4第一章 绪论

第一章绪论

1.1 农药残留和残留毒性

20世纪50年代以来，化学合成农药在全世界的广泛应用，不仅每年为人类在同作物病虫草等有害生物的斗争中挽回粮食和其它农产品损失达30%，缓解了人类因人口迅速增长产生的粮食供应数量不足的压力，化学农药在生产、运输、贮存等过程的应用，使人们得以实现农产品的多样性和提高农产品的品质，从而改善了人们生活的质量，而且通过应用化学农药控制人类传染疾病的媒介昆虫而挽救了上千万人的生命。毋庸置疑，化学农药的应用对人类社会的进步和生产力的发展起了巨大的促进和推动作用。但是，伴随着化学农药的应用，不可避免地产生了农药残留问题。存在于食品、饲料和水、土壤、空气等环境中的农药残留，与其他有害的环境化学品一起，造成食品安全和生态安全问题，不仅影响着人们的身体健康，影响生态平衡和生物多样性，而且已成为国际农产品贸易中的主要质量标准，受到世界各国政府和民众的普遍重视与关注。

1.1.1 农药残留的定义

农药残留（pesticide residues）是指由于农药的应用而残存于生物体、农产品和环境中的农药亲体及其具有毒理学意义的杂质、代谢转化产物和反应物等所有衍生物的总称。这里所指的农药杂质包括无效异构体和农药合成过程中产生的有害产物，如有机氯杀虫剂六六六和滴滴涕的异构体，2，4，5-涕的杂质四氯代二苯并二噁英（TCDD）；降解、代谢产物如对硫磷的氧化产物对氧磷，代森类杀菌剂的降解产物乙撑硫脲等。凡具有毒理学意义的这些农药杂质和降解产物不仅包含在农药残留的定义中，同样也包含在农药残留分析和管理的范畴中。

农药残留根据使用有机溶剂和常规提取方法能否从基质中提取出来，可分为可提取残留(extractable residues)和不可提取残留(unextractable residues)。可提取残留是农药残留分析的对象。不可提取残留又分为结合残留(bound residues)和轭合残留(conjugated residues)。前者指农药亲体或代谢物与土壤中的腐殖质、植物体的木质素、纤维素通过化学键合或物理结合作用，牢固结合形成的残留物；后者指农药亲体或代谢物与生物体内某些内源物质如糖苷、氨基酸、葡萄糖醛酸等在酶的作用下结合形成的极性较强、毒性较低的残留物。结合残留和轭合残留在一定条件下可以重新游离，释放出农药，所以是特定条件下加以分析测定和考虑的农药残留部分。

1.1.2 农药残留的来源

当农药直接应用于农作物、畜禽或环境介质（包括水、空气、土壤等）时，或者间接通过挥发、漂移、径流、食物或饲料等方式暴露于上述受体时，就产生了农药残留。过高的农药残留量一般是由于使用化学性质稳定、不易分解的农药品种，或者是不合理地过量使用农药造成的。当用有农药残留的饲料饲喂家畜，或者在农药污染的土壤种植作物，就出现农药残留向家畜、作物的转移和蓄积。这种现象是农药残留的间接来源。在农药施用结束或暴露（包括转移）停止时发生的农药残留程度称之为初始残留量。初始残留量的大小取决于农药施用或暴露量的大小，在此之后任一时间点的农药残留量则取决于初

始残留量的降解速率。降解速率主要受农药的性质、受体的性质及环境因素三方面的影响。农药的性质包括蒸汽压、稳定性（可降解性）、溶解性和分散性（施药方式）等。例如溶解性影响农药在环境介质、生物体内的分配、转移，尤其是向地下水的转移；分散性影响农药在介质中的附着、分布、向大气的转移；受体的性质影响农药的吸附、吸收、贮存和分布，而植物的生长速率则对农药残留有显著的生长稀释作用；环境因子如温度、降水、阳光、风等则影响农药的挥发、降解和转移等。农药残留降解过程表现为上述综合作用的结果。一般以残留半衰期，即农药初始残留量至降解一半所需的时间来表示。

1.1.3 农药残留毒性

因摄入或长时间重复暴露农药残留而对人、畜以及有益生物产生急性中毒或慢性毒害，称残留毒性(residue toxicity)。农药残毒的大小受农药的性质和毒性、残留量多少等因素的制约而表现极大的差异。因食物中的过量农药残留引起急性中毒的现象一般是高毒农药违规施用造成的。这类农药如有机磷杀虫剂甲胺磷、对硫磷、氧化乐果，氨基甲酸酯杀虫剂涕灭威、克百威等。1970年，我国浙江金华、绍兴等地区的农民因食用有机汞杀菌剂西力生处理的小麦而发生群体中毒，对这一事件的重视和调查揭开了我国农药残留研究的序幕。在20世纪80年代至90年代，由于菜农违规使用甲胺磷使蔬菜中甲胺磷残留量严重超标，在上海、北京、浙江等地多次发生食用蔬菜中毒事件。一些国家和地区对这类高毒农药已陆续作出停止或限制使用的规定。

除了高毒农药外，构成突出残留毒性的农药有以下一些类型：化学性质稳定、难以生物降解、脂溶性强、容易在生物体富集的农药，有机氯杀虫剂的许多品种都属于这一类，如滴滴涕、六六六；农药亲体或其杂质或代谢物具有三致性（致癌、致畸、致突变）的农药，如杀虫脒的代谢产物N-4-氯邻甲苯胺，代森类杀菌剂的代谢产物乙撑硫脲，其他品种如敌枯双、2,4,5-T、三环锡、二溴氯丙烷等。在这一类农药中，有些品种在动物毒性试验中发现有明确或潜在的致畸作用，或具有类似生物体激素性质扰乱生物体内分泌系统的作用，近年来人们将这些农药称之为“环境激素化合物”或“内分泌干扰化合物”（EDC S，endocrine disrupting chemicals）。1996年美国环境保护局（EPA）确认提出60种环境激素化合物，其中包括除草醚等39种农药。一些有机磷农药还有迟发性神经毒性（delayed neurotoxicity）的问题，其症状为下肢麻痹，肌肉无力，食欲不振的瘫痪状。最早发现有此毒性的有机磷化合物是三邻甲苯磷酸酯（TOCP）引起的所谓“姜酒事件”。1930年美国有2万多人饮用了掺有TOCP的牙买加姜酒，十几天后许多饮酒者下肢瘫痪。1975年埃及使用溴苯磷防治棉花害虫时也发生类似人畜中毒事件，导致EPA撤消对其登记。迟发性神经毒性可由职业性接触，一次性摄入，或长期暴露低剂量而引起。

为了防止食品中的农药残留危害人体健康，人们在农药残留的安全性评价的基础上，制定了每种农药在每种农产品中的最大残留限量（MRL S, maximum residue limits）。最大残留限量是指农畜产品中农药残留的法定最大允许量，其单位是mg/kg。随着科学技术的发展和社会进步，消费者对食品质量和安全性的意识越来越强，各国政府管理部门对农药残留量最大限量标准，也在不断修改和降低，要求越趋严格，这就对农药残留分析提出更高的技术要求和更迫切的社会需要。

1.2 农药残留分析

1.2.1 农药残留分析的目的和特点

农药残留分析是应用现代分析技术对残存于各种食品、环境介质中微量、痕量以至超痕量水平的农药进行的定性、定量测定。其主要作用和目的是：研究农药施用后在农作物或环境介质中的代谢、降解和转归，制定农药残留限量标准、农药安全使用标准等，以满足政府管理机构对农药注册以及农药安全、合理使用的管理；检测食品和饲料中农药残留的种类和水平，以确定其质量和安全性，并作为食品和饲料在国际国内贸易中品质评价和判断的标准和依据，满足政府管理机构对食品质量和安全的管理；检测环境介质（水、空气、土壤）和生态系生物构成的农药残留种类和水平，以了解环境质量和评价生态系统的安全性，满足环境监测与保护的管理。

农药残留分析是分析化学中最复杂的领域，其原因是以下几个特点所致：⑴. 残留分析需分离和测定的物质是在ng(10-9g)、pg(10-12g)甚至fg(10-15g)水平，一次成功的分析需要有对许多参数的正确理解。例如提取和净化方法的成功与否取决于残留分析人员对操作条件的正确的选择和结合。⑵. 样品使用农药历史的未知性和样品种类的多样性造成了分析过程的复杂性。⑶. 农药品种的不断增多，对农药多残留分析提出了越来越高的技术适应性和要求。

1.2.2 农药残留分析的方法和程序

农药残留分析在农业、卫生防疫、食品、质量检验、国际国内贸易、环境科学、农药化工等许多管理部门、企业、高等院校和科研机构均有广泛的应用。

农药残留分析方法可分为二类，一类是单残留方法（SRM, single residue methods），它是定量测定样品中一种农药（包括其具有毒理学意义的杂质或降解产物）残留的方法，这类方法在农药登记注册的残留试验、制定最大农药残留限量（MRL）或在其它特定目的的农药管理和研究中经常应用。另一类是多残留方法（MRM,multiresidue methods），它是在一次分析中能够同时测定样品中一种以上农药残留的方法，根据分析农药残留的种类不同，一般分为二种类型。一种多残留方法仅分析同一类的多种农药残留，例如一次分析多种有机磷农药残留，这种多残留方法也称为选择性多残留方法（selective multiresidue methods），另一种多残留方法一次分析多类多种农药残留，也称为多类多残留方法（multi-class multiresidue methods）。多残留方法经常用于管理和研究机构对未知用药历史的样品进行农药残留的检测分析，以对农产品、食品或环境介质的质量进行监督、评价和判断。

农药残留分析的程序包括样品采集、样品预处理、样品制备以及分析测定等过程。样品采集包括采样、样品的运输和保存，是进行准确的残留分析的前提。样品预处理是对送达实验室的样品进行缩分、剔除或粉碎等处理，使实验室样品（laboratory sample）成为适于分析处理的检测样品（test sample）的过程。样品制备包括：提取（extraction），指从试样中分离残留农药的过程；净化（clean up），指将提取物中的农药与共提物质（或干扰物质）分离的过程。在有些农药残留的分析中，为了增强残留农药的可提取性或提高其分辨、测定的灵敏度，对样品中该种农药进行化学衍生化处理，称之为衍生化（derivization）。分析过程包括试样的测定和数据报告。试样的测定包括定性和定量分析。人们通常把

从分析仪器获得的与样品中的农药残留量成比例的信号响应称为检出（detection）,把通过参照比较农药标准品的量（外标法或内标法）测算出试样中农药残留的量称为测定（determination）合起来人们习惯把这个过程称为检测或简称为测定。数据报告不但是残留分析结果的计算、统计和分析，更是对残留分析方法的准确性、可靠性进行描述和报告，包括方法准确性、精确性、检测限、定量限、回收率、线性范围和检测范围等，以说明残留分析过程中的质量保证和质量控制。

1.2.3 农药残留分析方法的选择

在选择采用何种农药残留分析方法时，一般应考虑以下几个因素：

1.目标农药的理化性质、分析任务的要求、样品的性质及样品来源的用药历史。

残留分析人员首先应了解目标农药的重要理化性质，如化学结构、极性、溶解性、蒸汽压及稳定性等。根据分析任务的目的、要求，选用适合的农药残留分析方法。而样品的性质对样品处理方法的选择是十分重要的。

2. 单残留或多残留方法。如选择多残留方法，分析样品的用药历史未知，最理想的是结合用残留快速测定方法对样品进行筛选，以确定是否进行进一步的多残留分析。

3. 考虑最大残留限量和方法检测限以及方法总误差

任何分析方法都有一个检测限（LOD，limit of detection），分析目标物的量在此限之下即使存在也无法检出。要考虑农药的最大残留限量与检测限是否相适合、分析试样的背景和仪器的灵敏度。

方法总误差（TE, total error）表现方法的准确度和精确度，是二者之和。方法的准确度以相对误差（RE, relative error）表示：

RE=(100-回收率)×100%

方法的精确度以相对标准偏差（RSD, relative standard deviation）表示：

RSD=S×100/平均回收率（%）

总误差=RE+2RSD

在痕量分析中，总误差较易发生，一般总误差<50%为好，50—100%可以接受，总误差>100%的方法，如果没有更好的方法仍可应用。

4. 分析时间和费用

选择一种残留分析方法时，分析的时间和费用是重要的考虑。一般说，分析时间越短费用越低，但是最快最便宜的方法，按照其他标准并非就是“最好的”方法。所以选择方法经常要综合考虑分析的速度和质量。此外，在选择一种残留分析方法时，残留分析人员要考虑所需仪器能否获得。

5. 分析方法的有效性

选择残留分析方法时，要尽可能使用经过国家或国际权威机构生效认可的标准方法，例如美国的AOAC官方方法。AOAC国际（Association of Analytic Chemists）是一个独立的非赢利的科学组织，其主要目的是为政府、企业和科学实验室对分析方法和质量测定系统的需求提供服务。AOAC官方方法的产生程序非常严格，特别是被它采用的先决条件是该方法必须通过相同条件的独立实验室之间的多实验室研究才能生效。这种生效的方法可以被政府管理机构、企业的产品检验实验室以及科研实验室放心的使用，从而作为政府管理的决定依据，用于维持质量控制和过程的需求，用于确定合同的评价依据，用于国际国内贸易及其它的基础研究。

由农药登记者向农药管理机构提供并被接受的残留分析方法一般也认为是可靠的，因为注册者为了满足注册要求已经应用这些方法获得了大量的数据。一般来说，残留分析人员应首先选择一种经过认可的或普遍接受的方法。当缺少能满足分析指标的合适方法时，残留分析人员就理所当然地应该研究新的分析方法。

1. 3 农药残留分析的发展和任务

20世纪50年代以来，农药残留分析经历了巨大的变化和发展。农药残留痕量分析技术的需求推动了分析科学尤其是仪器分析的飞速发展。反之，仪器分析技术的高度发展，也是农药残留分析能够达到超痕量水平的前提条件。近10年来，农药残留分析的发展表现了以下突出的趋势：

1. 总体上，农药残留分析继续朝着安全、环保、高效、经济的方向快速发展，表现为分析样品量的小型和微型化、溶剂用量的减少、高毒性溶剂（如苯）和氯代烃类溶剂的限用或慎用以及随着分析时效的提高分析成本下降，实验室的农药残留分析人员比过去有了更强的安全意识和环境保护意识。

2. 样品处理出现了许多新技术，如固相提取法（SPE）、超临界流体提取法（SFE）、固相微提取法（SPME）、微波辅助提取法（MAE）、加速溶剂提取法（ASE）、基质固相分散提取法（MSPDE），以及凝胶渗透层析（GPC）等，这些新技术集提取、净化和富集于一体，表现了高效、快速、经济、安全、环境友好和自动化联用的发展方向。

3. 在检测方面，多残留分析方法已经成为残留分析实验室的主要方法，分析范围扩大至数百种农药；超临界流体色谱（SFC）、高效毛细管电泳（HPCE）、离子色谱（IC）和高效薄层色谱（HPTLC）等新的分析技术不断涌现；联用、自动化技术广泛应用，气-质联用越来越多地进入残留分析实验室，液-质联用、串联质谱等技术也已成熟。

4. 以酶联免疫技术（ELISA）为代表的快速检测技术受到市场需求的刺激而发展迅速，一些快速检测技术已进入市场，成为生产和生活实际中，人们对农药残留现场和即时分析要求的开端。

5. 农药残留分析方法的标准化步伐加快，随着越来越多的农药残留试验室的质量控制和获得认可，农药残留分析的技术与结果在国际间的协同化（harmonization）应用已成为可能。这将极大的提高农药

残留分析的效率。

6. 世界经济一体化的趋势和现代人们日益强烈的质量和健康意识，农药残留已成为食品安全问题的重要构成，政府管理机构对农药残留的监测和管理正在形成完善的监控和决策体系。

目前，农药残留分析和管理工作也面临着巨大的压力和挑战。国际上由于各国发展的差别，发达国家对于农产品农药最大残留限量（MRLs）标准的设立往往出于利益或技术考虑而过于严格，如何使各国制定的最大残留限量更加合理或趋于协同化？如何缩小发达国家和发展中国家农药残留监测技术的差距和实现监测数据的资源共享？我国在加入世界贸易组织之后，无论从国际贸易还是从食品安全的角度考虑，都需要尽快解决以下几个任务：1. 加快农药残留分析和管理的人才培养；2. 建立有关管理部门对食品中农药残留监测管理的有效合理分工，实现管理部门和研究机构的高效合作的运行机制；3. 合理利用现有资源，尽快建立全国的农药残留监测体系，开展及时、有效的残留监测和监督，强化管理力度，以维护国家利益和保障人民的身体健康。

思考题

1．什么是农药残留和残留毒性？农药残留的来源？

2．农药残留分析的任务和目的是什么？

3．选择农药残留分析方法时要特别理解和考虑哪些问题？

4．农药残留分析的复杂性体现在哪些方面？