6第三章 样品制备

第三章样品制备

样品制备（sample preparation）是农药残留分析方法的重要部分，它一般包括从样品中提取残留农药、浓缩提取液和去除提取液中干扰性杂质的分离净化等步骤，是将检测样品处理成适合测定的检测溶液的过程。其目的是使样品经处理后更适合农药残留分析仪器测定的要求，以提高分析的速度、效率、准确度、灵敏度和精密度。

农药残留分析的样品种类多，其化学组成复杂，要使分析仪器能检测到痕量的残留农药，必须对样品进行细致的提取、浓缩和净化处理。样品制备在农药残留分析中不仅最费时、费力、经济花费大，其效果好坏直接影响到方法的检测限和分析结果的准确性，而且还影响分析仪器的工作寿命。在提取过程中要求尽量完全地将痕量的残留农药从样品中提取出来，同时又尽量少地提取出干扰性杂质；净化则要求在充分降低干扰分析的杂质的同时，最大限度地减少农药的损失。很多情况下，当检测样品中农药残留量很低难以检出时，常常通过增大样品量和浓缩检测溶液体积来满足仪器最低检测限的要求。

3.1 样品制备的原理

样品制备的原理主要是利用残留农药与样品基质的物理化学特性差异，使其从对检测系统有干扰作用的样品基质中提取分离出来。化合物的极性和挥发性是指导样品制备最有用的理化特性。极性主要与化合物的溶解性及两相分配有关，如在进行液液提取(liquid-liquid extraction)、固液提取(solid-liquid extraction)、液固提取(liquid-solid extraction)等操作时就是利用农药的极性这一理化特性。而挥发性则主要与化合物的气相分布有关，如在进行吹扫捕集提取(purge-and-trap extraction)、顶空提取(headspace extraction)等操作时就是利用农药的挥发特性。

3.1.1 分子的极性和水溶性

农药的极性和水溶性（polarity and water solubility）是选择提取和净化条件的重要参考依据，在残留农药的溶剂提取中常采用“相似相溶”原理，就是使用与农药极性相近的溶剂为提取剂，使残留农药在溶剂中达到最大溶解度。

分子极性的本质就是分子内电荷分布的不均匀性，虽然常用分子的偶极矩(dipole moment)和介电常数(dielectric constant)二个参数来描述，但由于分子的极性还受到氢键效应等因素的影响，单凭偶极矩和介电常数不能对其极性高低作出正确判断。一个化合物的极性被认为比另一个化合物的极性强，通常是基于经验上的判断，而没有一个确定的数值。事实上也没有单一的指标来界定分子的“极性”。由于分子的极性与分子中π电子数和孤对电子数密切相关，而π电子的主要结构形式是芳香环、C=C双键和羰基，而孤对电子则与氮、氧、氯及其它卤素等电负性原子有关，这样，通过对分子结构的分析就可大致知道其极性的强弱。例如，已烷为非极性化合物，因为其分子中既没有双键，也没有电负性原子。水为极性分子，因为其分子结构中有电负性的氧原子。另外，分子中非极性部分的相对大小也非常重要，非极性部分比例越大，其极性也比带相同功能团的分子低得越多。还有，一般对称化合物（如CCl4）的极性比非对称化合物（如CHCl3）的弱，对称取代化合物（如对二氯苯）的极性比其非对称取代异构体（如

邻二氯苯）的极性弱。

通常，对溶剂的极性强弱是根据其从氧化铝吸附剂上洗脱一系列供试溶质的能力，即溶剂强度参数（solvent strength parameter）来表示的（表3-1）。

农药的极性决定其在溶剂中的溶解性。当农药的极性与溶剂的极性相近时有较大的溶解度，反之则溶解度小。这也就是“相似相溶”原理。所以，极性大的化合物易溶于极性溶剂（如甲醇、水），极性小的化合物易溶于非极性溶剂（如已烷、石油醚）。但是，在估计化合物的水溶性时还必须考虑其分子的大小。当极性相近时，大分子化合物的水溶性比小分子化合物的低。这也是为什么大分子量的脂族烃、多核芳烃、氯代烃和聚合物的水溶性非常低的原因。极性和分子大小是农药和其它有机化合物水溶性的基础。例如，对氧磷（paraoxon）的溶解度为3640 mg/L，而对硫磷(parathion)只有12.4 mg/L，显示P=O 键比P=S键的极化效应大得多。

表3-1 常用溶剂的极性排列

溶剂化学式溶剂强度参数

（E）

偶极矩

（μ）

介电常数

（χ）

水溶解度

（%）

戊烷C5H12 0.00 — 1.84 0.01

已烷C6H14 0.00 — 1.88 0.01

环已烷C6H12 0.04 — 2.02 0.012

二硫化碳CS2 0.15 0 2.64 0.005

四氯化碳CCl4 0.18 0 2.24 0.008

苯C6H60.32 0 2.30 0.058

乙醚(C2H5)2O 0.38 1.15 4.3 1.3

氯仿CHCl3 0.40 1.01 4.8 0.07

二氯甲烷CH2Cl20.42 1.60 8.9 0.17

四氢呋喃C4H8O 0.45 1.63 7.6 混溶

丙酮CH3COCH30.56 2.88 -- 混溶

二噁烷C4H8O20.56 0 2.2 混溶

乙酸乙酯CH3COOC2H5 0.58 1.78 6.0 9.8

戊醇C5H11OH 0.61 -- 5.0 10.0

乙腈CH3CN 0.65 3.92 -- 混溶

丙醇C3H8OH 0.82 1.68 20.3 混溶

二甲亚砜(CH3)2SO 0.75 3.96 4.7 混溶

二甲基甲酰胺HCON(CH3)2 — 3.82 36.7 混溶

甲醇CH3OH 0.95 1.70 32.7 混溶

水H2O 大 1.85 80.0 —

除了极性和分子大小外，农药的水溶性还受以下外部因素的影响：

1. 温度：水溶性受温度影响很大，温度越高溶解度越大。一般温度每上升10 ℃，溶解度增加一倍，但气体则随温度的上升溶解度下降。硫羟氨基甲酸酯类农药（Thiol carbamates，如杀螟丹）的溶解性具有逆温度效应，因为在较高温度下它以低极性的互变异构体为主。目前大多数文献中所列的溶解度均是