凝胶渗透色谱的应用及进展

凝胶渗透色谱的应用及进展

王静静，李学才

（甘肃农业大学，甘肃兰州 730000）

摘要：凝胶渗透色谱（GPC）是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，进行分离的。它广泛应用于农药残留的分析、不同相对分子质量物质的分离、相对分子质量的测定、在生化制药中以及蛋白质复性的研究。就这些方面进行了介绍，综述了凝胶渗透色谱在农药残留分析前处理中的应用进展并进行了展望。

关键词：凝胶渗透色谱；农药残留；分析；前处理0 引言

随着社会的进步和发展，人们的生活水平不断提高，人们对食品、药品等的要求越来越高。因此，凝胶色谱得到了广泛的应用。凝胶色谱是根据被分离样品中各组分相对分子质量的不同进行洗脱分离的一项技术。优点是：操作方便、不会是物质变性、适用于不稳定的化合物、凝胶不用再生、可反复使用。缺点是：分离速度较慢。它对大分子杂质的净化效率高，回收率的好。它可广泛应用于各类样品的前处理。

1 凝胶渗透色谱的应用主要有以下几个方面1.1 农药残留的分析

农药是现代农业生产不可缺少的一部分，它可以有效地控制病虫害。但是由于农药本身性质的不足和人为不合理因素的影响，导致了农药残留。农药残留不仅影响食品的品质，而且危害人的身体健康。所以对它进行分析测定具有重要的意义。如：在糙米中，用乙酸乙酯提取，凝胶渗透色谱检测，外标法定量。平均回收率为77.3。相对标准偏差3.8%～13.9%。有机氯农药和多氯联苯检出限为0.07μg/kg；拟除虫菊酯的检出限为0.4μg/kg[1]。这种检测方法比较简单，效果好。

在火腿肉中敌敌畏的残留分析方法，用丙酮和二氯甲烷提取火腿样品中的敌敌畏，提取液经GPC净化，浓缩定容后用GC-PFPD检测分析。试验结果表明：GPC能有效去除提取液中的共提物，提高样品检测灵敏度和准确度[2]。由此看出，此法可用于分析精确度要求高的食品。

1.2 不同相对分子质量物质的分离

1.2.1　脱盐。将两种分子量差异大的物质分开，对系统和操作参数要求高。多用大粒度、高交联度的凝胶，流速快。

1.2.2　分级分离。各组分分子大小差异小，对系统要求高。例如何慧等[3-4]也发现大豆蛋白酶物体外具有抗氧化作用。

在菜籽中，通过凝胶过滤进一步分离RP55-E2得到5个肽组分，总回收率约为42%，其中组分RP55-E2-G5蛋白质含量最高（86.26%），清除DPPH的ED50为0.083mg/ml，比RP55-E2抗氧化活性有显著提高[5]。由此可以说明，凝胶过滤分离纯化菜籽抗氧化肽的效率高于离子交换色谱，则它的发展潜力很好。1.3 相对分子质量的测定

测定的依据是不同分子量的物质，只要在凝胶的分离范围内，便可粗略测定相对分子质量的范围。例如：用OhpakSB-802，5HQ（聚合基柱）高效液相凝胶色谱系统进行分离分析。得出21批阿莫西林样品中高分子杂质的测定结果均为1%以下。则表明国产与进口阿莫西林中的高分子杂质含量无显著差异[6]

。由此可见，测定相对分子质量对估测杂质含量有重要的意义。作者简介：王静静（1992—），女，甘肃秦安人，助理农艺师，在职

研究生，主要从事作物研究工作。

1.4 在生化制药中的应用

1.4.1　去热源。热源是某些能够致热的微生物菌体及其代谢产物，主要是细菌的一种内毒素。因此，在注射液如果混有热源，会危及病人的性命。通常用凝胶色谱的方法除去它。如：用Sephadex-25凝胶柱层析去除氨基酸中的热源物质效果较好[7]。1.4.2　蛋白质降解产物的粗分。将凝胶与4份0.01mol/L的氨水溶液在室温下搅拌30min，沉降，然后倾去细颗粒的上层液。沉降的葡聚糖凝胶再与3份0.01mol/L的氨水溶液混合倒入柱中，柱用5倍与床体积的0.01mol/L的氨水溶液洗。将200mg被分离组分溶于3～5ml0.01mol/L的氨水溶液，让样品慢慢吸入凝胶柱中，用0.01mol/L的氨水溶液洗脱，流速250～300ml/h，收集各管在紫外280nm处吸收的洗脱液，合并，冷冻干燥[8]。1.5 蛋白质复性的研究

Geng等用凝胶过滤色谱首次对溶菌酶、核糖核酸酶和牛血清白蛋白进行了复性研究。不同形态的变性蛋白质因分子量差异或与凝胶介质作用力的强弱不同在固定相和流动相之间进行动态分配[8]。变性的蛋白质，由于体积膨胀，因而首先被洗脱下来。而没有变性的蛋白质最后被洗脱下。

2 凝胶渗透色谱在农药残留分析前处理中的应用进展

凝胶渗透色谱它是将不同分子量的物质分开。所以，对农药残留的前处理起了重要的作用。可以预先将农药残留分离、净化，以防止对人的健康造成危害，同时也阻止它影响动植物的生长，向更有益的方向发展。GPC的应用进展主要有：在杀虫剂、除草剂、杀菌剂和农药多残留分析前处理中。通过研究得出，GPC能把农药残留物从各种复杂基质中分离出来，分离效果的好坏取决于农药分子的大小、形状以及凝胶阻滞作用的差异，GPC具有可重复使用、适用范围广等优点，在绝大部分农药残留分析前处理中都取得了较好的净化效果[9]。3 展望

凝胶渗透色谱技术作为一种色谱分离技术，它广泛应用于我们的生活中，尤其是在农药残留的分析、蛋白质的纯化以及样品的前处理等方面，它是生活中应用的重要手段之一。分离不同的物质，采用不同的过滤介质。通常分离分子量相差较大的物质，介质的选择较容易，粗略的分离。反之，则介质选择要求精细。目前，常用的仪器是凝胶色谱仪。如果把凝胶渗透色谱技术与溶剂萃取、固相萃取（SPE）、固相微萃取（SPME）、超临界流体萃取（SFE）等前处理技术相结合，进一步去掉小分子杂质，再与GC、GC/MS、HPLC等仪器联用，可以实现自动化分析，大大地提高样品的分析效率。另外，凝胶渗透色谱中凝胶可以反复利用，节约原料。可见，GPC技术是一项有发展潜力的新技术，在农药残留分析上有着广泛的应用前景。

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Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.农业开发与装备 2017年第10期工 作 研 究

3.1.1　Hadoop技术。基于Hadoop的大数据农业电子商务平台，是使用Hadoop相关技术进行开源分布式采集和存储数据，搭建集群环境而构建得平台。该平台具有高性能、可扩展性高、成本效益、应用广泛、具有开源性的优势。在这些优势的基础上，该技术仍存在一些问题，它并不能帮助正在使用基于该技术平台的决策者优化决策，以达到高效地制定最优决策，并且此平台缺少动态地图显示和定位功能，不具备计算农产品供销最优路径和中心选址能力，缺乏可视化，虽然可以便捷地采集和处理数据，却于用户之间缺乏联系。

3.1.2　Web技术。基于Web的农业大数据平台，是使用Web和可视化技术提高可交互性；使用可配置的数据采集流程支持数据算法的动态替换，构建统一、可扩展的数据集成方式桥接后台多元数据库和数据仓库等，采用责任链模式设计，增加结构的灵活性和可扩展性。该技术引入农业领域可以处理两方面问题，即农业数据季节性、地域性、综合性、时效性；农业数据采集需求的多样性和可变性。该技术还存在一些缺陷，在可视化较好的基础上仍停留在理论层面，缺乏对经济效益和对用户体验的考量，并不能实际解决农业空间问题。

3.1.3　传统农业电子商务平台。主要基于传统关系型数据库加小型机和高端磁盘阵列，成本昂贵且可扩张性差，存储空间也有限。传统农业数据平台采集到处理数据是一个耗时长且需要人工操作的复杂过程，效率低下。单机运行环境只能用于处理小数量数据，无法及时处理海量数据，容易造成农产品滞销，消息传播滞后等问题。且存储能力差，随着农业发展，面向的用户数量不断增加，由小型机组成的传统数据平台已经无法满足需求，还存在数据冗余等问题。

3.2 现有平台存在的问题

3.2.1　单机结构能力有限。此结构多见于传统农业数据平台，采集数据效率低，存储空间小，处理耗时长，只具备统计数据的简单功能，最后决策环节需要人工操作，已经不能满足现代信息社会“大数据”的需求，无法做到对海量数据的及时处理。所以本文数据系统采用分布式结构，利用数据链连接多台计算机，利用服务器存储和共享数据。

3.2.2　技术研究单一，实用性差。基于Web技术和Hadoop技术的农业大数据平台研究都是集中解决采集数据、存储数据、整合数据等用于基本处理数据的技术，而缺乏分析数据和面向用户需求提供数据的技术。所以现今农业数据平台的普及率仍较低，没有实际解决农民需求，对农产品销售有所改善，故本文建议在此基础上增加GIS技术的运用，利用动态地图显示和信息化技术，并在地图实现农产品分类显示，让用户可以简便地进行检索，大大提高了用户的使用体验。

3.2.3　功能单一，不能满足全部用户。现有农业数据平台大多只有海量数据库和数据检索功能，并不能帮助决策者快速选择农产品产地、物流运输方式和路线以及农产品价格预估和成本计算等功能。本文中的农业数据平台在高可视化的基础上，帮助经销商做出最优决策既能保障农民和销售商的双方利益，减小供销成本，从而起到稳定农产品价格，增加农民收入的作用；还能保证居民购买到新鲜的农产品，保证市场的科学运转。

3.2.4　不涉及农产品交易，缺乏经济收入。现有农业数据平台多依靠售卖信息获得经济收益，然而收入稀薄缺乏客户最后走向失败。所以本文中的农业数据平台建议兼顾农产品经销环节，在提供数据信息的基础上，利用决策服务吸引客户，最后指导用户交易双方在平台上完成交易，通过交易完成收取中介费用。为巩固平台的农产品交易环节，还需要建立完善的用户信用考核体系，失信用户将进入黑名单，并对交易双方完全透明；以及建立农产品预订系统，农民预估农产品成熟时间，在平台发布预计产量和价格信息，用户可以提前预定，保证农产品的时效性，也有利于稳定农产品市场价格，降低突发风险。4 结论

基于GIS的农业数据平台的设计与开发是一个比较复杂的系统工程，需要建成以后不断地完善，不管是决策系统中的中心选址、路劲优化，还是农产品种类和数量信息管理，运输方案制定，甚至是最后落实决策方案，达成真实的农产品交易，都是需要持续地改进。但是在单一的农业数据系统中，增加经销和交易环节已是必然，以后的趋势必然是形成农业电子商务平台，及时甚至提前的销售是农业市场发展的捷径。

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