擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥殘留檢測(cè)分析方法研究進(jìn)展

許志剛，楊玉明，劉志華，司曉喜，劉宏程

(1.昆明理工大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650500； 2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，云南 昆明 650223)

0 引 言

擬除蟲(chóng)菊酯化合物是一類通過(guò)模擬天然除蟲(chóng)菊酯結(jié)構(gòu)并采用化學(xué)方法人工合成的有機(jī)殺蟲(chóng)劑[1].因其具有廣譜殺蟲(chóng)、高效、低毒、可生物降解等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害撲殺、城市景觀維護(hù)和家庭害蟲(chóng)防治中[2].目前，擬除蟲(chóng)菊酯類殺蟲(chóng)劑已經(jīng)發(fā)展成為繼有機(jī)磷和氨基甲酸酯化合物殺蟲(chóng)劑的全球應(yīng)用最廣的第三大新型殺蟲(chóng)劑，且規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)[3].然而研究發(fā)現(xiàn)，擬除蟲(chóng)菊酯類化合物具有疏水性和光穩(wěn)定性，能長(zhǎng)期穩(wěn)定殘留在農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境基質(zhì)中，繼而通過(guò)生物鏈進(jìn)入生物體內(nèi)，且會(huì)在體內(nèi)長(zhǎng)期積累，難以將其除去，長(zhǎng)期處于低劑量的擬除蟲(chóng)菊酯類化合物會(huì)使得暴露的人體出現(xiàn)慢性病癥狀，并對(duì)免疫、神經(jīng)、遺傳系統(tǒng)等造成傷害，嚴(yán)重的會(huì)造成死亡[4-5].歐盟工作組將擬除蟲(chóng)菊酯類化合物列入干擾內(nèi)分泌的污染化學(xué)物質(zhì)清單中[6].美國(guó)環(huán)保署亦將氯氰菊酯、聯(lián)苯菊酯等擬除蟲(chóng)菊酯類化合物確定為人類致癌物[7].2011年，中國(guó)亦將擬除蟲(chóng)菊酯類化合物殺蟲(chóng)劑的使用進(jìn)行規(guī)范，建立衛(wèi)生殺蟲(chóng)劑安全使用準(zhǔn)則，嚴(yán)格管控該類殺蟲(chóng)劑的使用[8].常見(jiàn)的代表性擬除蟲(chóng)菊酯類化合物結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 幾種常見(jiàn)的擬除蟲(chóng)菊酯類化合物結(jié)構(gòu)式

由于擬除蟲(chóng)菊酯類化合物使用的廣泛性，實(shí)際樣品中具有殘留濃度低、基質(zhì)干擾嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)相似物多等特點(diǎn)，這也給實(shí)際樣品中痕量菊酯類化合物的殘留檢測(cè)帶來(lái)一定的困難.本文全面介紹了擬除蟲(chóng)菊酯類化合物的各種樣品前處理技術(shù)，包括固相萃取法、分散固相萃取法、磁性固相萃取法、分子印跡法、攪拌棒萃取法、超臨界流體萃取法等，綜合報(bào)道了擬除蟲(chóng)菊酯類化合物的檢測(cè)方法，這也為相關(guān)人員從事食品安全檢測(cè)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和污染管理提供技術(shù)支持.

1 擬除蟲(chóng)菊酯類化合物樣品前處理技術(shù)

1.1 固相萃取

固相萃取(Solid phase extraction, SPE)是萃取和預(yù)富集痕量有機(jī)污染物的簡(jiǎn)易樣品制備技術(shù)之一，該技術(shù)不需要大量的有機(jī)溶劑，分析時(shí)間短，可以離線使用也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程序控制并與分析儀器聯(lián)用，具有極高的通用性.Sharif等[9]報(bào)道了一種基于丙酮/正己烷混合溶劑萃取，然后進(jìn)行SPE凈化的方法，用于測(cè)定葡萄、橙、番茄、胡蘿卜和綠芥末中的三種擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥，檢出限為0.015 mg/kg.Han等[10]制備了多孔石墨烯氣凝膠，并將其用作注射器內(nèi)SPE的吸附劑，擬除蟲(chóng)菊酯在吸附劑上可穩(wěn)定至少72 h，并且不受樣品pH值的影響，檢出限為0.012～0.11 ng/mL.Yang等人[11]直接在固相萃取柱中合成石墨烯氣凝膠整體材料，如圖2所示，從環(huán)境水樣品中分離和預(yù)富集痕量五種擬除蟲(chóng)菊酯，檢測(cè)限在0.83～9.31 ng/L.

圖2 石墨烯氣凝膠整體材料固相萃取環(huán)境水中擬除蟲(chóng)菊酯

1.2 分散固相萃取

分散固相萃取是一種基于固相萃取的小型化固相萃取替代方法，吸附劑在樣品溶液中分散，通過(guò)增加分析物和吸附劑之間的接觸面，使得兩者相互作用加劇，從而提高萃取效率并縮短萃取時(shí)間.分散固相萃取具有快速、簡(jiǎn)便、便宜和安全等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)藥的樣品前處理中.Yang等[12]首次開(kāi)發(fā)了泡騰片輔助的β-環(huán)糊精/凹凸棒復(fù)合物的注射器內(nèi)分散固相萃取(如圖3所示)，用于環(huán)境樣品中五種擬除蟲(chóng)菊酯的測(cè)定，檢出限為0.15～1.03 μg/L.β-環(huán)糊精/凹凸棒復(fù)合泡騰片分散固相萃取與C18和HLB固定相相比，所制備的吸附劑對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯的分析具有更高的萃取效率.表1列出了最近5年來(lái)分散固相萃取在擬除蟲(chóng)菊酯類化合物樣品前處理中的應(yīng)用.

圖3 β-環(huán)糊精/凹凸棒復(fù)合泡騰片分散固相萃取環(huán)境水中擬除蟲(chóng)菊酯

表1 擬除蟲(chóng)菊酯類化合物樣品的分散固相萃取方法

1.3 磁性固相萃取

磁性固相萃取是一種新興的樣品預(yù)處理技術(shù)，是在SPE的基礎(chǔ)上，引入了一個(gè)外部磁場(chǎng)，使得包含分析物的磁性吸附劑與基體分離，無(wú)需進(jìn)行過(guò)濾和離心分離，而且磁性吸附劑可以回收和再利用.磁性固相萃取具有環(huán)境友好、分離快速、吸附效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生和化工等領(lǐng)域.Bagheri等[20]合成了一種用離子液體改性的新型磁性吸附劑，應(yīng)用超臨界CO2從水果樣品中提取三種擬除蟲(chóng)菊酯，通過(guò)HPLC-UV中進(jìn)行超痕量分析，檢出限達(dá)到0.1 mg/kg.Yang等[21]以雙金屬有機(jī)骨架為前驅(qū)體，然后在氮?dú)夥諊蚂褵铣闪巳S磁性空心多孔樹(shù)莓狀分層Co/Ni@碳微球，三維Co/Ni@碳微球是一種新型的磁性固相萃取劑(如圖4所示)，對(duì)水和黃瓜樣品中的醚菊酯和聯(lián)苯菊酯具有出色的萃取能力和分離效率，檢出限低至0.003 8～0.006 7 ng/mL.

圖4 基于Co/Ni@碳微球的磁性固相萃取法萃取水中擬除蟲(chóng)菊酯

1.4 分子印跡法

分子印跡聚合物穩(wěn)定、耐溶劑、能抵抗復(fù)雜基體的干擾，其特異性識(shí)別位點(diǎn)能夠選擇性分離和富集復(fù)雜基質(zhì)中痕量目標(biāo)分子[22].Zhao等[23]使用核-殼結(jié)構(gòu)Fe3O4-NH2@GO作為支撐材料來(lái)提供磁性，并在材料表面制備分子印跡聚合物(如圖5所示)，用于提取果汁中的5種擬除蟲(chóng)菊酯，檢出限達(dá)到0.007～0.015 μg/L，回收率達(dá)到72.1%～106.8%.Cai等[24]合成了擬除蟲(chóng)菊酯分子印跡微球，將微球涂覆在常規(guī)微孔板的孔中，通過(guò)多重?zé)晒夥捎糜谕瑫r(shí)測(cè)定60種羊肉和牛肉樣品中的10種擬除蟲(chóng)菊酯，檢出限為5.2～7 ng/mL.Ji等[25]合成了新的分子印跡共價(jià)有機(jī)骨架，其顯示出對(duì)氰基擬除蟲(chóng)菊酯的特異性吸附，通過(guò)對(duì)不同植物樣品中的氰基擬除蟲(chóng)菊酯進(jìn)行定量分析，檢出限在0.011～0.018 ng/g.

圖5 基于Fe3O4-NH2@GO分子印跡聚合物的萃取果汁中的5種擬除蟲(chóng)菊酯

1.5 其它樣品處理方法

液相微萃取(Liquid phase microextraction, LPME)是利用使用少量的樣品和溶劑，在水相和萃取劑之間產(chǎn)生非常高的接觸面積，達(dá)到高的富集倍數(shù)和富集效果，其具有操作簡(jiǎn)單、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì).也有基于LPME技術(shù)用于擬除蟲(chóng)菊酯的分析報(bào)道.Mao等[26]通過(guò)三相混合萃取的分散液-液微萃取來(lái)從蔬菜樣品中提取擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，檢出限為0.9～4.7 μg/kg.Wang等[27]將微波輔助萃取和超聲輔助分散液-液微萃取相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種測(cè)定荔枝果實(shí)中擬除蟲(chóng)菊酯殘留的新方法，檢出限為1.15～2.46 μg/L.

攪拌棒吸附萃取法相比于固相微萃取，具有固定相體積大、萃取效率高的優(yōu)勢(shì).攪拌棒吸附效果主要取決于涂層材料，目前已有商品化的攪拌棒[28].Li等[29]報(bào)道了新型的攪拌棒吸附萃取-熱脫附-氣相色譜法，快速分離茶葉中的12種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥殘留.該方法抗基質(zhì)干擾強(qiáng)，可同時(shí)鑒定和定量測(cè)定12種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，回收率為92.89%～105.01%.Madej等[30]將磁改性石墨烯作為吸附劑與攪拌棒吸附分散微萃取結(jié)合使用，用于分離水樣品中存在的擬除蟲(chóng)菊酯，檢出限為14 ng/mL.

也有使用超臨界溶劑二氧化碳從基質(zhì)中分離擬除蟲(chóng)菊酯，該溶劑無(wú)毒且易于從提取的產(chǎn)物中消除[31].Rissato等[32]研究了超臨界流體萃取法從土壤樣品中萃取擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥，檢出限低于0.01 mg/kg.Rissato等[33]建立了超臨界流體萃取法聯(lián)用毛細(xì)管氣相色譜的分析方法，可同時(shí)測(cè)定蜂蜜樣品中多種擬除蟲(chóng)菊酯的殘留，檢出限小于0.01 mg/kg.

2 擬除蟲(chóng)菊酯類化合物檢測(cè)方法

2.1 高效液相色譜分析法

高效液相色譜(HPLC)是分離、定量和鑒定許多化合物的最有用的分析技術(shù)之一.通過(guò)加壓使液體和樣品混合物通過(guò)合適的色譜柱，可以有效地分離樣品組分.高效液相色譜具有快速、自動(dòng)化、高靈敏度和高分離度等優(yōu)點(diǎn).擬除蟲(chóng)菊酯類化合物異構(gòu)體眾多，通過(guò)合適的色譜柱串聯(lián)使用，可有效提高色譜分離效果[34].Suthasinee等[35]采用分散液-液微萃取分離多種果汁中的6種擬除蟲(chóng)菊酯，采用HPLC紫外檢測(cè)，檢出限為2～5 μg/L.趙文霏等[36]通過(guò)離子液體分散液-液微萃取提取食用菌中3種擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的殘留，采用HPLC測(cè)定擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥的殘留量，檢出限為1.0～1.4 μg/kg.

2.2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法是分離檢測(cè)擬除蟲(chóng)菊酯類化合物靈敏度最高的分析方法，與液相色譜法相比，可使檢測(cè)下限降低1至2個(gè)數(shù)量級(jí).其可以通過(guò)質(zhì)譜的特征離子質(zhì)量色譜圖，便于區(qū)分多種結(jié)構(gòu)類似物的擬除蟲(chóng)菊酯化合物，并通過(guò)質(zhì)譜給出每一個(gè)組分的結(jié)構(gòu)信息和分子量.焦慧澤等[37]通過(guò)加速溶劑萃取法分離和富集茶葉中擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥，采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法檢測(cè)10種擬除蟲(chóng)菊酯，檢出限為0.5～5.0 μg/kg，回收率為68.7%～103.8%.表2列出了液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法在擬除蟲(chóng)菊酯類化合物檢測(cè)中的應(yīng)用.

表2 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法在擬除蟲(chóng)菊酯類化合物檢測(cè)中的應(yīng)用

2.3 氣相色譜分析法

氣相色譜分析法是一種最常見(jiàn)的儀器檢測(cè)分析方法，主要用于分析檢測(cè)非極性、低沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定的化合物，擬除蟲(chóng)菊酯類化合物是一類低沸點(diǎn)的化合物，氣相色譜也可以實(shí)現(xiàn)高效檢測(cè).Li等[45]采用一步微波輔助頂空固相微萃取法萃取和富集水性樣品中10種擬除蟲(chóng)菊酯，采用氣相色譜電子捕獲檢測(cè)器檢測(cè)，檢出限為0.2～2.6 ng/L.Yan等[46]建立了一種氣相色譜方法，能同時(shí)測(cè)定室內(nèi)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)品中的九種擬除蟲(chóng)菊酯，應(yīng)用于蚊香和兩種氣霧劑產(chǎn)品中擬除蟲(chóng)菊酯的測(cè)定，檢出限為0.04～0.11 mg/L.Zhang等[47]采用固相萃取凈化蜂花粉中7種擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥殘留量，用氣相色譜-微電子捕獲檢測(cè)法檢測(cè)，檢出限為1.1～19.7 μg/kg.

2.4 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析法是在氣相色譜儀后連接質(zhì)譜檢測(cè)器，可以通過(guò)選擇離子掃描方便區(qū)分?jǐn)M除蟲(chóng)菊酯的結(jié)構(gòu)相似物，便于定性和定量分析，相比于氣相色譜，GC-MS具有更高的靈敏度.Yoshida等[48]使用吸附劑(石英纖維濾盤(pán)和Empore C18盤(pán))的組合收集室內(nèi)空氣的擬除蟲(chóng)菊酯，采用GC-MS同時(shí)測(cè)定室內(nèi)空氣中18種擬除蟲(chóng)菊酯，檢測(cè)限為1 ng/m3.Rosch等[49]通過(guò)液-液萃取法萃取地表水樣品的擬除蟲(chóng)菊酯和其異構(gòu)體，通過(guò)氣相色譜與串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用，結(jié)合大氣壓化學(xué)電離進(jìn)行化學(xué)分析，定量限為12.5～125 pg/L.Goal等[50]通過(guò)質(zhì)譜EI模式下，選擇GC-MS/MS的基礎(chǔ)離子進(jìn)行單離子監(jiān)測(cè)和使用前體離子分析水中的擬除蟲(chóng)菊酯，定量下限小于0.1 mg/L.

2.5 免疫分析法

免疫分析法是一種基于抗原-抗體相互作用，通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)分析物濃度的裝置.目前有基于免疫測(cè)定法的有酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定、免疫色譜測(cè)定、熒光偏振免疫測(cè)定、競(jìng)爭(zhēng)比色免疫測(cè)定和電化學(xué)免疫測(cè)定.Zhao等[51]開(kāi)發(fā)了一種免疫分析方法，克服了需要蛋白質(zhì)抗原免疫動(dòng)物抗體的局限性，根據(jù)域抗體庫(kù)檢測(cè)大白菜樣品中氯氰菊酯，β-氯氰菊酯和氰戊菊酯，回收率為84.4%～112.3%.Taherin等[52]開(kāi)發(fā)了一種使用新型廣譜特異性單克隆抗體的間接競(jìng)爭(zhēng)化學(xué)發(fā)光酶免疫測(cè)定法，用于測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品中α-氰基擬除蟲(chóng)菊酯，在最佳條件下，該測(cè)定法對(duì)甲氰菊酯、溴氰菊酯和λ-氯氟氰菊酯具有很高的敏感性，檢測(cè)范圍為0.16～100 ng/mL.

2.6 其它分析法

Kaushik等[53]制備了基于氧化鐵-殼聚糖混合納米生物復(fù)合物的核酸傳感器，檢測(cè)氯氰菊酯和氯菊酯，可在40 s內(nèi)完成檢測(cè)，檢出限為0.002 5 mg/L.Wang等[54]制備了具有空心納米結(jié)構(gòu)的分子印跡熒光納米顆粒傳感器，能在8 min內(nèi)檢測(cè)出實(shí)際環(huán)境水中的λ-氯氟氰菊酯，檢出限低至10.26 nmol/L.

3 總結(jié)與展望

擬除蟲(chóng)菊酯類化合物廣泛存在于食品和環(huán)境基質(zhì)中，長(zhǎng)期暴露在低劑量的擬除蟲(chóng)菊酯下，擬除蟲(chóng)菊酯會(huì)直接或間接進(jìn)入人體體內(nèi)，嚴(yán)重威脅人類健康，因此對(duì)食品和環(huán)境基質(zhì)中的擬除蟲(chóng)菊酯建立新型的樣品前處理技術(shù)和檢測(cè)方法來(lái)監(jiān)控和評(píng)測(cè)具有重要意義.就目前的研究情況來(lái)看，擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥殘留檢測(cè)的分析方法有如下的發(fā)展趨勢(shì).

1) 擬除蟲(chóng)菊酯類化合物樣品前處理技術(shù)的革新：?jiǎn)我坏奈絼┫蛳冗M(jìn)的多元吸附劑方向發(fā)展，多種樣品前處理技術(shù)交叉混合應(yīng)用以及串聯(lián)組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品的高效富集，從而提高樣品前處理的通量、選擇性和靈敏度.

2) 高效的分離分析方法的開(kāi)發(fā)：采用色譜柱串并聯(lián)、多維液相(氣相)組合，可進(jìn)一步提高分析物與基質(zhì)的分離，結(jié)合多維質(zhì)譜能提供更高的準(zhǔn)確性，消除基質(zhì)干擾、實(shí)現(xiàn)多種擬除蟲(chóng)菊酯及對(duì)映異構(gòu)體的檢測(cè).

3) 擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥殘留快檢方法的開(kāi)發(fā)：由于食品安全和市場(chǎng)的需要，一些簡(jiǎn)便、極速的篩查方法和技術(shù)亟待開(kāi)發(fā)，如比色卡鑒定、試紙條定性、化學(xué)發(fā)光分析法等，可用于大量樣品的快速分析.