韓明月，吳玉凡，王春悅，張毓秀，張 武

(天津市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，天津 300193)

在作物病蟲害防治實(shí)踐中，使用農(nóng)藥是最迅速、最常見、最經(jīng)濟(jì)有效的方法。農(nóng)藥制劑的有效成分含量與標(biāo)示含量是否一致是農(nóng)藥質(zhì)量控制的關(guān)鍵，如果有效成分含量不足，功效會(huì)降低甚至失效；有效成分含量太高，不僅會(huì)對(duì)農(nóng)作物造成藥害，還會(huì)產(chǎn)生農(nóng)藥殘留，破壞生態(tài)環(huán)境，威脅人類生命健康。因此，農(nóng)藥有效成分的含量是相關(guān)部門市場(chǎng)監(jiān)管的重點(diǎn)。

目前農(nóng)藥檢測(cè)方法種類一般可分為常規(guī)檢測(cè)和快速檢測(cè)兩種。常規(guī)檢測(cè)主要以氣相色譜法(gas chromatography，GC)、高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)、氣/液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(gas chromatography/liquid chromatography-mass spectrometry，GC/LC-MS)為主。常規(guī)檢測(cè)法靈敏度和準(zhǔn)確度較高，結(jié)果比較可靠，但樣品前處理程序繁瑣、檢測(cè)成本高、時(shí)間長(zhǎng)，只能用于實(shí)驗(yàn)室操作，需要專門的技術(shù)人員，無法滿足快速、低成本等實(shí)際的需要，更難以滿足生產(chǎn)企業(yè)連續(xù)在線檢測(cè)、農(nóng)藥監(jiān)督部門現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)督的需要。

本文根據(jù)最近的研究進(jìn)展，在常規(guī)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)以往的農(nóng)藥有效成分檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充，特別介紹了該領(lǐng)域一些熱點(diǎn)的新技術(shù)，如光譜技術(shù)、化學(xué)成像技術(shù)等的研究成果和動(dòng)態(tài)，并對(duì)目前存在的問題、未來發(fā)展趨勢(shì)和攻關(guān)重點(diǎn)進(jìn)行了分析，以期為農(nóng)藥質(zhì)量快速檢測(cè)的深入研究提供參考。

1 農(nóng)藥有效成分常規(guī)檢測(cè)方法

1.1 氣相色譜法 氣相色譜法是目前農(nóng)藥檢測(cè)的主要方法中使用相對(duì)普遍、成熟的一種分離分析方法，常用于低沸點(diǎn)的農(nóng)藥檢測(cè)。該方法的分離效率高、分離速度快、樣品用量少、檢測(cè)靈敏度高，對(duì)絕大部分農(nóng)藥都可以實(shí)現(xiàn)很好的分離。但對(duì)于農(nóng)藥中有效成分的含量檢測(cè)，目前國內(nèi)外的測(cè)定方法大多針對(duì)單一品種，業(yè)內(nèi)對(duì)于大批量、多品種的農(nóng)藥檢測(cè)方法開展了相關(guān)研究。吳曉波等[1]建立了一種用氣相色譜火焰離子化檢測(cè)器 (FID)同時(shí)測(cè)定包含甲胺磷、久效磷、特丁硫磷、毒死蜱、樂果、水胺硫磷、異丙威、克百威、噻嗪酮、高效氯氰菊酯、百菌清、烯唑醇等15種農(nóng)藥有效成分的分析方法，實(shí)現(xiàn)了在同樣的色譜條件下，用同一根色譜柱同時(shí)完成定性、定量分析，并能同時(shí)檢測(cè)樣品中是否添加了禁止使用的高毒農(nóng)藥。孫長(zhǎng)恩等[2]采用HP-5MS毛細(xì)管柱和FID檢測(cè)器，建立了氣相色譜方法同時(shí)檢測(cè)農(nóng)藥中9 種擬除蟲菊酯類隱形成分的方法，方法的準(zhǔn)確度和分離效果較常規(guī)方法都有一定提高。

1.2 高效液相色譜法 高效液相色譜分辨率高、分析速度快、重復(fù)性好、樣品用量低、自動(dòng)化程度高，在國內(nèi)外都已成為農(nóng)藥有效成分檢測(cè)的主要方法。與 GC 相比，HPLC 更適用于極性強(qiáng)、分子量大、沸點(diǎn)高、熱不穩(wěn)定以及離子型農(nóng)藥的檢測(cè)。不少學(xué)者對(duì)現(xiàn)有的HPLC檢測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)和深入研究。袁圓等[3]對(duì)呋草酮原藥的高效液相色譜分析方法進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)溶劑、檢測(cè)波長(zhǎng)、流動(dòng)相及比例、進(jìn)樣量等液相色譜條件進(jìn)行了選擇，建立了簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，更加適用于呋草酮原藥的日常定量分析。李環(huán)亭等[4]利用HPLC法測(cè)定了不同劑型不同含量的吡蟲啉農(nóng)藥制劑產(chǎn)品中有效成分含量，并比較了單點(diǎn)校正法、標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法三種定量分析方法的差異性，及其對(duì)農(nóng)藥制劑產(chǎn)品有害成分的檢測(cè)準(zhǔn)確性的影響。

2 農(nóng)藥有效成分快速檢測(cè)方法

針對(duì)目前農(nóng)藥有效成分檢測(cè)常用的色譜法所存在的：操作過程繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高等缺陷，近年來，振動(dòng)光譜法作為一種無損快速分析技術(shù)，在測(cè)定農(nóng)藥有效成分方面越來越受到人們的重視，振動(dòng)光譜技術(shù)主要包括中紅外光譜、近紅外光譜和拉曼光譜技術(shù)。隨著學(xué)者們的不斷改進(jìn)摸索，將化學(xué)計(jì)量學(xué)科與紅外區(qū)特殊的光譜吸收譜帶結(jié)合，使該技術(shù)在農(nóng)藥質(zhì)量檢測(cè)中的定性、定量分析得到了廣泛應(yīng)用。

2.1 中紅外光譜技術(shù) 中紅外光譜是波長(zhǎng)區(qū)間在 2 500～25 000nm的電磁波，是由于分子振動(dòng)狀態(tài)在相鄰振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷而形成的，主要反映分子基頻振動(dòng)信息[5]。紅外光譜通常用譜帶數(shù)目、譜帶位置、譜帶形狀、相對(duì)強(qiáng)度四個(gè)基本參數(shù)來表征，在物質(zhì)的定性分析方面應(yīng)用較多，目前國內(nèi)用紅外光譜定性分析農(nóng)藥有效成分的結(jié)構(gòu)類型主要有：磺酰脲類除草劑，三嗪類除草劑，吡啶雜環(huán)類的殺蟲劑，煙堿類殺蟲劑等[6]?；衔锓肿又胁煌墓倌軋F(tuán)激發(fā)后產(chǎn)生的特征振動(dòng)，會(huì)反映在紅外吸收光譜上形成指紋圖譜，因此紅外光譜亦可用于定量分析[7]。常用的儀器有傅立葉變換紅外光譜儀。熊艷梅等[8]利用傅里葉變換中紅外光譜儀定量分析了商品農(nóng)藥制劑中有效成分氰戊菊酯和馬拉硫磷的含量，樣品預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差<8.64%，可以滿足農(nóng)藥制劑市場(chǎng)分析的要求。G Tang等[9]使用傅里葉變換紅外光譜儀采集苦參堿水溶液的光譜信息，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法變量選擇技術(shù)測(cè)定了苦參堿水溶液中的有效成分。劉若云等[10]利用傅里葉變換紅外光譜法，建立了檢測(cè)農(nóng)藥里吡蟲啉成分的含量模型，模型相關(guān)系數(shù)能達(dá)到0.999 54。從以上研究來看，盡管紅外光譜法比一般化學(xué)分析法的偏差要稍大，但可以滿足運(yùn)行監(jiān)管環(huán)節(jié)快速實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。戴郁菁等[11]采用更加便攜式的ALPHA FTIR Spectrometer紅外光譜儀直接測(cè)定農(nóng)藥中的草甘膦含量，選擇了草甘膦銨鹽不受乳化劑成分干擾的在1 321cm-1處的紅外光譜吸收峰為定量分析波數(shù)，所建立的峰面積與含量的線性模型相關(guān)系數(shù)r能達(dá)到0.999 7。實(shí)驗(yàn)采用的光譜儀體積小，質(zhì)量輕，農(nóng)藥樣品不需任何前處理，能夠很好的滿足生產(chǎn)過程中即時(shí)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求，具有很好的應(yīng)用前景。

紅外光譜還常被用于農(nóng)藥有效成分中違禁品添加量的識(shí)別，杜夏瑜等[12]采用紅外光譜結(jié)合衰減全反射技術(shù)(Attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy，ATR-FT-IR) 對(duì)啶蟲脒固體商品制劑中違禁添加的氟蟲腈含量進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)氟蟲腈含量在 0.60% ～5.00%的啶蟲脒商品制劑含量預(yù)測(cè)誤差<5%，符合農(nóng)藥質(zhì)量監(jiān)管中《農(nóng)藥制劑產(chǎn)品中微量其他農(nóng)藥成分限量》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氟蟲腈的分析要求。H Yan等[13]提出了一種利用中紅外光譜儀測(cè)定阿維菌素中的氯蟲苯胺的快速檢測(cè)方法，并比較了4種不同波長(zhǎng)選擇方法的預(yù)測(cè)能力，最低的預(yù)測(cè)均方根誤差達(dá)到0.027 1，可在幾分鐘內(nèi)給出檢測(cè)結(jié)果，表明中紅外光譜法可以用于快速方便地檢測(cè)阿維菌素中的氯蟲苯胺成分含量。這些研究為農(nóng)藥中違禁添加成分的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)提供了豐富的理論基礎(chǔ)。

2.2 近紅外光譜技術(shù) 近紅外光(near infrared，NIR)是介于可見光和中紅外光之間的電磁波，對(duì)被測(cè)物質(zhì)中 O-H、N-H、C-H 及 S-H 等含氫基團(tuán)的分子內(nèi)部原子間振動(dòng)的倍頻和合頻吸收，產(chǎn)生豐富的譜學(xué)信息[14]。不同基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長(zhǎng)與強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生其相應(yīng)的特征吸收，絕大部分有機(jī)物都具有含氫基團(tuán)，因而近紅外光譜可以應(yīng)用于包括農(nóng)藥在內(nèi)的幾乎所有有機(jī)物的化學(xué)和物理性質(zhì)的分析。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)閔順耕課題組在利用近紅外光譜技術(shù)快速分析農(nóng)藥中有效成分方面做了大量研究，熊艷梅等[15]開發(fā)了敵殺死乳油中有效成分溴氰菊酯含量的快速檢測(cè)方法，用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法 (Partial Least Square，PLS)建立了有效成分溴氰菊酯的快檢模型，模型的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999 9，預(yù)測(cè)均方根誤差達(dá)到0.022，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)敵殺死乳油中溴氰菊酯成分的含量；對(duì)乳油中有效成分高蓋[16]、氰戊菊酯和馬拉硫磷[8]等的含量也建立了快速、穩(wěn)定的分析模型。說明近紅外光譜方法方便、快捷，有利于農(nóng)藥制劑的現(xiàn)場(chǎng)分析技術(shù)的推廣。

在此研究的基礎(chǔ)上，業(yè)內(nèi)的學(xué)者們通過化學(xué)計(jì)量學(xué)算法的優(yōu)化、波段的選擇等對(duì)近紅外光譜快速檢測(cè)方法進(jìn)行了更深入的研究，擴(kuò)展了該方法的應(yīng)用范圍。吳瑞梅等[17]采用聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘法(siPLS)結(jié)合遺傳算法篩選特征變量，由交互驗(yàn)證法確定最佳主成分因子數(shù)及篩選的變量數(shù)，降低了模型的復(fù)雜度。劉丕蓮等[18]比較了不同光程長(zhǎng)度下毒死蜱乳油中有效成分近紅外光譜定量分析模型的性能，進(jìn)一步優(yōu)化了模型參數(shù)，建立了精度更高、模型更穩(wěn)定的的毒死蜱乳油中有效成分近紅外光譜定量分析方法。裴建偉等[19]將近紅外光譜法應(yīng)用于多菌靈原藥中有效成分的含量測(cè)定，結(jié)合光譜預(yù)處理MSC方法和偏最小二乘算法，僅需幾分鐘就可以測(cè)定一批樣品，大大提高了檢測(cè)多菌靈樣品含量檢測(cè)的效率。王雅靜等[20]建立了農(nóng)藥中違禁農(nóng)藥氟蟲腈含量添加的近紅外快速檢測(cè)模型，為近紅外光譜技術(shù)在高毒性農(nóng)藥低摻雜的違禁農(nóng)藥檢測(cè)中的應(yīng)用提供了一個(gè)很好的先例。

2.3 拉曼光譜技術(shù) 拉曼光譜(Raman Spectroscopy) 技術(shù)是一種基于拉曼散射效應(yīng)的光譜分析技術(shù)，是光子與樣品分子之間發(fā)生了能量交換而產(chǎn)生的，提供了分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的信息。拉曼光譜法作為目前研究比較熱門的無損快速分析技術(shù)，在食品、藥品的定性鑒別方面有較多研究，但由于其信號(hào)弱且易受熒光干擾，限制了它在實(shí)際生活中的推廣。其中，表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface Enhanced Raman Spectroscopy，SERS)技術(shù)可以增強(qiáng)所分析試樣的拉曼效應(yīng)，能將檢測(cè)限提高10個(gè)數(shù)量級(jí)，靈敏度高、分辨率高，因此表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)可以滿足痕量分析的需要。苗雨晴等[21]采用共焦顯微拉曼光譜儀并結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)采集了有機(jī)磷農(nóng)藥二嗪磷的表面增強(qiáng)拉曼光譜，探究了該技術(shù)在定性和定量分析二嗪磷成分含量上的可行性。研究表明二嗪磷在561cm-1，602cm-1，816cm-1三處的特征峰可以視為農(nóng)藥二嗪磷的表面增強(qiáng)拉曼光譜特征峰，可以用于直觀定性分析；在特征波長(zhǎng)處利用偏最小二乘法建立的校正模型相關(guān)系數(shù)為0.999 26，RMSEC為0.012 0，可用于二嗪磷溶液的定量建模分析。吉芳英等[22]獲得了不同濃度及其酸堿條件下氧化樂果的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜，研究了氧化樂果等有機(jī)磷農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)、形態(tài)及轉(zhuǎn)化規(guī)律，有助于更深入地探討有機(jī)磷農(nóng)藥的環(huán)境行為。

2.4 高光譜成像技術(shù) 光譜成像技術(shù)(spectral imaging)又叫化學(xué)成像技術(shù)(chemical imaging)，是把成像技術(shù)與光譜分析結(jié)合起來，對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行識(shí)別和分析的技術(shù)，一套數(shù)據(jù)包括各個(gè)不同波長(zhǎng)的整幅圖像，與傳統(tǒng)的分析工具相比，它能同時(shí)采集到被測(cè)樣品豐富的圖像和光譜信息，利用人類的視覺和光譜學(xué)的客觀性，使得樣品特性的表達(dá)更加全面[23]。高光譜顯微技術(shù)多用于在農(nóng)產(chǎn)品的表面缺陷、堅(jiān)實(shí)度、內(nèi)部缺陷和表面污染等方面的檢測(cè)，在農(nóng)藥質(zhì)量方面的研究成果較少。李曉婷等[24]以擬除蟲菊酯類農(nóng)藥氯氰菊酯和有機(jī)磷類農(nóng)藥毒死蜱作為研究對(duì)象，建立了單一農(nóng)藥的紅外顯微成像分析方法，并在此基礎(chǔ)上，以毒死蜱和阿維菌素作為研究對(duì)象，應(yīng)用紅外顯微成像技術(shù)對(duì)生物農(nóng)藥摻假進(jìn)行了識(shí)別，建立了有良好適應(yīng)性的高光譜紅外定量模型，應(yīng)用該模型能夠有效、快速識(shí)別出阿維菌素中摻假的毒死蜱含量。Yue Huang等[25]將近紅外光譜成像技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)藥混合樣品中摻假吡蟲啉成分的鑒別，通過關(guān)系成像模式獲得了吡蟲啉和摻假成分在雜原子中的分布，以其光譜圖像建立偏最小二乘模型。模型結(jié)果RMSECV為0.034 8和RMSEP為0.078 4，顯示出了近紅外顯微成像在定性鑒別農(nóng)藥中摻假成分和定量分析農(nóng)藥光譜圖像中的有效成分的潛力。高光譜成像技術(shù)前處理簡(jiǎn)單、環(huán)境友好，能一次性獲得龐大的數(shù)據(jù)量，可以結(jié)合多種光譜數(shù)據(jù)分析方法，從海量的數(shù)據(jù)中進(jìn)行挖掘，與被測(cè)樣品信息對(duì)應(yīng)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論與展望

農(nóng)藥質(zhì)量檢測(cè)在保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中發(fā)揮著非常重要的作用。隨著新登記農(nóng)藥種類的增加和高毒、劇毒農(nóng)藥的限制使用，農(nóng)藥中有效成分的檢測(cè)要求不斷提高。農(nóng)產(chǎn)品種植分散，農(nóng)民素質(zhì)參差不齊等問題，也加大了監(jiān)管工作的難度。目前分析農(nóng)藥制劑有效成分含量分析主要靠人工采樣，然后到實(shí)驗(yàn)室分析的離線方式，該方法雖然準(zhǔn)確度高，但復(fù)雜、費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，無法采用該方法對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行全面、及時(shí)的監(jiān)控。

紅外、近紅外光譜等快速檢測(cè)方法不需要對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，分析商用農(nóng)藥制劑中有效成分的含量快速、省力、成本低，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)和在線分析十分方便，尤其適用于生產(chǎn)企業(yè)的連續(xù)在線檢測(cè)和基層農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)督部門進(jìn)行日常的農(nóng)藥質(zhì)量監(jiān)控。光譜成像技術(shù)以其豐富的圖像和光譜信息，在定性鑒別和圖像定量上的應(yīng)用也顯示出了豐富的潛力。但由于實(shí)際農(nóng)藥產(chǎn)品的成分十分復(fù)雜，使得光譜分析技術(shù)對(duì)一些農(nóng)產(chǎn)品的檢測(cè)靈敏度較低、相對(duì)誤差較大，需要進(jìn)一步結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法來對(duì)光譜信息進(jìn)行增強(qiáng)和提取，排除外界環(huán)境、水分、熒光等的干擾，以增強(qiáng)光譜診斷技術(shù)在農(nóng)藥質(zhì)量安全分析中的實(shí)用性。未來可將光譜技術(shù)與色譜聯(lián)用，以同時(shí)發(fā)揮色譜的高效分離能力和光譜技術(shù)快速無損的優(yōu)勢(shì)。隨著光譜技術(shù)的不斷研究，各種先進(jìn)的理論、算法、便攜式儀器的不斷出現(xiàn)，農(nóng)藥質(zhì)量的快速、準(zhǔn)確、無損檢測(cè)有著廣闊的研究和發(fā)展前景。