朱霞萍，王 勇，安 艷，張傳峰，王澤鵬

(1.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610059;2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一0 五地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550018)

0 引 言

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)藥的使用越來越普遍，2009～2018 十年間我國農(nóng)藥產(chǎn)量均在200×104t 以上（見圖1）[1]。農(nóng)藥按化學(xué)結(jié)構(gòu)分，主要有有機氯、有機磷、有機氮、有機硫、氨基甲酸酯等。有機磷農(nóng)藥是含磷元素的有機化合物農(nóng)藥，多為油狀液體，有大蒜味，揮發(fā)性強，微溶于水。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的農(nóng)藥中有機磷農(nóng)藥占有較高比例，比如，種植業(yè)中最常使用的6種有機磷農(nóng)藥（敵百蟲、氧樂果、辛硫磷、乙酰甲胺磷、毒死蜱、敵敵畏）在近十年雖然每年的使用量呈現(xiàn)下降趨勢，但其折百用量都在2000 t 以上，特別是敵敵畏，其使用量遠(yuǎn)高于其余5種農(nóng)藥，年折百用量均在14000 t 以上，如圖2 所示[2]。

圖1 2009～2018 年我國農(nóng)藥年生產(chǎn)量[1]

圖2 2009～2018 年我國種植業(yè)常用6種有機磷農(nóng)藥有效含量變化趨勢[2]

農(nóng)藥在使用中只有一部分附著在農(nóng)作物上，大部分揮發(fā)進(jìn)入大氣或是噴灑過程中落入土壤和地表水，而降水也會將附著在農(nóng)作物上的農(nóng)藥淋入土壤及地表水中，土壤中因吸附存在的部分農(nóng)藥也會通過交換、滲透作用進(jìn)入地下水或地表水，如圖3 所示。

圖3 農(nóng)藥在環(huán)境中的遷移

有機磷農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留給人體帶來很大的危害，過多攝入會增加人體患再生障礙性貧血的機率[2]，損傷人體中樞神經(jīng)以及內(nèi)臟，甚至可能致畸、致癌、致突變[3-4]。近年來國家加大環(huán)境保護(hù)力度，環(huán)境中農(nóng)藥的殘留檢測成為研究重點。一方面，農(nóng)藥毒性強，往往在痕量、超痕量水平即發(fā)生作用，國家對環(huán)境樣品中農(nóng)殘的限值很低，比如國標(biāo)（GB 5749—2006）對飲用水中敵敵畏允許值僅為0.001 mg/L。另一方面，環(huán)境樣品基體復(fù)雜，基本無法直接測定。因此，農(nóng)殘在準(zhǔn)確測定前，對其進(jìn)行有效地分離富集是影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文綜述了近20年環(huán)境樣品中有機磷農(nóng)藥殘留檢測的前處理方法研究進(jìn)展，以期對農(nóng)藥殘留研究有所幫助。

1 環(huán)境樣品中有機磷農(nóng)藥的前處理方法

農(nóng)藥殘留的環(huán)境樣品主要是土壤和水體等，水樣前處理相對簡單，土壤樣品成分復(fù)雜，且農(nóng)藥殘留量相對較小，富集和分離前需先進(jìn)行浸取，目前土壤和水體中有機磷農(nóng)藥前處理采取的方法有固相萃取，液相萃取，新型攪拌棒吸附萃取、超聲輔助萃取、微波輔助萃取、加速溶劑萃取及超臨界流體萃取、分子印跡聚合物法、免疫親和層析法和QuEChERS（Quick、Easy、Cheap、Effective、Rugged、Safty）法等[5]。

1.1 固相萃取

固相萃?。⊿olid phase extraction，SPE）是近幾十年發(fā)展起來的一種樣品前處理技術(shù)，固相萃取具有實驗條件不苛刻、操作簡易、溶劑用量少等優(yōu)勢，因而在實際研究中應(yīng)用較多?，F(xiàn)有的商品化固相萃取柱包括：HLB（聚苯乙烯-二乙烯基苯）萃取柱[6-10]、石墨化碳/氨基復(fù)合型柱[11]、MCX 混合陽離子交換柱[12]及C18（十八烷基鍵合硅膠）小柱[13-17]等，研究工作主要側(cè)重于優(yōu)選洗脫溶劑?；诠滔噍腿〉脑?，很多新型固相萃取方式應(yīng)運而生，以進(jìn)一步提高方法的靈敏度、簡潔性，如固相微萃取、磁性固相萃取、分散固相萃取、全自動固相萃取、圓盤固相萃取和攪拌棒吸附萃取等，如表1 所示。

表1 固相萃取有機磷農(nóng)藥的方法及其參數(shù)

1.1.1 固相微萃取

固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）[18-21]主要是以聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基苯基乙烯基硅氧烷/羥基硅油（PMPVS/OHTOS）、二乙烯苯基（DVB）及聚丙烯酸酯（PA）等涂覆在石英纖維上進(jìn)行萃取，特別適合揮發(fā)性強的有機磷農(nóng)藥的萃取，但現(xiàn)有的涂層材料在部分有機溶劑中穩(wěn)定性欠佳，對洗脫劑的選擇有一定的限制，未來制備對目標(biāo)分子吸附性能好且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料是發(fā)展趨勢。

1.1.2 磁性固相萃取

磁性固相萃?。╩agnetic solid phase extraction，MSPE）[22]的材料往往是在固相萃取材料制備時加入Fe3O4使其具有磁性，分離富集有機磷農(nóng)藥后，可利用磁力使材料與目標(biāo)物實現(xiàn)快速分離，此種方式便于材料回收重復(fù)利用，是一種較為理想的前處理方式，該方法已被應(yīng)用到伏殺硫磷、毒死蜱、二嗪磷、甲基對硫磷、甲基毒死蜱、甲基嘧啶磷、馬拉硫磷、對硫磷等常用有機磷農(nóng)藥的分析[23-24]。但磁性材料制備過程相對復(fù)雜且萃取過程操作趨于繁瑣，因此應(yīng)用較少。

1.1.3 分散固相萃取

分散固相萃?。╠ispersive solid-phase extraction，DSPE）[25-27]是把吸附材料如多壁碳納米管[25]、碳片負(fù)載磁鐵礦[26]、ZnO 包覆氧化石墨烯[27]直接等加入所需處理的水樣中進(jìn)行攪拌或者振蕩，吸附劑在分散的狀態(tài)下極大地增加了與樣品中目標(biāo)物的接觸面積，萃取效率顯著提高，缺點是分散于水樣中的吸附材料回收過程復(fù)雜甚至難以回收。

1.1.4 全自動固相萃取

全自動固相萃取（Automatic solid-phase extraction，ASPE）[28-29]使用自動固相萃取儀，其所有的程序均由電腦設(shè)計操作，極大地解放了分析者，目前全自動固相萃取技術(shù)在檢測行業(yè)應(yīng)用較多。但其全自動系統(tǒng)仍有待進(jìn)一步完善，在未來分析領(lǐng)域，全自動固相萃取將會逐步處于主要地位。

1.1.5 圓盤固相萃取

圓盤固相萃取（Disk solid phase extraction，DSPE）[30]的特點是擁有較大的萃取界面，因此萃取路徑很短，不易堵塞，相比于普通固相萃取速度更快，樣品處理量更大，廣泛用于大體積水樣中的有機磷農(nóng)藥的萃取。另一方面，由于其萃取面積較大，需要填裝的吸附材料更多，有機洗脫劑消耗過大，這與目前的萃取操作微型化趨勢相背，不符合綠色化學(xué)的理念。但該技術(shù)適合水樣的在線檢測，未來與在線檢測系統(tǒng)聯(lián)用是其的一個應(yīng)用方向。

1.1.6 攪拌棒吸附萃取

攪拌棒吸附萃取[31]（Stir Bar Sorptive Extraction，SBSE）是將吸附材料負(fù)載在于攪拌棒，將攪拌棒置于溶液中進(jìn)行萃取、解吸，實現(xiàn)對目標(biāo)物的分析。此方法富集、分離步驟操作連貫，耗時少，但是吸附材料在攪拌棒負(fù)載難度大，且易脫落，這是這項技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。

環(huán)境樣品有機磷農(nóng)藥經(jīng)固相萃取后，檢測方法主要有氣相色譜法（GC）[8,9,10,13,15,16,18,19,25,31]、高效液相色譜法（HPLC）[7,17,22]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）[11,12,20,23,27,29,30]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）[6,12,14,28]、氣相色譜-離子遷移率譜聯(lián)用法（GC-IMS）[26]等。普通氣相色譜法是根據(jù)不同目標(biāo)農(nóng)藥特點選擇合適檢測器，如火焰光度檢測器、氮磷檢測器、電子捕獲檢測器和氫火焰離子檢測器等，如氮磷檢測器對乙拌磷亞砜的檢出限可低至0.00116 μg/L[25]。HPLC 直接應(yīng)用于有機磷農(nóng)藥的測定靈敏度不高，往往要與MS 聯(lián)用才能降低檢出限。由于有機磷農(nóng)藥揮發(fā)性強，而GC-MS 綜合了兩種儀器的優(yōu)點，特別適合有機磷農(nóng)藥的檢測，絕大多數(shù)有機磷農(nóng)藥的檢出限都低于5 μg/L。也有研究者采用離子遷移率譜法（IMS）[21]檢測水體中敵敵畏的殘留，檢出限低至0.16 μg/L。

1.2 液-液萃取

液-液萃?。↙iquid-Liquid Extraction，LLE）[32]是利用混合物中各組分在溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離或萃取的目的，多選用苯、異丙醚、二氯甲烷和乙腈等有機溶劑作為萃取劑[33-34]。按照萃取方式的不同，液-液萃取分為索氏提取、分散液-液微萃取、濁點萃取及旋渦輔助液-液微萃取等。

1.2.1 索氏提取

索氏提取（Soxhlet extractor method，SEM）是最傳統(tǒng)的液液萃取，優(yōu)點是操作簡單，穩(wěn)定，不需要特殊設(shè)備，缺點是有機溶劑消耗大，耗時長。陳蓓蓓等[35]以土壤和沉積物中12種有機磷農(nóng)藥為研究對象，比較了超聲波萃取、加速溶劑萃取和索氏提取農(nóng)藥的效率，其中索氏提取法較好，12種農(nóng)藥的回收率在73.9%～104%之間。王建偉等[36]利用LLEGC-NPD 法研究了江漢平原地下水中有機磷農(nóng)藥的分布特征，水樣用二氯甲烷萃取三次，萃取液轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀后再加入異辛烷進(jìn)行濃縮，過層析柱凈化，以乙酸乙酯和正己烷（4∶1 V/V）混合物作洗脫液，最后將洗脫液旋蒸、氮吹至0.2 mL 待測，結(jié)果表明采樣點11種農(nóng)藥含量范圍在31.5～264.5 ng/L之間，符合我國GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)。2.4.2 分散液-液微萃取

1.2.2 分散液-液微萃取

分散液-液微萃?。―ispersive liquid-liquid microextraction，DLLME）是使用分散劑把少量有機溶劑分散成無數(shù)的小液滴，通過增加有機溶劑和樣品溶液的接觸面積，提高了目標(biāo)物的萃取率，常用的分散劑有四氯乙烯、丙酮等。Farajzadeh M A[37]以環(huán)己烷作萃取劑，丙酮作分散劑萃取水樣中二嗪磷、殺螟硫磷和乙硫磷，分別結(jié)合GC-MS 和GCFID 進(jìn)行分析，兩種檢測方法的相關(guān)系數(shù)均大于0.996。另一種萃取劑丙酮輔以四氯乙烯做分散劑，DLLME-GC 快速測定水中23種有機磷農(nóng)藥，方法檢出限為0.002～0.016 μg/L，加標(biāo)回收率在75%～109%之間[38]。Soisungnoen P[39]使用分散液-液微萃取法提取水樣中對硫磷、谷硫磷、馬拉硫磷、殺螟硫磷和二嗪磷，加標(biāo)回收率在69.5%～103.0%之間。分散液-液微萃取應(yīng)用范圍廣泛，不僅對水樣，在檢測土壤樣品中有機磷農(nóng)藥殘留中也有應(yīng)用[40]。

1.2.3 濁點萃取

濁點萃取（cloud point extraction，CPA）是在待測樣品中加入表面活性劑，利用其溶解性和濁點現(xiàn)象，使樣品溶液中疏水性有機物與表面活性劑的疏水基結(jié)合而被萃取出來，經(jīng)過離心或靜置后，形成兩個透明相以達(dá)到分離目的。Sanz C P[41]采用濁點萃取法結(jié)合LC 分析了水樣中樂果和甲硫磷等8種有機磷農(nóng)藥。

1.2.4 旋渦輔助液-液微萃取

旋渦輔助液-液微萃取（vortex-assisted liquidliquid microextraction，VALLM）是指將水樣置于錐形離心管中，再加入少量密度比水大且無毒的有機物作萃取劑[42]，然后將混合物在旋渦攪拌器中高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流，使混合液全部混勻，大大增加了有機溶劑與樣品的接觸面積，從而減少了萃取時間。Peng G[43]使用旋渦輔助液-液萃取法提取土壤中水胺硫磷、甲基對硫磷、三唑磷、辛硫磷和甲基毒死蜱，并結(jié)合HPLC-UV 進(jìn)行分析，實際土樣中5種農(nóng)藥的加標(biāo)回收率在84.63%～101.20%之間。

1.3 微波輔助萃取

微波輔助萃取法（Microwave-assisted extraction，MAE）是利用微波技術(shù)加快樣品中目標(biāo)物的解吸速率和目標(biāo)物在兩相之間的分配速率，具有快速，簡便，溶劑消耗少以及萃取率高等優(yōu)點[44-45]，但由于該方法對實驗條件要求較高，在實際應(yīng)用中相對較少。Fuentes E 等[46]利用微波輔助萃取法研究了農(nóng)田土壤中包括二嗪磷、對硫磷、甲基吡蟲啉、甲基對硫磷、丙線磷和殺螟硫磷在內(nèi)6種有機磷農(nóng)藥的殘留，使用水-甲醇混合液提取，并加入KH2PO4使所有目標(biāo)農(nóng)藥的回收率均高于73%。Merdassa Y 等[47]以丙酮-正己烷作為提取液，聯(lián)合GC/MS 分析了土壤中馬拉硫磷、毒死蜱兩種有機磷農(nóng)藥和甲霜靈、醚菌酯兩種殺菌劑。Zhang W 等[48]利用MAEGC/MS 法研究了云南省農(nóng)田土壤中包含毒死蜱、乙基氮磷等有機磷在內(nèi)的70種農(nóng)藥，研究結(jié)果表明只有16種農(nóng)藥的回收率小于70%。趙欣等[49]用聚丙烯膜包裹多壁碳納米管制作μ-SPE 片，放進(jìn)裝有水樣的聚四氟乙烯罐中進(jìn)行微波萃取，以乙酸乙酯作洗脫劑進(jìn)行超聲解吸，聯(lián)合GC-MS 分析了河水中5種有機磷農(nóng)藥，加標(biāo)回收率在94.3%～99.3%之間。

1.4 超聲輔助萃取法

超聲輔助萃取[50]（Ultrasonic-assisted extraction，UAE）是用超聲作為輔助手段的萃取技術(shù)，將高頻率的聲波轉(zhuǎn)化為機械能以增加有機溶劑的穿透力，增大樣品中目標(biāo)物的溶出速率，縮短萃取時間，加快前處理過程。目前UAE 多用于固體樣品的前處理，一般以乙腈、乙酸、丙酮等有機溶劑作為提取劑[51-52]。例如用丙酮超聲提取，聯(lián)立GC 測定土壤中15種農(nóng)藥殘留量，平均回收率在80.0%～108.9%之間[53]。García-Valcárcel A I 等[54]以乙腈和1%醋酸混合液作提取劑，超聲提取污泥中的毒死蜱和甲胺磷等12種農(nóng)藥，并結(jié)合LC-MS/MS 進(jìn)行分析，12種農(nóng)藥的回收率在83.2%～106.4%之間，RSD 為1.8%～8.7%。

1.5 加速溶劑萃取

加速溶劑萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）[55]是上世紀(jì)末Richer 等介紹的一種全新萃取方法，在較高的溫度和壓力下，通過增大有機溶劑的沸點提高目標(biāo)物的萃取效率，多用于萃取固體或者半固體，該方法有機溶劑用量少、快速、回收率高、重現(xiàn)性好，已被美國環(huán)保局定為測定土壤、黏土、淤泥和廢物固體中不溶于水或微溶于水半揮發(fā)性有機物的標(biāo)準(zhǔn)方法（Method 3545）。Wu S 等[56]使用索氏提取法、加速溶劑萃取法和液-液萃取法對固體廢物進(jìn)行處理，研究結(jié)果表明加速溶劑萃取法中甲拌磷、二嗪磷和乙拌磷等12種農(nóng)藥的回收率在74.8%～112.3%之間，優(yōu)于液-液萃取法（68.0%～109.1%）和索氏提取法（64.5%～123.0%）。

1.6 超臨界流體萃取法

氣體在壓力和溫度均高于臨界點時，其密度會接近液體，而擴(kuò)散系數(shù)和黏度卻接近于氣體，這一性質(zhì)被稱為氣液兩重性。超臨界流體萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）原理就是利用超臨界流體作為溶劑，從液體或固體樣品中萃取出目標(biāo)組分，此方法耗時短且不需要有機溶劑，在環(huán)境分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[57]。超臨界流體法常用的氣體有CO2、N2O 和SF6等[58]，Naeeni M H 等[59]使用超臨界流體CO2提取了土壤和海洋沉積物中蟲線磷、硫特普、乙拌磷等7種有機磷農(nóng)藥，加標(biāo)回收率在80.0%～100.0%之間，RSD 為3.6%～11.9%。

1.7 QuEChERS 法

QuEChERS 法是美國林業(yè)部的Anastassiades等[60]在2003 年開發(fā)的一種快速樣品前處理技術(shù)。先以乙腈進(jìn)行萃取，萃取液經(jīng)硫酸鎂或者硫酸鈉等鹽類除水，而后在萃取液中加入乙二胺-N-丙基硅烷（SPA）等除去雜質(zhì)，取上清液進(jìn)行檢測。蔡霖等[61]用乙腈為萃取液，采用QuEChERS 方法聯(lián)合HPLCMS/MS 和GC-MS 測定了土壤中110種農(nóng)藥殘留，在實際土樣中共檢出了包括有機磷農(nóng)藥在內(nèi)的68種農(nóng)藥。

1.8 分子印跡聚合物法

分子印跡聚合物法[62-64]（Molecular-imprinted polymer，MIP）是以待檢測的有機分子為模板，聚合反應(yīng)后形成聚合物，再通過分解反應(yīng)移除模板獲得印跡聚合物，一旦印跡聚合物再次與模板相遇，就會有特異性識別。用分子印跡聚合物作萃取劑吸附能力極強，富集效率高，可用于檢測環(huán)境樣品中含量極低的有機磷農(nóng)藥殘留。Zhu X 等[65]合成了久效磷分子印跡聚合物用于提取水樣和土壤中久效磷、速滅磷、甲拌磷和氧化樂果4種極性有機磷農(nóng)藥，其中久效磷的回收率明顯高于其他三種農(nóng)藥，具有很強的選擇性。苗珊珊[66]以毒氟磷為模板合成了分子印跡聚合物，其對毒氟磷的結(jié)合量分別是馬拉硫磷、二嗪磷和異丙隆的2.18 倍、2.50 倍和7.36 倍，運用該方法測定水樣、土壤、小麥植株中毒氟磷的加標(biāo)回收率在85%～103%之間，RSD 均小于7%。分子印跡聚合物法是針對待測樣品中某一個組分可進(jìn)行高效富集，目前在食品檢測和環(huán)境分析等領(lǐng)域的分析中應(yīng)用較多[67-68]。但環(huán)境樣品中殘留的有機磷農(nóng)藥種類較多，分子印跡聚合物法有一定的局限性，并且分子印跡聚合物制備過程復(fù)雜，對實驗環(huán)境要求高。

1.9 免疫親和層析法

免疫親和層析法（Immunoaffinity chromatography，IAC）是基于抗原和抗體之間高度的選擇性親和能力（結(jié)合常數(shù)K 通常大于108）對目標(biāo)分子進(jìn)行分離和純化。此方法最初應(yīng)用于生物大分子研究，隨著方法的成熟，也有研究將其應(yīng)用于環(huán)境樣品中有機磷農(nóng)藥殘留的檢測[69]。吳蕓茹[70]制備了對甲基對硫磷、殺螟硫磷和甲基毒死蜱3種有機磷農(nóng)藥有特異性識別的單克隆抗體，在0.5、1、2 和5 μg/L 添加水平下，土壤、自來水和青菜中甲基對硫磷的回收率在80.8%～112.2%之間，殺螟硫磷和甲基毒死蜱的回收率分別為81.0%～105.2%和82.2%～110.2%。

2 展 望

對基體復(fù)雜的環(huán)境樣品中痕量超痕量有機磷農(nóng)藥進(jìn)行準(zhǔn)確測定，前處理技術(shù)的開發(fā)和選擇至關(guān)重要。隨著公眾對有機磷農(nóng)藥殘留的檢測要求不斷提高，前處理方式朝著綠色、快速、簡便以及微型化方向發(fā)展，環(huán)境樣品前處理方式還有很廣闊的研究空間。

現(xiàn)有國標(biāo)對地表水（GB 3838—2002）和飲用水（GB 5749—2006）中有機磷類農(nóng)藥的限值作了規(guī)定，其中草甘膦濃度限值較高為0.7 mg/L，敵敵畏允許值僅為0.001 mg/L。因此富集倍數(shù)更高的前處理方法將受到青睞。

固體環(huán)境樣品中目標(biāo)分子在有機溶劑中分配平衡，或者液體樣品在吸附劑上的吸附平衡通常需要很長的時間，前處理過程往往耗時較長，而減少樣品前處理時間以達(dá)到快速篩選是所有研究者一致的追求，因此，在前處理過程中輔以超聲和微波等手段，加快樣品分配平衡或吸附平衡時間，有利于實現(xiàn)樣品的快速處理。

將前處理操作微型化，所需要的試劑用量將會大大減少，不但有利于環(huán)保，也使實際操作更適合現(xiàn)場監(jiān)測。另外，在前處理過程中使用對人體和環(huán)境無害的材料（吸附劑、提取液及洗脫液等）契合了國家發(fā)改委和科技部所強調(diào)的“強化綠色技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)”的要求。