毛細管電泳和毛細管電色譜技術在農藥殘留檢測中的應用

劉培培，楊繼遠，郭全海

（商丘職業技術學院，河南 商丘 476000）

為了提高農作物產量和加強對病蟲害的防治，農藥已經被廣泛使用在農業生產過程中。但是農藥在短時間內很難被完全分解，所以在農作物中乃至土壤中都會有農藥殘留。過多農藥殘留會影響人體健康，破壞生態環境，因此必須控制農藥殘留量，加強對農藥使用的監督。文章將針對使用毛細管電泳（Capillary Electrophoresis，CE）和毛細管點色譜技術（Capillary Electrochromatography，CEC）進行農藥殘留檢測的應用展開研究，并且結合樣品富集技術、檢測方法對CE 和CEC在農殘檢測過程中的應用。

1 毛細管電泳和毛細管電色譜檢測方法

農藥化學成分復雜，含有多種化學物質，對于監測方法要求較高，需要能同時監測多種化學物種，并保證檢測結果的科學性。目前常用的檢測方法有高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）、氣相色譜法（Gas Chromatography，GC）、薄層色譜法（Thin Layer Chromatography，TLC）和免疫分析法等[1-2]。這些方法都能科學檢測藥物殘留情況，但是監測時間過長。為解決這一問題，CE 逐漸走進人們的視線。

CE 是根據帶電粒子在電場中受到力的作用并且不同帶電成分在電場中的速度不同的原理，把不同的成分進行分離[3-4]。CEC 結合了HPLC 和CE 的優點，具有選擇性高、分離效率快和選擇性好等突出優點。這2項技術一經問世就得到了廣泛的應用，大大降低對樣品劑量的依賴，減少經濟成本并且最大限度地提高檢測速度。

2 樣品富集技術

為了滿足檢測的要求，在檢測前需要富集樣品，目前常用的預富集技術主要有離線富集和在線富集2種。

2.1 離線富集

目前在CE 和CEC 檢測中離線富集技術種類多樣，最常用的3 種技術是液-液萃?。↙iquid-Liquid Extraction，LLE）、固相萃?。⊿olid Phase Extraction，SPE）和固相微萃取（Solid Phase Microextraction，SPME）技術。

LLE 是使用最早的離線富集法，該方法可以利用有機溶劑對不易溶于水的物質進行提取，但是存在耗時長、工序復雜和有機溶劑容易造成污染等問題。

SPE技術可以同時進行萃取和濃縮，并且操作裝置簡化，萃取時所需的溶劑量較LIE 技術明顯減少，但是操作復雜等問題仍然沒有解決。SPME 是在SPE 基礎上改進得來，既具有SPE 的傳統優點又克服了SPE操作復雜等問題，重現性得到了改進。

2.2 在線富集

在線富集技術也是富集技術的一種，常用的在線富集技術有常規樣品堆積（Normal Sample Stacking，NSS）、場放大樣品堆積（Field Amplifies Sample Stacking，FASS）和大體積樣品堆積（Ligasure Vessel Sealing System，LVSS）。

NSS是通過堆積形式實現檢待檢測物質的富集。根據離子在不同性質的電導介質中電泳速度會發生突變的原理從而實現富集。

LVSS 是在外部壓力作用下對大量的樣品進行壓力作用或者電滲流的方法實現富集。該方法的富集效果是非常顯著的，富集因子可以提高到100以上，并檢出限大幅度降低。

FASS是在LVSS模式基礎上發展而來的。該方法采取電動進樣的方式，與壓力進樣相比該進樣方式打破了注入體積的限制，富集效果顯著并且使檢測靈敏度得到大幅度提升。

3 不同的檢測方法及其應用

CE 和CEC 可以與多件不同的檢測器聯合使用，根據不同的需求應用于不同的檢測場景，常見的檢測器如下。

3.1 紫外檢測

UV 檢測器在CE 和CEC 中使用非常普遍。UV 檢測分為紫外檢測、間接紫外檢測和二極管陣列檢測等不同檢測方法，其中應用最廣泛的是直接紫外檢測方法?，F階段在農藥殘留時采用的檢測器多為UV 檢測器，該方法被廣泛使用主要是因為其具有操作簡單和可靠性高等特點。但是受到紫外波長的限制，其檢測的靈敏度有限，需要通過結合富集技術的使用才能提高檢測靈敏度。

3.2 熒光檢測

不同于UV 檢測，熒光檢測打破紫外檢測受到光學限制的弊端，檢測靈敏度也隨之提高。由于藥物種類的不同，有些藥物自身無熒光或難以實現熒光化，對此類藥物可以通過間接熒光法進行檢測。目前掌握的技術手段無法實現直接檢測地下水中的草甘膦，仍然需要借助預處理手段進行預處理后才能完成后續的檢測。

3.3 質譜檢測

質譜檢測與CE 和CEC 相結合，可以提高分離速度和降低樣品使用量，同時可以獲取精確的相對分子質量和分子結構信息。該方法已經成為非常穩定和可靠的農藥殘留檢測手段，近年來被廣泛應用。

3.4 電化學檢測

常見的檢測方法除上述3種外還有電化學檢測法。電化學檢測法還可以細化，例如安培法、電導法和電致化學發光法（Electrochemiluminescence，ECL）等。安培法可以與CE 結合應用，提高檢測的靈敏度。安培檢測法限制條件少，可以檢測具有電活性的物質。

電導檢測法是通過檢測電導率變化而形成的電泳分離譜圖進行農藥殘留檢測，在進行無機物成分的檢測時該方法使用較多，在農藥殘留的檢測方面相對應用較少。

ECL 利用能量轉換的原理實現檢測，在檢測過程中將電能轉化為輻射能。該方法具有儀器簡便、靈敏度高和易于集成等特點?，F階段已經將電化學法作為CEC 檢測應用于魚累獸藥殘留檢測，但是還沒有關于在農藥殘留方面的應用。

4 手性農藥的分離與檢測

研究結果顯示，現使用的農藥具有普遍的光學異構體，即使是同種農藥不同的對映體也會造成藥效有很大的差異。因此，會造成一個異構體在目標生物和非目標生物之間表現出來的毒性差異很大，并且不同生物對其降解能力不同，但是現階段農藥的主要使用形式仍然是外消旋體形式，針對此需要手性拆分檢測農藥。由于CE 和CEC 技術在手性拆分檢測方面表現出突出的優勢，從而在農藥檢測方面備受關注。

Jarman 和Garrrison 等通過在土壤的沉淀物中加入手性農藥從而實現對其轉化規律的有效研究。在該研究過程中以CZE模式為基礎，選取γ-CD作為手性檢測劑，最終手性分離檢測了甲霜靈。以毛細管電動色譜（Micellar Electrokinetic Capillary Chromatography，MEKC）模式為基礎利用γ-CD 和二甲基β-CD 手性選擇劑，手性分離測定地蟲硫磷和滅草喹的同分異構體。研究結果表明，甲霜靈的分離效果與環境因素關聯較大，但是地蟲硫磷和滅草唾的分離則幾乎不受環境因素影響。除此以外，Klein 和Aga 等同樣通過CZE 模式為基礎，以γ-CD 手性選擇劑和光電二極管陣列檢測器（Photo Diode Array，PDA），手性分離檢測了異丙甲草胺及其代謝產物。

目前，國內CE拆分對手性藥物殘留的研究越來越多，CE在農藥手性拆分上表現出的優勢被越來越多的學者發現并通過試驗證明。游靜和歐慶瑜等通過采用帶電的磺丁基-β-CD 對殺鼠靈和水胺硫磷進行了對映體拆分。Yi 和Lin 等通過研究掌握了快速有效的分離辦法，實現了對土壤中的滅草喹及其分解物質所形成的同分異構體檢測。試驗過程中主要研究了酸堿度、緩沖液濃度和手性選擇劑的種類和濃度，以及分離電壓和溫度等因素對于分離結果的影響。據研究結果分析，土壤pH 值對試驗結果產生的影響最為顯著。除此以外，針對土壤中2 種烯菌靈對映體進行了類似方法的分解情況檢測。本課題研究組還從非水相以及水與有機溶劑混合相等2 個方面對含有有機磷成分的農藥進行對映體分析，結果表明所選取的4 種不同有機磷農藥吡唑硫磷、丙溴磷、丙硫磷和甲丙硫磷在非水溶劑中分離結果更加理想，分離地更為徹底。因此，可以通過以上方法對土壤中的農藥殘留進行測定。

CEC 在農藥殘留方面的手性分離應用雖然較少，但隨著生物科技技術的不斷進步，人們對于農藥殘留認知的不斷提高，推動了其在農藥殘留手性分析方面的應用。Messina 等利用CEC 方法對土壤中的2，4-滴丙酸（DCPP）進行測定,并且利用原位共聚的方法實現了對多空手性柱的整體合成。在此基礎上鍵接上（1）-1-（4-氨基丁基）-（5R，8S，10R）-特麥角脲作為手性選擇劑。研究結果表明，經過23 d 分解后，土壤中的DCPP 會有20%被分解，并且不同類型表現出的分解速度明顯不同，S 型相較于R 型在分解速度上具有明顯優勢。在該試驗方法的基礎上對2-芳氧基丙酸除草劑的對映體也進行了分解和殘留情況的測定，試驗結果表明，手性對映體在較短的時間內就可以實現很好的分解，通常5 min 即可達到理想的分解。Andre 和Guillaume 等將一種源于LRNA的核酸適配體進行手性固定，在多孔玻璃小球上進行分解，從而實現對一系列的除草劑分子的檢測，該固定相在試驗中表現出穩定性優勢明顯。

5 結語

現階段農藥殘留的檢測方法仍然是利用紫外檢測法和熒光檢測法與CE 和CEC 技術的聯合應用，尤其是CEC 在農藥殘留方面的聯合應用仍然非常的少見。紫外檢測法主要受限于自身的檢測靈敏度低，無法單獨使用進行農藥殘留的檢測。通常紫外檢測法需要和富集技術結合使用，先對待檢測物品中進行富集處理，然后再檢測。這樣盡管可以達到檢測農藥殘留的目的，但是也會伴隨著富集技術的使用，從而產生耗材和試劑費用，同時也使檢測時間延長。因此，需要不斷研究，提高檢測的靈敏度，比如化學發光檢測法和電致化學發光檢測法等可以與CE 和CEC 的聯用，并將其應用在農殘的分離檢測中；或者可以通過檢測器之間的聯合使用，實現檢測方法的優勢互補，提高檢測結果的靈敏度。

手性農藥在農藥的使用中占比可達25%，但是對其有關的研究仍然較少，尤其是應用CEC 對手性農藥進行分離檢測的研究和實踐經驗仍較少，需要更多的學者進行相關方面的深入研究。

隨著研究的不斷深入，CE 和CEC 已經被廣泛應用在農藥殘留檢測領域。該技術的主要優點表現為分離速度快、效率高、成本低以及操作簡單。隨著樣品濃縮技術的推廣CE和CEC 在監測靈敏度方面的缺陷已經得到較好地解決，使用樣品濃縮技術以及更加靈敏的檢測方法使CE 和CEC 技術的檢測靈敏度不夠的問題已經逐漸得到解決。相信通過廣大學者的不斷努力和芯片相關領域的發展，CE 和CEC 檢測農殘技術就可以成為常規的檢測方法。