有机氯农药的残留现状与分析检测
摘 要：有机氯农药是高残留农药，虽经长时间的降解，环境中有机氯农药的残留仍十分可观，并且通过食物链的富集会对人体健康产生威胁。
关键词：有机氯农药；危害；残留 环境 提取 净化 检测
有机氯农药(Organo-chlorine Pesticides，OCPs)，是一类重要的难降解有机物，因其杀虫效力强，曾被广泛应用于农业生产，为世界粮食生产作出了重大贡献。
此类农药可以分为两大类：一类为氯代苯及其衍生物，如DDT、HCH等；另一类为氯化钾撑萘(茚)制剂，如狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、氯丹、七氯、毒杀芬等。各种有机氯的化学结构和毒性大小虽各不相同，但它们的理化性质基本相似，例如挥发性低、化学性质稳定、不易分解、残留期长、不易溶于水、易溶于脂肪和有机溶剂等。由于在环境介质中的持久性和生物积累性， 艾氏剂(Aldrin)、狄氏剂、(Dieldrin)、异狄氏剂 (Enarin)、滴滴涕(DDT)、氯丹(Chlordane)、灭蚁灵(Mirex)、毒杀芬(Toxaphene)、七氯(Heptachelor)和六氯苯(Hexachlorbenzene)等9种农药被列入《斯德哥尔摩公约》名单中。
我国从1983年起，正式停止了六六六和其它一些有机氯农药的生产和使用，但是在此之前有机氯农药的使用量比较大。据统计，1970年我国共使用六六六、毒杀芬等有机氯农药19万余吨，占总农药用量的80%；到20世纪80年代初，有机氯农药的使用量仍占总农药用量的78%。我国除艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂和灭蚁灵未生产外，曾大量生产和使用过DDTs、毒杀芬、六氯苯、氯丹和七氯5种有机氯农药。3O多年中，我国累计使用DDTs约40多万吨，占世界用量的20%。这些农药进入环境中，严重污染了大气、土壤、地下水和地表水。虽然被禁用了20多年，但由于这类农药的高化学稳定眭，并没有在环境中完全消失，仍然可以在环境介质和生物体内检出，对环境及人体健康构成潜在的威胁。
1 有机氯农药的危害
有机氯农药的慢性毒性作用主要表现在影响神经系统、内分泌系统，侵害肝脏、肾脏，引起肌肉震颤、内分泌紊乱、肝肿大、肝细胞变性和中枢神经系统等病变。通常有机氯农药进入人体后，容易在脂肪、哺乳期妇女乳液及肝脏等脏器中蓄积。母体中的有机氯农药不仅可以从乳汁中排出，而且可以通过胎盘屏障进入胎儿体内，引起下一代发生慢性中毒。许多有机氯农药还可诱导肝细胞微粒体氧化酶类，从而改变体内某些生化过程。艾氏剂或狄氏剂可使大鼠的谷一丙转氨酶和醛缩酶的活性增高。DDT对ATP酶有抑制作用。
2 有机氯农药在环境中的残留现状
2.1 有机氯农药在大气中的残留
大气中有机氯农药的主要来源有：(1)有机氯农药施用过程中的挥发、飘移；(2)施用有机氯农药后的植物和土壤表面残留农药的挥发；(3)河流等水体中有机氯农药的挥发；(4)有机氯农药生产、加工过程中的损失，如有机氯农药的挥发，废气、烟雾、粉尘的排放等。大气中残留的有机氯农药漂浮或被大气中的飘尘所吸附，或以气体或气溶胶的状态悬浮于空气中。空气中残留的有机氯农药，将发生迁移、降解、随雨水沉降等一系列物理化学过程。残留的有机氯农药主要通过大气传输的方式向高层或其它地区迁移，从而使农药的污染范围不断扩大。目前远离农业活动区的南、北极地区以及珠穆朗玛峰均已发现有DDT或六六六的残留，甚至终年居住在冰冻不化的、从未接触过有机氯农药的格陵兰地区的爱斯基摩人，在其体内也检测到了微量的DDT。
大气颗粒物中附着的有机氯农药会影响人体的呼吸系统，并且颗粒物越细，所吸附有机氯农药的量也越多。1961年美国原子能委员会健康和安全处在Los Alams会议上提出一个可吸人颗粒物的卫生标准，称Los Alams标准，此标准认为空气颗粒物在≤2.0um时，人体可以100%地吸入。
2.2 有机氯农药在水环境中的残留
水是人类及地球上其他一切生物生存所必不可少的要素，而有机氯农药在施用过程中会通过各种途径进入水体，这种过程涉及大气环境、土壤环境、水环境等，因此不易控制。虽然有机氯农药的疏水亲脂性使得它们在水体中的含量较低，但是有机氯农药具有较高的生物活陛，对水生生物有着较大的影响，可以沿着食物链成千上万倍地富集起来，这种生物富集的后果十分严重。
残留在环境中的有机氯农药可通过大气、植物残体、土壤淋溶等方式进入水体并最终吸入到沉积物中，然后进行缓f曼的生物降解、挥发和水解等过程。沉积物作为有机氯农药污染的一个贮存库，有机氯农药可再释放造成水体的污染，成为二次污染源，从而进一步对水环境和水生生态系统造成严重影响，最终影响处于食物链最高端的人类。杨嘉谟等对长江武汉段水体悬浮物中有机氯农药的残留进行调查分析，调查发现，在长江武汉段水体悬浮物中，六氯苯(HCB)、六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)类有机氯农药均被检出。胡雄星等利用GC-ECD对上海市境内苏州河表层水体和沉积物中的20种有机氯农药进行了测定，结果表明有机氯农药在沉积物中的含量(27.27～82.06μg/kg)明显高于在表层水体中的残留量(0.158-0.527 μg/L)，这说明沉积物是水环境中有机氯农药的重要归宿。
2.3 有机氯农药在土壤环境中的残留
在地球表面所有的环境要素中，土壤是最活跃的要素，它被称为农药在环境中的“贮藏库”与“集散地”，施入农田的农药绝大部分将残留于土壤当中，研究表明，使用农药的80%~90%的量将最终进入土壤中。由于土壤具有较强的吸附性，有机氯农药一旦进入土壤，就很难在土壤中迁移转化，因此有机氯农药在土壤环境中的降解机理及残留都十分受到关注。土壤中有机氯农药的主要来源就是为了防治病虫草害喷洒于农田而直接落人土壤表面；其次是随大气沉降、灌溉水和动植物残体而进入土壤。有机氯农药在土壤中虽经过挥发、淋溶、降解而逐渐消失，但因有机氯农药的化学性质稳定和受各种自然环境条件及耕作方式的制约，虽经多年的自然降解，土壤环境中的残留量仍十分可观。其中有机氯农药在土壤中的消失情况见下表。
表1 有机氯农药在土壤中的残留期
从表1可以看出，有机氯农药的种类不同，在土壤中的残留期也不同，从几年到几十年不等，其中，DDT在土壤中的残留最长，其次为狄氏剂和林丹。有机氯农药在土壤中的残留是导致农药对环境造成污染的根源。当土壤中农药残留积累到一定程度时，便会对土壤生物造成不同程度的毒害。土壤中的残留农药还可以通过挥发、扩散、质流产生转移，污染大气、地表水体和地下水，并可通过生物富集和食物链使农药的残留浓度在生物体内富集，最终危及人体健康。
3. 有机磷农药的提取净化检测
有机氯农药(organoehlorine pesticides，OCPs)可以归纳为两大类：一类为氯代苯及其衍生物，如六六六，滴滴涕等；另一类为氯化甲撑萘(茚)制剂，如狄氏剂、艾氏剂等。各种有机氯的化学结构及毒性大小虽各不相同，但它们的理化性质基本相似。例如：挥发性低、化学性质稳定、不易分解、易溶于脂肪和有机溶剂等，这些性质对有机氯农药多残留分析方法具有重要影响。
有机氯农药多残留分析一般包括样品的提取、净化、检测等步骤，其中提取和净化是分析的关键环节，下面分别对具有代表性的各种相关技术进行讨论。
3.1 提取
提取是将样品中的农药溶解分离出来的操作步骤。传统的样品提取方法如索氏提取需要花费大量时间及有机溶剂，给分析检测带来一定困难，近年来出现了一些值得推荐的新提取技术，如加速溶剂提取技术(ASE)，超临界流体萃取技术(SFE)，微波加热提取技术(MAE)，固相微萃取技术(SPME)等，克服了索氏提取时间长，有机溶剂用量大的缺点。
3.1.1 超声波萃取技术(supersonic extraction)
超声波萃取在农药残留分析中是一种广泛使用的萃取方法，与索氏提取相比，超声波萃取时间短，溶剂用量小，萃取效率高，但是针对于不同性质的样品，超声波的萃取效率不同，应提前对萃取条件进行优化。《中国药典>2000年版采用丙酮和二氯甲烷为溶剂，超声波萃取，浓硫酸磺化净化法，GC测定中药材中的有机氯类农药(六六六，滴滴涕，PCNB)残留量。Venkatesan等以二氯甲烷为溶剂，超声波萃取海渣的表层沉积物，萃取了滴滴涕、六六六等多种有机氯农药残留，萃取时间短，效果好。
3.1.2 固相微萃取技术(SPME)
SPME是一种简便、快捷、无溶剂的样品制备与前处理技术，其原理是利用待测物在基体和萃取相间的非均相平衡，使待测组分扩散吸附到石英纤维表面的固定相涂层，待吸附平衡后，再与气相色谱或高效液相色谱联用以分离和测定待测组分，适用于分析挥发性及半挥发性有机物。取样、提取、浓缩、进样一步完成，全过程无需溶剂，但是萃取涂层容易磨损，使用寿命有限。谢文明等利用SPME-GC-MSD对土壤中的滴滴涕和六六六等有机氯农药进行了多残留测定，方法相对标准偏差9.88%～32.43%，线性范围可以达到3个数量级。
3.1.3 基质固相扩散法(MSPD)
MSPD是将样品吸附在弗罗里硅土或硅胶柱(C8或C18)上，使用合适的有机溶剂洗脱固定相，可以从均匀分散的样品中提取农药，样品提取、净化一步完成，回收率和重复性良好。Lott H M等使用MPSD-GC-ECD方法对小龙虾肝胰腺中的14种有机氯农药进行了测定，方法平均回收率为(55±10.4)%～(118±45.2)%，检测限为125～2000 ng•g-1。
3.1.4 超临界流体萃取技术(SFE)
SFE使用超临界状态下的流体作为提取溶剂，由于超临界流体黏度小、扩散快，因而农药在流体中扩散速度快，提取过程中质量转移快。其中以超临界二氧化碳应用最普遍。SFE萃取物不会改变原来的性质，萃取过程简单易于调节，但是萃取装置较昂贵，不适合分析水样和极性较强的物质。邱月明等介绍了一种用SFE进行样品前处理，用吸附小柱进行富集和净化，GC-ECD测定粮谷和茶叶中17种有机氯农药残留量的方法。结果显示，对于粮谷，回收率大于86%；对于茶叶，回收率大于81%。
3.1.5 加速溶剂提取技术(ASE)
ASE是在高温和加压条件下，用有机溶剂萃取固体或半固体样品的自动化方法。提取溶剂的选择与索氏提取法相同，提取液需要净化才能检测，其优点是有机溶剂用量少、方法快速、待测组分回收率高。崔艳红等使用ASE测定了蔬菜中15种有机氯农药，经考察，用二氯甲烷一丙酮(1:1)和加速溶剂提取仪在120℃提取5min，浓硫酸磺化、弗罗里硅土柱净化后用GC-MS测定可以得到很好的效果。
3.1.6 微波加热提取技术(MAE)
MAE是利用微波直接与待测物作用，微波的激活作用导致样品机体内不同成分的反应差异，使待测物与机体快速分离，并达到较高产率。MAE快速节能、节省溶剂、污染小、可同时处理多种样品，设备简单廉价，适用面广。但不易自动化，无法与其他仪器在线连机使用。Onuska F I等试用多种溶剂从泥渣中微波萃取有机氯农药残留，方法回收率为64.7%～85.5%。
3.2 净化
在农药多残留分析中净化一步是必不可少的，因为无论使用什么提取技术，提取液中仍可能含有各种干扰物质如脂质、色素、树脂等，需要除去以减少对测定的干扰，提高检测结果的准确性，减少对检测仪器的损耗。
3.2.1 浓硫酸磺化法
浓硫酸磺化法可有效地除去提取液中的脂肪、色素和杂质，在《中国药典》2000年版中规定使用浓硫酸磺化法对中药材中的六六六，滴滴涕及PCNB进行净化。但是浓硫酸磺化法只适用于对酸稳定的农药，因为浓硫酸会使狄氏剂、异狄氏剂等酸不稳定的农残分解，环氧七氯也会部分进入磺化层造成回收率偏低，当改用含5%H2O的浓硫酸作为磺化净化剂时，环氧七氯即可获得满意回收率。周昱等选用含5%H2O的浓硫酸进行磺化净化操作，以HP-50+大口径毛细管柱为分离柱，GC-ECD测定了水果中14种有机氯农药残留，方法检测限为0.1～2.0 ng•g-1，回收率在88.6%～105.8%。
3.2.2 液液分配法
液液分配常用一种非极性溶剂和极性溶剂组成溶剂对来进行分配，如丙酮-己烷、乙腈-己烷(或石油醚)等。目前液液分配辅以柱层析法使用较为广泛，是农药残留分析除油的主要方法。在对脂肪类食品中农药的多残留测定中，FDA方法使用乙腈-石油醚液液分配和弗罗里硅土柱相结合进行净化。
3.2.3 低温沉淀法
1950年Fairing等人首次报道甲氧滴滴涕在–15℃丙酮溶液中可与油脂及蜡分离。在–78℃的干冰。甲醇浴中进行的低温沉淀，用来从脂肪、蜡质和水中分离极性和非极性农药。虽然这种方法表面上看来很简单，但没有取得广泛应用。沉淀基质对被分析物质的吸留以及过滤过程中对被分析物质的吸附可能是限制该方法的实用性和能否被普遍接受的重要因素。
3.2.4 吹扫共蒸馏法
吹扫共蒸馏法使用注射器将加热(液化的)的脂肪样品通过隔膜注射到填充有硅烷化玻璃珠的“分馏管”中。然后使氮气流由进样端的侧臂导入，使之流经分馏管吹扫样品。农药被气化挥发，从样品中分离出去，并收集于分馏管出口处的弗罗里硅土吸附剂上。然后用适当的溶剂从弗罗里硅土上把农药洗脱下来，浓缩后用于GC分析。目前已有改进的小型吹扫共蒸仪器，名为Unitrex，适用于有机氯等热稳定性农药及易于自油脂共提物中快速挥发的农药。
3.2.5 柱色谱法
农药残留分析中吸附柱层析应用较多，固定相一般使用弗罗里硅土、中性铝等，由于大多数有机氯类农药极性小，吸附能力弱，因此一般选用极性小的洗脱剂洗脱。
弗罗里硅土是一种合成硅酸镁，呈多孔状，对脂肪有强吸附力，是目前使用最多的吸附剂。用乙醚-石油醚(6:94)100 mL淋洗样品提取液，可淋洗出六六六，滴滴涕各异构体及三氯杀螨醇等。在对非脂肪性食品中非极性农药的多残留测定中，FDA方法使用弗罗里硅土色谱柱净化，以二氯甲烷-乙腈-正己烷(5O:1.5:48.5)洗脱_加J或以醋酸乙酯-石油醚(6:94，15:85，1:1)3个梯度先后洗脱。GB/T5009 146-2003标准规定了对植物性食品中lO种有机氯农药的多残留测定方法，使用有机溶剂提取，经液液分配及弗罗里硅土色谱柱净化，GC-ECD测定。
3.2.6 凝胶渗透色谱(GPC)
GPC属于排阻色谱，目前在农药多残留测定中广泛使用，具有使用寿命长、净化效率好、回收率高的优点。载体是GPC具有分离作用的关键，其结构直接影响仪器性能及分离效果，目前主要有交联葡聚糖凝胶(SephadexLH-20)和交联聚苯乙烯凝胶(Bio-Beads S-X)。良好的溶剂有利于提高待测物质的溶解度，避免操作时因分析对象的改变而更换溶剂，应具备毒性低、易于纯化、化学性质稳定及不腐蚀色谱设备的特点。
3.3 检测
3.3.1 气相色谱(GC)
GC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。近年来，毛细管柱几乎已经取代了填充式色谱柱，实现了分离大量具有相似物化性质的农药。色谱柱的选择取决于待分离农药的性质，如有机氯农药的分离一般使用中等偏低极性固定相DB.1701或非极性固定相如DB-1(或OV-1)以及DB-5(或BPX-5)。在有机氯多残留测定中GC使用电子捕获检测器(ECD)，自动进样器进样速度较低，可以测定大体积的样品且分辨率好。余建新等采用HP-102大口径弹性石英毛细管柱为分离柱，ECD检测，GC分析法测定了油脂果蔬中的20种有机氯农药的残留量，方法的检测限为1.0-20.0 ng•g-1，回收率为90%~110%。
3.3.2 高效液相色谱(HPLC)
HPLC目前在农药多残留测定中主要用于分析低挥发性和热不稳定性的农药，适用于分析酒及水中的农药而不适用于食品及饲料等。填充柱一般使用小柱(或微孔柱)以及改良的反相硅胶色谱柱如C8，C18 等，大多选择200-300肿的紫外吸收作为检测器。戴华等使用微量化技术处理柑桔样品，经正己烷提取、浓硫酸磺化后，用反相HPLC分离测定样品处理液中的4种滴滴涕和三氯杀螨醇残留量，滴滴涕和三氯杀螨醇的检出限分别为0.01，0.04 mg•kg-1，回收率大于70%，重复性良好。
3.3.3 气相一质谱联用
(GC—MS)及高效液相一质谱联用(HPLC-MS) GC和HPLC与MS联用时可以提高测定和分离能力，MS是GC的理想“检测器”，虽然MS的灵敏度较ECD的灵敏度低，但MS可以定性提供样品的详细结构信息。HPLC-MS欲鉴定的化合物不受其是否具挥发性的限制，因此HPLC.MS比GC-MS的应用前景更为广泛。
Chun O K等采用GC-MS方法对农作物中包括有机氯农药在内的101种农药进行了多残留测定，采用选择离子模式，根据保留时间及选择离子对农药定性。所使用的选择离子模式对农作物样品的选择性合适，且对农药洗脱峰影响小，农药回收率为70％ ～110％，检测限在0.02～0.3 mg·kg-1。
4 前景展望
有机氯农药作为一种常见的有机污染物，虽经长时间的降解，但是环境介质中仍普遍存在，给人类健康带来隐患。由于国内对有机氯农药在环境中的迁移转化、分布模式和生物降解方面的研究较少，对有机氯农药的污染情况缺乏长期的追踪和动态监测，使得有机氯农药的残留数据欠缺连续性，故今后环境工作人员应该朝这个方向努力。随着国内外对农药残留检测的要求愈加严格，如日本对从我国进口的蔬菜要求检测140余种农药的残留量，针对各种农产品、药材国内也应该尽快进行更多种类的有机氯农药多残留分析方法学的摸索研究，以尽快建立一套比较通用的有机氯农药多残留分析方法，并参考国际上对各种样品中各种有机氯农药最大残留量的限定，提出我国农产品有机氯农药的限量标准，以提高在国际市场上的竞争力。
参考文献
[1] 徐亮, 刘月雪, 包维楷. 生物体内有机氯农药的研究进展. 四川环境, 2003.22(5):15
[2] 中国药典. 一部. 2000. 附录60
[4] 易军, 李云春,弓振斌.食品中农药残留分析的样品前处理技术进展.化学进展,2002,14(6):415.
[3] Venkatesan M I,Deleon R P,Van Geen A,et al.Chlorinated hydrocarbon pesticides and polychlorinated biphenyls in sediment cores from San Francisco Bay. Marine Chemistry,1999，64:85.
[5] 杨曼君.农药残留分析中的提取新技术.农药科学与管理,2000.21(1):13.
[6] 黄士忠,姚建仁.农药多组分残留量气相色谱分析法.北京:中国科学技术出版社,1991.34.
[7] 默涛,陈鹤鑫,陆贻通.农药残留量分析方法.上海:上海科学技术出版社,1992,7
[8] 李欢欣,郝桂彤,赵春杰,等.气相色谱法测定熟地中有机氯类农药残留量.沈阳药科大学学报,2002,19(6):422.
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eaaed1766c175f0e7cd1378f.html
文档为doc格式