小中大基质固相分散法(MSPD)是1989年由美国Louisiana州立大学的Barke【14】教授首次提出的。此法浓缩了传统的样品前处理中的样品匀化、组织细胞裂解、提取、净化等过程,避免了样品的损失。例如,利用MSPD技术测定26种蔬菜和9类水果中120多种农药残留,回收率大于80%,且与蔬菜、水果的品种无关。所以它是一种简单高效实际的提取净化方法,适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化,提高了分析速度、减少了试剂用量、适于自动化分析。
1.2.4 分析检测技术
检测方法应具备简便、快捷、灵活度高的特点,根据检测目的,待测农药性质和样本的种类等,采用符合要求的方法。用于蔬菜中农药检测的常用方法有如下几种:
(1)气相色谱法(GC):使用气相色谱法,多种农药可以一次进样,得到完全的分离和高的定性定量分析,再配置高性能电子捕获,火焰光束或热离子等选择性的检测器,使分析速度更快,结果更可靠。气相色谱具有操作简便、分析速度快、分离效能高、灵敏度高以及应用范围广等特点。目前70%的农药残留量检测是使用气相色谱来进行的。用气相色谱测定的关键的如何选择检测器。理想的检测器应肩具备灵敏度高、稳定性和重复性好,线形范围宽,响应速度快以及结构简单、造价低、操作安全、应用范围广等特点。
(2)高效液相色谱法(HPLC):高效液相色谱法是以液体作为流动相的一种色谱法。它可以分离检测极性强、分子量大的离子型农药,尤其适用于对不易气化或受热易分解的农药的检测。目前,应用于农药残留检测最多的是紫外吸收检测器,其次是荧光检测器。紫外吸收检测器(UVD)的优点是灵敏度高、流量和温度变化小,是梯度淋洗的一种比较理想的检测器,但是只能检测对紫外光有吸收性能的农药。荧光检测器(FD)是一种灵敏度高、选择性强的检测器,比UVD灵敏度高1~2个数量级。但由于大多数农药本身不发射荧光,经衍生化反应又较麻烦,限制了FD的应用。
(3)超临界流体色谱(SFC):超临界流体色谱技术是八十年代的新技术。以超临界流体为流动相,使用各种类型的较长色谱柱,可以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。它可与各种气相、高效液相色谱检测器匹配,可与红外、质谱联用,可通过调节压力、温度、流动相等组成多重梯度,选择最佳色谱条件,综合利用气相色谱和高效液相色谱的优点,克服了各自的缺点,成为一种强有力的分离和检测手段。SFC法目前尚处于开发阶段,被用来从高脂肪样品中对脂肪进行完全分离的手段【15】。
(4)液相色谱-质谱联用技术(LS-MS):这是一种将液相色谱与质谱联接起来并采用内喷射式和粒子式接口的技术。适用于分析对热不稳定、分子量较大、难以用气相色谱分析的化合物。它具有检测灵敏度高、选择性好、定性定量同时进行,结果可靠等优点。LS-MS对简单样品可进行分析前净化并具备多残留分析能力,用于对初级监测呈阳性反应的样品进行在线确证,其优势明显。另外,研究开发毛细管液相色谱与离子捕获检测器的配合大大拓宽液相色谱用于高灵敏度分析的范围。
(5)气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)它是将气相色谱仪和质谱仪串联,成为一个整体使用的扩大技术。它具有气相色谱的高分离性能,又具有质谱准确鉴定化合物结构的特点,可达到同时定性、定量检测的目的。在农药代谢物和降解物的检测,以及多残留检测方面均具有突出的优点。例如眸峻等【17】用此法测定谷物中噻吩甲氯的残留量,平均添加回收率为89.7%-93.2%。又用此法 [18]测定两谷和油籽中丰索磷的残留量,最低检测量为0.01mg/kg,平均添加回收率为86.9%-96.5%。
GC-MS是目前最常用的一种联用技术,在销售的商品质谱仪中占有相当大的一部分。从毛细管气相色谱柱中流出的成分可直接引入质谱仪的离子化室,但填充柱必须经过一个分子分离器降低气压并将载气与样品分子分开。
在分子分离器中从气相色谱来的载气及样品离子经一小孔加速喷射入喷射枪中,具有较大质量的样品分子将在惯性作用下继续直线运动而进入捕捉器中,载气(通常为氦气)由于质量较小扩散速率较快,容易被真空泵抽走,必要时采用多次喷射。经分子分离器后,50%以上的样品被浓缩并进入离子源,而压力则由 1.0×105 降至1.3×10-2 Pa。组分经离子源电离后,位于离子源出口狭缝安装的总离子流检测器检测到离子流信号,经放大记录后成为色谱图。当某组分出现时,总离子流检测器发出触发信号,启动质谱仪开始扫描而获得该组分的质谱图。
用于与GC联用的质谱仪有磁式、双聚焦、四极滤质器式、离子阱式等,其中四滤质器及离子阱式质谱仪由于具有较快的扫描速度(≈10 次/秒),应用较多,而离子阱式由于结构简单,价格较低,近些年发展较快。
GC-MS的应用十分广泛,从环境污染分析、食品香味分析鉴定到医疗诊断、药物代谢研究等,而且GC-MS是国际奥林匹克委员会进行药检的有力工具之一。
图1 色谱-质谱联用技术
此外,使用生物测定法和酶联免疫法测定农药使得样品的预处理变得更加简洁,分析效率更加提高,因此也越来越受到人们的重视。
1. 3 微波辅助萃取技术[19]
微波是一种波长从1 mm~1 m之间(频率范围在300~300,000 MHz)的电磁波,最常用的加热频率是2450 MHZ,已经被广泛应用于化学合成、环境保护等许多方面。微波辅助萃取(Microwave-Assisted Extraction,MAE)是利用微波能来提高萃取效率的一种新技术。在萃取过程中可以将溶剂和样品放在密闭式或者开放式的萃取釜中,均匀地施加微波能进行萃取。在微波能的作用下溶剂对固体样品中目标萃取物的萃取过程被加速,目标萃取物在样品和溶剂之间进行再分配,并最终被萃取到溶剂中。
微波辅助萃取的特点:瞬间产生高温,萃取时间短;加热均匀;加热具有选择性,可通过选择适当的溶剂提高萃取效果;加热过程伴随着生物效应。
微波辅助萃取系统通常都要具备下列条件:采用密闭容器;用少量溶剂进行多种样品的同时萃取;实现温度、时间和萃取条件控制并重现性好;萃取率高;操作安全。
以下简要介绍一下重要的两种微波辅助萃取系统:高压密闭微波辅助萃取系统和开放式微波辅助萃取系统。
(1) 高压密闭微波辅助萃取系统
高压密闭微波辅助萃取系统的微波炉主要由磁控管、波导管、微波腔、波形搅拌器、循环装置和转台等几个部分组成,应具有抗爆、防燃、耐腐蚀等多重安全措施。该系统的萃取过程是在密闭萃取釜中进行的。当施加微波能时,萃取釜中的溶剂和样品吸收微波能而产生高温和高压,使得目标萃取物与样品基体之间的价键发生断裂并迫使溶剂进入样品内部,或目标萃取物中极性组分所形成的蒸汽带到样品的外部,促使溶剂与目标萃取物之间的充分接触,从而达到高效萃取的目的。
(2) 开放式微波辅助萃取系统
开放式微波辅助萃取系统与高压密闭微波辅助萃取系统不同。该系统由微波炉和索氏抽提器两部分组成。由于不需要在高压下进行加热,所以微波炉得结构要比前者简单得多,与家用微波炉非常相似,只是在微波炉的顶部开有可供安装冷凝管的小孔,在炉腔内设有固定索氏抽提器的固定架。它得整个萃取过程是在开放(常压)体系下进行,主要是将微波加热与索氏抽提相结合。萃取用的溶剂必须是极性的(单一的极性溶剂或含有极性溶剂的混合溶剂),以便能够吸收微波能。
2.1 实验仪器及试剂
仪器设备:MK-Ⅲ型压力自控微波炉(上海新科微波技术应用研究所);R201旋转蒸发仪(上海申科机械研究所); HP-6890气相色谱仪带质谱检测器(MSD-5973)配G1701B.02.05工作站(Hewlett-Packard, USA),所用色谱柱为SE-54熔融毛细管柱(30 m×0.2 mm×0. 5 μm,5%聚苯甲氧基硅氧烷 + 95%聚二甲基硅氧烷)。