以脉冲方式送到第二支色谱柱进行进一步的分离，所有 组分从第二支色谱柱进入检测器，信号经数据处理系统处理，得到以柱 1 保留时间为第一横坐标，柱 2 保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标的三维色谱图或二维轮廓图。 1采用热解吸程序升温汽化进样 包括 11 中含卤素农药在内的58 种化合物进行了分离测定。 4利用 立了水果中农药多残留分析方法，并与传统的 行了比较，最低检出量在 2也有 类似报道。 分辨率高、峰容量大、灵敏度高、分析 时间短的特点，将在复杂样品分离中发挥积极作用。 高效液相色谱 (以液体为流动相采用高压输液泵、高效固定相和高灵敏度检测器等装置的一种柱色谱分离技术，多采用反相 8 柱，以水、甲醇、乙腈等溶剂为流动相，检测器的类型有紫外、二极管阵列、荧光、示差折光检测器等。 用于半挥发或不挥发及热不稳定性的农药残留分析。 47采用固相萃取分离技术 制备样品，以液相色谱二极管阵列检测器检测了水中 21 种农药，该方法符合欧盟修订的饮用水法规（ 3）要求。 9在高人口密度国家的工厂空气中，对 9 种氨基甲酸酯类农药进 光检测，最低检测限为 3 g/3采用 蔬菜汁中 5 中农药进行提取， 外和二极管阵列检测器同时测定，检测限在 g/国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 6 .75分别采用不同萃取方式对白葡萄中 14 种杀菌剂进行提取 测，检出限低于 76/895/ 90/642/示中的规定值。 其高效、快速、自动化并能解决困难分离等特点成为农残分析中的强有力的检测技术。 质联用仪 (质谱技术问世于 1910 年，传统的有四极质谱仪和飞行质谱仪。近年来又出现了串联质谱仪、傅立叶变换离子回旋共振质谱仪等。目前色质联用的发展方向是小型化、自动化、高灵敏度和高稳定性。常用的几种离子源有电子轰击型离子源（ 化学电离源（ 大气压电离源（ 。 有机质谱应用最广的常规型离子源； 称软电离技术，包括正 负 可获得准分子离子峰，它是 一个补充； 要用作液相色谱质谱联用。 色质联用仪 (生于 1959 年，由于气相的分离作用和质谱的准确定性及高选择性，使得气质联用仪得到了极为广泛的应用。农残分析中使用的质谱种类包括四极杆质谱、离子阱质谱、高分辨率质谱和飞行时间质谱。其中以四极杆质谱和离子阱质谱在农残分析中最为常用。气质联用分析技术有三种模式：全扫描、选择离子扫描或存储、多级质谱技术。 样本中的残留农药通过气相色谱分离后， 对它们进行质谱的从低质量数到高质量数的全谱扫描。根据特征离子的质荷比和质量色谱图的保留时间进行定性分析，根据峰高或峰面积进行定量，不但可将目标化合物与干扰杂质分开，而且可区分色谱柱无法分离或无法完全分离的样品。该技术在农残分析中常用以定性。 用计算机控制质谱仪的扫描参数，选用目标化合物的特征离子对样品进行扫描，既可排除样本中干扰离子，提高仪器灵敏度，也可区分在色谱柱上因保留时间相近造成色谱峰相互重叠的组分。在四极杆质谱中这种方法称为选择离子检测（ 多离子检测（ 用计算机编程，按照各 个组分的保留时间将整个分析过程分为若干个时间段，每段时间内只针对一个或几个农药组分进行选择离子扫描，这样一次可对数十种农药进行残留分析。与四极杆质谱仪不同，用离子阱质谱仪进行选择离子检测时，先将农药的所有离子置于阱中，然后排除质荷比低于或高于所选特征离子的其它离子，仅将特征离子储存于阱中，再进行检测。这种方法称为离子存储技术（ 由于选择离子扫描和离子存储技术大大提高了质谱的选择性和灵敏度，目前多采用这种方法进行农药残留分析。 100利用选择离子存储技术建立了大蒜种41 种农药 的多残留检测方法。 C. 0研究了 别在全扫描和选择离子检测（ 式下对地下水及 水中的阿特拉津、林丹、硫丹等 14 种农药进行了检测，全扫描的最低检测限为 ， 式下的最低检测限为 。 5利用西班牙 现西玛津和莠去津为该地区水体的主要污染物。 i62采用液相微萃取气质联 用仪，在 式下对土壤中的农药进行了测定，检测限在 0.1 mg/间。 C. 3在全扫、 种模式下，利用 水中的农药进行了多残留、多类别的分析。 0开发了一种利用 新鲜蔬菜水果中 90 多种农药进行测定的多残留分析方法，最低检出限在 mg/对标准偏差 125% 2 0 3 1 2 7529 6 43 47 36 5024 18 17 13 13 96%），采用德国 司的进口农残级丙酮及正己烷配制。 对有机磷农药检测的仪器及方法： 890有双 P 滤光片）和 683 自动进样器，分别装有 英毛细管柱（ 30 m m）和 英毛细管柱（ 30 m m）；无音无油空压机（ 津市蓝珂科技实业公司），高纯氢气发生器（ 京东方精华苑科技有限公司）；进样口温度 220，不分流进样，进样量 1 L，载气为高纯 流设置，柱流速 9.7 mL/温为程序升温： 150（保持 2 以 8 /至 250，在 250下保持 15.5 30 测器温度 250。 对有机氯和有机氮农药检测的仪器及方法： I 气相色谱仪及其化学工作站，配有双测器和 673 自动进样器，分别装有 英毛细管柱（ 30 m m）和 英毛细管 柱（ 30 m m）；