（测试计量技术及仪器专业论文）荧光光谱法在农药残留检测中的应用研究.pdf

摘要 摘要 农药的使用促进了现代农业生产的发展，然而随着农药品种和用量的 不断增加，农药在食品和环境中的残留所引发的一系列问题越来越突出， 对人类健康与环境的危害已引起广泛的国际关注。因此，对农药残留物及 其代谢物的高灵敏度检测就变得异常重要。 荧光分析方法具有灵敏度高、试验量少、方法简便等优点，在相关领 域已经得到了广泛应用。然而随着分析对象的不断发展、分析任务的日益 复杂，传统的荧光分析法己很难满足要求。为克服常规荧光分析法的弱点， 利用三维荧光光谱法与导数光谱法对农药残留检测进行了实验研究，并设 计了荧光光谱仪检测系统，主要的研究内容如下： f 1 ) 测定了多菌灵、灭多威、苯菌灵、西维因、克百威等五种常用氨基 甲酸脂类农药的常规荧光光谱，确定了它们的最佳激发波长与发射波长。 f 2 ) 对多菌灵、灭多威、苯菌灵混合农药的三维荧光光谱进行了初步研 究，为今后三维荧光光谱参量化方法与模糊模式识别技术相结合在农药残 留检测中的应用研究打下了基础。 ( 3 ) 实验研究了不同p h 值下西维因、克百威的荧光特性，利用导数荧 光法对两者混合溶液进行了荧光光谱扫描，测定了农药工作曲线，进行了 回收率、精密度等实验。实验结果表明，导数荧光法能够非常有效的分离 二者相互重叠的光谱，提高了荧光法对多组分农药的检测能力。 f 4 ) 设计了用于检测农药残留的荧光光谱仪检测系统。对系统的主要构 成部分如脉冲氙灯光源的驱动电路，步进电机光栅扫描系统，线阵c c d 检 测系统等做了设计。最后对系统的标定方法进行了研究。本系统能够进行 农药与其他有机污染物的常规、三维与同步导数荧光光谱的扫描，并可根 据已存储的农药的荧光光谱数据，进行农药残留的定性和定量分析，为农 药残留检测提供了有效的工具。 关键词农药残留；三维荧光光谱；导数荧光光谱；荧光光谱仪；细分驱动 燕山大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fp e s t i c i d ep m m o t e dt h ed e v e l o p m e mo fm o d e m a g r i c u l t u r e h o w e v e r , a 1 0 n gw i t ht h ec o n t i n u o u sm c m eo f v a r i e t ya n dq u a n t i t y o f t h ep e s t i c i d e ，t h es e r i a lp r o b l e m sc o u r s e db yt h ep e s t i c i d er e s i d u at h a ti nt h e f o o da n de n v i r o n m e n tb e c o m e sm o r ea n dm o r eo u t s t a n d i n g ，t h eh a r mt ot h e h u m a nh e a l t ha n dt h ee n v i r o n m e n tc o u r s e sw i d e l yi n t e m a t i o n a la t t e n t i o n s o h i g h - s e n s i t i v i t yd e t e c t i o nm e t h o db e c o m e sg r e a t l yi m p o r t a n tt ot h ep e s t i c i d e r e s i d u aa n dt h e i rm e t a b o l i t e s t h ef u o r e s c e n ts p e c l r o s e n p yt h a th a st h em e d to fh i g hs e n s i t i v i t ya n d s e l e c t i v i t y ，l l s i n gs m a l lq u a n t i t yo f s a m p l ea n ds oo l l ，h a sb e e nw i d e l yu s e di nt h e r e l a t i v er e a l mh o w e v e 5a st h ec o n t i n u a l l yd e v e l o p m e n to f t h ea n a l y t i c a lo b j e c t a n dt h ei n c r e a s i n g l yc o m p l e xo ft h em i s s i o n , t r a d i t i o n a lf l u o m m e t r i ca n a l y s i s c a n tr e a c ht h ep r a c t i c a ld e m a n d i no r d e rt oo v e r c o m et h ed i s a d v a n t a g eo f t r a d i t i o n a lf l u o r o m e t r i c a n a l y s i s ，u s i n g t h r e e - d i m e n s i o n a la n dd e r i v a t i v e f l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p yt od ot h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho fp e s t i c i d er e s i d u a d e t e c t i o n ，a l s od e s i g nt h ef l u o r e s c e n ts p e c t r o m e t e rd e t e c t i o ns y s t e mt h em a i n r e s e a r c hw o r ki sa sf o u o w s ： ( 1 ) d e t e r m i n a t e d c o n v e n t i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r u mo fc a r b a m a t e p e s t i c i d e si n c l u d i n gc a r b e n d a z i m , m e t h o m y l ，h e n o m y l ，c a r b a r y la n dc a r b o f u r u n ， w i n c hi nc o m l n o nl l s e d e t e r m i n e dt h e i ro p t i m a le x c i t a t i o na n de m i s s i o n w a v e l e n g t h ( 2 ) d o i n gp r i m a r yr e s e a r c ho f t h r e e - d i m e n s i o n a ls p e c t r u mo f c a r b e n d a z i m ， m e t h o m y la n db e n o m y l ，m a k eg o o df o u n d a t i o n o ft h ec o m b i n a t i o no f t h r e e - d i m e n s i o n a ls p e c m t m p a r a m e t r i z a t i o na n dp a t t e r nr e c o g n i t i o n ( 3 ) m a k ee x p e r i m e n tt os t u d yt h ef l u o r e s c e n tc h a r a c t e r i s t i co fc a r b a r y la n d c a r b o f u r a ni nd i f f e r e n tp h b s ed e r i v a t i v ef l u o r e s c e n ts p e c t r o s c o p yt 0s c a nt h e m i x e ds o l u t i o no ft h e m d e t e r m i n et h e i rw o r k i n gc u r v e ，r e c o v e r yr a t ea n d i i a b s 狰a c t 辫喊釜d e g r e e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w st h a tt h ed e r i v a t i v ef l u o r e s c e n t s p e c t r o s c o p y c a l l s e p a m t e t h e o v e r l a pf l u o r e s c e n c e 雌鼎热鼗e f f e e t i v e l y , e n h 删t h e a b i l i t y o ff l u o r e s c e n t s p e c t r o s c o p y t on m a s u r e t r to f m u l t i - c o m p o n e mp f i o i d e ( 4 ) d e s l g nf l u o r e s c e n c es p e t x r o m e t e rw h i c hb e i n gu s e d _ om e a s u r ep e s t i c i d e r a s i d u ad e s i g nt h em a i np mo ft h es y s t e ms u c h 鑫st h er e l a t i v ec i r c u i to ft h e x e n o nf l a s hl i g ms o u r c e , g r a t i n gm o n o c h r o m e t e rs c a ns y s t e m , l i n e a ra r r a yc c d d e t e c t i o ns y s t e m f i n a l l ys t u d yt h ec a l i b r a t i o no f t h es p e c t r o m e t e r t h i ss ) 嚣t e m c a n s c a n n o t o n l y c o n v e n f i o a a l f l u o r e s c e n c es p e e m t m b u t a l s o t h r e e - d i m e n s i o n a l a n ds y n c h r o n o u s - d e r i v a t i v ef l u o r e $ c e n c es p e c t r u m ，i tc a r la l s om a k eq u a l i t a t i v e a n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v e 鞠a l y so fp e s t i c i d er e 蠡d u aa c c o r d i n gt ot h ed a t ao f f l u o r e s c e n c es p e e m u nt h a th a sb e e ns t o r e di nt h ec o m p u t e r k e y w o r d sp e 嫩c i d er e s i d u a ；t h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es _ p e e w a m ； d e r i v a t i v ef l u o r e 辩e u c e s p e c t r u m ；f l u o r e s c e n c es p e e t m m e t e r ； m i a i s t e p p i n gc o n 抒o l 辩i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1引言 农药自从应用于农业生产以来，就给人类带来巨大的经济利益。但是， 农药的大量使用也使害虫的天敌受到摧残，使害虫的危害加大，从而使农 业生产更增加了对农药的依赖。而且随着农药品种和用量的不断增加，农 药在食品和环境中的残留问题、安全问题越来越突出。随着人们环境意识 的不断加强，由农药残留引起的食品安全问题与环境问题也越来越受到人 们的关注。 然而，鉴于化学农药防治方法的便捷、高效、经济，而且是高科技的 结晶，迄今在农业生产控制有害生物的各项措施中，化学防治仍然占主要 地位。预计在相当长的时期内，仍需应用化学农药控制有害生物以发展农 业生产。农药使用和环境污染的矛盾有待解决i l j 。 人们在长期的生活和生产实践过程中逐渐认识到一些天然物质具有防 治农牧业有害生物的性能，到1 7 世纪以后又陆续发现了一些真正具有实用 价值的农用药物。在公元前曾使用的天然农药有硫磺、含砷矿物和防虫植 物如嘉草、莽草、牡鞠、藜芦、附于和干艾等。在1 9 世纪7 0 年代使用的杀 虫、杀菌剂有硫磺、白砒等，至1 7 世纪在民间使用多年的烟草、除虫菊和 鱼藤三种植物先后被n i 成为农药使用。在这三种农药中除虫菊素后来作 为先导化合物对人工合成拟除虫菊脂类农药起了重要作用。作为农药大规 模发展的历史，大致可从2 0 世纪4 0 年代来划分。在2 0 世纪4 0 年代以前，以 天然药物及无机化合物农药为主的天然和无机药物时代；2 0 世纪4 0 年代以 来出现了大量有机合成农药、它们具有类型多、药效高、对作物安全、应 用范围宽等特点。无机农药因无法与之竞争而用量锐减、农药进入了有机 合成时代。 在讨论农药的环境污染问题时，主要是指化学农药。所谓化学农药， 一般是指用于防治农、林、牧业病、虫、草、鼠害和其他有害生物( 含卫生 害虫) 以及调节植物生长的药物及加工制剂。按照农药的主要防治对象、作 l 燕山大学工学硕士学位论文 角方式、来源和化学结构可以将农药分为不同的类型 3 1 。如图1 - 1 所示。 按主要防止对象势类接农蔫米源分粪 按扼舍梅缝糖势类 鳓l 1 芏塑塑查苎卜1 墨璺垡垒望i 有机氯纯台物 有机磷化告物 曛熬剂卜 抑除虫菊醋 巍基甲酸蘸 f 蘩鬻索长调节荆| 有撬琥纯食糖 有机金属化备物 酰胺类化古物 母 一些兰皇壁垒苎h 皇墨皇苎查翌 _ 杂环类化台栅 辈氡羧酸类 鼯粪纯台骢 按作用寿式分粪h 圈 腮类化合物 醚类化合物 嗣类让台物 兰氮摹鬟 f 翥黍龌嘉l叫竺竺兰查苎卜+ 叫苎兰茎i 二氯苯类 苯甲酸类 l 察爨黻嚣r 眯类化台物 l 特凳蛙丧药lq 磊习 普豆素类化食物 箕毽 图1 - 1 农药的分类 f i g , i - l c l a s s i f i c a t i o n o f p e s t i c i d e 农药残留是指农药使用后残存于生物体、农副产品和环境中的农药原 体、有毒代谳物、降辩物和杂嫒缒总穗，残存的数鬟称为残鳃量。田阙囔 洒的农药只有l o 粘附在作物上，其它大部分通过各种方式撒播出去，污 染大气、土壤和水等。在一般情况下主要是指农药原体的残留量和具有比 爨体毒毪雯离或捐当撩往篓酶解锈稳残留鬟，其傣夫，j 、与多耪因素寿荧。 农药污染及其产生的危害后果魁严重的。农药对大气、土壤和水体污染， 对疆壤质量的影响与破餐，戈其是缝下水污染阚题基g 起广泛重视；农药 污染的生态效应十分深远，尤其是对生物多样性保护的影响；农药对人体 健康的危害，尤其是兰致作用和对生殖性能的影响等f 4 - 6 。 ( 1 ) 农药对水环境静污染农药污染承静途径蓬大气漂移、夫气薄冰、 农田农药流失、水面直接喷洒农药、农药厂排放废水等。尤其农田农药流 失燕袁傣孛农药的重要菇繇，戮隽表露傻惩约农药燕丈，壤翔予表匿熬农 药可经过多种途径进入水体，如降雨、地寝径流、农田渗滤和水田排水等。 农药对水环境的污染状况，经欧荚各国广泛调查，融发现有6 0 多种农药在 第1 章绪论 地下水中被检测到。 ( 2 ) 农药对土壤的污染农药进入土壤的途径主要有3 种：a 农药直接 进入土壤( 使用除草剂、拌种剂和防治地下害虫的杀虫剂) ；b 伪防治病、虫、 草害喷洒于农田的各种农药，有相当部分落入土壤表面c 农药随大气沉降、 灌溉水和动植物残体而进入土壤。农药在土壤中残留期长短与农药性质有 关，化学性质稳定的农药残留期长，残留期长的农药一方面可保持较长时 间的活性，另一方面高的残留活性不仅污染第一茬作物，而且对后茬作物 也造成污染。8 0 年代使用的六六六现在仍可在土壤中测定出来。残留期长 的农药直接污染土壤和作物，间接污染水源。 农药对土壤的残留和污染，主要集中在农药使用地区的o 3 0c m 深度 的土壤层中，土壤农药污染程度视用药量而异，以m g r k g 为单位，一般在 几个至几百个单位，通常为几十个单位。 ( 3 ) 农药对大气的污染农药对大气污染来源有两方面：a 农田喷洒农 药时，一部分被浮游的尘埃所吸附，并向大气扩散；b _ 农药厂排出的废气。 尤其是农药厂排出的废气污染更为严重，有资料报道，某些农药厂排出的 有害气体给周围的蔬菜田造成了严重污染，蔬菜表现叶片皱缩、果实畸形 坚硬。农药对大气的污染程度与范围，主要取决于施用农药的性质、旋用 量、施药方法以及施药地区的气象条件。 ( 4 ) 农药对环境生物的影响由于农药的使用，消灭了一些捕食性、寄 生性的天敌，使自然界害虫与天敌间失去了平衡，造成害虫猖獗；也消灭 了传粉的昆虫，使作物产量受到了影响，同时还使生物栖息场所发生了改 变。 ( 5 ) 农药对人体健康的危害环境中的农药，一般通过3 个途径进入人 体，即呼吸道、消化道和皮肤。农药经过呼吸道进入人体的程度，取决于 大气中残留农药的浓度。通常水溶解度大的粉剂、水剂农药易被人体吸收 而引起中毒，尤其是一些无嗅、无味、无刺激性的农药，易被人们忽视， 中毒的可能性要大一些。农药经过消化道进入人体，主要是食用受农药污 染的食物引起的中毒，因消化道对农药的吸收最强，危险性也最大，常见 的农药急性中毒事故大都是误食已受农药污染的食物而引起的。 燕山大学工学磁士学位论文 i 。2 农药残髫分梧方法及国内夕| 、研究理状 农药残留分析一般分为单残留分析、多残留分析。多残留分析通常又 分为单类型多残留分析、多炎型多残嚣分摄和寒缎撵本农药多残器势拆。 农产品农蓊残留检测主要是箭两种f j 。 我国农产品中鼹大农药残留限量( m r l ) 标准是根据联合国粮敷组织 ( f a o ) 静蘩求，戮氆箨卫生缀绫国氍。) 每年疆奄辩每霹兔诲摄入量( a d d 筐 为基础，通过食物掇入量和风险性分析制定出来的。而欧虢等国家的m r l 孵显荣奏技本壁垒鲍蛙爱，不是撮据农药豹a 镶秘a 群谭憝瓣摄入鬟在 进行危险性分析的蒜础上制定的，大多数的m r l 标准是以最低检出爨( l o d ) 为标准的，远远低予我国的m r l 。加入世贸组织盾，非关税贸易壁魑纳制 约作焉更加明显。许多国家擒离了x - 1 2 国出日农产晶的棱测标准，搿且由 过去的抽梭变成了批批检测。如韩国对我国出口蔬菜的梭测，最尚时农药 羧鏊捡测多这2 余壤。鉴于农菸残窭的蓼境毒蝗璇及贸易摩擦审静羧拳壁 斑问题，柱我国发展快速、可靠、灵敏的农药残留分析方法，建立毙善的 农药监测体系已追强眉睫。擞界上许多国家，特别是经济发达国家巍这方 蕊投入了犬量技术、资金和入力。近年来，国际农药残爵分析领域如现了 些新技术。这些新技术的共同特点是快速、溶剂和样品用量少、萃取或 净健效率离、检测爱被度裹帮耋动诧稔震裹倒。 近年采在农药残留分析领域所取得的重要进展或发展趋势主要有以下 方箍：掸掮提取帮净化方法的籀单化、微型纯和整动化。农药残鹭毁l 定之 前，要有邋合予各种蔬菜食晶和目标物化学性质的萃取、净化、浓缩等前 处理步骤，这些前处理过程在分析中起着决定的作用例。农药残留分析大 多采瑶寿辊溶栽罨嚷霹标势橱秘，餐是港裁簿i 阪主要存在一f n 闫题：选择 性差。提取时带进大蹙的共摄物，需要进一步的分离净化；b 溶剂消耗大。 缀多溶剂翔翠酵、二氯争烧、乙骧等爨囊毒性，黠操箨入赘健康不剃，造 成环境污染。同时，随着科学技术的进步，操作简便、具有选择性萃取的 新技术、斑灵敏度的检测方法不断出现。 4 第1 章绪论 1 2 1 样品提取方法 ( 1 ) n 相萃取( s o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ，s p e ) s p e 技术是2 0 世纪7 0 年代 发展起来的一种样品前处理技术，主要基于液相色谱分析的样品前处理。 该项技术克服了液液分配和一般柱层析的缺点，具有高效、省溶剂、可避 免出现乳化现象、可对农药残留物进行富集、便于自动化等特点，它在农 药残留分析中，特别是在脂肪和蛋白质含量高的复杂样品中农药残留及农 药多残留的分离、提取、净化和浓缩中得到了广泛的应用【lo 】。 ( 2 ) 固相微萃取( s o l i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ，s p m e ) s p m e 技术于1 9 9 0 年首先由p a w l i s z y n 等开发成功，他们在细石英纤维( 1 7 0 岬) 上涂布一层固 定相( 吸附剂) ，将纤维插入水溶液样品内，水中分析物被分配到固定相上， 取出纤维插入气相色谱仪进行分析。m a n u e l ac o r r e i a 等用s p m e g c e c d 技术定量检测葡萄酒中8 种杀菌剂、1 种杀虫剂和2 种杀螨剂，在5 1 0 0p , g 几范围内，对所有农药的检测结果有较好的线性关系，平均检测限为1 1g g l ，r s d 2 0 。目前s p m e 主要还是用于水或比较纯挣的水溶液样品【1 1 , 1 2 1 。 ( 3 ) 加速溶剂萃取( a e e t a t e ds o l v e n te x t r a c t i o n ，a s e ) a s e 是自1 9 9 5 年 以来发展的一种萃取技术，适用于固体和半固体样品的前处理。a s e 是高 温( 5 0 - - 2 0 0 ) 及加压( 1 0 3 1 07 | 1 3 8 1 0 7p a ) 条件下的溶剂提取法，温度 高于1 0 0 的溶剂穿透力强且溶解力大，加快分析物从基体解吸进入溶剂： 加压使溶剂保持液态，用少量溶剂可快速提取固体样品中的分析物。样品 密封在高压不锈钢提取仓内，经过起始的加热过程，样品在静态下与加压 的溶剂相互作用一段时间，然后用压缩氮气将提取液吹扫至收集瓶中。a s e 提取溶剂的选择与索氏提取法相同，提取液需净化后才能检测，其作用只 是减少提取溶剂用量，缩短提取时间【1 3 1 。 ( 4 ) 微波辅助萃取( m i c r o w a v ea s s i s t e de x l r a c t i o n ，m a e ) 具偶极矩的有 机物受微波辐射，分子排列成行，又迅速恢复到无序状态，这种反复进行 的分子运动，使样品迅速加热。微波深入基体内部，而不使表面过热。内 部的分子运动使溶剂与分析物充分作用，加速了提取过程。与其他溶剂提 取法比较，样品基体的影响较大，而减少取样量并不降低方法的精密度， 燕山大学工学硬士学位论文 并且在相同条件下可提取多个样品，增加了样晶的流通撼1 1 4 1 。v i o r i e a l o p e z - a v i l a 镣研究用微波加热提取固体样品中4 4 羊中有机氯农药和4 7 种有 飘磷农药。簌m a e 盼疆毂象讳下，可能分解的农药有：磷胺、敌百虫、二 溴磷、久效磷、内吸磷。 ( 5 强蚕嶷器流体萃取( s u p e r e r a t i c 疰f l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) s f e 技术稳月 超临界流体密度大、粘度低、扩散系数大、兼有气体的渗透性和液体的分 配作用的性质，将样品中的待测物质溶解并从基体中分离出来，能同时完 藏萃取和分离两步揉摔# ”。1 9 8 6 年c a p r i d 等首次将该技术用于土壤靳植 物样品中对结合态农药进行残留分析。用于萃取过程的超临界流体通常有 二襞缘碳、氧纯二氮、乙烷、己矮、氮气、氢气、忒、凳嚣群、苯等，嚣 前成用最普遍的是二裁化碳。s f e 主要用于固体千样品中分析物的萃取， 由于水会影响萃取效果，因此，禽水量赢的样品在攀取前必须进幸亍干燥处 理。 1 2 2 农药残窘检测方法 ( 1 ) 高效波相色谱法( 简称 舻l c ) 及气相色谱( 简称g c ) ，液相色谱( 简称 l c ) 一质谱f 麓称m s ) 联熙k r a u s e 建立了氮基甲酸懿的荧光测定法，检测 限为5 5 0p 非g ，结果用m s 确证。m i y a h a r a 用s f e 净化，c , c r r m s ( 离子 肼的串联质谱) 测定了蔬菜中五毓硝基苯及代谢产物，六氯举的残留【1 6 1 。 a r g a u e r 焉该方法测定了2 6 巾稃潴中戆2 4 静氨薹甲教蘸类农药，回收察为 7 0 1 0 0 。 疆邂监：器滚传色漤法f 莓禳s f c ) s f c 可班在较低温度下努撰分孑量 较大、对熟不稳定的化合物和极性较强的化合物。w h e e l e r 1 7 1 等用超临界 c 0 2 提取土壤中“c 标记的立谷隆和敢草隆的时问大大缩短，只需3 5r a i n ， 回救率达9 9 。l e h o t a y 1 等提穗了在蔬菜承果多残留分析的样品苇备串应 用t t y d r o m a n i x ( h n x ，一种小粒状硅藻土) ，解决了超临界萃取要求样品的 式分含量不黪太毒，撵燕惩量小，鞋保谣撙晶豹趣一瞧、健袭洼帮方法静 准确度等问越。j o b l a s k a 和m u r u g a v e r l 州等分别报道了用毛细管s p f - m c 测定有机氯及氨基酸醵类农药的残整。此方法为真正意义上的自动化分离 6 第1 章绪论 分析体系的建立提供了切实可行的技术基础。由于超临界流体萃取需要一 定的特殊设备，使目前广泛应用受到限制。 f 3 ) 毛细管电泳法( 简称c e ) 由于c e 具有分离效率高、快速、样品用 量少等特点，近年来得到了迅速发展。k a m i a n s k y t 2 0 j * $ n ) 书c z e ( 毛细管区 带电泳) 分离出了浓度为l 矿m o l l 的季铵盐除草剂。b e n z 和g a r r i s o n 对烷 基取代芳酸盐除草剂进行衍生，结合m e c c ( 胶束电动色谱法) ，采用激光 诱导检测器进行c e 分离，进样4 i l l 时，检测限达2f g 。d i n e u 在测定自来 水中杀虫剂含量时，可做到定性分离0 1 lp g 的m e t s u l f u r o n 和 c h l o n s u l f u r o n 。目前，c e 尚缺乏灵敏度很高的检测器，可利用的紫外检测 器能检测几个皮克0 曲，但因样品两只用几个n l 的体积，故所用样品浓度 被限制在1 0 。级。 ( 4 ) 薄层色谱法( 简称t l c ) t l c 简便易行，可同时分析多个样品，多 用于复杂混合物的分离和筛选。2 0 世纪8 0 年代发展起来的高效薄层色谱 法( 简称h p t l c ) 与扫描技术结合，是一种易于建立和掌握的半定量技术。 目前，世界上许多国家采用自动化多通道展开技术，用h p t l c 定量筛选 饮水中的2 5 6 种农药残留。 ( 5 ) 直接光谱分析近红外衰减全反射光谱( n m - a t r ) 和表面增强拉曼 光谱( s e r s ) 使光谱分析灵敏度提高1 0 z 1 0 7 倍，快速、直接的光谱技术，只 需要极少量的样品，具有很大的应用潜力，尤其是( s e r s ) 光谱，具有高的 表面检测灵敏度以及易于获得全波段振动光谱等优点，因而在农药残留分 析上得到了广泛应用。 ( 6 ) 免疫分析法( 简称i a ) 免疫分析法是应用免疫细胞化学中抗原与抗 体之间高度特异性反应而研制的一种方法。由于每种抗体皆高度专一和敏 感于特定的农药残留物，因此这种反应具有很高的特异性、敏感性与准确 性，但是某些农药特异性抗体的制备很困难。在农药残留分析中的用得最 多的是酶联免疫吸附测定法( e l i s a ) ，k u a n f i u a n 等先后综述了i a 在农药分 析中的研究和应用概况。g o h k 等用酶联免疫法测定土壤中的话玛津和莠去 津，检出度1 5 g 瓜1 。 ( 7 ) 生物传感器n g e h - n g w a i n b i l 2 l 等最早研制成功了对硫磷的生物传 燕山大学工学硕士学位论文 感器，以后又有人制成了光导纤维免疫传感器，利用荧光标记抗体产生的 反应，对硫磷在溶液中含量进行了分析测定。微型化的免疫传感器对分析 样品的用量少、响应速度快，甚至可插入生物组织或细胞内实现超微量在 线快速跟踪分析。目前生物传感器存在的主要问题是分析结果的稳定性差、 重现性差、使用寿命短和使用成本高。 我国的农药残留分析技术始于2 0 世纪5 0 年代，那时的农药残留分析 技术方法仅限于化学法、比色法和生物测定法，检测方法单一，灵敏度也 不高。随着科学的进步，我国的技术人员逐渐掌握了上述多种农药残留分 析新技术，并在实践中不断完善。 在有机氯农药残留检测方面，梁洪军等采用t l c 法测定粮食蔬菜中有 机氯农药残留量，六六六的最低检测限为o 0 2p , g ，d d t 为0 0 6l a g 。黄薇 等采用微量化学法处理样品，g c - e c d 测定蔬菜酱中有机氯农药残留，方 法回收率为8 0 0 一9 2 5 ，r s d o 0 5 ，则荧光强度和溶液 浓度不呈线性关系，此时须考虑式( 2 1 0 ) 中括号内的第二项。 第2 章荧光测量原理 2 。1 4 物矮产生荧光豹条健 在荧光分析中，分析对象本身必须具有荧光特性，但并非所有物质都 裁发荧光。鼠荧光产生躲原嚣霹j 饕，分予发荧光圭要取决予它叁身瓣能量 状态，基该分子的化学结构。也就是说，能产生荧光的物斌首要条件必须 霄一个吸收结构，即| ! _ 兰色团，即物质分子中具有吸收特性频率的光熊团。 分子中能簸辩荧光的基匿，成为荧光函。荧先强艘与分子结构关系一般具 有如下普媳规律p 。 f 1 ) 荧毙透露是发生在镕鍪帮有延 枣鹣电子辘遭戆分予藏豢毒菇辘双 键体系的脊机分子n 这种体系中的电子共轭程度越大，能量越低，离域 n 电子越容翳激发，荧光峰越移良长波方向( 红移) ，荧光强度也越强。 ( 2 ) 具膏强烈的荧光有机分子，应具有拇十陛的，不饱和的，平面裂的多 烯体系。如果一个有机分子具有共轭双键的非刚性键，并鼠存在着蘸叠的 瑟子鞔遥，嚣使萁分子处于j 平面梅型，那么这样静有辊努子大多不会发 射荧光。 f 3 ) 在势誊 二台物麴芳香环上+ 进抒不嚣基臻驰驭谴，对该毒 二台耪羚荧 光强度和荧光光谱将产生大的影响。 ( 4 ) 物鹱分子必颁育一定的量子产章。量子产举等于零的物质，不能发 射爱光。这是因为处于电子激发态的分子可有许多方式把激发能释放随来， 而获光发射只是其中种。物质发射荧光量子数和吸收的激发光量予数的 戮毽称为薰子产率或稼荧竞效搴，用张采表示。 姣。豢翼燃( 2 q 2 ) “ 暖渡激发光豹螫子数 很明显纯的极大值为l ，即每吸收一个光量子就发射一个光量子。但攀实 上大部分荧光物震纯帮小于1 ，可稻量子产率来装示各释不丽物震产生荧 光的情况。荧光效率低的物质缀然有很强的紫外吸收，但所吸收的能量都 戥l 疆射鬃迂斡形式释藏出来，瑟良没骞荧光发瓣。 燕山大学工学硕士学位论文 荧光量子产率表示物质发瓣荧光薛本镁，是一切荧光测定豹基本参数 之，在太分子构象的研究中占着特殊煎要的地位。 ( 5 ) 适宜的环境。因为一种物质吸收光的能力擞量子产攀都与物质所处 的环境紧密相关，环境条 牛影响分子对髓量的驳彀和损耗，所戬环境常常 题决定物质量子产率高低甚至能否发射荧光的重爱因素。如溶剂、溶液的 疆篷、瀑发等都影确荧光豹发瓣。寿糖携分子溶予某些溶裁中后褥与溶蓑 中的水分子形成氢键，从而增加分子的平面性，则荧光加强。 2 2 荧搬分辑法兹特焘秘应爱 2 2 1 荧光分析法的特点 ( 1 ) 灵敏度高荧光分析的嫒主要优点之一是爱敏度高。一般来说荧光 分析的灵敏度要 t 紫外一可见分光光度法高2 - 4 个数量级。紫外一可见光分 光兜度法的瑟敏度为l o - 7g m l ，丽荧光努竞先度法豹灵敏痿遮到1 0 ”簖证 撼至1 0 “2g m l 。 2 遴择牲好荧光毙酱氢疆激发是潜秘发射毙港，在臻定糖曩孵选择 性更强，可用两个特征光谱司时对物质进行鉴别。 ( 3 ) 用榉量少出于荧光分析法灵敏发商，因瓤为少量樽晶的测定提供 了可靠性。测定的下限在to 1 吒1 0 8g m l 。 ( 4 ) 能提供较多的物理参数荧光分析法能提供的物理参数有：激发光 落、发毒垂毙潜、荧是强赛、总焚党垂、豢子产率、荧戈毒念、荧竞濂攘等。 这些参数都能从不同的角度反映荧光物质的各种特性，并通过这些物理参 数嚣疆褥到被研究麴蒺分子更多的信息。 荧光分析法也裔它不足之处。主要是指它比其他方法来说，适应性差， 废用范围述不够广泛。因为有许多物质本身不发荧光，而簧加入某种试剂 才筢达至荧光分析的鞋静。曼， 荧光对环境因素敏感，掰黻在测定辩，干 扰因素也比较多。如温度、溶剂、溶液的p h 值、散射光等，都能影响荧 毙戆溅定。 墨i 差茎堂塑量璺翌 2 2 。2 荧必分辑法戆应髑 由于荧光分析法具有上述许多优点，所以已被广泛地应用在工业、农 鼗、医药、卫生、环境、生貔学基础孬毋究、霹法签定嚣科学臻究各个锾域 中n 可阻用荧光分析法鉴定和测定的无机物、有机物、生物物质、药物等 翦数戥髫缨增。荧光分辑缓燃戚为分折纰学工佐者衡必须掌摆的一 种重要分析方法【4 。 f 1 - t i 劳l 离子无机离子中除了铀盐簿少数例外，一般不显荧光。然而 禳多金漓袋非金属无概离子可良与一个宵“电子菇辘结梅稳有襁纯念镌形 成有荧光酉已位化合物后就可用荧光法测定。a l ，b e ，c a ，c d ，c u ，g a ， m g ，h f , 嚣，n b ，p b ，r h ，p u ，s b ，s e ，s i ，s n ，t a ，秘，t h ，弛，w ， z n 和压等能与一些有机试剂形成荧光配合物而可以定量。 能与无飙阳离予形域有荧光配合物的有机化台物，一般都具有笨环结 构以及二个以上髓确金属离予配台的配位基团，遮些有视纯台穗硐荧光试 剂。常用的有机荧光试剂有8 羟基睦啉( 用于硝，z n ，b e ) 、茜素紫黼剐用 予越，f ) 、莛弼毂j = | 于z r ，s n ) 、二苯乙醇酮绸子b ，z 舢g e ，s i ) 。这 般荧光试剂都具有7 1 ；电子系统。荧光的激发和发射都同a 一矿跃迁有关，这 秘跃迂寒紫产生宽的没有糖缨结橡豹荧光峰。 ( 2 ) 有机化合物方面的应用脂肪族化台物的分子结构较简单。能产生 荧光的为数不多。芳香族及具有芳香结构的化合物，因有“电子共辘体系 容易吸收光能，其中结构瘫大弼复杂貔纯台耪f 稠融，在絮 竞照射下大多 数能发生荧光。有时为了提高测定方法的灵敏度和选择性，常使弱漩光物 痰与菜垫荧先试裁佟瑟，敬褥列强荧光牲产凌。鞠筵，荧毙分板在霉瓤物 方面的测定为数很多。据有关报道，能用荧光法测定的有机物、生化物质 及药物等蠢2 0 0 多摹申。由于荧光法比较灵敏，荧党光度计及荧光分光光度 计已广泛粥作高效液相色谱法盼硷测器。它对研究药物在体液中的浓度及 药物在体内的代谢过程特别有用。 ( 3 ) 其镶方面的成用分子荧光竞谱法可对常燕豹疆骢漓、矿物涟、染 燕山大学工学硬士学位论文 鹳、毛发残罄鞠、化妆晶、毒蕊、毒品、书写爨求等进 亍分辑鉴定。恻秘 用荧光光谱法对植物油鉴别，可利用油样的激发光谱、发射光谱、焚光同 步扫描光谱、二阶导数荧光光谱、荧光寿命等，窳现了植物油的种类鉴别 和不同产她的认定。 2 3 影晌荧光分析的因素 物质产生的荧光受环境的影响很敏感，所以在测定时干扰因素鞍多。 例如温度、溶剂、溶波的p h 值、荧光摊灭剂、数射光等都会影响荧光的 特性，甚至影响发光物质的分子结构及巍体构象，从而影响荧光光谱和荧 光强度】。 f l 溢魔躲影嫡瀑度对溶液荧光强发毒显著瓣影穗，一般来说溢度降 低则荧光增强( 温度升高1 ，荧光强度约下降1 ) 。随温度降低荧光强度 壤大熬原因，是由予混度下黪对，套质牯度增加，荧光物壤分子与漆划分 予之间的碰撞也随之而减少，使无辐射跃迁减少，导致荧光强度增加。另 外从分子运动角度讲，温度升离分子运动速度加快，分子间碰撞几攀增加， 使无辐射躐迁增妻鞋，鼠丽降低了荧光效攀。激发澎源产生的热量是；| 超温 度变化的主要原因。 汪激发光源蕊影嫡对予激发毙灏童要考惠稳定性和强度二令魏豢： 光源的稳定性直接影响测量的霾复性和精确度；光源的强度直接影响测定 的灵敏度。池源强发弱，荧光强度低，灵敏度差。所以光源要有是够的强 度，才能保证有较高的灵敏度。但不是激发光源越强越好，还要考虑其他 圊素。这是因为某些荧光物质在强激发光较长时间照射下，很容易发生分 解，反蕊；陡；荧光强发下降。为了避免光静分解律霜所； 越静误差，在迸 荦亍荧光强度测定时，操作必须迅速，测定后立即切断光路。即只有在荧光 测定兹短对阕蠹，方可打开光溺。 ( 3 ) 溶剂的影响同一种荧光物质在不同的溶剂中，其荧光光谱的形状 和强度都会宥显著的不同。有些物质的荧光峰的波长随溶剂的介电常数的 增大发生馥移，荧光效率增大。溶裁静介电常数大，其极性增加。在极性 第2 章荧光测量原理 大数溶麴中，a z + 跃迁辑需麴缝星差西塞小，跃造凡率大，困扰使分子豹 紫外吸收和荧光峰波长均向长波长方向移动，强艘也就增高。另外溶剂的 牯度也影响分子的荧光强度，溶剂粘度小可增加分子间碰撞，导致凭辐射 舔迁增加，荧光减弱。故荧光强度随溶铷秸度的增加而增加。 ( 4 ) 溶液p h 值的影响大多数芳香族化合物都具有酸或碱的功能团， 鞠照它 j 对龌秘变化菲鬻敏感。塞荧毙麴矮零鸯是骥酸袋弱碱嚣，溶液 的p h 值对荧光强度有较大的影响，遮主要是因为在不同酸度中荧光物质 分子和离予间的平攒教变，因此荧光强度也有差拌。 ( 5 ) 荧光猝灭剂的影响焚光猝灭是指荧光物质分子与溶齐分子褶互作 用，引起荧光强度显著下降的现象。产生荧光猝灭的原因很多：荧光物质 鞠猝灭裁分子碰撞面损失s 羹；荧兔分予与猝灭分子作瓣生成不发毙秘健 物；在荧光物质的分子中引入卤素离予后易发生体系跨越而转至三线态； 溶解氧豹存在健荧光魏馐氧纯，或是由予氧分子的鞭磁性鼹遵了体系跨越， 使激发态的荧光分子转成三线态。 ( 6 ) 共存物的影响共存物的存在对荧光物质的荧光有千扰，主要袭现： 对荧光物质舆有骅灭作用；共存物产生受光；与荧光物质发生反应；吸收 激发光或荧光。因此在荧光分析中所用的试剂( 包括溶剂、酸、碱等熬本试 裁) 纯度辍为重要； ( 7 ) 散射光的影响当一束平行光投射在液体样品上，大部分光线透过 溶滚，小部分光出于光子与物矮分子胡碰撞，捷光予豹运动方囱发生改变 而向不同角度散射，这种光称为散射光。在荧光测定时，必须注意散射光 的影响。容器表面的散射光、廷德耳散射光、瑞利散射光、喇曼散射光。 璇举散射光和喇曼散射光是交溶弃l 产生盼散射竞，对荧兔溺定都寿予扰作 用。但瑞刹散射和容器表面散射光、廷德耳散射光的波长都与激发光波长 穗嗣，一般饔荧光媾鞍远，易予辨认穰臻除。露波长 入射毙更长豹喇曼 光因其波长与荧光接近，对荧光测定干扰很大，必须采取措施消除。使用 荧光分光光泼计在测定荧光强发时，只要减少狭缝宽度，采用截止滤光法， 选用适当波长的激发光，可以消除瑞利散射光和啤l 曼散射光的影响和干扰。 燕山大学工学硕士学位论文 2 4 本整小结 本章介绍了荧光分析法的基本原理，讨论物质产生荧光的条件以及影 瞧荧光分辑熬因素，著荧光分辑发豹麟点及痤翅。穆囊产生荧走麴条停也 是进行荧光物质选择与分析的基本依据，而影响荧光分析的因素在荧光分 析过程中是必须考虑的重要因素，在实际过程中，要尽量避免那些不良因 索对分析过程静影响，而且翳充分幂g 稍有利因索静作用。 第3 章荧光分析方法与农药荧光特性试验 第3 章荧光分析方法与农药荧光特性试验 对几种常用氨基甲酸脂类农药的荧光特定进行了测定，确定了它们的 最佳激发与发射波长，依据此实验结果，使用三维荧光光谱法与导数荧光 光谱法对多组分农药溶液进行了实验研究，并实验了不同p h 值下的荧光 特性，取得了理想的实验效果，证明了其可行性与优越性。 3 1 荧光分析法 3 1 1 常规荧光分析法 3 1 1 1 直接测定法利用物质自身发射的荧光，来进行测定的方法。物 质能发射荧光在于分子中的共轭双键多，共轭面宽，有刚性平面结构。具 有这样结构的芳香族化合物和稠环芳香族化合物都能发射荧光，可用直接 法测定。 3 1 1 2 间接测定法物质本身荧光很弱或不发荧光，可利用某些试剂f 如 荧光染料) 与之形成发荧光的配位化合物再进行测定的方法，也称外源荧光 方法或称荧光探针技术。用于荧光探针的试剂叫探剂，它应具备以下条件： ( 1 ) 与被测定分子的某一微区必须有特异性和比较牢固的结合。 ( 2 ) 探剂的荧光必须对环境条件灵敏。 ( 3 ) 结合的探剂不能影响被测定分子的结构和特性。 常用的探剂有罗丹明、荧光素、荧光胺等。荧光探针( 剂) 的使用为一些 原来不能用荧光分析的物质打开了大门。通过这种新技术，不但可以对一 些原来不发荧光的有