高效液相色谱技术在农产品农药残留检测中的应用

摘 要：高效液相色谱技术因其高灵敏度、选择性和准确性，被广泛应用于农产品中的农药残留检测。本文旨在探讨高效液相色谱技术在农药残留分析中的应用现状及其面临的挑战。通过优化梯度洗脱条件、采用同位素内标法以及开发高选择性色谱柱，可有效提升其检测效能。这些方法可在提高检测灵敏度和分离度的同时，显著降低基质效应影响，为确保农产品质量安全提供有力的技术支持。

关键词：高效液相色谱；农药残留；梯度洗脱；同位素内标

Application of High Performance Liquid Chromatography Technology in Pesticide Residue Detection of Agricultural Products

LIU Minglong， XU Xun， LYU Zhengxin

（Jianhu County Comprehensive Inspection and Testing Center， Yancheng 224700， China）

Abstract： High performance liquid chromatography technology is widely used for pesticide residue detection in agricultural and food products due to its high sensitivity， selectivity， and accuracy. This article aims to explore the current application status and challenges faced by HPLC in pesticide residue analysis. By optimizing gradient elution conditions， using isotope internal standard method， and developing highly selective chromatographic columns， its detection efficiency can be effectively improved. These methods can significantly reduce the impact of matrix effects while improving detection sensitivity and separation， providing strong technical support for ensuring the quality and safety of agricultural products.

Keywords： high performance liquid chromatography; pesticide residues; gradient elution; isotope internal standards

近年来，随着农业生产和贸易的全球化发展，农产品质量安全问题日益受到重视。我国作为农产品生产和消费大国，农药在农业生产中发挥着重要作用。然而，不合理使用农药会导致农产品中残留超标，危害消费者健康。2022年2月，农业农村部印发的《“十四五”全国农产品质量安全提升规划》明确提出要加强农药残留检测能力建设[1]。高效液相色谱技术以其快速、灵敏、准确等优点在农药残留检测领域得到广泛应用。本文概述农产品农药残留检测现状，探讨高效液相色谱技术（High Performance Liquid Chromatography Technology，HPLC）的应用局限性，并提出相应的优化对策，以期为农产品质量安全提供理论参考。

1 农产品农药残留概述

农药可有效防治病虫害、调节植物生长，在保障农产品产量和品质方面发挥着不可或缺的作用。然而，农药施用后往往难以完全降解，部分残留农药可能通过农田土壤、水体等环境介质在农作物体内蓄积，并随食物链在动物性食品中富集。例如，有机氯类农药如六六六、滴滴涕等具有持久性和亲脂性，容易在茶叶、动物肝脏等食品中残留；而较新型的氨基甲酸酯类农药如杀虫脒、抗蚜威等，虽然毒性较低，但短期内大量施用仍可能导致蔬菜、水果等食品残留超标[2]。此外，一些农药还可通过挥发、飘移等方式污染临近农田，造成非施药农作物的间接污染。农药残留超标不仅影响农产品的感官和营养品质，长期摄入还可能引发急慢性中毒、氧化应激、免疫毒性等健康风险。鉴于农药种类繁多、代谢行为复杂，农产品农药残留形态多样，涉及母体化合物及其代谢产物，给农药残留控制与检测工作带来极大挑战。

2 高效液相色谱技术的原理

高效液相色谱技术是一种基于液-固相分配和吸附作用的分离分析方法，其基本原理是利用待测物质在流动相和固定相之间分配系数的差异实现分离。在农产品农药残留检测中，高效液相色谱技术通过优化流动相组成、梯度洗脱条件等参数，可有效适应不同农药残留物的极性、溶解度等理化性质差异。例如，在分析极性较强的氨基甲酸酯类农药如西维因、抗蚜威等时，可选用甲醇-水体系作为流动相，通过调节甲醇比例实现梯度洗脱；而对于极性较弱的拟除虫菊酯类农药如氯氰菊酯、联苯菊酯等，则需引入乙腈等非极性溶剂构建流动相。同时，高效液相色谱技术还可通过柱后衍生、多维分离等策略进一步提高分离选择性和灵敏度[3]。以氨基甲酸酯类农药为例，柱后衍生法可利用其与邻苯二甲醛等试剂发生特异性衍生反应生成荧光产物，从而实现高灵敏度的荧光检测。多维液相色谱技术则通过串联两根或多根色谱柱，基于农药残留物在不同固定相上保留行为的差异实现分离效率和选择性的显著提升。

3 高效液相色谱技术在农产品农药残留检测中应用的局限性

3.1 残留物化学性质差异导致分离困难

农产品基质中往往含有多种农药残留物，其理化性质差异较大，给高效液相色谱分析带来了极大挑战。以蔬菜水果中有机磷和拟除虫菊酯类农药残留检测为例，二者在极性、水溶性等性质上存在显著差异。有机磷农药中的敌敌畏、乐果等分子结构中含有亲水性磷酸酯基团，极性较强，而氯氰菊酯、溴氰菊酯等拟除虫菊酯类农药则多为疏水性化合物。这种农药残留物性质的差异性导致其在反相色谱柱上的保留行为出现较大差异，采用统一的流动相条件难以达到理想的分离效果[4]。此外，蔬菜水果中还可能残留结构相似的农药异构体，如顺反式氯氰菊酯、α和β-氯氰菊酯等，其物化性质相近，采用常规的高效液相色谱方法难以实现有效分离。尽管可通过优化流动相组成、梯度洗脱条件等来改善分离效果，但针对不同农药残留物需建立专属的检测方法，操作烦琐耗时。蔬菜水果等农产品基质中农药残留物化学性质的显著差异，极大地限制了高效液相色谱技术的通用性和应用范围。

3.2 痕量残留定量精确度不足

高效液相色谱技术在农产品农药残留检测中得到了广泛应用，然而在痕量残留定量分析时仍面临着精确度不足的局限性。农产品中农药残留量在低浓度水平下，待测物的信号响应较弱，易受基质干扰和背景噪声的影响。以蔬菜中克百威残留检测为例，当残留量低于10 μg·kg-1时，采用外标法定量常常出现信号响应不稳定、重现性较差等问题，导致定量结果的精确度和准确度难以满足痕量分析要求[1]。此外，基质中共存的脂肪、色素等干扰成分会与农药残留物发生吸附、包裹等相互作用，进一步降低检测灵敏度和选择性。为提高痕量残留定量精确度，通常需采用基质匹配标准溶液、同位素内标等策略，但其操作过程烦琐，制备成本较高。此外，不同农产品基质复杂程度差异较大，直接采用标准品溶液配制工作曲线的方式难以消除基质效应的影响，可能导致定量结果出现较大偏差。

3.3 色谱柱选择性制约分离效果

高效液相色谱分离农药残留物的效果在很大程度上取决于色谱柱的选择性，而目前商品化色谱柱的选择性不足已成为限制其应用的关键因素之一。例如，在茶叶和烟草等农产品中，往往残留多种结构相似的农药，如唑类杀菌剂中的多菌灵和苯醚甲环唑等。这些农药在常规C18柱上的保留行为十分相近，采用常规流动相条件难以实现满意的分离效果。色谱柱选择性的不足会导致农药残留物被干扰峰掩盖，影响检测的灵敏度和准确性，在痕量残留分析中尤为突出[5]。此外，农药残留物在食品加工过程中可发生降解、转化等反应，生成极性或疏水性更强的代谢产物。这些结构改变的代谢产物在常规C18柱上的保留行为可能与母体化合物差异较大，采用已建立的分析方法不能准确反映代谢产物的残留水平。

4 提高高效液相色谱技术检测农产品农药残留效能的对策

4.1 优化梯度洗脱适应残留物性质差异

针对农产品基质中农药残留物性质差异导致的分离困难，可以通过优化高效液相色谱梯度洗脱条件加以解决。梯度洗脱技术通过动态调节流动相组成，可在单次进样分析中实现对多种农药残留物的同时分离。以蔬菜中有机磷和拟除虫菊酯类农药残留检测为例，可采用甲醇-水或乙腈-水体系构建流动相，并通过程序控制有机相浓度由低至高递增，使极性不同的农药残留物依次洗脱。为进一步提高分离效率，可在流动相中添加醋酸铵、三氟乙酸等离子对试剂或缓冲盐调节pH值，利用农药分子中的可电离基团与固定相发生静电相互作用，增强色谱保留。同时，灵活调整柱温、流速等参数，亦可显著影响农药残留物的出峰行为，优化峰形和分离度。例如，提高柱温可加速农药在固定相上的脱附，缩短极性较大农药的保留时间；降低流速则有利于极性较小农药与固定相的充分作用，延长其保留时间。采用多因素正交试验优化梯度洗脱条件，可在保证各农药残留物基线分离的同时缩短分析时间，简化试验过程。此外，引入二维液相色谱、柱切换等新技术，可依据农药残留物在不同固定相上的保留差异实现分离效率的进一步提升，为复杂基质中农残多组分分析提供新思路。

4.2 采用同位素内标法提高定量精确度

面对农产品农药痕量残留定量精确度不足的挑战，同位素内标法是一种行之有效的对策。通过向待测样品中加入与目标物结构一致且质量数不同的同位素标记物，可有效校正基质效应和仪器响应波动导致的信号抑制或增强。以蔬菜中克百威残留检测为例，可选用氘代或13C标记的克百威作为内标物，在样品前处理阶段与待测样品混合均匀[2]。由于同位素内标物与目标物的物化性质高度相似，两者在样品前处理和色谱分离过程中表现出一致的行为，可同步被基质组分吸附、包裹、降解等。通过比较目标物与内标物的峰面积比，可准确计算出待测样品中农药的残留量，消除基质效应的影响。与外标法相比，同位素内标法的定量结果更加准确可靠，特别适用于痕量残留分析。然而，同位素标记的农药标准品价格昂贵，可采用基质匹配校准曲线等替代方法，即选用与待测样品基质背景相近的无农药残留基质配制一系列已知浓度的标准溶液，绘制校准曲线进行定量。同时，优化质谱检测参数如母离子和子离子的选择、碰撞能量等，可提高检测的特异性和灵敏度。采用多反应监测（Multiple Reaction Monitoring，MRM）模式，选择农药分子结构中的特征性片段离子进行检测，可最大限度降低背景干扰，提高痕量定量的精确度。此外，通过标准添加回收率试验评估基质效应的影响程度，并对检测结果进行基质效应校正，可进一步提高定量准确性，确保痕量农残检测数据的可靠。

4.3 研发高选择性色谱柱改善分离效果

当前商品化高效液相色谱柱的选择性不足已成为制约农产品中农药及其代谢产物残留检测的瓶颈，因此研发高选择性色谱固定相是改善分离效果的关键。针对茶叶、烟草等农产品中残留的多种结构相似农药，可开发针对特定结构单元的专属固定相，利用农药分子与固定相之间的空间匹配作用实现高效分离。例如，在唑类杀菌剂残留检测过程中，可在硅胶表面接枝咪唑环、三唑环等杂环官能团，增强固定相对农药分子的空间位阻效应，延长唑类农药的保留时间，提高与其他农药的分离度[3]。同时，引入手性识别基团如环糊精、冠醚等，可实现对农药对映异构体的手性拆分。以蔬菜和水果中拟除虫菊酯类农药残留检测为例，通过优化环糊精的空腔尺寸、取代基种类和数量，可调控固定相的手性选择性，实现顺反式异构体、α和β-异构体的有效分离。与商品化C18柱相比，手性固定相不仅能够分离结构相似的农药，还可实现对代谢产物的专属识别，是分析农药光学纯度、研究体内外代谢动力学的理想工具。此外，发展亲水作用、疏水作用、π-π堆积、氢键等多模式色谱分离模式，可显著拓展农药残留检测的适用范围。如在反相色谱柱表面接枝亲水性单体，可兼顾分析极性和非极性农药；而将离子交换基团与反相基质复合，则可实现农药阴离子、阳离子、中性分子和两性离子的同时分离，为农药代谢组学研究提供新思路。总之，发展高选择性固定相是提升农残检测水平的根本途径，可为农产品质量安全把关提供有力的技术支撑。

5 结语

本文探讨了高效液相色谱技术在农产品农药残留检测中的应用及其局限性，提出了通过优化洗脱条件、采用同位素内标法和研发高选择性色谱柱等策略来提升检测效能的对策。这些改进措施能显著提高检测的准确性和可靠性。未来，随着新型色谱技术的发展和应用，HPLC在农药残留检测中的作用将进一步加强，为保障农产品质量安全提供更全面的技术支持。

参考文献

[1]赵颖辉，邹开鲁.高效液相色谱-质谱联用技术在药物代谢分析中的应用[J].中国高新科技，2024（13）：155-157.

[2]都颖，倪瑞敏，郭彩霞.高效液相色谱技术在食品检测中的应用[J].中国食品工业，2024（12）：94-96.

[3]黄婷，徐晓萍，彭雪琦.高效液相色谱法测定疫苗菌体破碎液中D-核糖的技术研究[J].工业微生物，2024，54（3）：61-64.

[4]林文奇.高效液相色谱技术在食品检测中的应用探究[J].食品界，2024（6）：115-117.

[5]胡国伟，刘博，赖华杰.尼龙-6改性纤维素纸结合高效液相色谱技术检测水中7种酚类化合物[J].纤维素科学与技术，2024，32（2）：40-44.