張海娜
(朝陽(yáng)市檢驗(yàn)檢測(cè)中心,遼寧朝陽(yáng) 122000)
農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著殺滅病蟲害和雜草,保證農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的作用。我國(guó)作為世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)業(yè)資源十分豐富且人口眾多,是世界上主要的農(nóng)藥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)??茖W(xué)、合理地使用農(nóng)藥對(duì)于保障糧食產(chǎn)量、推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展有著重要意義,但如果長(zhǎng)期過量使用農(nóng)藥,將會(huì)導(dǎo)致糧食上的農(nóng)藥殘留量超標(biāo)。這些農(nóng)藥殘留超標(biāo)的糧食進(jìn)入人體之后,會(huì)引發(fā)肝功能損傷、遲發(fā)神經(jīng)毒性等一系列疾病,危害人類的健康,因此針對(duì)糧食中農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)至關(guān)重要。
通常來講,對(duì)糧食中農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析是在較為復(fù)雜的基質(zhì)中對(duì)低濃度待測(cè)樣品開展定量或者定性分析,其主要的研究流程包含樣品制備、純化富集、分離檢測(cè)以及綜合分析等。常用的糧食農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)主要有分光光譜法、免疫分析法、色譜-質(zhì)譜法等,考慮到糧食有著種類繁多、基質(zhì)復(fù)雜、含水量較少以及生長(zhǎng)環(huán)境未知等特點(diǎn),在對(duì)糧食進(jìn)行檢測(cè)農(nóng)藥殘留檢測(cè)時(shí),有必要建立起科學(xué)合理的前處理方法來對(duì)樣品進(jìn)行提取和凈化,以便提升農(nóng)藥殘留檢測(cè)的效率。
固相萃?。⊿olid-Phase Extraction,SPE)是一種用于分析樣品中目標(biāo)化合物的常見方法,主要利用不溶于水的固體吸附劑對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行吸附,從而使其與樣品基體和干擾物質(zhì)有效分離。通過加熱或洗滌等步驟,目標(biāo)化合物被洗脫并從吸附劑上解離下來,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化合物的富集或分離。根據(jù)固相萃取柱內(nèi)填料的不同,固相萃取技術(shù)可以劃分為以下3 種類型。①離子交換型,這種類型主要使用的填料是帶電荷的離子,常用于萃取帶電荷的化合物。②反相固相萃取,這種類型主要使用的填料是苯基柱、C18等,常用于萃取中等極性或非極性的化合物。③正相固相萃取,這種類型主要使用的填料是氧化鋁、硅膠等極性物質(zhì),常用于萃取各種極性物質(zhì)[1]。固相萃取技術(shù)具有高選擇性、高富集倍數(shù)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),因此在環(huán)境、食品、藥物等領(lǐng)域的樣品前處理中得到廣泛應(yīng)用。但同時(shí)由于不同廠家所生產(chǎn)的固相萃取柱性能有著較大差異,在實(shí)際使用過程中還需要進(jìn)行性能以及加標(biāo)實(shí)驗(yàn)。張慧[2]建立起了一種全自動(dòng)固相萃取氣相色譜技術(shù)(Automatic Solid Phase Extraction-Gas Chromatography,ASPE-GC)來對(duì)糧食中的11 種有機(jī)磷類、有機(jī)氯類、菊酯類農(nóng)藥進(jìn)行了檢測(cè)。在對(duì)樣品進(jìn)行前處理時(shí),采用了氟羅里硅土(1 000 mg/6 mL)柱,使用正己烷丙酮9 ∶1 溶液作為洗脫劑,并在EXTRA-ASPE 系統(tǒng)之中進(jìn)行凈化操作,固相萃取完成之后,洗脫液經(jīng)氮吹濃縮至近干,2 mL 正己烷定容,試液上GC/ECD 測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,11 種農(nóng)藥的方法添加回收率在83.6%~95.9%。
固相微萃取技術(shù)是由固相萃取技術(shù)演化發(fā)展而來,相較于固相萃取技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用成功解決了固相萃取過程中吸附劑孔道堵塞的問題[3]。固相微萃取技術(shù)利用平衡萃取和選擇性吸附的原理,將樣品中的待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到涂層上。這個(gè)涂層對(duì)待測(cè)物質(zhì)有強(qiáng)烈的親和性,使得待測(cè)物質(zhì)能被快速提取。然后,將涂層表面的待測(cè)物質(zhì)及相關(guān)分析設(shè)備進(jìn)行脫附。這項(xiàng)技術(shù)操作簡(jiǎn)單高效,精準(zhǔn)度高,具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
當(dāng)前階段,固相微萃取技術(shù)主要應(yīng)用于氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用,用于對(duì)環(huán)境、醫(yī)藥以及食品中樣品揮發(fā)和半揮發(fā)性農(nóng)藥殘留量的檢測(cè)。牛永浩[4]優(yōu)化了頂空固相微萃取與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),確定了儲(chǔ)糧和儲(chǔ)糧害蟲的樣品制備方法及分析方法。研究結(jié)果表明,在使用50/30 μm PDMS/CAR/DVB 固相微萃取纖維膜,小麥樣品密封時(shí)間為24 h,固相微萃取纖維膜提取時(shí)間為4 h,氣相色譜進(jìn)樣口解吸時(shí)間為5 min,采用升溫程序和非極性色譜柱的情況下,可以得到大部分儲(chǔ)糧及儲(chǔ)糧害蟲的揮發(fā)性化合物。
超臨界流體萃取技術(shù)是一種新型的物質(zhì)分離技術(shù),近年來得到了快速的發(fā)展和廣泛關(guān)注。超臨界流體是處于臨界壓力和臨界溫度的高密度流體,同時(shí)具有液體和氣體兩種形態(tài)的特性[5]。超臨界流體萃取技術(shù)利用超臨界狀態(tài)的流體作為溶劑來萃取樣品中的待測(cè)物質(zhì)。在運(yùn)用超臨界流體萃取技術(shù)時(shí),需要特別注意選擇合適的萃取劑。其中,二氧化碳是一種常見的萃取劑,具有高純度、無污染、無毒無味等優(yōu)點(diǎn),特別適用于萃取非極性物質(zhì)。然而,由于二氧化碳本身的性質(zhì),它通常不適用于萃取極性物質(zhì)。
從操作流程來看,超臨界流體萃取技術(shù)主要分為萃取和分離兩個(gè)過程。在實(shí)際應(yīng)用中,除了萃取劑的選擇外,其他因素如改性劑、溫度和壓力也會(huì)影響最終的萃取效果。其中,改性劑的質(zhì)量對(duì)于待測(cè)物質(zhì)的溶解度和分離選擇性至關(guān)重要。溫度的變化會(huì)改變流體的密度以及待測(cè)物質(zhì)的蒸汽壓力,進(jìn)而影響萃取效率。壓力則是一個(gè)重要的參數(shù),壓力的變化會(huì)引起流體密度發(fā)生改變,進(jìn)而對(duì)最終的萃取效果產(chǎn)生影響。AGUILERA[6]采用超臨界流體萃取技術(shù)對(duì)稻谷中所含有的22 種農(nóng)藥殘留量進(jìn)行了檢測(cè)。以經(jīng)過甲醇改性后的溶液作為超臨界流體,在50 ℃環(huán)境溫度下對(duì)樣品進(jìn)行了萃取,試驗(yàn)結(jié)果表明,除了敵菌丹和樂果兩種農(nóng)藥外,其余20 種農(nóng)藥回收率均高于70%。
QuEChERS 技術(shù)是一種創(chuàng)新的前處理方法,它簡(jiǎn)化了樣品提取流程,同時(shí)提供了更高的分析速度和準(zhǔn)確性。作為一款快速前處理技術(shù),QuEChERS 通過一系列步驟實(shí)現(xiàn)樣品處理。①用乙腈、丙酮等有機(jī)溶劑提取經(jīng)過均質(zhì)的樣品,然后通過離心脫水對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。②向樣品中加入吸附劑以凈化基質(zhì)。與傳統(tǒng)前處理方法相比,QuEChERS 技術(shù)操作更為簡(jiǎn)便,所需溶劑用量更少,且具有更高的回收率。QuEChERS 技術(shù)通常與液相色譜法或串聯(lián)質(zhì)譜法聯(lián)用,以進(jìn)行更為精準(zhǔn)的檢測(cè)。目前,QuEChERS 技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于糧食、蔬菜和水果中的農(nóng)藥殘留檢測(cè)。
當(dāng)前階段,得益于QuEChERS 技術(shù)所具有的諸多優(yōu)點(diǎn),其成了食品農(nóng)藥殘留檢測(cè)行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種檢測(cè)技術(shù),但需要在實(shí)際應(yīng)用過程中結(jié)合樣品中所含雜質(zhì)物質(zhì)的特性來選擇最為合適的凈化吸附劑,以便提升農(nóng)藥回收率。例如,LU 等[7]采用水和乙腈的混合液來對(duì)稻谷中的醚菌酯進(jìn)行提取,然后采用超高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)PSA、C18以及PSA 和Z-Sep 混合吸附劑等含有不同吸附劑的移液器萃取針頭對(duì)樣品的凈化效果進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,醚菌酯的平均回收率為84.8%~100.3%。
凝膠滲透色譜技術(shù)(Gel Permeation Chromatography,GPC)是一種基于體積排阻的分離機(jī)制,利用具有分子篩性質(zhì)的固定相來分離相對(duì)分子質(zhì)量不同的物質(zhì),從而達(dá)到物質(zhì)分離的目的,可用于對(duì)體積不同但化學(xué)性質(zhì)相同的高分子同系物進(jìn)行分析[8]。分子較大的物質(zhì)難以進(jìn)入凝膠空隙,因此會(huì)先流出色譜柱,而分子量較小的物質(zhì)則會(huì)進(jìn)入凝膠孔隙,然后再流出色譜柱。GPC 最初主要用于對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分離,但隨著適用于非水溶劑分離的凝膠類型被發(fā)現(xiàn),凝膠滲透技術(shù)也在糧食農(nóng)藥殘留檢測(cè)以及凈化過程中得到了廣泛應(yīng)用。
GPC 的最佳參數(shù)主要是由其載體和溶劑所決定的,載體凝膠滲透色譜是GPC 具有分離作用的核心,其結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)于設(shè)備性能以及實(shí)驗(yàn)的分離效果產(chǎn)生直接影響。因此在選擇載體時(shí),要著重考察其化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度等,優(yōu)先使用流動(dòng)阻力較小、不易變形以及分離范圍廣泛的載體。此外,載體的填充密度還會(huì)影響分離效果,而為了盡可能地?cái)U(kuò)大分離范圍,通常在實(shí)驗(yàn)中會(huì)選擇孔徑不同的載體來進(jìn)行混合裝柱,載體的粒度越小、越均勻,就代表被填充得越為緊密??紤]到凝膠滲透色譜為液體色譜,因此在實(shí)驗(yàn)過程中要求溶劑在室溫狀態(tài)下呈液體狀態(tài),且沸點(diǎn)需要高于實(shí)驗(yàn)溫度,還需要溶劑具備黏度小的特征以減少其流動(dòng)阻力。相較于吸附柱色譜等凈化技術(shù),凝膠滲透色譜技術(shù)具有凈化容量大、適用范圍廣以及能夠重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),其在糧食農(nóng)藥殘留檢測(cè)尤其是植物油農(nóng)藥殘留測(cè)定中有著良好的應(yīng)用前景。劉文衛(wèi)等[9]就建立在線凝膠滲透色譜-氣相色譜質(zhì)譜法對(duì)糧食中的毒死蜱的殘留量進(jìn)行了測(cè)定。以毒死蜱-D10 為內(nèi)標(biāo),參照QuEChERS 的樣品前處理方法,用乙腈進(jìn)行提取,采用分散固相萃取技術(shù)凈化,在線凝膠滲透色譜-氣相色譜質(zhì)譜法進(jìn)行檢測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在0.005 ~0.250 mg·L-1毒死蜱具有良好的線性,加標(biāo)回收率為97.8%~104.8%,說明該方法用于糧食農(nóng)藥殘留檢測(cè)具有簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。
綜上所述,在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,使用農(nóng)藥是必不可少的,但為了避免農(nóng)藥濫用對(duì)人類健康造成危害,對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)也是十分必要的。而選擇一種高效、高精度的前處理技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行處理可以極大提升對(duì)糧食農(nóng)藥殘留檢測(cè)的質(zhì)量和效率,因此對(duì)于樣品前處理技術(shù)開展深入研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。