[水质]水样中农药残留的液相色谱检测 [复制链接]

综述了近十五年来液相色谱分析方法在环境水中农药残留分析中的应用，对各种常用的在线和离线样品预浓缩技术、检测器以及液相色谱与质谱等仪器的联用进行了讨论，并对液相色谱在农药残留分析中的应用前景进行了评价.

水是生命存在的基础，是宝贵的自然资源，也是经济发展的必要条件。然而随着科学的进步、农业的不断发展，水污染成了当今世界上普遍而又非常严重的问题。由于农药大面积、持续地在农业上使用，许多农药已经渗透到地表水、地下水中，对饮用水质量和海洋生物都带来潜在威胁 ［1］ 。环境水中各种有机农药残留将对人类及其生存产生的影响目前已经引起了全世界范围的广泛关注，因此检测地表水、地下水、雨水及饮用水中是否有农药及其降解产物超标已是势在必行。

　欧盟的饮用水法则（EC/98/83）要求，饮用水中单个及总的农药残留分别不得超过0.1μg?L -1 和0.5μg?L -1 ，而且所采用分析方法的准确度、精密度和检测限（LOD）应符合EC/98/83导则要求 ［2］ ，即准确度（以回收率表示）为75％～125％，重复性试验的精密度（RSDr）<12.5％，再现性试验的精密度（RSD  R ）<25％，检测限（LOD）≤0.025μg?L -1 。同时欧盟用水法则（75/440/EEC）指出，地表水中总的农药残留在0.01～0.5μg?L -1 之间 ［3］ 。

　近年来，液相色谱法在有机分析领域中显示了越来越大的潜力和优越性，尤其是对不挥发、受热易分解、强极性的物质的分离检测显示出了明显的优越性，在农药分析上的应用也逐渐增多，国内已经有很多关于环境水中农药残留检测的报道。本文就各种液相色谱技术、联用技术及其样品处理方法在环境水中农药残留分析中的应用作一个回顾，目的是使人们进一步认识到液相色谱及其联用技术在环境水中农药残留分析中的重要性。

1 液相色谱法

1.1 液相色谱法（LC）

1996年，黄彩海等 ［4］ 报道了用高效液相色谱法测定环境水中的嘧磺隆。他们研究了萃取剂及溶剂的选择、酸度、摇动时间、萃取次数、静置时间及萃取机理对萃取效率的影响。同时选择最佳萃取条件，取1L水样于1L分液漏斗中萃取。在V（甲醇）+V（水）=85+15、柱温28℃、流速1mL/min和采用C 18 色谱柱的条件下，用紫外吸收检测器（UV）检测。结果表明，最低检测量为2μg，最低检出质量浓度为4μg?L -1 （信噪比为2）。用本法对实际样品测定，加标回收率在 收稿日期:2005-09-21 93％～107％之间，方法具有可靠的准确度和较高的精密度。2002年，Hutta等 ［5］ 报道了在HPLC中使用手性/非手性柱切换技术对水样中杀菌剂依普唑（epoxiconazoie）对映体的残留进行了检测。对手性分离条件进行了优化，如分析时间、温度以及固定相的变化等并指出在线预富集水样能得到更低的检测限为10μg?L -1 （进样1mL）。研究表明在线富集和手性-非手性柱技术联用时，自来水和土壤中依普唑的有效检测范围在25～200μg?L -1 之间。2003年，Berrada等 ［6］ 综述了5年来分离富集蔬菜、土壤、水中残留的尿素类杀虫剂（urea pesticides）的萃取方法以及对这些农药的检测方法。他们重点总结了用LC检测该类杀虫剂的各种方法，指出“自动SPE-LC在线联用技术已经具有一定的商用价值，很适合水样中多种农药残留分析”。当用UV检测时，可测定水中的phenylurea herbicides（PUHs，），sulfonylurea herbicides（SUHs）残留而用二极管阵列检测器（DAD）时，除了PUHs，SUHs外，还可测到benzoylurea insecticides（BUIs）残留:GC-MS有很高的灵敏度，且仪器条件可得到完美再现LC-MS技术已有越来越高的灵敏度，可用在尿素类杀虫剂分析检测上。在分离分析含有复杂组分的实际样品时，由于其中各基体组分具有不同的物理化学特征，因此使用纯粹的LC法往往难以得到完全、可靠的信息。

从已报道的资料中发现，LC法检测限在μg?L -1 级以上，难以满足欧盟饮用水法则要求。因此提高灵敏度是LC检测农药残留的普遍性问题，将LC与各种离线或在线预富集方法或MS等高灵敏检测器联用 ［7］ 是提高灵敏度的最有效方法。 1.2 固相萃取-液相色谱（SPE-LC）联用 固相萃取（SPE）就是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。而固相微萃取（SPME）是在固相萃取基础上发展起来的一种新的萃取分离技术，与液-液萃取和固相萃取相比，具有操作时间短，样品量小，无需萃取剂，适于分析挥发性与非挥发性物质，重现性好等优点 ［8］ 。

1.2.1 固相萃取-液相色谱（SPE-LC）

Karasali等 ［9］ 采用多种残留检测方法对希腊八个温泉中的农药残留进行了检测。实验采用装有C 18 填料的固相萃取柱对水样进行萃取，同时用配有六通进样阀的HPLC对气相色谱难以测定的西玛津、阿特拉津和杀草强（aminotriazole）等农药进行了检测，灵敏度达0.01ng级。

Rotich等 ［10］ 采用离线固相萃取富集-HPLC-UV法对环境水中甲基对硫磷、对硫磷和辛硫磷进行了离线固相萃取富集液相色谱分析。实验选用装有C 18 填料的固相萃取柱，研究了萃取的最大载样量、样品溶液流速、pH值、溶剂改性剂、抽气时间、洗脱液对萃取效果的影响优化了色谱条件。检测得甲基对硫磷、对硫磷和辛硫磷的检测限及加标回收率分别为5μg?L -1 ，102％5μg?L -1 ，109％1μg?L -1 ，107％。该法稳定可靠、回收率高。

RITa等 ［11］ 应用固相萃取方法同时富集地表水、地下水中三种广泛使用的除草剂chlorotoluron（绿麦隆）、阿特拉津、terbutryne（去草净）以及它们的七种重要降解产物的残留，通过HPLC分离，DAD-UV检测。方法对农药降解产物的DIHA、DEDIA检测限在0.02～0.1μg?L -1 之间，这一方法已经用来估测西班牙部分农业区地表水、地下水被农药污染的程度。Sánchez等 ［12］ 用SPE-HPLC-UV联用技术检测西班牙的地下水、饮用水、河水以及土壤中残留的diazinon（二嗪磷）和fenitrothion（杀螟硫磷）。用此法测得水中二嗪磷和杀螟硫磷的定量检测限分别为0.2μg?L -1 和0.1μg?L -1 （信噪比为5），加标回收率均大于93％。

1.2.2 固相微萃取-液相色谱（SPME-LC） Cai等 ［13］ 报道了SPME-HPLC-UV联用技术分析自来水，河水以及污水中含有的酞酸类农药。实验中仔细研究了SPME各萃取参数对检测结果的影响，选用了CW-TPR萃取头，Zorbax Eclipse XDB-C 8 色谱柱，流动相V（丙酮）+V（水）=75+25，流速0.4mL/min。研究指出三种农药的检测限分别为9.5，8.9，4.0μg?L -1 ，加标回收率都在88.5％～106.8％之间。结果表明，SPME-HPLC-UV方法是测定环境水中部分农药残留的简单、快速、廉价、节约溶剂的有效方法。

1.3 在线富集液相色谱（在线富集-LC）

用离线SPE进行样品预浓缩比液-液浓缩更节约时间，还可有效地配合LC，GC等检测农药。但样品稀释、污染以及检测波长选择这些问题仍然存在。如果用装有合适吸附剂的预浓缩柱或配有接口的SPME等进行在线富集可克服这些弱点。

1.3.1 在线LC-LC技术  Driss等 ［14］ 采用在线富集-反相HPLC法检测饮用水中的carbaryl（甲萘威）和fenitrothion、parathion（对硫磷）、diazinon、azinphos-methyl（谷硫磷）、phosmet（亚胺硫磷）、parathion-methy、azinphos-ethyl（乙基谷硫磷）等七种有机磷农药残留。phosmet和carbaryl检测限为0.2μg?L -1 ，其余六种有机磷农药的检测限都在0.03～0.06μg?L -1 之间，除了carbaryl回收率为54％外，其余均在90％。Marvin等 ［17］ 报道了用自动LC-LC技术检测饮用水中痕量的propoxur（残杀威）、carbaryl、propham（苯胺灵）、captan（克菌丹）、chloropropham和butylate（丁草敌）。结果表明，八种农药的最低检测质量浓度在0.01～0.46μg?L -1 之间（取样均为100mL）。Pichon等 ［18］ 报道了用自动在线LC-LC-UV/DAD联用技术对饮用水和地表水中的农药残留simazine、methabenzthiazuron（甲基苯噻隆）、atrazine（阿特拉津）、carbaryl、ISOproturon、linuron、propanil（敌稗）、fenamiphos（苯线磷）、fenitrothion、parathion进行了检测。他们更注重实际地研究了预富集参数（预柱的选择，不同农药在超纯水、饮用水和地表水中的渗漏体积，在线富集的重现性以及预富集流速），水样中杂质的干扰峰，梯度洗脱的影响，检测波长的选择，不同水作溶剂得到的校正曲线的比较。并对饮用水和巴黎塞纳河的水样进行加标检测，获得的检测限在5～30ng?L -1 之间。李崇瑛等 ［17］ 研究了在线高效液相色谱法在检测环境水中的克百威残留的应用。实验中重点讨论了在线富集装置的可行性，预富集参数（渗漏体积、预富集流速），在线富集的重现性以及直接进样与在线富集的比较，在最佳条件下测得克百威的检测限为0.05ng?L -1 。

这些结果进一步表明在线痕量富集LC-LC技术是检测环境水样中农药残留的有力工具，只要选择合适的在线富集参数和柱分离条件，甚至无需任何净化手段就可获得更灵敏的检测限。 1.3.2 在线SPE-LC  Chen等 ［18］ 利用在线的SPE-LC-UV技术对施用过农药地区的河水进行了研究，他们系统地比较了C 8 ，C 18 ，PRP-1，PLRP-s等SPE柱富集水样中常见的九种农药的萃取效果，还讨论了农药的回收率、重现性、峰形。研究指出，simazine、atrazine、propazine（扑灭津）、premetryne、diuron（敌草隆）的检测限为0.05μg?L -1 molinate（禾草敌）、fenitrothion是0.08μg?L -1 linuron为0.07μg?L -1 mathalion为0.1μg?L -1 。

1.3.3 在线CFIME-LC联用  Chao等 ［19］ 针对在线不断流液膜萃取技术（continuous-flow liquid membrane extraction，简称CFLME）的独特优势―――液膜稳定、样品无溢出、耐极性和不稳定有机溶液等特点，发展了自动在线CFLME-HPLC-DVD联用技术，以此来检测水样中残留的sulfony-lurea herbicides（磺酰脲类农药）metsulfuron methyl（MSM，甲黄隆），DPX-A7881。他们讨论了色谱分离条件优化、CFLME实验参数、实际样品的回收率和该法的特性等。当10min内富集20mL样品时，检测限为0.05～0.5μg?L -1 。同SLM（supported liquid membrane extraction）-HPLC技术比较，CFLME-HPLC-DVD有稳定性好、灵敏度高、分析时间短，以及相似的检测限等特点。Liu等 ［20］ 运用在线CFLME-C 18 -LC-UV联用技术对水样中痕量的苄嘧磺隆、苯磺隆、甲嘧磺隆、胺苯磺隆等进行检测。他们在原有基础上增加了C 18 预柱，得到了更高的灵敏度和选择性，并重点研究了该法的分析有效性，还和传统柱切换技术进行了比较。应用这种方法对河水、水库水等检测，检测限可达10～50μg?L -1 （富集120mL水样）。

2 液相色谱（LC）与质谱（MS）联用

质谱已经广泛应用于现代科学技术各个领域，特别是质谱和液相色谱联用后，在生命科学、医学、食品、环境研究等方面更显示出无与伦比的优越性，作为一种简捷、灵敏、准确的痕量分析方法，Mozaz等 ［21］ 高度肯定了LC-MS方法在河水中农药残留检测中的可行性。

2.1 LC-APCIMS联用 Ren等 ［22］ 调查了水中ATR和它的DPs的质量浓度。他们采用SPE对过滤水样进行萃取富集，用HPLC-APCIMS对水样中的阿特拉津及其降解产物（DEA、DIA、DEDIA、HYA）进行了检测。阿特拉津及其降解产物的检测线性范围是10～50ng?L -1 。Spilid等 ［23］ 用LC-APCIMS技术对一些禁用农药进行过地区普查。

2.2 LC-ESIMS联用

Wu等 ［24］ 采用SPME-HPLC-ESIMS分析方法对自来水、地表水、井水中的极性农药残留进行了检测。研究表明，水样中phenylurea和carbamates的检测限在0.01～1.2μg?L -1 之间。2003年，Nogueira等 ［25］ 也研究了水样中氨基甲酸酯类农药的检测，检测限达到0.5～3ng?L -1 ，不但远低于欧盟饮用水法则要求，而且低于US EPA8318方法 ［26］ 。2004年，Nogueira等 ［27］ 在2001年检测方法上继续报道了用SPE-HPLC-ESI-MS方法对水样中痕量中性农药（cabaryl，carbofu-ran，methomyl，oxamyl，pirimicarb，chlortoluron，diuron，isoproturon，linuron，atrazine，propazine，simazine）进行测定，以建立一种适合研究及一般实验室采用的标准方法，来同时检测饮用水、地下水中含有的12种中性农药，这些农药的仪器检测限为0.1μg?L -1 （除了chlortoluron为0.25μg?L -1 ，diuron和methomyl为0.5μg?L -1 外），最低检测限在0.5～3.0ng?L -1 之间。

2.3 LC-MS/MS

Freitas等 ［28］ 报道了用LC-ESI-MS/MS技术对水中新型的三酮类（triketone）除草剂，sul-cotrione（磺草酮）、mesotrione（甲基磺草酮）及其他常用除草剂及其降解产物的定量检测，检测限在0.5～10ng?L -1 之间。Asperger等 ［1］ 采用在线SPE-LC-HPLC-MS/MS联用技术快速检测地表水、饮用水中痕量的极性农药残留。该联用技术在原有在线SPE-LC-HPLC-MS/MS上增加了TFC柱（turbulent-flow omatography columns），用来进行快速的在线固相萃取。取10mL水样富集，整个检测过程耗时小于11min，检测限为0.4～13ng?L -1 。Lagana等 ［29］ 等采用SPE-LC-MS/MS方法同时测定了麦子、谷类除草剂在环境水中的残留。Bossi等 ［30］ 在2002年采用SPE-LC-MS/MS方法对采集的雨水样品中的多种农药残留进行了检测。检测化合物被分为两组，酸性化合物用负离子模式分析，碱性化合物用正离子模式检测。这种方法已成功地应用雨水质量的分析上，目前能检测53种化合物（包括农药及其降解产物），检测限均满足欧盟饮用水法则要求。

2.4 LC和其它类型MS联用

Holm等 ［31］ 结合了柱切换进样量大、耗时短的特点，飞行时间质谱灵敏、质量范围宽、分辨率高、质量检测准等优势设计了LC-TOF-MS联用技术，检测了河水中的rotenone。实验中着重讨论了这一技术的可行性，比较了UV和TOF-MS的检测效果，UV的检测限为0.5～50μg?L -1 ，TOF-MS的检测限为10pg?mL -1 ，比UV检测器灵敏10倍以上。结果表明，LC-TOF-MS联用技术是检测水中rotenone的有力工具，如果和更方便、高效的预富集技术联用，将得到更高的检测限。Grey等 ［32］ 采用SPE-LC-ESI-IDMS（isotopic dilution mass spectrometry）分析方法对饮用水、地表水、井水中paraquat（百草枯）和diquat（敌草快）残留进行了测定。

3 其 它

对用前面讨论的检测方法无法得到理想检测限的一些农药，如水中的除草剂（propanil，lin-uron，neburondiuron，isoproturon），Muoz等 ［33］ 用SPE-HPLC-FDF（光诱导荧光）技术对其进行了检测，五种除草剂的检测限达μg?L -1 级。

4 结 语

从LL（液-液萃取）-HPLC，SPE-HPLC，SPME-HPLC到在线LC技术再到LC-MS联用技术，LC分析方法对水样中农药残留量检测的灵敏度已经越来越高，甚至远远超过欧盟饮用水法规要求所规定的最低检测限。这足以显示，在某些方面LC技术不但能和GC技术媲美，而且还具有自己独特的优势。但目前仍然存在很多问题:虽然LC-MS联用技术已趋近成熟，但其检测条件要求高、成本昂贵，一般实验室难以承受离线技术必然造成样品损失，导致测量误差等等。不管怎样，在线富集-HPLC技术是得到廉价、准确、灵敏检测方法的最有效途径，具有很宽广的发展空间。

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