許志剛，吉 洋，王 丹，司曉喜，張鳳梅，劉志華，林 濤，劉宏程

(1.昆明理工大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650500; 2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231;3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，云南 昆明 650223)

0 引 言

新煙堿類殺蟲劑是一類在煙堿分子基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上官能團(tuán)轉(zhuǎn)化得到的一大類化合物[1]，于1990年首次被引入，因其具有親水性、廣譜殺蟲性、環(huán)境友好性和低毒等優(yōu)勢[2-3]，現(xiàn)廣泛應(yīng)用在土壤處理、種子保護(hù)、害蟲防治中.但該類化合物難以降解[4]，易于殘存在環(huán)境基質(zhì)中，且難以用簡單手段去除[5-6].新煙堿類殺蟲劑會對蜜蜂、家蠶等有益昆蟲類的非靶標(biāo)生物造成毀滅性威脅[7].此外，研究還發(fā)現(xiàn)其部分降解產(chǎn)物會對魚等水生生物產(chǎn)生不可逆的生物毒性作用[8].新煙堿類殺蟲劑對生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的破壞[6,9]，直接或間接影響了農(nóng)作物生產(chǎn)種植帶來的價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還存在潛在的人類健康以及生物多樣性威脅[10-11].國際組織已制定了食品中新煙堿類殺蟲劑的限量指令.歐盟規(guī)定了噻蟲胺、吡蟲啉和噻蟲嗪等新煙堿類殺蟲劑的最高殘留水平量為 0.05 mg/kg[12]，中國也嚴(yán)控新煙堿類殺蟲劑的生產(chǎn)使用[13].圖1列舉了九種典型新煙堿類殺蟲劑化合物分子結(jié)構(gòu)式.

1.噻蟲胺; 2.呋蟲胺; 3.烯啶蟲胺; 4.噻蟲嗪; 5.氟啶蟲酰胺; 6.吡蟲啉; 7.氯噻啉; 8.啶蟲脒; 9.噻蟲啉

新煙堿類殺蟲劑的廣泛使用以及對環(huán)境安全及人類健康存在的潛在威脅使其備受關(guān)注.然而，由于實(shí)際樣品基質(zhì)復(fù)雜，且目標(biāo)分析物含量較低[14]，常規(guī)樣品前處理技術(shù)難以滿足復(fù)雜基質(zhì)中新煙堿類殺蟲劑殘留檢測.本文全面介紹了新煙堿類殺蟲劑的樣品前處理技術(shù)，包括固相萃取法、分散固相萃取法、分散液-液微萃取法、分子印跡法、亞臨界流體萃取法等；綜合報(bào)道了新煙堿類殺蟲劑的檢測方法，如高效液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、氣相色譜-質(zhì)譜檢測法、電化學(xué)法、酶免疫檢測法等，為從事農(nóng)產(chǎn)品安全檢測、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估和污染管理的工作人員提供檢測方面的技術(shù)支持.

1 新煙堿類殺蟲劑的樣品前處理方法

樣品前處理是最大限度提高色譜儀器靈敏度和準(zhǔn)確分析性能，獲得可靠分析結(jié)果的重要環(huán)節(jié).環(huán)境基質(zhì)中的新煙堿類殺蟲劑含量低，難以高效分離，且基質(zhì)組分復(fù)雜，干擾物眾多，難以滿足儀器直接進(jìn)樣的苛刻要求，所以需要建立適合的新煙堿類殺蟲劑樣品前處理新技術(shù)，使得多種痕量新煙堿分析物與樣品基質(zhì)及干擾物得到有效分離和富集.在此，介紹了新煙堿類殺蟲劑檢測中常用的樣品前處理方法：固相萃取、固相微萃取、分散固相萃取、分散液-液微萃取等方法.

1.1 固相萃取

固相萃取是一種常規(guī)的樣品前處理分析方法，通過選擇適合的洗脫劑，使目標(biāo)物從液體樣品中分離.該方法簡單高效，適用于簡單目標(biāo)分析物的凈化和富集.Li等[15]開發(fā)了一種使用圓盤固相萃取結(jié)合高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜同時(shí)測定海水和河水樣品中的七種新煙堿和其代謝物氟蟲腈的新圓盤固相萃取方法(如圖2所示)，檢測了中國膠州灣及其鄰近河流真實(shí)環(huán)境水樣中十一種新煙堿目標(biāo)分析物，定量下限為0.05～0.50 ng/L，回收率為58.9%～109.9%.Hou等[16]研究了Oasis HLB SPE固相萃取柱凈化和富集蜂王漿、蜂蜜樣品中的吡蟲啉、噻蟲胺、噻蟲嗪在內(nèi)的十種新煙堿類殺蟲劑及兩種代謝物，甲醇溶液能很好地洗脫蜂蜜樣品中的多種新煙堿類殺蟲劑，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜樣品中多組分新煙堿類化合物凈化和富集，定量限為0.25～5.0 μg/kg.張俊杰等[17]使用了Waters Oasis HLB固相萃取柱凈化和富集環(huán)境水樣中的多種新煙堿類殺蟲劑，結(jié)合響應(yīng)曲面法對萃取解吸過程中的多種條件快速優(yōu)化篩選，得到新煙堿類分析物的回收率在75.4%～122%.

圖2 盤基固相萃取結(jié)合HPLC-MS/MS測定沿海環(huán)境水中的新煙堿類殺蟲劑示意圖

1.2 分散固相萃取

分散固相萃取法是基于固相萃取開發(fā)的一種使用分散吸附劑在液體樣品中吸附目標(biāo)分析物的樣品前處理技術(shù).該方法具有操作方便、高效快捷、方法檢出限低、回收率高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境檢測、化工生產(chǎn)和醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)等多種實(shí)際生產(chǎn)生活領(lǐng)域.Mahdavi等[18]使用N-丙基乙二胺吸附劑(PSA)分散固相萃取技術(shù)分離富集了開心果中的吡蟲啉和啶蟲脒兩種新煙堿類殺蟲劑，回收率分別為70.37%～89.80%和81.05%～113.57%，該方法使用有機(jī)溶劑少、操作簡單快捷、回收率高.為提高分散固相萃取的吸附性能，Dankyi等[19]使用了PSA、C18、石墨化炭黑三種混合多元吸附劑，結(jié)合分散固相萃取法測定了富含脂質(zhì)的可可豆果實(shí)中的新煙堿殺蟲劑.此外，Valverde等[20]還報(bào)道了增強(qiáng)脂質(zhì)去除產(chǎn)品(EMR-Lipid)作為分散固相萃取的吸附劑，處理含有吡蟲啉的蜂蠟樣品，通過與超高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)量檢測器聯(lián)用，同時(shí)測定蜂蠟中的七種新煙堿類殺蟲劑，檢出限為0.4～1.4 μg/kg，而采用基于核殼技術(shù)的色譜柱進(jìn)行分離目標(biāo)物，實(shí)現(xiàn)了更短時(shí)間內(nèi)殺蟲劑的色譜分離.

1.3 分散液-液微萃取

分散液-液微萃取是基于液-液萃取的樣品前處理技術(shù)，具有使用少量有機(jī)溶劑和少量樣品溶液的特點(diǎn)，常被用于環(huán)境安全檢測、刑偵檢驗(yàn)等.Jovanov等[21]結(jié)合理論計(jì)算模擬得到新煙堿類殺蟲劑在兩相溶劑中的分配情況，得到最佳的新煙堿類殺蟲劑分散液-液微萃取方法，將該方法應(yīng)用在蜂蜜復(fù)雜樣品中，獲得回收率74.3%～113.9%.這一研究還利用理論計(jì)算探究新煙堿類殺蟲劑分散液-液微萃取的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)，有效避免了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化過程中提取溶劑的不恰當(dāng)選擇和不必要浪費(fèi).Zhang等[22]采用氯仿和乙腈組合萃取黃瓜樣品中的啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲啉，得到這三種新煙堿類殺蟲劑的富集倍數(shù)高達(dá) 4 000～10 000，該分散液-液微萃取結(jié)合掃描膠束電動(dòng)色譜法的富集倍數(shù)顯著優(yōu)于常規(guī)的分散液-液萃取方法，檢測限為0.8～1.2 ng/g.Senovieski等[23]研究了新型注射器分散液-液微萃取方法提取大豆葉子中的吡蟲啉、噻蟲嗪、噻蟲胺，如圖3所示.該方法樣品處理時(shí)間短，方法操作簡單快捷，相比于常規(guī)的固相萃取方法，回收率更高、方法裝置小型化，可以在室外惡劣環(huán)境下就地實(shí)現(xiàn)新煙堿殺蟲劑樣品處理.

圖3 基于注射器的分散-液體微萃取法分離和富集新煙堿類殺蟲劑的樣品前處理示意圖

1.4 分子印跡法

分子印跡技術(shù)具有特異性識別能力，它通過制備出與目標(biāo)分析物空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的含有空間位點(diǎn)的特異性識別空腔聚合物，可直接選擇性萃取樣品中的目標(biāo)分析物.分子印跡樣品前處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到環(huán)境、醫(yī)學(xué)、食品等復(fù)雜基質(zhì)樣品的分析.該技術(shù)常與傳統(tǒng)微萃取技術(shù)相結(jié)合，賦予其選擇性識別能力.王鳴華課題組[24]以噻蟲啉為模板分子，制備了分子印跡固相萃取柱，應(yīng)用在大米和稻田樣品中，檢出了噻蟲啉、吡蟲啉、氯噻啉，同時(shí)加標(biāo)回收率為80.2%～98.8%.Aria等[25]制備了吡蟲啉分子印跡聚合物，結(jié)合離子遷移譜，分析土壤和植物中的吡蟲啉，該方法檢出限為 0.03 μg/g.Zhang等[26]將分子印跡聚合物單層加載到惰性石墨烯表面(如圖4所示)，所提出的傳感器具有很高的穩(wěn)定性和特異性識別能力，該方法應(yīng)用于糙米樣品中吡蟲啉的檢測，檢測限為 0.10 μmol/L.

圖4 基于分子印跡的石墨烯傳感器制備及其對吡蟲啉選擇性電化學(xué)檢測示意圖

1.5 其它樣品前處理技術(shù)

針對新煙堿類殺蟲劑樣品的前處理，還有以亞臨界水為溶劑的萃取方法[27]，亞臨界水大大降低了極性、表面張力和粘度，從鰻魚基質(zhì)中提取了七種新煙堿類殺蟲劑，采用超高效液相色譜-電噴霧電離串聯(lián)質(zhì)譜檢測，新煙堿類化合物的檢測限和定量限分別在0.12～0.36 μg/kg 和 0.42～1.12 μg/kg 范圍內(nèi).該方法快速、靈敏、易于操作，無有機(jī)溶劑，適用于水產(chǎn)品中殺蟲劑殘留的高通量監(jiān)測.

此外，Saito-Shida等[28]采用超臨界流體萃取提取了116種農(nóng)藥，包括番茄和黃瓜樣品中的6種新煙堿，啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲啉和噻蟲嗪的回收率普遍良好，但噻蟲胺和烯啶蟲胺的回收率低，僅有32%～34%，回收率低的原因是因?yàn)闃悠坊|(zhì)與該化合物的硝基發(fā)生了相互作用.

2 新煙堿類殺蟲劑檢測方法

2.1 液相色譜方法

液相色譜方法是一種最通用的色譜分離檢測方法，通過分析物在固定相和流動(dòng)相的分配不同，保留時(shí)間的差異得到分離，結(jié)合光譜或質(zhì)譜檢測器實(shí)現(xiàn)分析檢測.Seccia等[29]開發(fā)了一種同時(shí)測定牛奶中四種新煙堿類殺蟲劑(啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲啉和噻蟲嗪)的分析方法，使用含有硅藻土材料的Chem Elut小柱，用二氯甲烷從牛奶樣品中提取目標(biāo)分析物，通過帶二極管陣列檢測的高效液相色譜儀進(jìn)行殺蟲劑定量測定，四種新煙堿類殺蟲劑實(shí)現(xiàn)有效分離，色譜峰形良好，定量限為0.01～0.04 mg/kg.Kachangoon等[30]開發(fā)了一種濁點(diǎn)萃取方法，結(jié)合高效液相色譜快速測定四種新煙堿類殺蟲劑殘留物，該方法在 9 min 內(nèi)完成四種目標(biāo)物的分離測定，線性范圍在1～1 000 μg/L，高富集因子在50～250倍，檢測限為0.3～1.0 μg/L，該方法成功應(yīng)用于地表水、土壤和尿液樣品中的新煙堿類殺蟲劑殘留量測定，加標(biāo)回收率為80%～115%.

2.2 液相色譜-質(zhì)譜檢測方法

液相色譜-質(zhì)譜法是目前新煙堿類殺蟲劑廣泛使用的儀器檢測方法.Xie等[31]報(bào)道了一種高靈敏的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜方法，采用活性炭和 HLB 固相萃取柱進(jìn)行樣品前處理，結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析農(nóng)業(yè)樣品中的六種新煙堿類農(nóng)藥殘留，該方法準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，對新煙堿類化合物的檢測具有普適性.表1還給出了不同種類新煙堿殺蟲劑的液相色譜-質(zhì)譜檢測方法.

表1 新煙堿類殺蟲劑液相色譜-質(zhì)譜檢測方法

2.3 氣相色譜-質(zhì)譜檢測法

新煙堿類殺蟲劑屬于強(qiáng)極性、低揮發(fā)性物質(zhì)，在氣化過程中新煙堿類可能發(fā)生降解，對分析結(jié)果產(chǎn)生不利影響，因而關(guān)于氣相色譜分析新煙堿類殺蟲劑的報(bào)導(dǎo)很少.相比之下氣質(zhì)聯(lián)用法定性能力更強(qiáng)、靈敏度更高，已有報(bào)道用于水果、糧食、蔬菜等樣品中新煙堿殺蟲劑的殘留檢測.許秀瑩等[39]使用氣相色譜-質(zhì)譜法對6種新煙堿類殺蟲劑進(jìn)行定性定量檢測，最低檢測濃度為 0.05 mg/kg.Nomura等[40]建立了一種基于氣相色譜-質(zhì)譜檢測法的快速分析方法，應(yīng)用于人尿液中三種新煙堿類殺蟲劑代謝物的檢測，每種代謝物的檢測限為 0.1 μg/L.

2.3 電化學(xué)法

Ana等[41]報(bào)道了用氧化石墨烯和β-環(huán)糊精修飾的電化學(xué)傳感器，檢測了蜂蜜樣品中的吡蟲啉、噻蟲胺和噻蟲嗪，該方法靈敏度高，可應(yīng)用于蜂蠟等復(fù)雜基質(zhì)中新煙堿類殺蟲劑的檢測.Zhang等[42]采用β-環(huán)糊精-石墨烯修飾玻璃電極，結(jié)合線性掃描伏安法對谷物中的哌蟲啶進(jìn)行定量分析，在同一加標(biāo)濃度下，此方法與高效液相色譜相法的回收率相當(dāng).Urbanová等[43]使用氧化石墨烯修飾后的電極，實(shí)現(xiàn)了水和蜂蜜中噻蟲嗪、吡蟲啉的檢測，檢測限分別為 8.3 μmol/L 和 7.9 μmol/L.Ganesamurthi等[44]合成了一種氧化鈷與g-C3N4的復(fù)合物，并將其附著在電極表面，用于食品中噻蟲嗪的檢測，檢出限為 4.9 nmol/L.

2.3 其它檢測方法

Watanabe等[45]采用酶聯(lián)免疫法，測定了含水土壤樣品中的三種新煙堿類殺蟲劑：呋蟲胺、噻蟲胺和吡蟲啉，回收率為72%～126%，該方法無需使用有機(jī)溶劑.Carbonell-Rozas等[46]使用毛細(xì)管電色譜法，同時(shí)分析了五種谷物中的七種新煙堿類殺蟲劑，該方法具有樣品用量少、分離效率高的優(yōu)點(diǎn)，所有分析物的檢測限和定量限范圍分別為3～5 μg/kg 和9～18 μg/kg.

3 結(jié) 語

新煙堿類殺蟲劑廣泛存在于農(nóng)作物和環(huán)境基質(zhì)中，由于具有非目標(biāo)靶向性，對野生動(dòng)物和人類健康均產(chǎn)生一定程度的不利影響，對農(nóng)作物和環(huán)境基質(zhì)中的新煙堿類殺蟲劑進(jìn)行殘留監(jiān)測和暴露評估具有重要意義，建立高效的樣品前處理技術(shù)和檢測方法是分析工作者要做的先行工作.就目前的研究情況來看，新煙堿類殺蟲劑殘留檢測的分析方法有如下的發(fā)展趨勢：

1)新煙堿類殺蟲劑樣品前處理技術(shù)的發(fā)展方向：新煙堿類殺蟲劑多組分的高通量、選擇性分離富集樣品前處理技術(shù)仍待開發(fā)，多種常規(guī)樣品前處理技術(shù)的組合應(yīng)用，一定程度提升了樣品處理通量，一些新穎高效的樣品前處理技術(shù)要以消除基質(zhì)干擾和提升選擇性為目標(biāo).

2)高效的分離分析方法的開發(fā)：解決多個(gè)目標(biāo)物的同時(shí)高效分離分析，以及目標(biāo)物與復(fù)雜基質(zhì)的分離，開發(fā)色譜柱柱串或并聯(lián)技術(shù)、超臨界流體色譜和多維色譜等.

3)新煙堿類殺蟲劑殘留現(xiàn)場快速檢測方法的開發(fā)：迫切需要可現(xiàn)場快速分析農(nóng)作物、環(huán)境樣品中的新煙堿類殺蟲劑殘留的方法，尤其是一些可視化的分析方法，如比例式熒光傳感器、特殊顯色卡以及沉淀劑等方法，有助于快捷評估新煙堿類物質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品安全和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).