农药残留分析

第一章绪论农药残留：由于农药的应用而残存于生物体、农产品和环境中的农药亲体及具有毒理学意义的杂质、代谢转化产物和反应物等所有衍生物的总称。农药残留根据使用有机溶剂和常规提取方法能否从基质中提取出来，分为：可提取残留和不可提取残留。不可提取残留又分为：结合残留和轭合残留结合残留：农药亲体或代谢物与土壤中的腐殖质、植物体的木质素、纤维素通过化学键合或物理结合作用，牢固结合形成的残留物。轭合残留：农药亲体或代谢物与生物体内耨写内源物质如糖苷、氨基酸、葡萄糖醛酸等在酶的作用下结合形成的极性较强、毒性较低的残留物。初始残留量：在农药施用结束或暴露停止时发生的农药操了程度。初始残留量的大小取决于农药施用和暴露量的大小，在此之后任一时间点的农药残留量则取决于初始残留量的降解速度残留半衰期：农药初始残留量至降解一半所需的时间农药残留毒性：因摄入或长时间重复暴露农药残留而对人、畜以及有益生物产生急性中毒或慢性毒害。最大残留限量：农畜产品中农药残留的法定最大允许量，单位mg/kg。农药残留分析：应用现代分析技术对残存于各种食品、环境介质中微量、痕量以至超痕量水平的农药进行的定性、定量测定残毒农药类型：除高毒农药外，构成突出残留毒性的农药有以下一些类型：①化学性质稳定，难以生物降解，脂溶性强，容易在生物体富集的农药，有机氯杀虫剂的许多品种都属于这一类②农药亲体或其杂质或代谢物具有三致性（致癌、致畸、致突变）的农药农药残留分析复杂的原因:①残留分析需分离和测定的物质在ng、pg、甚至fg水平，一次成功的分析需要有对许多参数的正确理解。②样品使用农药历史的未知性和样品种类的多样性，造成了分析过程的复杂性。③农药品种的不断增多，对农药多残留分析提出了越来越高的技术适应性要求。农药残留分析可分为两类：单残留方法和多残留方法单残留方法：定量测定样品中一种农药残留的方法多残留方法：在一次分析中能够同时测定样品中一种以上农药残留的方法多残留方法可分为两类：选择性多残留方法多类多残留方法农药残留分析程序：样品采集，样品预处理，样品制备、分析测定选择农药残留分析方法时的考虑因素：1、 目标农药的理化性质、分析任务的要求、样品的性质及样品来源的用药历史2、 单残留或多残留方法3、 考虑最大残留限量和方法检测限以及方法总误差4、 分析时间和费用5、 分析方法的有效性农药残留分析的发展表现了一下突出趋势：1、 总体上，农药残留分析继续朝着安全，环保，高效，经济的方向快速发展2、 样品处理出现了许多新技术3、 在检测方面，多残留分析方法已经成为残留分析实验室的主要方法，4、 以酶联免疫技术为代表的快速检测技术受到市场需求的刺激而发展迅速5、 农药残留分析法的标准步伐加快，越来越多的农药残留实验室的质量控制和获得可，农药残留分析的技术与结果在国际间的协同化应用已成为可能6、 世界经济一体化的趋势和现代人们日益强烈的质量和健康意识，农药残留已成为食品安全问题的重要构成，政府管理机构对农药残留的检测和管理正在形成完善的监控和决策体系第二章农残样品的采集农药残留分析样品按其来源可分为：主观样品、客观样品主观样品：人们为研究农药残留量与各种因素的关系，从设计的试验区内采集的样品。客观样品：监测样品和执法样品，这些样品来源于非人为设置的试验区域，测定的残留种类是未知的或施药背景不清楚的样品。实验室样品：从群体采集的送达残留分析实验室的样品材料。检测样品：实验室样品经过缩分减量或经过精制后的样品。检测样份：从检测样品中称取出的用于分析处理的试样。检测溶液：检测样份经过提取、净化处理后进入待测状态。样品遵照的原则：1、 采集的样品必须具有代表性2、 采样方法必须与分析目的保持一致3、 采样量应满足残留测定的精度要求4、 取样和样品贮存过程尽可能防止欲测定组分发生化学变化或者丢失5、 要防止和避免样品受到玷污，尽可能减少无关化合物引入样品6、 样品的采取过程应保持前后的一致性第三章样品制备样品制备：农药残留分析方法的重要部分。它包括从样品中提取的残留农药、浓缩提取液和除去提取液中干扰性杂质的分离净化等步骤，是将监测样品处理成适合测定的检测溶液的过程。样品制备的原理：主要利用残留农药与样品基质的物理化学特性差异，使其从对检测系统有干扰作用的样品基质中分离出来。化合物的极性和挥发性是指导样品制备最有用的理化特性。极性主要与化合物的溶解性及两相分配有关。农药的极性和水溶性：是选择提取和净化条件的最重要的参考依据，在残留农药的溶剂中长采用相似相容的原理，就是使用与农药极性相近的溶剂为提取剂，使残留农药在溶剂中达到最大溶解度。农药的水溶性：与极性和分子大小有关，除此之外还受以下外部因素影响：温度，含盐量，有机质，PH。分配定律：在一对互不相容的二相溶剂系统中，由于物质在非极性相和极性相中的溶解度不同，当到达平衡时，物质在该二相中的浓度比在一定条件下为一常数的定律，即：【A】非极性相/【A】极性相=KDKD称为分配系数，其值大小与溶质及溶剂的性质及平衡时的温度等条件有关，而与体积无关。辛醇-水分配系数：以正辛醇-水溶剂对测出的分配系数称为。提取（萃取）：通过溶解、吸着或挥发等方式将样品中的残留农药分离出来的操作步骤。提取考虑的因素：1、农药的理化特性2、试样类型3、样品的组分4、农药在样品中存在的形式5、最终的测定方法提取的三类方法：溶剂提取法，固相提取法，强制挥发提取法溶剂提取法：根据残留农药与样品组分在不同溶剂中的溶解性差异，选用对残留农药溶解度大的溶剂，通过振荡、捣碎或回流等适当方式，将分析物从样品基质中提取出来的一种方法。溶剂提取法的关键：选择合适的提取剂溶剂选取的三个要求：溶剂的极性，溶剂的纯度，溶剂的沸点溶剂提取法包括：液液提取法，固液提取法液液提取：根据分配定律，用与液体样品（一般是水）不混溶的溶剂与样品液体接触、分配、平衡，使溶于样品液体相的化合物转入提取溶剂相的过程。固液提取：是指通过溶解、扩散作用使固相物质中的化合物进入溶剂（包括水）中的过程。它主要用于固体样品（如土壤、动植物样品）残留农药的提取。固液提取常用方法：索氏提取法、振荡浸提法、组织捣碎法、消化提取法。固相提取法：又叫液固提取法，它是指液体样品中的分析物通过吸着作用（吸附和吸收）被保留在吸着剂上，然后用一定的溶剂洗脱的过程。固相提取法的优点：重复性好、省溶剂、快速、适用性广，可自动化和用于现场。具有提取、浓缩、净化同步进行的作用在农药残留分析中，尤其是对较强极性农药（如氨基甲酸酯类农药）的提取能发挥很好的作用。固相提取法的原理：可以看做是一个简单的液相色谱过程，吸附剂为固定相，样品中的溶剂（水）或洗脱时的溶剂为流动相固相提取吸附剂根据其对中性有机化合物的保留机制和溶剂洗脱能力，常分为：正相和反相吸附剂两类。正相吸附剂（如硅胶、弗罗里硅土，中性氧化铝等）属极性保留，溶剂极性越强，洗脱能力越强反相吸附剂（如c8等）属非极性保留溶剂极性越强，洗脱能力越弱。吸附容量:单位质量吸附剂所能吸附有机化合物的总质量。穿透体积：在固相提取时化合物随样品溶液的加入而不被自行洗脱下来所能流过的最大液样体积，也可以理解为样品溶液的溶剂对样品中残留农药的保留体积。固相提取的方法步骤：固相提取主要是水样，多使用反相提取柱。柱的活化和平衡，用适当的溶剂冲洗以活化吸附剂表面，然后再用水冲洗让柱处于湿润和适于接受样品溶液的状态上样，将用水稀释的样品溶液加在柱上减压使样品通过柱子清洗，即净化步骤，以比水极性稍弱、能洗脱杂质而让分析物保留的溶剂过柱，除去干扰物洗脱，用少量极性再弱些的溶剂将分析物洗脱回收，用于测定。残留农药的固相提取：固相提取可以持留农药在柱子中，然后用溶剂洗脱进行分析，也可以持留样品中的杂质，让农药通过，然后收集用于分析。水样残留农药一般用前一种方式，而食品、动植物样品残留农药一般用第二种方式。强制挥发提取法强制挥发提取法：是对于易挥发物质，特别是蒸汽压或亨利常数高的化合物，利用其挥发性进行提取的方法。不同样品中残留农药的提取（1） 水样：水样的提取一般在分液漏斗或定量瓶中加入水样和提取溶剂后加以振荡进行提取。辛醇—水分配系数在104~106范围内的农药，用非极性溶剂对于辛醇—水分配系数低于103~104的农药，在提取时要根据情况采用不同方法。①要增加正己烷的量，或用正己烷多次提取。②在正己烷＜笨＜二氯甲烷＜乙酸乙酯极性范围内，选用比正己己烷极性更强些的溶剂。③在水中加入纯化过的氯化钠或醋酸铵盐，以降低分析物的溶解度，使其盐析出来。④调整溶液pH。对于水中溶解度大、较难提取的残留农药，或是水样体积较大时，使用连续提取器进行提取比较合适。（2） 气体样品：强制挥发提取法（3） 植物和动物样品：一般采用溶剂提取法，有振荡法、组织捣碎法。（4） 土壤样品：先用水将样品湿润，然后用强极性溶剂或混合溶剂进行提取，有振荡法、索氏提取法（5） 含糖量高的样品：适当加水后，用热的乙腈或丙酮提取。浓缩：通过减少样品溶液中的溶剂或水分使检测溶液中待测物达到分析仪器灵敏度以上的浓度。浓缩过程中必须注意残留农药损失、样品污染两个问题常用方法：减压旋转蒸发法、K—D浓缩法、氮气吹干法减压旋转蒸发法：是利用旋转蒸发器在较低温度下使较大体积提取液得到快速浓缩的方法，操作方便，但残留农药容易损失，且样品必须转移，定容。原理：利用旋转浓缩瓶对浓缩液起搅拌作用，并在瓶壁上形成液膜，扩大蒸发面积，同时又通过减压，使溶剂的沸点降低，从而达到高效率浓缩目的。K—D浓缩法：是利用K—d浓缩器直接浓缩到刻度试管中的方法，适合于中等体积提取液的浓缩。特点是浓缩瓶与施耐德分馏柱连接，下接有刻度的收集管，可有效地减少浓缩过程中的农药损失，且样品收集管能在浓缩后直接定容测定，无需转移样品。氮气吹干法：是直接利用氮气流轻缓吹拂提取液，加速溶剂的蒸发速度来浓缩样品，只适合小体积浓缩，且对蒸汽压较高的农药比较容易损失。净化：通过物理的或化学的方法除去提取物中对测定有干扰作用的杂质的过程。任何一个净化方法都必须考虑时间和成本与检测限之间的关系。原理：净化主要是利用分析物与机体中干扰物质的理化特性的差异，将干扰物质的量减少到能正常检测目标残留农药的水平。物理方法:分配，沉淀，挥发以及层析；化学方法:分配、浓酸碱、氧化、衍生化。常用净化技术：1、过滤2、柱层析法：基本原理是将提取液中的农药与杂质一起通过一根适宜的吸附柱，使他们被吸附在表面活性的吸附剂上，然后用适当极性的溶剂来淋洗，农药一般先被淋洗出来，而脂肪、蜡质和色素等杂质持留在吸附柱上，从而达到分离、净化的目的。A弗罗里硅土柱（正相）也称硅镁吸附剂，最常用。主要由硫酸镁与硅酸钠作用生成的沉淀物，经过过滤，干燥而得。100mL6%乙醚/石油醚来淋洗⑵氧化铝柱用10%乙醚/正己烷100mL淋洗⑶硅胶柱初始用弱极性溶剂淋洗，如戊烷或已烷，洗脱弱极性化合物，然后逐渐增加溶剂的极性，洗脱极性较强的化合物。⑷活性炭柱用乙腈-苯（1：1）做淋洗剂⑸凡是土样（包括淤泥）提取液均要用凝胶渗透层析作净化处理，去除脂肪、聚合物、共聚物、天然树脂、蛋白质、甾类等大分子化合物，以及细胞碎片和病毒粒子等杂质。在多种多样的农药残留基体中存在着大量这类大分子杂质，它们在进行GC或LC分析测定时一般不能通过柱子，虽然不会对检测器产生反应，但由于堵塞进样阀和柱子，造成柱子寿命缩短和结果产生偏差，同时其降解物也可能影响到检测器。凝胶渗透层析是利用多孔的凝胶聚合物将化合物按分子大小选择性分离的机制，即由于大分子化合物不能进入填料粒子的孔内，溶剂淋洗时只能在粒子间隙通过，而小分子化合物能在粒子孔内穿行，二者运行路径的距离不一样，大分子的路径短，最先流出，小分子的路径长，最后流出。这样就能把最先流出的大分子化合物去除而得到净化。淋洗剂一般用二氯甲烷、1:1二氯甲烷-环戊烷或1:1乙酸乙酯-环戊烷。3、液液分配法4、吹扫共馏法5、沉淀净化法6、化学净化法3.5样品制备新技术3・5・1固相微提取（SPME）SPME法不是将待测物全部分离出来，而是通过残留农药在样品与固相涂层之间的平衡来达到分离目的。将涂渍有吸着剂的玻璃纤维浸入样品中，样品中的残留农药通过扩散原理被吸附在吸着剂上，当吸着作用达到平衡后将玻璃纤维取出，通过加热或溶剂洗脱使农药解吸，然后用GC或HPLC进行分析测定。SPME过程的优化主要考虑提取用的纤维（吸着剂）类型、提取时间、离子强度、基体有机质及溶剂的含量、以及解吸温度和时间等因素。SPME有两种操作方法：直接固相提取法（D-SPME）和顶空固相提取法（HS-SPME）。D-SPME是将涂渍纤维直接插入样品中，对残留农药进行提取，适用于气体、液体样品的分析。HS-SPME是将表面涂渍纤维置于样品的顶端空间提取，不与样品直接接触，是根据气相中的残留农药与涂层平衡分配而开发的一种顶空固相提取技术，适合于各种基体的样品，包括大气、水、土壤、动植物组织中挥发和半挥发性农药的分析，甚至在较低温度时也能得到检测限低于10-9g的满意结果。3.5.2快速溶剂提取技术（ASE）该法适用于固体和半固体样品的制备,仅用极少的溶剂，利用升高的温度加快解析动力达到加速提取的目的。在高温和高压下提取的时间从传统的溶剂提取的数小时降低到以分钟计，ASE极大地减少了样品制备的繁琐操作，在ASE自动提取样品的同时，实验人员还可做其它的样品准备工作。提高温度和压强，增加溶剂对待测组分的溶解容量，加速待测组分从样品基体的分解析和溶解过程缩短萃取时间和减小溶剂进量。表3-6快速溶剂提取法与溶剂振荡提取法的比较指标振荡提取法ASE方法样品量3—20g3—20g溶剂体积130mL15mL后提取SPE净化无总时间60min15min样品分析GC—FPDGC—FPD马拉硫磷回收率40~6050~100甲基毒死蜱回收率30~8060~100

快速溶剂提取可用于环境样品中农药、多环芳烃、多氯联苯及碱、中、酸性化合物的提取，但对于水果和蔬菜等富含水分的样品，样品中常需要加入硅藻土，以减少水分影响。3.5.3微波辅助提取法(MAE)原理：利用微波能强化溶剂提取效率，使被分析物从固体或半固体的样品基体中被分离出来。特点：快速、节省溶剂，适用于易挥发物质，如农药等的提取，可同时进行多个样品的提取。该方法是由密闭容器中酸消解样品和固液提取两种技术组合演变而来的，能在短时间内完成多种组分的提取，溶剂的用量少，结果重现性好。微波提取装置目前已自动化，可自动控制提取温度、压力和时间等。但提取完成后，需等待提取溶剂冷却，然后倒出溶剂，进行离心或过滤等手工操作。微波提取目前主要用于固体样品的处理。3.5.4超临界流体提取法(SFE)超临界流体：物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液态性质，同时还保留气体性能，这种状态的流体称为超临界流体。超临界流体的特点:液体：对溶质溶解度大；气体：易于扩散和运动，传质速率高于液相过程；在临界点附近，T和P的微小变化可以引起流体密度的很大变化，利用T和P的变化进行分离、提取常用的超临界流体有：co2、nh3、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和水等一些农药残留样品制备的新方法与传统的提取方法相比，最大的优点就是不需要使用大量有机溶剂，缩短了处理时间，降低了分析成本，减少了有毒溶剂对人体的危害，受到广大农药残留分析者的重视。3.6样品制备效果的确认添加回收率：在样品中添加已知量的待测定农药的标准物质，经过样品制备后，以添加标准物质的样品的测定值和空白样品的测定值之差与添加标准物质的量之比。物质的变化所引起的相应量变化的程度。最小检出量：由基质空白所产生的仪器背景信号的3倍值的相应量，或者以基质空白产生的背景信号平均值加上3倍的均数标准差，均以分析物质的浓度表示。最小测定浓度：由基质空白所产生的仪器背景信号的10倍值的相应量，或