2012-06-21
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農(nóng)藥殘留檢測與樣品前處理技術的發(fā)展趨勢
一、概述
農(nóng)藥是當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用于防治病、蟲、雜草對農(nóng)作物危害*的物質，對促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)有極重要的作用。隨著農(nóng)業(yè)科學技術的發(fā)展，化學農(nóng)藥的品種和數(shù)量不斷增加，已成為防治病蟲害的主要手段。農(nóng)藥施用到農(nóng)作物上以后，絕大部分因多種原因而轉化，但作物內會殘留有極少量的農(nóng)藥。長時間攝食殘留農(nóng)藥會影響人體的健康，這就是農(nóng)藥殘留量問題的由來。近年來，在茶葉、糧谷、蔬菜及水果種植中由于不少農(nóng)戶忽視農(nóng)藥的正確、合理使用，農(nóng)藥污染問題經(jīng)常發(fā)生，農(nóng)藥殘留量超標相當嚴重，并逐年加劇。而歐盟、美國、日本、加拿大等西方發(fā)達國家或地區(qū)，出于維護本國經(jīng)濟利益和保護人們健康的需要，相繼對進口食品中農(nóng)藥殘留量等衛(wèi)生指標提出了愈來愈嚴格的要求。鑒于此，為保障我國人民的身體健康、有效控制農(nóng)藥在茶葉、糧谷、蔬菜和水果等生產(chǎn)中的合理使用和對其殘留量進行監(jiān)控，滿足進出口貿(mào)易的需要，大力開展農(nóng)藥殘留量檢測技術以及相關的前處理技術的研究是非常必要的。
化學農(nóng)藥是一類復雜的有機化合物，根據(jù)其用途可以分為殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、植物生長調節(jié)劑、殺螨劑、殺鼠劑、殺線蟲劑。根據(jù)化學結構又可分為有機氯、有機磷、擬除蟲菊酯殺蟲劑，取代氯苯氧基酸或酯除草劑，氨基甲酸酯殺蟲劑、除草劑和殺菌劑和有機雜環(huán)類殺菌劑、除草劑等。農(nóng)藥殘留量分析需要測定各種樣品中ug/g、ng/g、甚至pg/g量級的農(nóng)藥和/或代謝產(chǎn)物及降解產(chǎn)物。其分析過程一般包括取樣、樣品處理（提取、凈化和衍生化）和測量，根據(jù)農(nóng)藥種類和樣品基質的不同，上述各個步驟的復雜性有所不同。色譜方法常用于樣品的凈化和測量，以前較多采用填充柱氣相色譜法（GC），現(xiàn)在則越來越多地使用毛細管氣相色譜法（GC）和液相色譜法（HPLC），尤其在定性分析的氣相色譜/質譜法（GC/MS） 中，毛細管柱技術占優(yōu)勢。電子捕獲檢測器（ECD）、火焰光度檢測器（FPD）、氮磷檢測器（NPD）是zui常用的農(nóng)藥殘留量分析的氣相色譜檢測器，質譜檢測器（MSD）則是zui通用和靈敏的檢測器。各種進樣方式，如分流、不分流、冷柱上進樣技術和程序升溫汽化進樣技術都已應用于農(nóng)藥殘留物分析。近年來，隨著農(nóng)藥殘留研究的不斷深入，農(nóng)藥殘留檢測方法日趨完善，并向簡單、快速、靈敏、多殘留、低成本、易推廣的方向發(fā)展。
在檢測技術方面，目前上已較多采用多殘留檢測技術和快速篩選檢測技術
傳統(tǒng)的農(nóng)殘分析大多用來分析某一類農(nóng)藥的單一成分，多殘留分析方法（Multi-Residue Analysis Method）不僅可以用于分析同一類農(nóng)藥中的不同成分，而且可以分析不同種類農(nóng)藥中的不同成分。前者稱為選擇性多殘留分析方法（Selective Multi-Residue Analysis Method），后者稱為多類多殘留分析方法（Multi-class,Multi-Residue Analysis Method）。這方面，如英國中央科學實驗室（CSL）開發(fā)了104種農(nóng)藥殘留量同時檢測的方法；德國科學研究協(xié)會開發(fā)了320種農(nóng)藥殘留的多殘留檢測方法；美國FDA農(nóng)藥分析手冊（PAM）的多殘留方法可檢測300多種農(nóng)藥；美國CDFA和荷蘭衛(wèi)生部都有較好的多殘留同時檢測方法和系統(tǒng)分析方法。這些方法，既可用于定量，又可進行確證。我國從上世紀90年代初開始研究和利用多殘留分析方法，并相繼推出了一系列國家標準。如國家標準GB/T17331-1998食品中有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥多種殘留的測定和GB/T17332-1998食品中有機氯和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留的測定等，均可同時測定不同類型中的20多種農(nóng)藥殘留。在我們的行業(yè)標準中SN/T0334-95多殘留檢測方法能同時檢測22種農(nóng)藥殘留量，秦皇島局制定的《農(nóng)產(chǎn)品中多種擬除蟲菊酯殘留量檢驗方法》已成為AOAC方法。在我局技術中心目前開發(fā)或采用的檢測茶葉、蔬菜等樣品中有機氯、有機磷、菊酯類農(nóng)藥以及一些雜環(huán)類農(nóng)藥的方法和本次研討會將要學習和討論的方法也大都是多殘留檢測方法。當然，我們現(xiàn)在的方法，在一次性檢測農(nóng)藥的數(shù)量上和確證技術上與先進方法還存在不小的距離。
在快速篩選檢測技術方面，上個世紀六十年代就有人利用薄層色譜酶抑制法測定有機磷農(nóng)藥等殘留量，檢測*為毫克級；八十年代開始，農(nóng)藥的酶抑制和免疫檢測技術作為快速篩選檢測方法受到許多發(fā)達國家的高度重視，并因此得到了快速發(fā)展。酶抑制、酶聯(lián)免疫（ELISA）、放射免疫（RIA）、單克降抗體等技術由于可以避免假陰性，適宜于陽性率較低的大量樣品檢測，在農(nóng)獸藥殘留檢測中應用日益增多。我國在近十多年來也相繼開展了農(nóng)藥殘留酶抑制法和免疫法快速篩選檢測方法研究，取得了一定的研究成果，系統(tǒng)內有廣東檢驗檢疫局研制了農(nóng)藥殘留速測卡，但總體上應用不多，方法的靈敏度不高，試劑不夠穩(wěn)定。
在樣品前處理方面，現(xiàn)代色譜分析樣品制備技術的發(fā)展趨勢就是使處理樣品的過程要簡單、處理速度快、使用裝置要小、引進的誤差要小、對欲測定組分的選擇性和回收率要高
目前，上較多使用固相萃?。⊿PE）、微波提取技術、凝膠層析（GPC）、加速溶劑提?。ˋSE）、基體分散固相萃?。∕SPD）、超臨界萃?。⊿FE）、固相微萃取技術。而我國目前主要采用傳統(tǒng)的溶劑萃取，液液分配，柱層析凈化，前處理方法自動化程度低、提取凈化的效率不高，速度慢，環(huán)境污染嚴重。新開發(fā)的前處理技術其目的和結果就是要實現(xiàn)快速、有效、簡單和自動化地完成分析樣品制備過程。
下面就農(nóng)藥殘留檢測中采用的氣相色譜檢測技術和前處理技術的新發(fā)展向各位做一些簡單的介紹。
二、檢測技術
1、GC/MS 和GC/MS/MS技術
質譜技術問世于1910年。傳統(tǒng)的有四極質譜儀和飛行質譜儀。近年來又出現(xiàn)了串聯(lián)質譜儀（MS/MS）傅里葉變換離子回旋共振質譜儀等。目前，GC/MS的發(fā)展方向是小型化（即臺式GC/MS）、自動化（儀器調試、控制、數(shù)據(jù)處理）、高靈敏度和高穩(wěn)定性。目前幾種常見的離子源有電子轟擊型離子源（EI）、化學電離源（CI源）、快原子轟擊電離源（FAB源）、解析化學電離源（DCI）、大氣壓電離源（API源）等。電子轟擊型離子源（EI）是有機質譜應用zui廣的常規(guī)型離子源；化學電離源（CI源）又稱軟電離技術，可獲得準分子離子峰，是EI源的一個補充；大氣壓電離源（API源）主要用作液相色譜-質譜聯(lián)用。
（1）GC/MS技術
氣相色譜測定農(nóng)藥殘留的基本原理是根據(jù)保留時間來判定待測組分。往往因為樣品提取和凈化等原因，可能會出現(xiàn)許多雜質峰。如果待測組分在保留時間內有一種或多種雜質峰出現(xiàn)，就可能被認為是待測組分，造成誤判。GC/MS法不僅根據(jù)樣品中待測組分在圖譜上的保留時間，更主要是根據(jù)在此保留時間內殘留農(nóng)藥裂解的特征離子碎片，由質譜儀按其分子量和分子結構對農(nóng)藥準確定性，并以此作為定量的依據(jù)，從而克服了由于未凈化掉的雜質峰與農(nóng)藥保留時間重疊而造成將雜質峰誤判為農(nóng)藥的缺點。GC/MS技術在農(nóng)藥殘留檢測中已有許多成功的應用實例，在此不多作介紹。但隨著農(nóng)藥殘留*的進一步提高，以及樣品基質的影響，這種技術的應用也受到了一定的限制。大家切記，GC/MS方法的靈敏度不是由標準溶液的信噪比提供的，而是由樣品基質條件下的信噪比決定的。
（2）GC/MS/MS技術
比一級質譜具有優(yōu)勢的是以離子阱為質量分析器的離子阱串聯(lián)質譜儀具有與大質譜相當?shù)墓δ?，可提高靈敏度，可對復雜基體中微量待測物進行測定，對一級質譜無法區(qū)分的化合物可進行進一步的確認，以及同分異構體的區(qū)分。在分析領域，離子阱串聯(lián)質譜已成為今后臺式小型GC/MS的發(fā)展方向之一。有機磷農(nóng)藥在各種農(nóng)作物和環(huán)境樣品中含量很低，目前利用GC/MS技術分析農(nóng)作物和環(huán)境樣品中的農(nóng)藥殘留量越來越普遍，因為它能給出化合物的結構信息，有利于化合物的定性。但因一般樣品中（如蔬菜、水果、茶葉等）的背景干擾較大，導致樣品預處理的周期較長，而且回收率較難保證。而MS/MS技術的應用，為復雜樣品中微量農(nóng)藥的定性、定量分析提供了新的途徑。在分析韭菜中倍硫磷農(nóng)藥時，分別采用EI全掃描和MS/MS分析，在MS/MS 分析條件下，倍硫磷的信噪比相對于EI全掃描時提高了100多倍。此外，利用MS/MS分析的另一大特點是可以將在色譜上不能*分開的共流出物利用時間編程和多通道檢測將其分開。
目前，GC/MS/MS已在環(huán)境分析、食品分析等方面得到廣泛的應用。該技術不僅適用于復雜基體混合物的定性分析，而且可以利用得到二級質譜結果進行定量。這是因為在兩個前后串聯(lián)的質譜/質譜儀中，前級質譜主要用于擔任分離工作，在樣品被電離后，它只允許被分析的目標化合物的母離子或特征離子碎片通過，經(jīng)過碰撞裂解后，再由第二級質譜分析裂解后產(chǎn)生的離子碎片，利用MS/MS可以同時得到較低的檢測限和良好的結構鑒定信息（1個母離子和2個或更多的的子離子）。與氣相色譜檢測器相比，傳統(tǒng)的臺式質譜儀（GC/MS）因靈敏度較低，其使用受到限制。而據(jù)文獻報道，GC/MS/MS可在與傳統(tǒng)氣相色譜檢測器相似的靈敏度下進行定性定量分析。原因是MS/MS在對離子檢測前就排除了干擾，所以即使對復雜樣本也可達到很高的靈敏度。它不需要重復進樣就能定性，比選擇性檢測器有更高的可信性。在用傳統(tǒng)的質譜儀分析較“臟”的樣品時，因大量干擾的存在而不選擇低于100amu的離子。因為許多樣本的共存雜質含質量數(shù)低于100amu的離子；對檢測器造成嚴重干擾，使被測物的碎片離子無法檢出。在MS/MS中，子離子圖譜中只有來自母離子的碎片離子，因此，低質量離子不受干擾，對結構鑒定更加有用。例如，建立乙酰甲胺磷分析方法時，即使質量數(shù)低至M/Z42，該離子由于不受干擾仍可作為定量分析離子。檢測技術的發(fā)展已對殘留量分析提出了更高的要求，即雖然傳統(tǒng)中GC檢測器可進行痕量分析并達到較低的檢測限，但仍要求用MS作結構確證。因此任何實驗室測定殘留量的能力都會受到MS方法靈敏度的限制。選擇離子檢測（SIM）已被用于降低檢測限。但是，SIM所收集的離子信息并不如全掃描豐富，不能認為是一個等同的結構分析。在大多數(shù)情況下，MS/MS的靈敏度相當于或低于GC選擇性檢測器的下限，并可在此水平上進行定量分析和真實的分子結構確證。美國紐約州農(nóng)業(yè)署食品實驗室已建立了一種用GC/MS/MS技術對水果、蔬菜和牛奶中100多種農(nóng)藥殘留量進行檢測、定量和結構確證的方法。這一方法可對濃度范圍低至PPB水平的100多種農(nóng)藥進行準確的檢測和鑒定。美國農(nóng)業(yè)部的Beltsville農(nóng)業(yè)研究中心利用GC/MS/MS技術分析了水果和蔬菜萃取物中22種農(nóng)藥殘留物，得到良好的回收率和重現(xiàn)性，檢出限小于2ng/g。當然，當前GC/MS/MS方法的局限性在于僅能檢測目標分析物，很難一次進樣分析大量化合物。王煥龍等報道了茶葉中有機氯農(nóng)藥殘留量的氣相色譜/串聯(lián)質譜分析的研究報告，采用氣相色譜串聯(lián)質譜儀（GC/MS/MS）同時檢測茶葉中51種有機氯農(nóng)藥。茶葉樣品經(jīng)二氯甲烷/水勻漿提取，用飽和氯化鈉溶液分離水溶性色素雜質，再以弗羅里硅土（硅酸鎂）固相萃取柱（SPE）凈化，zui后以GC/MS/MS檢測分析，得到清晰的MS/MS質譜圖，可去除茶葉背景值干擾，增加信噪比（S/N），適用于鑒定、確認分析極低濃度的定量分析。茶葉中色素相當多，樣品經(jīng)弗羅里硅土固相萃取柱（SPE）凈化后，仍有色素雜質存在，會影響傳統(tǒng)的GC/ECD分析，測定結果經(jīng)常需要進一步用GC/MS或GC/MS/MS做確證分析，如待測物濃度極低時，茶葉色素的背景值會干擾MS全掃描質譜圖做對比分析。而以GC/MS/MS進行分析時，分析物經(jīng)*級MS電子轟擊后，選擇主要母離子或特征離子，以適當碰撞誘導解離（CID）能量做第二次MS電子轟擊，產(chǎn)生清晰的MS/MS質譜圖，大幅增加信噪比，可做低濃度確證分析。在該方法中，51種分析物可同時進入GC，通過非極性毛細管柱（如HP5-MS柱）分離，再進入MS做定性定量分析，其定量分析結果得到校正線性范圍為0.05~5.0ug/ml，檢測極限范圍為0.001~0.2ug/ml（依據(jù)不同分析物而定）。在0.25、0.75及2.5ug/g添加量回收率中，得到平均回收率為70~120%之間。在實際茶葉樣品試驗中，經(jīng)GC/ECD檢測為陽性的樣品，以GC/MS/MS進行確證和定量分析，大部分樣品的GC/ECD分析值與GC/MS/MS分析結果一致。但有少部分樣品，GC/ECD檢測為假陽性。
2、GC/AED技術
雖然GC/MS在農(nóng)藥多殘留分析中很受歡迎，但它仍有局限性。當采用選擇離子檢測（SIM）或串聯(lián)質譜（MS/MS）時，方法開發(fā)較為耗時，且GC中任何保留時間的漂移都要求各個分析物的保留時間窗口相應移動。這些方法只能檢測目標化合物表中所列的農(nóng)藥，還有幾百種農(nóng)藥及代謝物可能檢測不到。原子發(fā)射檢測器（AED）是近年飛速發(fā)展起來的多元素檢測器，它是利用等離子體做激發(fā)光源，使進入檢測器的被測組分原子化，然后原子被激發(fā)至激發(fā)態(tài)，在躍遷至基態(tài)時發(fā)射出原子光譜。根據(jù)這些光譜的波長和強度即可進行定性和定量分析。所以，AED屬光度學檢測器。由于它是原子（或原子離子）而不是分子激發(fā)后發(fā)射光，故稱為原子發(fā)射檢測器。AED具有許多*的性能和應用，如：
1、AED可以以選擇性和通用性兩種方式工作：若用雜原子通道，AED可作為選擇性檢測器，且其選擇性較其他氣相色譜檢測器（如ECD、FPD等）更高，若用碳、氫通道，AED即為通用性檢測器，且靈敏度高于FID；
2、AED對元素周期表中除氦以外的任何一種元素均可檢測，屬多元素檢測器，可用于測定未知化合物的經(jīng)驗式和分子式；對未知物鑒定，AED是MSD、FTIR的有力補充工具；
3、由于AED選擇性強，可降低對復雜混合物高分辨分離的要求，對未*分離峰也可分別檢測；
4、由于AED的相對響應因子幾乎是恒定的，不用標樣也可準確定量。
GC/AED的主要應用之一就是測定各種樣品中的殘留農(nóng)藥、殺蟲劑和除草劑等。GC/AED的各元素選擇性通道檢測不僅能夠解決化合物分離問題，而且可以立即判斷出各種化學物質中的元素組成，大大簡化了分析程序。有文獻報道了一種用于篩選567種農(nóng)藥和可疑內分泌破壞物的方法。該篩選方法建立在保留時間鎖定（RTL）的氣相色譜新技術基礎上，采用基于保留時間和元素含量或檢測器響應的數(shù)據(jù)庫檢索。這一技術能將被分析物的鑒定縮小到僅有幾種可能性的范圍之內。進一步的確證則采用GC/MS或采用GC/AED計算化合物元素來完成。由于GC/AED的元素響應幾乎與分子結構無關，不依賴于化合物的校準可用來定量所發(fā)現(xiàn)的所有農(nóng)藥。選擇一種已知濃度的農(nóng)藥標準溶液加入到樣品溶液中，獲得有關元素的特征校正曲線，利用這些曲線來校正任何含一種或多種這些元素的化合物。因為GC/AED相當穩(wěn)定，外標法可以取得滿意的結果。利用這一方法已分析了許多種水果和蔬菜樣品，具有多方面的適應性和潛在用途。農(nóng)藥幾乎總是含有雜原子，并且一個分子中往往含有幾個，zui常見的雜原子有O、P、S、N、Cl、Br和F。GC與AED結合已證明是一種非常有用的農(nóng)藥篩選工具，因為它對農(nóng)藥化合物中發(fā)現(xiàn)的所有元素都有選擇性。遺憾的是，由于種種原因，儀器制造商目前已經(jīng)停止了這種檢測器的生產(chǎn)。但我個人認為，應用這一技術檢測農(nóng)藥殘留量的方法，給我們帶來很多啟迪，值得借鑒，其中的一些技術還將做重點介紹。
3、酶抑制和免疫檢測技術
從二十世紀八十年代開始，農(nóng)藥的酶抑制和免疫檢測技術作為快速篩選檢測方法受到許多發(fā)達國家的高度重視, 成為農(nóng)業(yè)生物技術領域一個重要分支，得到了快速發(fā)展。酶抑制、酶聯(lián)免疫（ELISA）、放射免疫（RIA）、單克降抗體等技術由于可以避免假陰性，適宜于陽性率較低的大量樣品檢測，在農(nóng)藥殘留檢測中應用增多。如依據(jù)有機磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥抑制生物體內乙酰膽堿酯酶的活性來檢測上述兩類農(nóng)藥的殘留。
酶抑制和免疫檢測技術對所測樣品的前處理要求簡單，多數(shù)樣品可直接用于測試。目前，研制成功了多達100多種農(nóng)用藥物檢測試劑盒，其中常見的農(nóng)藥殘留監(jiān)測試劑盒有近30種。歐、美、日、巴西、印度等10多個國家，運用這一技術開展了對農(nóng)產(chǎn)品中有毒物質殘留的生物技術監(jiān)測研究，粗篩檢測水產(chǎn)品、肉類產(chǎn)品、果蔬產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量。zui近，英國研制的通用型有機磷殺蟲劑免疫檢測藥盒可對一些樣品中8種以上的有機磷農(nóng)藥進行同時檢測。近來我國市場上也廣泛推薦和大規(guī)模地應用這一快速檢測技術。
4、其他色譜分析新技術
（1）保留時間鎖定（RTL）
所謂保留時間鎖定，就是使特定化合物的保留時間在不同儀器、不同色譜柱（但標稱固定相和相比相同）之間保持不變。決定保留時間的因素主要是化合物的性質、固定液的性質和操作條件。如果前兩個因素不變（對于特定的化合物和GC儀器系統(tǒng)，這當然是成立的），那就只有操作條件了，即載氣流速、柱溫、毛細管柱規(guī)格和檢測器類型。只要儀器的載氣和溫度控制精度足夠高，只要色譜柱的標稱規(guī)格一致，就可以通過調節(jié)柱前壓的方法來補償操作參數(shù)的微小變化，從而實現(xiàn)保留時間的重現(xiàn)，這就是RTL的基礎。
現(xiàn)在，隨著儀器制造水平和色譜柱制造工藝的進步、儀器自動化程度的提高，各種操作參數(shù)的控制更為嚴密，同一臺儀器的保留時間重復性可達到0.01min。但不同儀器、不同色譜柱之間的重現(xiàn)性仍不能令人滿意。zui近，保留時間鎖定（RTL）技術的出現(xiàn)，給這一問題的解決提供了較為理想的途徑。保留時間鎖定（RTL）技術的應用，使方法中增加更多化合物的檢測變得更為簡單，只需在相同的鎖定條件下確定它們的保留時間即可。帶有數(shù)據(jù)庫檢索功能的保留時間鎖定很容易使該方法應用到相似的分析類型中去。在GC/AED篩選567種農(nóng)藥和可疑內分泌破壞物的方法中，就談到該方法的一個關鍵是氣相色譜中保留時間鎖定技術的研究，采用RTL技術，可以用一個給定的GC方法測定農(nóng)藥的保留時間，然后，在此后的運行中在同一臺儀器或不同儀器上重現(xiàn)這些保留時間。由于保留時間的精密度和預測性提高了，使保留時間成為一個極為有用的化合物定性的參數(shù)?？梢詮浹a由于不同時間、不同色譜柱和不同儀器差異造成的保留時間的不可預見性。農(nóng)藥多殘留檢測，要求有一個能使幾十種，乃至幾百種農(nóng)藥在適當時間流出、同時得到充分分離的GC方法。利用該技術建立一個鎖定保留時間表，在不同條件下重現(xiàn)這些保留時間。目前，某些儀器公司已開發(fā)出很多的技術軟件包括保留時間鎖定軟件、方法轉換軟件和農(nóng)藥保留時間表。現(xiàn)在市場上可以買到現(xiàn)成的保留時間鎖定軟件（RTL），它就是根據(jù)上述原理設計和工作的，當一個分析方法確定以后，首先進行一次鎖定。用戶只要將5個壓力下目標化合物的保留時間數(shù)據(jù)輸入計算機，軟件就會自動給出p-tR曲線，并同方法一起儲存起來。當在另一臺儀器上重復該方法時，只要將原方法拷貝到新儀器上，就可以重新進行鎖定。計算機可依據(jù)試運行的結果自動計算并調節(jié)柱前壓，從而使新儀器上的保留時間與方法開發(fā)時保留時間很好吻合。雖然目前這種軟件只能在HP（現(xiàn)已改為安捷倫）化學工作站中運行，但估計很快會有較為通用的RTL軟件出現(xiàn)。
（2）大體積進樣技術
目前的進樣技術主要有：大口徑毛細管柱接口、分流/不分流進樣、冷柱上進樣和程序升溫進樣口（PTV），以及基于冷柱上進樣和程序升溫進樣口（PTV）技術的大體積進樣和直接進樣桿進樣。直接進樣桿進樣適合于高沸點化合物的分析測定，同時直接進樣桿結合PTV進樣口進行測定，大大減少了樣品的前處理工作，適合于對果蔬中農(nóng)藥殘留等復雜樣品體系的測定，擴大了GC/MS的應用范圍，是目前各儀器公司爭相開發(fā)的一個重點。此外，固相微萃取技術（SPME）也是目前各種GC/MS生產(chǎn)廠家研究的一個重點。由于固相微萃取技術可部分或全部替代頂空進樣器、吹掃捕集進樣器、液液萃取、液固萃取等技術，且使用更方便，無需溶劑，節(jié)省大量的時間和日常操作費用，特別在復雜樣品體系的分析中表現(xiàn)出強大的生命力和廣闊發(fā)展前景，已成為GC/MS的重要配件之一。今天主要為大家介紹基于PTV進樣技術的大體積進樣。
樣品濃縮是提高靈敏度的成熟方法，對許多農(nóng)藥殘留分析來說，樣品濃縮包括在提取之后的溶劑蒸發(fā)，這會產(chǎn)生大量的廢溶劑，且大大增加了樣品的制備時間。近來科學的發(fā)展，比如固相萃?。⊿PE）、超臨界萃?。⊿FE）、固相微萃取技術等，可避免使用液/液萃取，但是這些方法仍然要增加樣品的處理時間。通過降低系統(tǒng)的本底和干擾可以降低檢測限，使用高選擇性高靈敏度檢測器也可以降低檢測限。近年發(fā)展起來的大體積進樣（LVI）技術更是一種有效提高靈敏度的方法。采用比常規(guī)GC大幾十到幾百倍的進樣量（5~500 ul）就可提高靈敏度一到兩個數(shù)量級。實現(xiàn)大體積進樣的方式，一是基于冷柱上進樣，二是基于PTV技術。文獻報道的LVI應用多數(shù)是采用程序升溫汽化（PTV）進樣技術的。這主要是因為PTV進樣時樣品是在襯管中汽化的，不揮發(fā)物滯留在襯管中可以保護色譜柱不被污染，故很適合于分析農(nóng)藥殘留量。對于大體積進樣，PTV用于“溶劑放空”或“溶劑排除”模式。樣品注入進樣口，其溫度接近溶劑的沸點，且具有相對高的分流比。溶劑（以及低沸點溶質）被放空，而高沸點溶質（約比溶劑沸點高100℃）則保留在進樣口中并被濃縮。在到達預先設定的時間后，關閉分流出口，并升高進樣口溫度以將溶質和殘留的溶劑轉移到色譜柱進行分離。因為樣品是在進樣口中汽化，不揮發(fā)物和降解產(chǎn)物留在進樣口中，這樣就zui大限度地減少了對色譜柱的污染。研究證明用PTV進樣造成的進樣口污染對下一次進樣的影響要比汽化室加熱所造成的影響小。如果進樣口被污染，進樣口中的襯管很容易更換。所以，對于不干凈樣品的分析，PTV是比冷柱上進樣和分流/不分流進樣更好的選擇。當然，目標化合物中含有高揮發(fā)性組分時，通過PTV做LVI并不是一種好的選擇，因為低沸點組分會隨同溶劑一起放空而流失。要使分析獲得成功，zui低沸點目標化合物的沸點應高于溶劑沸點100℃。
三、前處理技術
1、固相萃?。⊿olid Phase Extraction SPE）
固相萃?。⊿PE）就是利用固體吸附劑將液體樣品中的目標化合物吸附，與樣品的基體和干擾化合物分離，然后再用洗脫液洗脫或加熱解吸附，達到分離和富集目標化合物的目的。
與液/液萃取相比固相萃取有很多優(yōu)點：固相萃取不需要大量互不相溶的溶劑，處理過程中不會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，它采用、高選擇性的吸附劑（固定相），能顯著減少溶劑的用量，簡化樣品的予處理過程，同時所需費用也有所減少。一般說來固相萃取所需時間為液/液萃取的1/2，而費用為液/液萃取的1/5。但其缺點是目標化合物的回收率和精密度要略低于液/液萃取。
固相萃取實質上是一種液相色譜分離，其主要分離模式也與液相色譜相同，可分為正相（吸附劑極性大于洗脫液極性），反相（吸附劑極性小于洗脫液極性），離子交換和吸附。固相萃取所用的吸附劑也與液相色譜常用的固定相相同，只是在粒度上有所區(qū)別。
固相萃取選擇分離模式和吸附劑時還要考慮以下幾點：
1、目標化合物有極性或非極性溶劑中的溶解度，這主要涉及淋洗液的選擇。
2、目標化合物有無可能離子化（可用調節(jié)PH值實現(xiàn)離子化），從而決定是否采用離子交換固相萃取。
3、目標化合物有無可能與吸附劑形成共價鍵，如形成共價鍵，在洗脫時可能會遇到麻煩。
4、非目標化合物與目標化合物在吸附劑上吸附點的競爭程度，這關系到目標化合物與干擾化合物能否很好分離。
zui簡單的固相萃取裝置就是一根直徑為數(shù)毫米的小柱，小柱可以是玻璃的，也可以是聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等塑料，還可以是不銹鋼制成的。為了方便固相萃取的使用，很多廠家還研制開發(fā)了很多固相萃取的裝置，固相萃取儀。固相萃取的一般操作程序分為如下幾步：活化吸附劑：在萃取樣品之前要用適當?shù)娜軇┝芟垂滔噍腿⌒≈?，以使吸附劑保持濕潤，可以吸附目標化合物或干擾化合物。不同模式固相萃取小柱活化所用溶劑不同:
----反相固相萃取所用的弱極性或非極性吸附劑，通常用水溶性有機溶劑，如甲醇淋洗，然后用水或緩沖溶液淋洗。也可以在用甲醇淋洗之前先用強溶劑（如己烷）淋洗，以消除吸附劑上吸附的雜質及其對目標化合物的干擾。
----正相固相萃取所用的極性吸附劑，通常用目標化合物所在的有機溶劑（樣品基體）進行淋洗。
----離子交換固相萃取所用的吸附劑，在用于非極性有機溶劑中的樣品時，可用樣品溶劑來淋洗；在用于極性溶劑中的樣品時，可用水溶性有機溶劑淋洗后，再用適當pH值，并含有一定有機溶劑和鹽的水溶液進行淋洗。
為了使固相萃取小柱中的吸附劑在活化后到樣品加入前能保持濕潤，應在活化處理后在吸附劑上面保持大約1mL活化處理用的溶劑。
固相萃取技術的應用：固相萃取主要用于復雜樣品中微量或痕量目標化合物的分離和富集。例如，生物體（如血液、尿等）中藥物及其代謝產(chǎn)物的分析，食品中有效成分或有害成分的分析，環(huán)保水樣中各種污染物（可揮發(fā)性有機物和半揮發(fā)性有機物）的分析都可使用固相萃取將目標化合物分離出來，并加以富集。
2、固相微萃?。⊿PME）
固相微萃?。⊿PME）是在固相萃取上發(fā)展起來的一種新型、的樣品預處理技術，它集采集、濃縮于一體，簡單、方便、無溶劑，不會造成二次污染，是一種有利于環(huán)保的很有應用前景的預處理方法。與液/液萃取和固相萃取相比，具有操作時間短，樣品量小，無需萃取溶劑，適用于分析揮發(fā)性與非揮發(fā)性物質，重現(xiàn)性好等優(yōu)點。很多研究結果表明，在樣品中加入適當?shù)膬葮诉M行定量分析時，其重現(xiàn)性和精密度都非常好。固相微萃取裝置外形如一只微量進樣器，由手柄（holder）和萃取頭或纖維頭（fiber）兩部分構成，萃取頭是一根1cm長，涂有不同吸附劑的熔融纖維，接在不銹鋼絲上，外套細不銹鋼管（保護石英纖維不被折斷），纖維頭在鋼管內可伸縮或進出，細不銹鋼管可穿透橡膠或塑料墊片進行取樣或進樣。手柄用于安裝或固定萃取頭，可永遠使用。固相微萃取的萃取過程是一個平衡過程，萃取的平衡時間與攪拌速度、固定相的膜厚以及被分析樣品的分配常數(shù)、擴散系數(shù)、萃取溫度有關。大分子質量的物質比小分子質量的物質需更長的分析時間。攪拌有利于減少達到平衡所需時間，當達到平衡時，固相微萃取方法的靈敏度zui高。
固相微萃取技術包括兩個過程：（1）樣品中待分析物在石英纖維上的涂層與樣品間擴散、吸附、濃縮過程以及濃縮的待分析物脫附進入分析儀器完成分析過程。在前一個過程中，涂有吸附劑的石英纖維浸入樣品中，使樣品中目標化合物從樣品基質可中擴散、萃取、濃縮于涂層上。（2）將石英絲收回針頭中，進樣時直接插入分析儀器的進樣室中，如氣相色譜儀的汽化室，使萃取的化合物脫附，被載氣導入色譜柱完成分離分析。在實施固相微萃取時可以采用直接固相微萃取法、液上空間固相微萃取法和衍生化固相微萃取法3種模式。影響固相微萃取靈敏度的因素很多，但萃取頭涂層種類和厚度對靈敏度的影響zui為關鍵。一般來說，不同種類待測物要用不同類型的吸附質涂層進行萃取，其選擇基本原則是“相似相溶原理”。用極性涂層萃取極性化合物，用非極性涂層萃取非極性化合物。
3、微波萃取技術（MAE）
微波萃取就是利用極性分子可迅速吸收微波能量來加熱一些具有極性的溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮和水等。因非極性溶劑不能吸收微波能量，所以在微波萃取中不能使用100%的非極性溶劑作為萃取溶劑。一般可在非極性溶劑中加入一定比例的極性溶劑來使用。如丙酮-環(huán)己烷（體積比=1:1）就可用來作微波萃取溶劑。微波萃取是將樣品放在聚四氟乙烯材料制成的樣品杯中，加入萃取溶劑后將樣品杯放入密封好、耐高壓又不吸收微波能量的萃取罐中。由于萃取罐是密封的，當萃取溶劑加熱時，由于萃取溶劑的揮發(fā)使罐內壓力增加。壓力的增加使得萃取溶劑的沸點也大大增加，這樣就提高了萃取溫度。同時，由于密封，萃取溶劑也不會損失，也就減少了萃取溶劑的用量。
微波萃取裝置一般是一臺帶有控溫和控時的微波加熱裝置，根據(jù)需要選用體積為50~100ml的聚四氟乙烯材料制成的樣品杯和放樣品杯的密封罐。影響微波萃取效果的主要因素有萃取溫度、萃取溶劑、樣品杯材料吸附及記憶效應等。
4、加速溶劑萃?。ˋSE）
加速溶劑萃取（ASE）是一種全新的處理固體和半固體樣品的方法，該法是在較高溫度（50~200℃）和壓力條件（10.3~20.6MPa）下，用有機溶劑萃取。它的突出優(yōu)點是有機溶劑用量少（1g樣品僅需1.5mL溶劑）、快速（一般為15min）和回收率高，已成為樣品前處理*方式之一，并被美國EPA（環(huán)保局）選定為推薦的標準方法（標準方法編號EPA3545），已廣泛用于環(huán)境、藥物、食品和高聚物等樣品的前處理，特別是農(nóng)藥殘留量的分析。
在提高的溫度下能加速溶質分子的解析動力學過程，減小解析過程所需的活化能，降低溶劑的粘度，因而減小溶劑進入樣品基體的阻力，增加溶劑進入樣品基體的擴散。已報道溫度從25℃增至150℃，其擴散系數(shù)大約增加2~10倍，降低溶劑和樣品基體之間的表面張力，溶劑能更好地“浸潤”樣品基體，有利于被測物與溶劑的接觸。液體的沸點一般隨壓力的升高而提高。例如，丙酮在常壓下的沸點為56.3℃，而在0.5MPa時，其沸點高于100℃。液體對溶質的溶解能力遠大于氣體對溶質的溶解能力。由于加速溶劑萃取是在高溫下進行，因此，熱降解是一個令人關注的問題。加速溶劑萃取的運行程序是先加入溶劑，即樣品在溶劑包圍之下，再加溫，而且在加溫的同時加壓，即是在高壓下加熱，高溫的時間一般少于10min，因此，熱降解不甚明顯。
加速溶劑萃取儀由溶劑瓶、泵、氣路、加溫爐、不銹鋼萃取池和收集瓶等構成，其工作程序的*步是手工將樣品裝入萃取池，放在圓盤式傳送裝置上，以下步驟按先后全自動進行，即圓盤傳送裝置將萃取池送入加熱爐腔并與對應編號的收集瓶聯(lián)接，輸液泵將溶劑輸送到萃取池（20~60s），萃取池在加熱爐中被加溫和加壓（5~8min），在設定的溫度和壓力下靜態(tài)萃取5min，分別少量向萃取池加入清洗溶劑（2~60s），萃取液自動經(jīng)過濾膜進入收集瓶，用N2吹洗萃取池和管道（60~100s），萃取液全部進入收集瓶，待分析。全過程僅需13~17min。溶劑瓶由4個組成，每個瓶可分別裝入不同的溶劑，可選用不同溶劑先后萃取相同的樣品，也可用同一溶劑萃取不同的樣品。可同時裝入24個萃取池和26個收集瓶。ASE200型萃取儀，其萃取池的體積可從11mL~33mL。ASE300型萃取儀的萃取池體積可選用33mL、66mL和100mL。
5、凝膠滲透色譜（GPC）
凝膠滲透色譜技術被用來去除脂肪和其它分子量相對較高的化合物，適用的樣品范圍極廣，回收的農(nóng)藥品種多，回收率也較高，不僅對油脂凈化效果好，而且分析的重現(xiàn)性好，柱子可以重復使用，已成為農(nóng)藥多殘留分析中的通用凈化方法。其作用類似一組分子篩，將樣品溶液加到柱子上后，用溶劑淋洗，分子量大于農(nóng)藥的類脂肪、色素、蠟質等先被淋洗出來，然后農(nóng)藥按分子量大小相繼被淋洗出來。常用的淋洗劑有環(huán)己烷/二氯甲烷、甲苯/乙酸乙酯、二氯甲烷/丙酮等。凝膠滲透色譜技術在歐美國家應用非常普遍。
采用多殘留檢測技術和快速篩選檢測技術，結合各種先進的、各具特色的前處理技術檢測食品中農(nóng)藥殘留量已成為當今的發(fā)展趨勢。迄今為止，許多傳統(tǒng)的樣品前處理方法和技術得到了進一步改進，新的處理方法和技術也相繼出現(xiàn)，快速、有效、簡單、綠色的色譜分析樣品處理方法和技術成為色譜工作者的追求。
今天就介紹到這里，如有不當之處請各位指正。
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