气相色谱仪分析有机磷杀虫剂
点击: 次 时间:2017-05-03 10:04
二十世纪末，在我国农药生产种类中，杀虫剂占了农药总产量的近70%，而在杀虫剂总产量中，有机磷农药又占了近70%，有机磷农药在我国农药生产和使用中有着特殊的地位。
有机磷农药品种在结构上具有许多共性，主要分为五种结构类型：磷酸酯型如敌敌畏、久效磷等;硫代和二硫代磷酸酯型如对硫磷、乐果等;磷酰胺和硫代磷酰胺型如甲胺磷、棉安磷;焦磷酸酯型如治螟磷;膦酸酯和硫代膦酸酯型如敌百虫、苯硫磷等。有机磷农药的性质如下：
1.性质不稳定、易于分解：无论纯品、制剂还是残留于环境、作物介质中的大多数有机磷农药都比较容易氧化、水解或降解，环境温度、pH值、水分能影响这种过程。因此，在标准样制备保存时，应注意标准溶液的稳定性，一般配置0.5～1mg/mL溶液，放在冰箱中，低温避光贮存，每6个月需要配一次。如果是稀释液(0.5～1?g/mL)每2～3月配一次。
从毒理角度来看，由于有机磷农药在生物体内往往会氧化成比原来农药毒性更大的化合物，因此，在有机磷农药的残留分析中，应注意其有毒理学意义的氧化物的分析，如乐果和氧乐果、甲基对硫磷和甲基对氧磷等。
2.极性：有机磷农药的极性关系到提取溶剂、薄层色谱展开系统、气相色谱柱的固定液选择等。在不同的有机磷农药类别中，以磷酰胺型、膦酸酯型、磷酸酯型极性比较大;硫醇型有机磷农药极性一般强于硫酮型;甲基同系物强于乙基同系物。一种极性弱的有机磷农药(如辛硫磷、杀螟松)在提取时可以用弱极性溶剂(如石油醚)作为提取溶剂，以减少杂质的干扰;在净化柱上可以用弱极性溶剂进行淋洗;在薄层展开时，可以用弱极性溶剂系统进行展开;在气相色谱选择固定液时，可选用弱极性的固定液如DC-200，DEGA，OV-101。反之亦然。
3.胆碱酯酶的抑制力：由于不同有机磷农药对胆碱酯酶的抑制力不同，在薄层-酶抑制技术和目前应用广泛的酶源速测技术中，不同农药、不同酶源表现出的检出极限可差几个数量级。
从有机磷农药的毒性、稳定性及其对胆碱酯酶的抑制作用可以看出，有机磷农药对环境安全和人、畜健康的主要威胁在于其残留的急性中毒等方面。因此，其残留分析也较多地集中于水、果品、蔬菜、作物等食品或饲料的残留分析。当然，土壤等环境介质中的残留研究也是很重要的。
气相色谱仪分析有机磷杀虫剂特点
1.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂提取方法
农药残留物的提取选择提取溶剂时，根据相似相溶原理，极性农药选择极性溶剂，非极性农药选择非极性溶剂。
常用的混合提取溶剂有乙腈-石油醚、丙酮-石油醚、丙酮-正己烷、丙酮-苯、丙酮-二氯甲烷等，一般而言，混合溶剂作为有机磷农药的提取溶剂比单一溶剂效果好。
就提取方法而言，一般采用振荡法、洗脱法(柱层析淋洗)、超声波法、捣碎法等。由于某些有机磷农药的热稳定性较差，索氏提取法一般不宜采用。
脂肪含量较高(一般在2～10%)、含水量高的样品(一般大于75%)，最好用一种与水混溶的溶剂进行提取，如乙腈、丙酮，然后再与一种有机溶剂进行液-液分配，如极性较弱的可用石油醚，极性较强的可用二氯甲烷。残留农药含水量小于75%的样品，可用含水35%的乙腈或丙酮(补足水分)提取，再用有机溶剂提取，这样将乙睛或丙酮层弃去后，水溶性或极性的物质便随之去除，如脂肪含量不高的样品(小于2%)，可以直接用中极性或弱极性溶剂提取后进行柱层析，不需经过液-液分配。
高脂肪含量的样品(脂肪含量2～10%)，可加入丙酮使脂肪颗粒沉淀，用玻璃纤维过滤后，滤液再用二氯甲烷或石油醚提取。如脂肪含量大于20%时，可用丙酮-甲基纤维素-甲酰胺(5:5:2)提取。
糖分含量高的样品会使水和乙腈或丙酮层分开，使提取溶剂分层，可用加入部分水(加入25～35%水)或将乙睛或丙酮加热的方法解决。
提取时样品中加入无水硫酸钠可有助于水溶性较强的化合物的释出。
2.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂净化方法
这里主要介绍柱层析法。常见的层析柱有弗罗里硅土吸附柱层析、活性炭吸附柱层析、中性氧化铝吸附柱层析、凝胶柱层析等。
⑴.弗罗里硅土吸附柱层析
弗罗里硅土吸附柱层析法是弱、中极性有机磷农药分析净化时广泛采用的一种净化方法，淋洗液常采用一定量二氯甲烷的己烷溶液。采用乙酸乙酯-正己烷为淋洗液，对于对硫磷、乙硫磷、杀螟硫磷、二嗪农、马拉硫磷、亚胺硫磷、甲基对硫磷等多种有机磷农药的淋洗效果也很好。美国PAM柱(目前国际上常用的弗罗里硅土柱之一)，内径为2.2cm，柱内填充约10cm高弗罗里硅土，上覆盖一层1cm厚无水硫酸钠，使用40～50mL石油醚预淋洗，然后按下面程序进行淋洗：200mL20%二氯甲烷-80%正己烷、200mL50%二氯甲烷-0.35%乙腈-49.65%正己烷、200mL50%二氯甲烷-1.5%乙腈-48.5%正己烷。
采用这种淋洗溶剂系统对分离测定含脂肪、油等杂质的多种有机氯和有机磷农药效果都很好。
以下几点应予注意：
①.凡含硫醇(RSH)基团的有机磷农药在弗罗里硅土柱上易被氧化，因此如象甲拌磷、三硫磷等有机磷农药，用弗罗里硅土柱净化时要损失20～80%。乙拌磷、内吸磷也不可用此柱净化，因在柱上可全部或大部氧化成亚砜，再进一步氧化成砜。同样，一些亚砜类农药如丰索磷和砜吸磷可氧化成砜类，而牢固地被吸附在柱上，但在用水脱活的柱上，这些种情况可获一定程度的改善。
②.一些有机磷农药的氧化同系物如对氧磷、杀螟氧磷、马拉氧磷、苯氧磷，以及乐果，在弗罗里硅土柱上可损失20～100%。
③.高极性的磷酸酯型和膦酸酯型农药在弗罗里硅土柱上可被吸附，因此回收率低。
⑵.活性炭吸附柱层析
活性炭柱在有机磷农药残留量分析中用得较多，一般认为效果优于弗罗里硅土柱。活性炭柱对色素的吸附力很强，但对脂肪、蜡质的吸附不强，因此最好将活性炭和吸附脂肪、蜡质较好的中性氧化铝或弗罗里硅土混合装柱，净化效果会更好。
活性炭在使用前，一般要经过一定的处理才能使用，具体的活性炭处理法如下：200g活性炭用500mL浓盐酸调成浆状，煮沸1h，并不断搅拌，加人500mL水，搅拌后再煮沸30min～1h，放在布氏漏斗上，用水洗至中性，在130℃下烘干备用。
⑶.中性氧化铝吸附柱层析
中性氧化铝是农药残留分析中广泛应用的一种吸附剂。其优点是：价廉;吸附脂肪、蜡质的效果不亚于弗罗里硅土;淋洗溶剂用量少;以及可去除样品中存在的可溶于三氯甲烷的有机磷农药干扰物质的特殊功效。中性氧化铝的活化温度不可超过528℃，否则就会使活性表面显著减少，而且在高温下活化的氧化铝会有游离的碱，使中性氧化铝变为碱性，易引起农药的分解。使用前放在130℃下活化3～6小时，然后加入5～15%的水脱活。中性氧化铝的吸附性能比弗罗里硅土强，因此不脱活的中性氧化铝会使农药的回收率降低。中性氧化铝易吸水，活化后的氧化铝在密闭容器中可保持一周有效活性，过期使用应重新进行活化。
⑷.凝胶柱层析法
凝胶柱层析法(简称GPC)广泛应用于农药残留分析的净化。由于这种方法是根据化合物分子大小进行分离，因此，在农药残留分析中主要用于去除样品中色素、脂类等大分子化合物杂质，从而与小分子农药分离达到净化目的。
常用的凝胶如Bio-BeadsSX-2、Bio-BeadsSX-3等，淋洗剂用环己烷、甲苯、乙酸乙酯等。葡聚糖(Sphadex)作为有机磷农药的净化柱也有应用，因大多数农药的分子量在200～400范围，而植物中的干扰物质分子量在500～900范围内(叶绿素为706，胡萝卜素为536)。常用于有机磷农药净化的葡聚糖为SphadexLH-20，其优点是一根柱可长期连续使用。另外还有AmberliteXAD-2(多孔性芳香族聚合物珠)、PoraPakQ(甲基苯乙烯-二乙烯苯共聚物珠)等。
3.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂方法
有机磷农药残留的测定方法主要是气相色谱法，应用的检测器为氮磷检测器(NPD)、火焰光度检测器(FPD)以及质谱检测器(MSD)，根据化合物结构特点，也有用电子捕获检测器进行检测的情况，例如杀螟硫磷、对硫磷、甲基对硫磷等。毒死蜱可以应用上述任何一种检测器进行检测。另外，有机磷农药测定方法还有高效液相色谱法和薄层色谱法。
⑴.气相色谱法
在有机磷农药残留量的气相色谱测定中，如果被分离的物质是极性化合物，则应选用极性固定液;如果被分离的物质是非极性化合物，则选用非极性固定液。用强极性固定液的色谱柱时，出峰次序一般为极性小的化合物先出峰，极性强的化合物后出峰;用非极性固定液的色谱柱时，按沸点高低出峰，低沸点化合物先出峰。
气相色谱仪配备电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)，检测有机磷农药残留最小检出量可达ng级水平。由于所有有机磷农药均含有磷元素，因此，一般而言，FPD和NPD比ECD更适于有机磷农药残留量的检测。前两种检测器具有不易污染，寿命比ECD长、选择性较好，干扰小，可以在较高温度下操作，线性范围较宽，操作比较简便等优点。
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有机磷农药品种在结构上具有许多共性，主要分为五种结构类型：磷酸酯型如敌敌畏、久效磷等;硫代和二硫代磷酸酯型如对硫磷、乐果等;磷酰胺和硫代磷酰胺型如甲胺磷、棉安磷;焦磷酸酯型如治螟磷;膦酸酯和硫代膦酸酯型如敌百虫、苯硫磷等。有机磷农药的性质如下：
1.性质不稳定、易于分解：无论纯品、制剂还是残留于环境、作物介质中的大多数有机磷农药都比较容易氧化、水解或降解，环境温度、pH值、水分能影响这种过程。因此，在标准样制备保存时，应注意标准溶液的稳定性，一般配置0.5～1mg/mL溶液，放在冰箱中，低温避光贮存，每6个月需要配一次。如果是稀释液(0.5～1?g/mL)每2～3月配一次。
从毒理角度来看，由于有机磷农药在生物体内往往会氧化成比原来农药毒性更大的化合物，因此，在有机磷农药的残留分析中，应注意其有毒理学意义的氧化物的分析，如乐果和氧乐果、甲基对硫磷和甲基对氧磷等。
2.极性：有机磷农药的极性关系到提取溶剂、薄层色谱展开系统、气相色谱柱的固定液选择等。在不同的有机磷农药类别中，以磷酰胺型、膦酸酯型、磷酸酯型极性比较大;硫醇型有机磷农药极性一般强于硫酮型;甲基同系物强于乙基同系物。一种极性弱的有机磷农药(如辛硫磷、杀螟松)在提取时可以用弱极性溶剂(如石油醚)作为提取溶剂，以减少杂质的干扰;在净化柱上可以用弱极性溶剂进行淋洗;在薄层展开时，可以用弱极性溶剂系统进行展开;在气相色谱选择固定液时，可选用弱极性的固定液如DC-200，DEGA，OV-101。反之亦然。
3.胆碱酯酶的抑制力：由于不同有机磷农药对胆碱酯酶的抑制力不同，在薄层-酶抑制技术和目前应用广泛的酶源速测技术中，不同农药、不同酶源表现出的检出极限可差几个数量级。
从有机磷农药的毒性、稳定性及其对胆碱酯酶的抑制作用可以看出，有机磷农药对环境安全和人、畜健康的主要威胁在于其残留的急性中毒等方面。因此，其残留分析也较多地集中于水、果品、蔬菜、作物等食品或饲料的残留分析。当然，土壤等环境介质中的残留研究也是很重要的。
气相色谱仪分析有机磷杀虫剂特点
1.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂提取方法
农药残留物的提取选择提取溶剂时，根据相似相溶原理，极性农药选择极性溶剂，非极性农药选择非极性溶剂。
常用的混合提取溶剂有乙腈-石油醚、丙酮-石油醚、丙酮-正己烷、丙酮-苯、丙酮-二氯甲烷等，一般而言，混合溶剂作为有机磷农药的提取溶剂比单一溶剂效果好。
就提取方法而言，一般采用振荡法、洗脱法(柱层析淋洗)、超声波法、捣碎法等。由于某些有机磷农药的热稳定性较差，索氏提取法一般不宜采用。
脂肪含量较高(一般在2～10%)、含水量高的样品(一般大于75%)，最好用一种与水混溶的溶剂进行提取，如乙腈、丙酮，然后再与一种有机溶剂进行液-液分配，如极性较弱的可用石油醚，极性较强的可用二氯甲烷。残留农药含水量小于75%的样品，可用含水35%的乙腈或丙酮(补足水分)提取，再用有机溶剂提取，这样将乙睛或丙酮层弃去后，水溶性或极性的物质便随之去除，如脂肪含量不高的样品(小于2%)，可以直接用中极性或弱极性溶剂提取后进行柱层析，不需经过液-液分配。
高脂肪含量的样品(脂肪含量2～10%)，可加入丙酮使脂肪颗粒沉淀，用玻璃纤维过滤后，滤液再用二氯甲烷或石油醚提取。如脂肪含量大于20%时，可用丙酮-甲基纤维素-甲酰胺(5:5:2)提取。
糖分含量高的样品会使水和乙腈或丙酮层分开，使提取溶剂分层，可用加入部分水(加入25～35%水)或将乙睛或丙酮加热的方法解决。
提取时样品中加入无水硫酸钠可有助于水溶性较强的化合物的释出。
2.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂净化方法
这里主要介绍柱层析法。常见的层析柱有弗罗里硅土吸附柱层析、活性炭吸附柱层析、中性氧化铝吸附柱层析、凝胶柱层析等。
⑴.弗罗里硅土吸附柱层析
弗罗里硅土吸附柱层析法是弱、中极性有机磷农药分析净化时广泛采用的一种净化方法，淋洗液常采用一定量二氯甲烷的己烷溶液。采用乙酸乙酯-正己烷为淋洗液，对于对硫磷、乙硫磷、杀螟硫磷、二嗪农、马拉硫磷、亚胺硫磷、甲基对硫磷等多种有机磷农药的淋洗效果也很好。美国PAM柱(目前国际上常用的弗罗里硅土柱之一)，内径为2.2cm，柱内填充约10cm高弗罗里硅土，上覆盖一层1cm厚无水硫酸钠，使用40～50mL石油醚预淋洗，然后按下面程序进行淋洗：200mL20%二氯甲烷-80%正己烷、200mL50%二氯甲烷-0.35%乙腈-49.65%正己烷、200mL50%二氯甲烷-1.5%乙腈-48.5%正己烷。
采用这种淋洗溶剂系统对分离测定含脂肪、油等杂质的多种有机氯和有机磷农药效果都很好。
以下几点应予注意：
①.凡含硫醇(RSH)基团的有机磷农药在弗罗里硅土柱上易被氧化，因此如象甲拌磷、三硫磷等有机磷农药，用弗罗里硅土柱净化时要损失20～80%。乙拌磷、内吸磷也不可用此柱净化，因在柱上可全部或大部氧化成亚砜，再进一步氧化成砜。同样，一些亚砜类农药如丰索磷和砜吸磷可氧化成砜类，而牢固地被吸附在柱上，但在用水脱活的柱上，这些种情况可获一定程度的改善。
②.一些有机磷农药的氧化同系物如对氧磷、杀螟氧磷、马拉氧磷、苯氧磷，以及乐果，在弗罗里硅土柱上可损失20～100%。
③.高极性的磷酸酯型和膦酸酯型农药在弗罗里硅土柱上可被吸附，因此回收率低。
⑵.活性炭吸附柱层析
活性炭柱在有机磷农药残留量分析中用得较多，一般认为效果优于弗罗里硅土柱。活性炭柱对色素的吸附力很强，但对脂肪、蜡质的吸附不强，因此最好将活性炭和吸附脂肪、蜡质较好的中性氧化铝或弗罗里硅土混合装柱，净化效果会更好。
活性炭在使用前，一般要经过一定的处理才能使用，具体的活性炭处理法如下：200g活性炭用500mL浓盐酸调成浆状，煮沸1h，并不断搅拌，加人500mL水，搅拌后再煮沸30min～1h，放在布氏漏斗上，用水洗至中性，在130℃下烘干备用。
⑶.中性氧化铝吸附柱层析
中性氧化铝是农药残留分析中广泛应用的一种吸附剂。其优点是：价廉;吸附脂肪、蜡质的效果不亚于弗罗里硅土;淋洗溶剂用量少;以及可去除样品中存在的可溶于三氯甲烷的有机磷农药干扰物质的特殊功效。中性氧化铝的活化温度不可超过528℃，否则就会使活性表面显著减少，而且在高温下活化的氧化铝会有游离的碱，使中性氧化铝变为碱性，易引起农药的分解。使用前放在130℃下活化3～6小时，然后加入5～15%的水脱活。中性氧化铝的吸附性能比弗罗里硅土强，因此不脱活的中性氧化铝会使农药的回收率降低。中性氧化铝易吸水，活化后的氧化铝在密闭容器中可保持一周有效活性，过期使用应重新进行活化。
⑷.凝胶柱层析法
凝胶柱层析法(简称GPC)广泛应用于农药残留分析的净化。由于这种方法是根据化合物分子大小进行分离，因此，在农药残留分析中主要用于去除样品中色素、脂类等大分子化合物杂质，从而与小分子农药分离达到净化目的。
常用的凝胶如Bio-BeadsSX-2、Bio-BeadsSX-3等，淋洗剂用环己烷、甲苯、乙酸乙酯等。葡聚糖(Sphadex)作为有机磷农药的净化柱也有应用，因大多数农药的分子量在200～400范围，而植物中的干扰物质分子量在500～900范围内(叶绿素为706，胡萝卜素为536)。常用于有机磷农药净化的葡聚糖为SphadexLH-20，其优点是一根柱可长期连续使用。另外还有AmberliteXAD-2(多孔性芳香族聚合物珠)、PoraPakQ(甲基苯乙烯-二乙烯苯共聚物珠)等。
3.气相色谱仪分析有机磷杀虫剂方法
有机磷农药残留的测定方法主要是气相色谱法，应用的检测器为氮磷检测器(NPD)、火焰光度检测器(FPD)以及质谱检测器(MSD)，根据化合物结构特点，也有用电子捕获检测器进行检测的情况，例如杀螟硫磷、对硫磷、甲基对硫磷等。毒死蜱可以应用上述任何一种检测器进行检测。另外，有机磷农药测定方法还有高效液相色谱法和薄层色谱法。
⑴.气相色谱法
在有机磷农药残留量的气相色谱测定中，如果被分离的物质是极性化合物，则应选用极性固定液;如果被分离的物质是非极性化合物，则选用非极性固定液。用强极性固定液的色谱柱时，出峰次序一般为极性小的化合物先出峰，极性强的化合物后出峰;用非极性固定液的色谱柱时，按沸点高低出峰，低沸点化合物先出峰。
气相色谱仪配备电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)，检测有机磷农药残留最小检出量可达ng级水平。由于所有有机磷农药均含有磷元素，因此，一般而言，FPD和NPD比ECD更适于有机磷农药残留量的检测。前两种检测器具有不易污染，寿命比ECD长、选择性较好，干扰小，可以在较高温度下操作，线性范围较宽，操作比较简便等优点。
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