中药农药残留分析中的固相萃取技术及其研究进展.docx

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中药农药残留分析中的固相萃取技术及其研究进展

中药农药残留分析中的固相萃取技术及其研究进展

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【关键词】固相萃取;固相微萃取;农药残留;中药

　　食品、药品安全问题越来越引起人们的重视，其中最重要的是农药残留量的问题。

代表着中国文化传统的中医中药要实现现代化和国际化，不但要保证中药使用的安全性，而且要在质量标准体系上体现这种安全性的体制保证;另一方面，随着中药出口高速增长的趋势，对中药农药残留量限量提出了更高的要求。

中药农药残留量问题是也中药在国际市场上不敌日本的汉方和韩国的韩方的重要原因之一。

我国中草药农药残留限量标准与日本、韩国、欧盟和美国等标准相比[1]，存在以下问题：

①指标覆盖农药品种过少，未成体系。

如《中国药典》2005年版对农药残留只规定了六六六等三个农药品种的限量，而第五版《欧洲药典》对农药残留限量有34个品种之多。

②缺少以风险性评估为基础，制订中药农药残留限量标准的科学依据。

③标准制定相对滞后，且缺少对相关农药残留数据的系统检测和监控。

④中药农药残留的检测方法落后，未能关注国际发展趋势。

要解决以上问题，必须加强中药中农药残留限量的标准研究工作，逐步建立科学完备与国际接轨的标准体系。

其中，重点的工作有，完善农药残留限量控制的农药品种数量、农药残留限量标准值要与国际接轨、加强中药材GAP基地建设、加强中药农药残留限量检测技术的研究[2]。

　　中药农药残留量分析过程有以下特点，一是农药残留含量低。

在进行检测前，要经过农药残留的提取，分离和富集等前处理过程。

二是中药材的质地差异大。

有的是植物的根、茎，质地较硬;有的是花、叶，质地较脆;有的含糖分较多，质地较粘稠等等。

对不同的质地的样品要采取不同的前处理方法。

中药农残分析的前处理过程是进行农残分析检测的前提，是决定农残检测成败的关键环节。

把现代分析化学中的提取分离技术应用于中药农残分析也是中药农残分析的重要课题之一。

　　根据待测农药的性质、待测样品的种类和实验条件选择合适的提取方法[3]。

传统的提取方法有浸渍漂洗法、匀浆捣碎法、索氏提取法、振荡法、超声波提取法、微波辅助提取法、消化法等。

常见的净化方法有液-液分配法、吸附术色谱法、固相萃取法、凝胶渗透色谱法、磺化法、凝结剂沉淀法、薄层色谱法、冷冻法、氢氧化钾净化法等。

农药残留分析前处理的新技术有，固相微萃取技术（solid-phasemicroextraction,SPME）,超临界流体萃取技术（supercriticalfluidextraction,SFE），加速溶剂萃取技术（acceleratedsolventextraction,ASE），免疫亲和色谱技术（immunoaffinitychromatography,IAC），基质固相分散萃取技术（matrixsolid-phasedispersionextraction,MSPDE），分子印迹技术（molecularlyimprintedpolymers,MITs）等。

本文就固相萃取技术在中药农药残留分析的应用以及固相萃取技术的最新研究情况给予阐述。

　　1固相萃取技术（solid-phaseextraction,SPE）

　　固相萃取的基本原理是利用选择性固相吸附剂将样品中的目标化合物吸附，与样品的基质和干扰化合物进行分离，再用选择性洗脱液洗脱或者加热进行解吸附，以达到分离和富集目标化合物的目的。

根据其分离机制的不同，可分为吸附分离和离子交换分离，其作用力主要为氢键、偶极作用、疏水性相互作用和静电吸引力等。

根据固相吸附剂的性质不同，其分离模式可分为正相固相萃取和反相固相萃取。

正相固相萃取的吸附剂为极性，且极性大于洗脱剂的极性，用来萃取极性物质，一般用含有氰基（-CN）、三氧化铝、键合硅胶、氨基（-NH2）、硅酸镁等的吸附剂。

反相固相萃取的吸附剂为非极性的，且极性小于洗脱剂的极怀，用来萃取非极性物质，一般用C18、C8等吸附剂，离子交换分离的固相为带电荷的离子交换树脂，用来吸附带有相反电荷的离子化合物。

在进行分离处理时，需要根据被分析物的极性、溶解度、Pka等理化性质，选择合适的固定相。

　　固相萃取技术是一种基于液相色谱分离机理的样品前处理技术，具有溶剂使用量少、操作简便快速，选择性高、重现性好、易于实现自动化操作等优势，已广泛应用于食品农药残留分析工作中[4]。

对于中药农药残留分析的前处理，固相萃取技术的应用研究也取得了一些进展。

　　万益群等[5]采用弗罗里硅土和中性氧化铝作吸附剂的固相萃取分离技术测定了白术中21种有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量，得到两个水平的加样回收率分别为81.2%～108.6%和89.8%～124.2%。

还通过不同配比实验最后确定分别用10ml体积比为9∶1，1∶1，1∶9的二氯甲烷-丙酮的混合溶剂洗脱，速灭威等弱极性的农药首先淋洗下来,然后大部分中等极性农药淋洗下来,最后乐果等极性较强的农药完全淋洗下来。

阎正等[6]采用Florisil固相萃取小柱快速净化提取物的固相萃取毛细管气相色谱法测定丹参等9种中草药中13种有机氯农药的残留量，加样回收率为87.3%～102.3%（RSD为1.3%～6.8%）。

并对影响固相萃取有因素、固定相的种类和用量、洗脱剂的组成和用量以及流速等方面进行了研究。

杨雪梅等[7]采用氟罗里硅土、中性氧化铝和活性碳制备混合吸附剂固相萃取法处理测定药材中9种有机磷农药残留量，加样回收率在64.5%～97.6%之间，能够满足农药残留量测定方法的要求。

陈慧琴等[8]用C18吸附剂的固相萃取法测定土茯苓中4种有机磷农药残留量，加样回收率79.0%～109%（RSD6.7%～8.9%）,适合于土茯苓中多种有机磷农药残留的同时测定。

FangCHEN等[9]采用双柱固相萃取进行处理以GC-ECD同时测定了蜂胶中17种有机氯农药残留量，加样回收率62.6%～109.6%（RSD0.8%～9.4%）。

　　2固相微萃取技术（solid-phasemicroextraction,SPME）

　　随着检测技术不断更新和发展，样品前处理越来越成为分析过程中的瓶颈，特别是以痕迹分析为目的的分析过程。

一方面，对于低含量成分检测的要求，既要消除复杂基质的干扰，又要富集到足够的浓度以便于检测器的检测。

另一方面，要满足环境保护的要求，在处理过程中要尽可能用到少量的有机溶剂。

有鉴于此，一系列新的样品前处理技术应运而生。

使得样品前处理过程向着省时、省力、价廉，减少溶剂用量和对环境污染、以及微型化和自动化方向发展，提高了样品处理和分析检测的工作效率。

其中，固相微萃取技术（SPME）也是重要的新技术之一，并在实践中不断得到完善;在中药农残分析中也得到广泛的应用。

　　固相微萃取技术（SPME）是在固相萃取的基础上发展起来的新方法，最早由Waterloo大学的Pawliszyn等[10]于1990年提出来的。

它是指在进样器的针头部分（纤维质萃取头）涂一层固定液或键合一层固定相，直接将其插入液体样品或样品的顶空，萃取，浓缩有机化合物后，将进样器直接插入气相等进样口加热，使被测物进入分析器进行测定。

其萃取的待测物可与气相色谱、液相色谱等分析分离技术联用，与气相色谱联用适用于挥发性和半挥发性的有机物质，与液相色谱联用适用于弱挥发性且具热稳定性但用于气相色谱不易掌控的有机物。

　　固相微萃取（SPME）是基于被分析成分在涂壁纤维质和样品之间的分配原理进行分离的。

涂壁纤维由小的熔融硅棒表面涂一薄层吸附物质构成。

当这种涂壁纤维质暴露在顶空样本溶液上面的气相中或直接浸在样本溶液中时，根据热动学第二定律，系统各成分化学势能必须相等成为驱动力，使传质过程成为可能。

传质过程直到被分离物质在纤维质和样品组成的系统各部分相应的摩尔自由能相同时才完成。

当涂壁纤维在样本中平衡一段时间后，再插入色谱进样口释放被测物质。

在气相色谱中通过调节温度来解吸附，而在液相色谱中解吸附通过注入洗脱溶剂来完成。

然后，被测成分进入检测器进行检测。

虽然SPME均可与气相色谱和液相色谱联用，但与液相色谱联用不如与气相色谱联用广泛，主要原因是用于液相吸附剂和接口的选择余地小，液相的平衡时间较长，自动化程度不够等。

　　与其它传统的萃取技术相比，SPME是一种快捷、简便、无溶剂萃取技术，它集采集、浓缩于一体，并具有操作时间短、样品用量少、重复性好、精密度高、检出限低等优点，与被分析组分在不同的分离、检测系统中有较好的相容性，能够提供被分析组分良好的浓度线性范围。

因为其尺寸小，可以设计成便携式设备用于现场检测。

它可以测出被测组分极低的浓度，避免像其它传统萃取技术的提取、浓缩和纯化过程中被测组分的损失。

它的主要缺点在于固定相可选择的余地较窄，主要限于极性固定相。

此外，固定相的可允许操作温度低（240～280℃），在有机溶剂存在条件下不稳定或膨胀，易碎，注射器针易弯曲，成本高等。

低的萃取效率也是其缺点，特别是对于易挥发、极性和热不稳定性的被分析组分。

　　固相微萃取技术（SPME）在食品农残分析中有较多的研究，在中药农残分析中研究还较少，但其方法是可以通用的。

Lambropoulou等[11]采用100μm聚二甲基硅氧烷萃取头，顶空一固相微萃取（HS-SPME）方式，GC-MS方法测定了草莓和樱桃中的乙硫磷、对硫磷、倍硫磷等7种有机磷农药残留量。

Sakamoto等[12]发展了一种采用85μm聚丙烯酸醋萃取头、顶空-固相微萃取测定水中的158种农药残留量的GC-Ms方法，探讨了不同种类萃取头、盐的浓度、pH值和萃取温度等参数的影响。

Gonzalez-Rodriguez等[13]采用固相微萃取和低压气相色谱一质谱联用技术对不同种类牛奶中的40多类农药残留和其代谢产物进行净化和测定，回收率为80%～110%。

胡媛等[14]采用溶胶-凝胶包埋技术制备了耐高温固相微萃取头（SPME）,用该萃取头与气相色谱-热离子化检测器联用对红葡萄酒中的12种有机磷农药残留进行了测定，实验还对搅拌速度、萃取时间、盐浓度等条件进行了优化。

朱捷等[15]以顶空固相微萃取作为前处理手段,采用气相色谱-质谱联用方法测定牛奶样品中31种农药组分（其中有机氯农药23种,拟除虫菊酯类农药8种）,加样回收率在85%～110%之间,（RSD3%～12%）,适用于批量牛奶样品中农药残留的筛查。

　　3固相微萃取技术（solid-phasemicroextraction,SPME）最新研究进展

　　固相微萃取技术（SPME）新的研究重点主要在以下几个方面[16]。

研究具有更高萃取效率、更好的选择性和稳定性的新的涂载体;开发可能改善萃取过程的新设备;研究SPME相关的方法;研究新的校正方法;研究SPME应用领域的拓展。

　　3.1新的涂载体（newcoatings）固相微萃取（SPME）新的涂载体主要关注其自身的生产过程和纤维的诸如极性、表面活性、多孔性、薄膜厚度和机械稳定性等特性。

研究了几种纤维涂载体的制作过程，如溶胶-凝胶技术、电位法和循环伏安法等电化学过程、物理沉淀过程;直接用某些材料用作专门的用途如阳极氧化铝用于分析脂肪簇醇类和芳香烃的分析。

　　SPME最近的研究重点不在技术本身，而在研究新的SPME固定相上，如溶胶-凝胶技术（sol-geltechnology）、聚吡咯聚合体（polypyrrolepolyers,PPY）、分子印迹聚合体（molecularlyimprintedpolymers,MIPs）、免疫亲和涂载体（immunoaffinity-basedcoatings）。

　　3.2新的装置为了克服纤维涂载体的脆性，低吸附容量和易流失等缺点，开发了针内（in-needle）或管内（in-tube）萃取技术。

这种萃取固定相固定在管内或针管内而不是涂载在固相微萃取的纤维质表面。

其优点是克服了固相微萃取纤维质的机械稳定性问题;同时也实现了与液相色谱联用的自动化，有利于缩短分析时间和改善精密度和精确度。

　　这种技术可以是管内或针内内壁进行涂载的方式，也可以是管内或针内填充的方式固定固定相;可以是静态模式，也可以是动态模式。

　　冷纤维顶空固相微萃取（cold-dibreHS-SPME）技术用加热的方式进行解吸附需要提供能量,而温度升高又可能降低被分离组分的分配系数。

为了加速传质过程同时提高被分离组分阶段分配系数,这种技术装置可以同时加热样品基质和冷却涂载纤维。

　　3.3衍生化（derivatization）固相微萃取技术中的衍生化是用于改善被分离成分的极性或热不稳定性以提高他们的重复性。

衍生化能使被分离组分更易被萃取、提高热稳定性、使更多的挥发性成分改善色谱行为。

还能降低检测限3个或3个以上数量级，也能改善分析方法的分离度、选择性和灵敏度。

　　衍生化法的过程如可使有机酸酯化，则可以减小它们的极性，可使胺、可卡因、安非他明衍生成极性更小、挥发性更大的化合物，可使酚转变成其醋酸盐以改善其色谱行为。

这种衍生化的过程可以在样品前处理同时进行，也可以在纤维质表面进行，还可以在进入检测器时进行。

　　3.4自动化（automation）和高通量进样（high-throughout）新一代的“TriPlus”自动进样器能够实现提取、分离和纯化一步到位。

一种专门的惰性的、有良好韧性的镍钛合金制成的针管、纤维核心和活塞部件的组装体可以很好地满足高通量和自动化的要求。

　　3.5多变量的优化设计。

　　4结束语

　　中药农药残留分析还刚刚迈入起步阶段。

作为一个新的课题，与其它刚兴起的课题不同的是，中药农药残留分析可以从已经研究得相对比较成熟的食物农残分析中获取很多分析手段和方法中提供借鉴，同时借助于现代分析化学的新技术和手段，中药农药残留分析技术可以得到迅速发展。

作为一种分析分离手段，固相（微）萃取技术能够为中药农残分析提供快捷方便的操作程序;随着固相（微）萃取技术的不断改进，它将为中药农残分析提供自动化、智能化的、高通量的操作手段，使样品的前处理过程变得更加简便快捷。

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