农药污染控制与农残分析技术进展
摘 要：概述了我国农药使用与管理的现状，分析了农药残留污染的严峻形势，阐述了加强农药残留监控的重要性，介绍了现代农药残留检测的样品前处理新技术以及分析测试技术进展。样品前处理技术正向着省时省力、廉价、减少溶剂、减少对环境的污染、微型化和自动化方向发展。仪器分析法可确保监测数据的精确性和准确性，在农药残留检测技术中占有举足轻重的地位；生物检测技术操作简便、快速，适合于现场检测及大批样品的筛选检测，但灵敏度、重现性、回收率有待提高。农残分析技术正在不断更新、完善，朝着小型化、自动化方向发展。
1 加强农药残留监控的重要性“民以食为天”，随着社会的进步和人民生活水平的提高，食品安全已成为全球关注的热点问题。建立和完善食品安全监测体系是食品安全的基础和关键。农药残留污染是制约食品营养与安全的首要因素之一，如何快速、准确地进行农药残留检测则是重中之重的问题。
1.1农药污染形势 农药是重要的农业生产资料，按用途可分为杀虫剂、除草剂、杀螨剂、杀鼠剂和植物生长调节剂等。我国是农业生产大国，农药年产量仅次于美国，年使用量也居于世界前列，且农药品种结构不合理，杀虫剂占农药总产量的70%。在70%杀虫剂中，有机磷杀虫剂占70%。其中甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、氧化乐果、久效磷杀虫剂等占70%[1]。剧毒、高毒农药的大量使用与滥用对农业生产及生态环境的负面影响日益突出，农药残留超标导致的食品中毒事件时有发生。
1.2选择低毒低残留农药，合理使用农药 国家出台的《农药管理条例》、《农药安全使用规定》等法规规章对农药的生产、经营与使用等方面的管理进行严格限制。2002年7月农业部发出通知，全面推进“无公害食品计划”，力争在5a内基本解决餐桌污染。同时为加快农药产品结构调整，推进甲胺磷等5种高毒农药削减计划的实施，农业部连续发布公告和部长令，对高毒农药实施更为严格的管理。于2002年8月生效的《农药限制使用管理规定》，对农药限制使用制订了详细的管理措施。此外，各地还根据具体实际，出台《农药管理办法》及其他规范性文件，全面禁止销售和使用高剧毒农药。
1.3加强农药残留监测的重要性在今后一段时间，化学防治似是病虫害防治的主要手段。因此，提高农药使用水平，加强农药的环境管理，对进入环境的农药实施有效的监督管理尤为重要。建立健全农药残留监测体系是做好农药残留监控的重要保障。许多城市为推进农药安全使用，加大农产品农药残留检测的力度和范围，设立从生产基地、批发市场到菜市场的3级检测，实施“从土地到餐桌”全程质量控制。全面进行农药残留监测势在必行。
2农残分析测试技术进展常用的农药主要是有机氯、有机磷和氨基甲酸酯三大类。有机氯农药是我国最早大规模使用的农药。1983年开始，我国禁止生产和使用HCB、DDT等有机氯农药，但国外有些国家仍在使用。目前造成果蔬产品质量安全问题的主要是有机磷和氨基甲酸酯类农药。这类农药大多属剧毒药品，虽在环境中易降解、残留期短，但其毒性比有机氯农药大得多。有机磷农药因在农业病虫害防治方面具有高效、安全、经济、方便、应用范围广等特点，是我国现阶段使用量最大的农药。中国环境优先监测有机污染物“黑名单”中列出的10种化学农药，其中有机磷农药就占了7种[2]。因此，有机磷农药残留分析是农残分析的重点。
2.1 样品前处理新技术农药残留分析的样品前处理主要包括提取、净化和浓缩等步骤，是影响分析结果的关键环节。传统的样品前处理技术如索氏提取、液液分配、柱层析等，不仅操作繁琐、费时，提取与净化效率低，易引入误差，且需使用大量有毒溶剂。随着科技的进步，一些新的样品前处理技术，如固相萃取（Solid Phase Extraction, 简称SPE）、固相微萃取（Solid Phase Micro-Extraction,简称SPME ）、微波辅助萃取（Microwave Assisted Extraction，简称MAE）、样品固相分散萃取、自动索氏萃取，在线高效流相色谱(HPLC)萃取、超临界流体萃取（Supercritical Fulid Extraction，简称SFC）等不断被引入农残分析中。样品前处理技术正向着省时省力、廉价、减少溶剂、减少对环境的污染、微型化和自动化方向发展[3]。
2.1.1固相萃取 固相萃取技术是20世纪70年代发展起来的一种样品富集技术，特别适用于水样处理。其原理是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品基体和干扰化合物分离，然后再利用洗脱液洗脱或加热解吸，达到分离和富集目标化合物的目的。根据待测农药性质、样品种类等选择合适的萃取柱和洗脱液及其他优化条件后，可使萃取、富集、净化一步完成。SPE克服了液/液萃取（LLE）技术及一般柱层析的缺点，较LLE可节省时间和溶剂约90%，萃取过程简单快速、节省溶剂、重现性好、回收率高，减少杂质的引入减轻了有机溶剂对实验人员和环境的影响。目前国外已推出商品化的自动固相萃取装置，可与HPLC在线结合实现许多农药残留的全自动分析。
2.1.2固相微萃取 固相微萃取是在固相萃取基础上发展起来的萃取分离技术[4]，1990年由加拿大Waterloo大学Pawliszyn首创[5，6]，1994年即被用于农残检测[7，8]。它是利用涂有吸附剂的熔融石英纤维吸附样品中的有机物质而达到萃取浓缩的目的，集萃取、富集和解吸于一体，具有无溶剂、可直接进样、操作简便快捷、灵敏的特点，克服了固相萃取回收率低、吸附剂孔道易堵塞等缺点。SPME与气相色谱(GC)或GC/MS联用主要用于直接分析均相样品（如水样）中挥发性和半挥发性农药残留，非均相样品如土壤、蔬菜，则须先将其转化为浆状再分析[9]。对于非挥发性或半挥发性物质，SPME/HPLC联用技术更具优势[10，11]。
2.1.3微波辅助萃取 微波辅助萃取技术是对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些极性溶剂，辅之精确的温压控制，达到萃取样品中目标化合物、杂质分离的目的，具有高效、安全、快速、试剂用量小和易于自动控制等优点[12]，是分析土壤中有机污染物的好方法[13]。应用微波辅助萃取技术测定中药中有机磷农药残留[14]以及土壤中有机氯农药残留[15]均有报道。
2.1.4超临界流体萃取 超临界流体本质上是处于临界温度以上的高密度气体。超临界流体萃取就是利用其密度大、粘度低、扩散系数大、兼有气体的渗透性和液体的溶解力的特点，将样品中待测物质溶解并从基体中分离出来。它可同时完成萃取和分离，具有简单快速、分离效率高、选择性好、无需使用有机溶剂、可实现操作自动化等优点。常用的超临界流体是co2中，可用于提取非极性或弱极性农药残留。通常在co2中加入少量极性溶剂如甲醇等，来调节其极性，据此提高对极性农药的萃取效率并最低限度地减少杂质的提取。SFC技术自1986年开始应用于农残分析[15] ，已成功地应用于提取植物样品、动物组织、果实、土壤和水样中的农药残留。国内已有应用此技术测定食品中有机磷[16]、有机氯[17]和氨基甲酸酯[18]农药残留的报道。SFC不仅成为现代农药多残留分析中的热点[19]之一，而且在环境有机污染物分析领域得到广泛的重视和应用[20]。
2.1.5加速溶剂萃取1996年Rethter等[21]介绍了一种适合于固体和半固体样品前处理的新技术——加速溶剂萃取(Accelerated Solvent Extraction，简称ASE)。其基本原理是利用升高温度和压力，增加物质溶解度和溶质扩散效率，提高萃取的效率[22]。与传统萃取方式相比，具有如下的显著特点[23]：快速（仅用12~20min）、溶剂少（15~45mL）、萃取效率高、可实现全自动安全操作。ASE是一种极具吸引力的样品前处理新技术，可同时使用4种溶剂进行提取，已在食品、农业环境、药物、化工等方面得到了广泛应用，并被美国国家环保局批准为EPA3545号标准方法。叶明立等[24]综述了ASE在食品与农残分析方面的应用，但国内有关的应用报道还较少[25]。
2.2测定技术进展 随着对现代生活节奏的加快，贸易往来的快捷，以及人们对环境质量和食品安全的要求日益提高，待测样品量迅速增加，这就要求农残分析方法必须更加快速、灵敏、准确、简便。目前在农药残留分析中使用的测试方法主要有GC、HPLC、GC/MS、HPLC/MS、SFC以及毛细管电泳法（CE）和酶联免疫吸附测定法（ELISA）等。仪器分析法可确保监测数据的精确性和准确性，在农药残留检测技术中占有举足轻重的地位。生物检测技术操作简便、快速，不需昂贵仪器，适合于现场检测及大批样品的筛选检测，易于推广普及，但灵敏度不如仪器分析法，重现性、回收率有待提高。
2.2.1仪器分析法
2.2.1.1色谱法是农残分析的常用方法，GC法是农残分析的经典技术。近年来，由于毛细管柱在分辨能力、灵敏度和分析速度等方面所具有的优势，毛细管柱气相色谱取代了填充柱气相色谱，成为多种类型或同一类型农药多残留分析最得力的工具，广泛应用于挥发性农药残留测定。测定有机氯农药常用ECD检测器，而测定有机磷农药则大多是火焰光度检测器和氮磷检测器。ECD检测器也可用于测定有机磷农药 [26] ，林渭海等[27]采用同一色谱填充柱和ECD检测器分离多种有机氯、有机磷混合农药。当然，并不是1根毛细管色谱柱、1种检测器就可解决所有农药的分离。
2.2.1.2对于挥发性差、极性和热不稳定的农药，不能直接或不适合GC分析。HPLC适合于测定热不稳定和强极性农药及其代谢物，同时一些新的检测器使用提高了检出灵敏度，因此HPLC在农残分析的应用日益广泛,尤其是氨基甲酸酯类农药。
2.2.1.3近年来色质联用技术日臻成熟。质谱法的优点就是可在多种残留物同时存在的情况下对其进行定性定量分析，尤其适合于多残留分析。在一些发达国家，GC/MS、HPLC/MS已成为常规的残留分析监测手段，成为定性及定量分析最得力的工具。
2.2.1.4 SFC是以超临界流体作为色谱流动相的色谱，能通过调节压力、温度、流动相组成多重梯度，选择最佳色谱条件。SFC既综合了GC与HPLC的优点，又弥补了它们的不足，可在较低温度下分析分子量较大、对热不稳定的化合物和极性较强的化合物，可与大部分GC、HPLC的检测器联用，还可与红外（FTIR）、MS联用，极大地拓宽了其应用范围。许多在GC或HPLC上需经衍生化才能分析的农药，都可用SFC直接测定。
2.2.1.5 CE特别适合于那些难以用传统的HPLC分离的离子化样品的分离与分析，具有分离效率高、快速、样品用量少等特点。采用毛细管区带电泳（CZE）或胶束电动色谱（MEKC）进行农药残留分析，对分离与检测均是最好选择[28]。CE/MS可用于谷物和其他基质中带电荷基团的农药及其代谢物的残留检测。开发研究灵敏度更高的检测系统将使毛细管区带电泳的优势得以充分发挥。
2.2.2生物检测技术生物技术在农残检测中的应用不断在增加，包括免疫测定法、生物测定法和生物传感器技术等。免疫分析（IA）被列为20世纪90年代优先研究、开发和利用的农残分析技术。美国化学会将免疫分析与气相色谱、液相色谱共同列为农残分析的支柱技术。近年来，免疫分析法尤其是酶免疫分析（EIA）的研究十分活跃。EIA的原理是基于有机磷、氨基甲酸酯杀虫剂能抑制酶（如胆碱酯酶、植物酶）的活性。IA开发过程需投入较多资金和较长时间，一旦开发成功则具有灵敏度高、特异性强、方便快捷、成本低、安全可靠等优点。国内一些农药速测卡是根据有机磷农药能强烈抑制胆碱酶的活性而研制开发的，适合于大批样品的速测。此外，国外一些公司推出了多种酶标试剂盒应用于常规分析及田间检测的快速筛选，作为仪器分析的辅助方法发挥了一定作用。
3 结语 目前农药残留分析的成分大多是化学合成的化学品，而生物农药逐步取代化学农药将是未来发展的趋势。今后农残分析对象的分子量将会大很多，将分析对象与原动植物组织中的蛋白质、多肽、核酸、细菌或病毒等分离也将会更加困难。新的农残分析技术必须与细胞化学、发酵化学、免疫化学和多肽排列结构等多方面学科知识相结合。农残分析技术综合性很强、涉及面广。随着科学技术的不断发展，农残分析技术也正在不断更新、完善，朝着小型化、自动化方向发展，也将更好地保障人类健康。
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