農藥污染控制與農殘分析技術進展
摘 要：概述了我國農藥使用與管理的現(xiàn)狀，分析了農藥殘留污染的嚴峻形勢，闡述了加強農藥殘留監(jiān)控的重要性，介紹了現(xiàn)代農藥殘留檢測的樣品前處理新技術以及分析測試技術進展。樣品前處理技術正向著省時省力、廉價、減少溶劑、減少對環(huán)境的污染、微型化和自動化方向發(fā)展。儀器分析法可確保監(jiān)測數(shù)據的精確性和準確性，在農藥殘留檢測技術中占有舉足輕重的地位；生物檢測技術操作簡便、快速，適合于現(xiàn)場檢測及大批樣品的篩選檢測，但靈敏度、重現(xiàn)性、回收率有待提高。農殘分析技術正在不斷更新、完善，朝著小型化、自動化方向發(fā)展。
1 加強農藥殘留監(jiān)控的重要性“民以食為天”，隨著社會的進步和人民生活水平的提高，食品安全已成為全球關注的熱點問題。建立和完善食品安全監(jiān)測體系是食品安全的基礎和關鍵。農藥殘留污染是制約食品營養(yǎng)與安全的首要因素之一，如何快速、準確地進行農藥殘留檢測則是重中之重的問題。
1.1農藥污染形勢 農藥是重要的農業(yè)生產資料，按用途可分為殺蟲劑、除草劑、殺螨劑、殺鼠劑和植物生長調節(jié)劑等。我國是農業(yè)生產大國，農藥年產量僅次于美國，年使用量也居于世界前列，且農藥品種結構不合理，殺蟲劑占農藥總產量的70%。在70%殺蟲劑中，有機磷殺蟲劑占70%。其中甲胺磷、甲基對硫磷、對硫磷、氧化樂果、久效磷殺蟲劑等占70%[1]。劇毒、高毒農藥的大量使用與濫用對農業(yè)生產及生態(tài)環(huán)境的負面影響日益突出，農藥殘留超標導致的食品中毒事件時有發(fā)生。
1.2選擇低毒低殘留農藥，合理使用農藥 國家出臺的《農藥管理條例》、《農藥安全使用規(guī)定》等法規(guī)規(guī)章對農藥的生產、經營與使用等方面的管理進行嚴格限制。2002年7月農業(yè)部發(fā)出通知，全面推進“無公害食品計劃”，力爭在5a內基本解決餐桌污染。同時為加快農藥產品結構調整，推進甲胺磷等5種高毒農藥削減計劃的實施，農業(yè)部連續(xù)發(fā)布公告和部長令，對高毒農藥實施更為嚴格的管理。于2002年8月生效的《農藥限制使用管理規(guī)定》，對農藥限制使用制訂了詳細的管理措施。此外，各地還根據具體實際，出臺《農藥管理辦法》及其他規(guī)范性文件，全面禁止銷售和使用高劇毒農藥。
1.3加強農藥殘留監(jiān)測的重要性在今后一段時間，化學防治似是病蟲害防治的主要手段。因此，提高農藥使用水平，加強農藥的環(huán)境管理，對進入環(huán)境的農藥實施有效的監(jiān)督管理尤為重要。建立健全農藥殘留監(jiān)測體系是做好農藥殘留監(jiān)控的重要保障。許多城市為推進農藥安全使用，加大農產品農藥殘留檢測的力度和范圍，設立從生產基地、批發(fā)市場到菜市場的3級檢測，實施“從土地到餐桌”全程質量控制。全面進行農藥殘留監(jiān)測勢在必行。
2農殘分析測試技術進展常用的農藥主要是有機氯、有機磷和氨基甲酸酯三大類。有機氯農藥是我國最早大規(guī)模使用的農藥。1983年開始，我國禁止生產和使用HCB、DDT等有機氯農藥，但國外有些國家仍在使用。目前造成果蔬產品質量安全問題的主要是有機磷和氨基甲酸酯類農藥。這類農藥大多屬劇毒藥品，雖在環(huán)境中易降解、殘留期短，但其毒性比有機氯農藥大得多。有機磷農藥因在農業(yè)病蟲害防治方面具有高效、安全、經濟、方便、應用范圍廣等特點，是我國現(xiàn)階段使用量最大的農藥。中國環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測有機污染物“黑名單”中列出的10種化學農藥，其中有機磷農藥就占了7種[2]。因此，有機磷農藥殘留分析是農殘分析的重點。
2.1 樣品前處理新技術農藥殘留分析的樣品前處理主要包括提取、凈化和濃縮等步驟，是影響分析結果的關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的樣品前處理技術如索氏提取、液液分配、柱層析等，不僅操作繁瑣、費時，提取與凈化效率低，易引入誤差，且需使用大量有毒溶劑。隨著科技的進步，一些新的樣品前處理技術，如固相萃。⊿olid Phase Extraction, 簡稱SPE）、固相微萃。⊿olid Phase Micro-Extraction,簡稱SPME ）、微波輔助萃。∕icrowave Assisted Extraction，簡稱MAE）、樣品固相分散萃取、自動索氏萃取，在線高效流相色譜(HPLC)萃取、超臨界流體萃。⊿upercritical Fulid Extraction，簡稱SFC）等不斷被引入農殘分析中。樣品前處理技術正向著省時省力、廉價、減少溶劑、減少對環(huán)境的污染、微型化和自動化方向發(fā)展[3]。
2.1.1固相萃取 固相萃取技術是20世紀70年代發(fā)展起來的一種樣品富集技術，特別適用于水樣處理。其原理是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標化合物吸附，與樣品基體和干擾化合物分離，然后再利用洗脫液洗脫或加熱解吸，達到分離和富集目標化合物的目的。根據待測農藥性質、樣品種類等選擇合適的萃取柱和洗脫液及其他優(yōu)化條件后，可使萃取、富集、凈化一步完成。SPE克服了液/液萃。↙LE）技術及一般柱層析的缺點，較LLE可節(jié)省時間和溶劑約90%，萃取過程簡單快速、節(jié)省溶劑、重現(xiàn)性好、回收率高，減少雜質的引入減輕了有機溶劑對實驗人員和環(huán)境的影響。目前國外已推出商品化的自動固相萃取裝置，可與HPLC在線結合實現(xiàn)許多農藥殘留的全自動分析。
2.1.2固相微萃取 固相微萃取是在固相萃取基礎上發(fā)展起來的萃取分離技術[4]，1990年由加拿大Waterloo大學Pawliszyn首創(chuàng)[5，6]，1994年即被用于農殘檢測[7，8]。它是利用涂有吸附劑的熔融石英纖維吸附樣品中的有機物質而達到萃取濃縮的目的，集萃取、富集和解吸于一體，具有無溶劑、可直接進樣、操作簡便快捷、靈敏的特點，克服了固相萃取回收率低、吸附劑孔道易堵塞等缺點。SPME與氣相色譜(GC)或GC/MS聯(lián)用主要用于直接分析均相樣品（如水樣）中揮發(fā)性和半揮發(fā)性農藥殘留，非均相樣品如土壤、蔬菜，則須先將其轉化為漿狀再分析[9]。對于非揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質，SPME/HPLC聯(lián)用技術更具優(yōu)勢[10，11]。
2.1.3微波輔助萃取 微波輔助萃取技術是對樣品進行微波加熱，利用極性分子可迅速吸收微波能量的特性來加熱一些極性溶劑，輔之精確的溫壓控制，達到萃取樣品中目標化合物、雜質分離的目的，具有高效、安全、快速、試劑用量小和易于自動控制等優(yōu)點[12]，是分析土壤中有機污染物的好方法[13]。應用微波輔助萃取技術測定中藥中有機磷農藥殘留[14]以及土壤中有機氯農藥殘留[15]均有報道。
2.1.4超臨界流體萃取 超臨界流體本質上是處于臨界溫度以上的高密度氣體。超臨界流體萃取就是利用其密度大、粘度低、擴散系數(shù)大、兼有氣體的滲透性和液體的溶解力的特點，將樣品中待測物質溶解并從基體中分離出來。它可同時完成萃取和分離，具有簡單快速、分離效率高、選擇性好、無需使用有機溶劑、可實現(xiàn)操作自動化等優(yōu)點。常用的超臨界流體是co2中，可用于提取非極性或弱極性農藥殘留。通常在co2中加入少量極性溶劑如甲醇等，來調節(jié)其極性，據此提高對極性農藥的萃取效率并最低限度地減少雜質的提取。SFC技術自1986年開始應用于農殘分析[15] ，已成功地應用于提取植物樣品、動物組織、果實、土壤和水樣中的農藥殘留。國內已有應用此技術測定食品中有機磷[16]、有機氯[17]和氨基甲酸酯[18]農藥殘留的報道。SFC不僅成為現(xiàn)代農藥多殘留分析中的熱點[19]之一，而且在環(huán)境有機污染物分析領域得到廣泛的重視和應用[20]。
2.1.5加速溶劑萃取1996年Rethter等[21]介紹了一種適合于固體和半固體樣品前處理的新技術——加速溶劑萃取(Accelerated Solvent Extraction，簡稱ASE)。其基本原理是利用升高溫度和壓力，增加物質溶解度和溶質擴散效率，提高萃取的效率[22]。與傳統(tǒng)萃取方式相比，具有如下的顯著特點[23]：快速（僅用12~20min）、溶劑少（15~45mL）、萃取效率高、可實現(xiàn)全自動安全操作。ASE是一種極具吸引力的樣品前處理新技術，可同時使用4種溶劑進行提取，已在食品、農業(yè)環(huán)境、藥物、化工等方面得到了廣泛應用，并被美國國家環(huán)保局批準為EPA3545號標準方法。葉明立等[24]綜述了ASE在食品與農殘分析方面的應用，但國內有關的應用報道還較少[25]。
2.2測定技術進展 隨著對現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，貿易往來的快捷，以及人們對環(huán)境質量和食品安全的要求日益提高，待測樣品量迅速增加，這就要求農殘分析方法必須更加快速、靈敏、準確、簡便。目前在農藥殘留分析中使用的測試方法主要有GC、HPLC、GC/MS、HPLC/MS、SFC以及毛細管電泳法（CE）和酶聯(lián)免疫吸附測定法（ELISA）等。儀器分析法可確保監(jiān)測數(shù)據的精確性和準確性，在農藥殘留檢測技術中占有舉足輕重的地位。生物檢測技術操作簡便、快速，不需昂貴儀器，適合于現(xiàn)場檢測及大批樣品的篩選檢測，易于推廣普及，但靈敏度不如儀器分析法，重現(xiàn)性、回收率有待提高。
2.2.1儀器分析法
2.2.1.1色譜法是農殘分析的常用方法，GC法是農殘分析的經典技術。近年來，由于毛細管柱在分辨能力、靈敏度和分析速度等方面所具有的優(yōu)勢，毛細管柱氣相色譜取代了填充柱氣相色譜，成為多種類型或同一類型農藥多殘留分析最得力的工具，廣泛應用于揮發(fā)性農藥殘留測定。測定有機氯農藥常用ECD檢測器，而測定有機磷農藥則大多是火焰光度檢測器和氮磷檢測器。ECD檢測器也可用于測定有機磷農藥 [26] ，林渭海等[27]采用同一色譜填充柱和ECD檢測器分離多種有機氯、有機磷混合農藥。當然，并不是1根毛細管色譜柱、1種檢測器就可解決所有農藥的分離。
2.2.1.2對于揮發(fā)性差、極性和熱不穩(wěn)定的農藥，不能直接或不適合GC分析。HPLC適合于測定熱不穩(wěn)定和強極性農藥及其代謝物，同時一些新的檢測器使用提高了檢出靈敏度，因此HPLC在農殘分析的應用日益廣泛,尤其是氨基甲酸酯類農藥。
2.2.1.3近年來色質聯(lián)用技術日臻成熟。質譜法的優(yōu)點就是可在多種殘留物同時存在的情況下對其進行定性定量分析，尤其適合于多殘留分析。在一些發(fā)達國家，GC/MS、HPLC/MS已成為常規(guī)的殘留分析監(jiān)測手段，成為定性及定量分析最得力的工具。
2.2.1.4 SFC是以超臨界流體作為色譜流動相的色譜，能通過調節(jié)壓力、溫度、流動相組成多重梯度，選擇最佳色譜條件。SFC既綜合了GC與HPLC的優(yōu)點，又彌補了它們的不足，可在較低溫度下分析分子量較大、對熱不穩(wěn)定的化合物和極性較強的化合物，可與大部分GC、HPLC的檢測器聯(lián)用，還可與紅外（FTIR）、MS聯(lián)用，極大地拓寬了其應用范圍。許多在GC或HPLC上需經衍生化才能分析的農藥，都可用SFC直接測定。
2.2.1.5 CE特別適合于那些難以用傳統(tǒng)的HPLC分離的離子化樣品的分離與分析，具有分離效率高、快速、樣品用量少等特點。采用毛細管區(qū)帶電泳（CZE）或膠束電動色譜（MEKC）進行農藥殘留分析，對分離與檢測均是最好選擇[28]。CE/MS可用于谷物和其他基質中帶電荷基團的農藥及其代謝物的殘留檢測。開發(fā)研究靈敏度更高的檢測系統(tǒng)將使毛細管區(qū)帶電泳的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。
2.2.2生物檢測技術生物技術在農殘檢測中的應用不斷在增加，包括免疫測定法、生物測定法和生物傳感器技術等。免疫分析（IA）被列為20世紀90年代優(yōu)先研究、開發(fā)和利用的農殘分析技術。美國化學會將免疫分析與氣相色譜、液相色譜共同列為農殘分析的支柱技術。近年來，免疫分析法尤其是酶免疫分析（EIA）的研究十分活躍。EIA的原理是基于有機磷、氨基甲酸酯殺蟲劑能抑制酶（如膽堿酯酶、植物酶）的活性。IA開發(fā)過程需投入較多資金和較長時間，一旦開發(fā)成功則具有靈敏度高、特異性強、方便快捷、成本低、安全可靠等優(yōu)點。國內一些農藥速測卡是根據有機磷農藥能強烈抑制膽堿酶的活性而研制開發(fā)的，適合于大批樣品的速測。此外，國外一些公司推出了多種酶標試劑盒應用于常規(guī)分析及田間檢測的快速篩選，作為儀器分析的輔助方法發(fā)揮了一定作用。
3 結語 目前農藥殘留分析的成分大多是化學合成的化學品，而生物農藥逐步取代化學農藥將是未來發(fā)展的趨勢。今后農殘分析對象的分子量將會大很多，將分析對象與原動植物組織中的蛋白質、多肽、核酸、細菌或病毒等分離也將會更加困難。新的農殘分析技術必須與細胞化學、發(fā)酵化學、免疫化學和多肽排列結構等多方面學科知識相結合。農殘分析技術綜合性很強、涉及面廣。隨著科學技術的不斷發(fā)展，農殘分析技術也正在不斷更新、完善，朝著小型化、自動化方向發(fā)展，也將更好地保障人類健康。
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