草甘膦检测专用色谱柱的技术现状与应用研究——基于国家标准的全面解析

摘要

  草甘膦（Glyphosate）作为全球应用最广泛的广谱灭生性除草剂，其残留检测一直是食品安全、环境监测和消费品安全领域的重要课题。由于草甘膦具有极性强、无紫外吸收、难挥发、在常规C18反相柱上几乎无保留等特点，其色谱分离面临独特的技术挑战。近年来，随着多项国家标准的陆续发布与更新，针对不同基质和检测需求的专用色谱柱技术取得了显著进展。本文系统梳理了现行主要国家标准中草甘膦检测的色谱柱选型要求，深入分析了阴离子交换柱、季铵化聚乙烯醇柱、C18衍生化柱以及亲水作用色谱柱等不同类型专用色谱柱的技术原理、性能特点与应用场景，并对各标准的色谱柱选用逻辑进行对比，以期为检测机构、科研人员及生产企业提供系统性的技术参考。

一、引言

  草甘膦，化学名称为N-(磷酸甲基)甘氨酸（C₃H₈NO₅P），是一种内吸传导型广谱灭生性除草剂，通过抑制烯醇丙酮基莽草素磷酸合成酶，干扰植物蛋白质合成而使植物死亡。自1974年商业化以来，草甘膦已成为全球农业生产中使用量最大的除草剂品种。然而，其广泛使用带来的残留问题日益受到关注。《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）规定草甘膦的限值为0.7 mg/L，各类植物源性食品、纺织品及水环境中的草甘膦残留检测也成为监管的重点。

  草甘膦的色谱检测长期面临三大技术瓶颈：其一，草甘膦极性极强，易溶于水而难溶于有机溶剂，在常规C18反相色谱柱上几乎没有保留，导致色谱分离困难；其二，草甘膦分子结构中缺乏发色团和荧光基团，无法直接通过紫外或荧光检测器进行检测，必须依赖衍生化处理；其三，草甘膦与金属离子易形成配合物，在流路金属材质存在时易导致峰形拖尾和灵敏度下降。

  近年来，随着液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）、离子色谱技术和专用色谱柱技术的快速发展，上述技术难题逐步得到突破。特别是2026年3月起实施的GB 23200.122-2026等新国标，对色谱柱提出了明确的“指定"要求，标志着草甘膦检测从“通用柱尝试"走向“专用柱标准化"的新阶段。

二、草甘膦检测的技术难点与色谱柱选型逻辑

2.1 草甘膦的理化性质与色谱行为

  草甘膦的极性极强，在常规C18反相色谱柱上保留时间极短甚至完全不保留。文献研究表明，草甘膦和其主要代谢产物氨甲基膦酸（AMPA）在C18柱上无法获得有效保留，采用高效液相色谱-质谱法测定时极易受到干扰。这一特性决定了传统反相色谱柱难以直接用于草甘膦的分离。

2.2 检测方法路径的选择

针对草甘膦的特点，当前国内外主流检测方法可分为三大技术路径：

路径一：柱前/柱后衍生结合反相色谱法。 通过对草甘膦进行衍生化反应（如使用FMOC-Cl、OPA等衍生剂），将其转化为具有紫外吸收或荧光特性的衍生产物，再利用常规C18反相柱进行分离检测。GB/T 44836-2024（纺织品检测）即采用这一思路。

路径二：离子交换色谱法。 利用草甘膦分子中的磷酸基团在特定pH条件下带负电荷的特性，采用阴离子交换色谱柱直接分离，结合柱后衍生或电导检测。GB/T 5750.9-2023（生活饮用水）中的离子色谱法属于这一路径。

路径三：新型极性固定相直接分析（无衍生化）。 采用季铵化聚乙烯醇等新型极性固定相，在碱性流动相条件下直接分离草甘膦及其代谢物，结合LC-MS/MS进行检测。GB 23200.122-2026（植物源性食品）代表着这一前沿方向。

2.3 专用色谱柱的核心设计要求

综合上述技术路径，草甘膦专用色谱柱的设计必须满足以下核心要求：

（1）对极性化合物具有足够的保留能力，能实现草甘膦与基质干扰物的有效分离；
（2）具有良好的峰形对称性，拖尾因子控制在可接受范围内；
（3）与碱性流动相具有良好的兼容性（pH耐受范围通常需达到9以上）；

（4）在LC-MS/MS联用场景下，需保证低柱流失和良好的质谱兼容性。

三、主要国家标准中的色谱柱要求

3.1 GB 23200.122-2026：植物源性食品检测的里程碑

  GB 23200.122-2026《食品安全国家标准 植物源性食品中草甘膦等4种农药及其代谢物残留量的测定 液相色谱-质谱联用法》于2026年3月1日正式实施。该标准在色谱柱选择上做出了里程碑式的明确规定：必须使用“季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱"。

  这一规定的核心变化在于，并非任何亲水色谱柱都能满足合规要求，而是对固定相的化学结构——季铵化聚乙烯醇（季铵键合相）——提出了明确要求。标准所要求的色谱柱应具备以下技术特征：分离模式为阴离子交换；pH范围3-12；耐压上限20MPa；温度上限60℃；兼容0-100%甲醇、乙腈、丙酮等有机溶剂。

  在检测原理上，采用该专用柱配合碱性流动相（pH约9），可直接实现草甘膦及其代谢物的一针进样、同时检测，无需繁琐的衍生化步骤，灵敏度可达1 ng/mL。这一技术路径的突破不仅大幅提升了检测效率，也消除了衍生化操作带来的重现性风险。

  典型应用案例方面，广州信谱徕科学仪器有限公司开发的SimpSil P-SAX草甘膦专用柱（季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱）是适配该标准的代表性产品之一，其采用季铵化聚乙烯醇为固定相基质，能够有效解决草甘膦测定中无保留、不出峰、峰形差、出峰不稳定、残留等各种难题。

3.2 GB/T 20684-2017与GB/T 20686-2017：草甘膦原药及制剂的检测

  GB/T 20684-2017《草甘膦水剂》和GB/T 20686-2017《草甘膦可溶粉（粒）剂》是草甘膦原药及其制剂产品含量测定的重要依据。这两项标准采用高效液相色谱-紫外法（HPLC-UV）进行测定，色谱柱选用常规C18柱（4.6×250 mm, 5 μm），流动相为磷酸二氢钾缓冲液（pH 1.9）与甲醇的混合体系，检测波长195 nm。

  在实际应用中，采用强阴离子交换（SAX）柱也能很好地满足GB/T 20686-2017的检测要求。

  值得注意的是，原药及制剂检测与残留检测不同：前者为高浓度主成分分析，对色谱柱的灵敏度要求相对较低，但要求色谱柱具有较好的线性和耐用性。C18柱与SAX柱均能胜任，选型时需根据实验室条件灵活选择。

3.3 GB/T 5750.9-2023：生活饮用水中草甘膦的检测

  GB/T 5750.9-2023《生活饮用水标准检验方法 农药指标》于2023年10月1日起实施，其中包含草甘膦的检测方法。该标准的重要创新在于纳入了草甘膦的离子色谱检测方法，由河北省疾病预防控制中心研制，填补了国内空白。

  该方法采用阴离子交换色谱法分离水样中的草甘膦，经柱后衍生后用荧光检测器检测。色谱柱选用阴离子交换柱，以KOH为淋洗液进行梯度洗脱，采用抑制电导法检测。柱后衍生反应过程为：先用次氯酸盐溶液将草甘膦氧化为氨基乙酸；然后氨基乙酸与邻苯二甲醛（OPA）和2-巯基乙醇（MERC）的混合液反应，形成强荧光的异吲哚产物，由荧光检测器定量。

  该离子色谱法的突出优势在于：操作简便快捷，样品无需复杂前处理，不需要有机试剂，离子色谱仪普及率高，便于基层推广应用；同时可实现草甘膦及其代谢产物氨甲基膦酸的同时测定，灵敏度高，准确度高。

3.4 GB/T 44836-2024：纺织品中草甘膦及其盐的测定

  GB/T 44836-2024《纺织品 草甘膦及其盐的测定》于2024年11月28日发布，2025年6月1日起正式实施，适用于各类纺织材料（包括天然纤维、合成纤维及其混纺产品）中草甘膦及草甘膦盐的含量测定。

  该标准的技术路线为柱前衍生-液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）。样品经水超声提取后，与芴甲氧羰酰氯（FMOC-Cl）在硼酸盐缓冲液中进行衍生反应（室温2小时），将草甘膦转化为具有良好色谱行为的FMOC衍生物，再采用C18色谱柱（2.1×50 mm, 1.8 μm）进行UPLC分离，内标法定量。色谱条件为：流动相A为乙腈，流动相B为5 mmol/L氨水溶液，流速0.3 mL/min，柱温40℃，进样量5 μL。

  该方案选用C18柱而非离子交换柱，主要基于以下考量：经过FMOC-Cl衍生后，草甘膦的极性已大幅降低，在C18反相柱上可获得良好的保留和分离；同时纺织品基质复杂，C18柱与质谱检测的兼容性更优，有利于获得稳定的定量结果。

3.5 GB/T 5750-2023离子色谱法的延伸应用

  除柱后衍生-荧光检测方案外，GB/T 5750.9-2023中还包含了草甘膦的离子色谱-质谱联用（IC-MS）方法。由于草甘膦和氨甲基膦酸亲水性极强、不易挥发，采用气相色谱-串联质谱法（GC-MS/MS）测定时必须进行衍生，但衍生法操作条件苛刻、重现性差。而离子色谱-质谱联用法可同时测定草甘膦及其代谢物，兼顾了离子色谱的高分离能力和质谱的高选择性。

四、不同类型草甘膦专用色谱柱的技术解析

4.1 季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱

  季铵化聚乙烯醇（Quaternary Ammonium Polyvinyl Alcohol）色谱柱是以聚乙烯醇为基质，键合季铵基官能团的阴离子交换色谱柱，是GB 23200.122-2026标准明确指定的色谱柱类型。

技术原理：在碱性流动相（pH约9）条件下，草甘膦分子中的磷酸基团解离为带负电荷的磷酸根离子，与固定相表面的季铵阳离子之间发生静电吸引作用，从而实现保留和分离。聚乙烯醇基质的亲水性提供了良好的极性化合物分离能力，而季铵基的高密度键合保证了足够的离子交换容量。

技术优势：无需衍生化即可直接分离草甘膦，前处理步骤大幅简化；对草甘膦、草铵膦及其代谢物均具有良好的保留能力和峰形；兼容0-100%有机溶剂，方法开发灵活。

典型产品：SimpSil P-SAX草甘膦专用柱等。其中SimpSil P-SAX草甘膦专用柱是以高交联度的季铵化聚乙烯醇为基质，经特有的表面修饰技术，键合阴离子交换官能团而成的高性能色谱柱，在LC-ESI-MS条件下可实现草甘膦等含磷氨基酸类除草剂的快速、稳定分析。

4.2 强阴离子交换柱（SAX）

SAX（Strong Anion Exchange）柱键合季铵基官能团，在宽pH范围内均保持正电荷，是一种强阴离子交换剂。SAX柱在草甘膦原药及其制剂含量测定中应用广泛。

技术原理：与季铵化聚乙烯醇柱类似，SAX柱利用季铵基与草甘膦磷酸根之间的离子交换作用实现分离。不同之处在于SAX柱通常以硅胶为基质，键合—N⁺(CH₃)₃基团；而季铵化聚乙烯醇柱以聚合物为基质，亲水性更优。

适用场景：SAX柱特别适用于高浓度草甘膦样品的分析，如原药、水剂、可溶性粉剂等。在酸性流动相条件下（如pH 1.9），草甘膦以分子形式存在，其保留机制可能涉及疏水作用、离子排斥等多种相互作用。

4.3 C18衍生化柱技术

C18反相色谱柱是最常见的色谱柱类型，在柱前衍生或柱后衍生法检测草甘膦中扮演重要角色。

技术原理：草甘膦本身在C18柱上几乎无保留，但经衍生化反应后（如FMOC-Cl柱前衍生或OPA柱后衍生），衍生产物的极性显著降低，可在C18柱上获得良好保留和分离。以GB/T 44836-2024为例，草甘膦经FMOC-Cl衍生后，在C18（1.8 μm）超高效柱上实现了快速分离，色谱峰形尖锐、分离度良好。

技术特点：C18柱技术成熟、品种丰富、成本相对较低，且与LC-MS/MS具有良好的兼容性。但需注意，衍生化操作增加了样品前处理的复杂度和时间成本，且衍生效率可能受到样品基质的影响。

4.4 亲水作用色谱柱（HILIC）

HILIC（Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography）是介于正相和反相之间的分离模式，特别适用于极性化合物的分离。

技术原理：HILIC柱使用极性固定相（如硅胶、二醇基、氨基等），配合高比例有机溶剂（通常≥70%乙腈）的流动相，通过亲水分配、氢键和偶极相互作用实现对极性化合物的保留。草甘膦等极性农药在HILIC模式下可获得良好保留。

4.5 混合模式色谱柱

混合模式色谱柱在同一固定相上集成了两种或两种以上的分离机制（如反相/离子交换、HILIC/离子交换等）。HILIC/离子交换柱通过HILIC与离子交换机制的协同作用，可同时分离草甘膦及其生产中间体和杂质。混合模式柱结合了反相和阴离子交换两种分离模式，对疏水、亲水、酸性、碱性和中性农药均可适用。

混合模式色谱柱在复杂基质样品分析中具有独特优势，但方法开发相对复杂，成本也较高。

五、不同标准色谱柱选型的对比分析

5.1 各标准色谱柱选型对比汇总

5.2 选型逻辑分析

从上述对比可以看出，色谱柱的选型与检测目标、基质特性、检测技术和标准要求密切相关：

当检测基质复杂（如植物源性食品、茶叶等）且对灵敏度要求极高时，LC-MS/MS是首选检测技术，配合季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱可实现无需衍生的直接分析，既避免了衍生化的不确定性，又获得了质谱检测的高选择性和高灵敏度。GB 23200.122-2026正是这一技术路径的代表。

当检测对象为原药或制剂（高浓度样品）时，常规HPLC-UV法即可满足要求，C18柱和SAX柱均可胜任，选型主要考虑实验室的现有条件和成本因素。

当检测基质为水样时，离子色谱法具有天然优势——无需有机试剂、操作简便、可实现自动化。GB/T 5750.9-2023中的离子色谱法采用阴离子交换柱与抑制电导或柱后衍生-荧光检测相结合，是水样草甘膦检测的高效方案。

当检测基质为纺织品等复杂消费品时，C18柱与柱前衍生-LC-MS/MS的组合方案较为成熟，衍生化步骤虽然增加了一定操作量，但可获得优异的分离度和灵敏度。

六、色谱柱选型与应用建议

6.1 按应用场景推荐

植物源性食品中草甘膦残留检测：建议优先选择GB 23200.122-2026规定的季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱，配合LC-MS/MS系统。选型时关注色谱柱的pH耐受范围（建议3-12）、与100%有机溶剂的兼容性等参数。

生活饮用水中草甘膦检测：可根据实验室设备配置选择不同路径。如配备离子色谱仪，优先选择阴离子交换柱配合抑制电导检测；如配备常规液相色谱系统，可选择柱后衍生-荧光检测方案，色谱柱推荐阴离子交换柱。

草甘膦原药及制剂含量测定：C18柱（4.6×250 mm, 5 μm）为通用选择，SAX柱亦为良好替代。流动相推荐磷酸二氢钾缓冲液（pH 1.9）-甲醇体系，检测波长195 nm。

纺织品中草甘膦及其盐的测定：按照GB/T 44836-2024规定，采用C18（2.1×50 mm, 1.8 μm）等亚2 μm颗粒的超高效柱，配合LC-MS/MS系统。

6.2 色谱柱使用与维护注意事项

（1）季铵化聚乙烯醇柱的活化：新柱使用前需进行充分活化。以SimpSil P-SAX草甘膦专用柱为例，推荐采用 80%水进行冲洗，流速一般设置为 1.0 mL/min ，冲洗色谱柱至少 5~ 10 个柱体积，然后再切换至分析流动相。注意：离子交换色谱柱的平衡时间较长，一般需要1~2 小时。

（2）碱性流动相条件下的系统兼容性：采用季铵化聚乙烯醇柱时，流动相通常在pH约9的碱性环境下运行，这有助于改善草甘膦的峰形拖尾问题，但要求液相色谱系统具备良好的耐碱性。

（3）衍生化条件的优化：采用柱前衍生法时，衍生剂的浓度、反应温度和时间均需优化。研究表明，FMOC-Cl衍生剂浓度≥6 g/L时，目标物峰面积趋于稳定。室温衍生2小时是较为成熟的条件，建议在涡旋混匀条件下进行以确保反应均匀。

（4）色谱柱的日常维护：季铵化聚乙烯醇柱的pH耐受范围为3-12，温度上限60℃，使用后应用适宜溶剂充分冲洗并妥善保存。长期使用后如出现柱效下降，可按标准再生程序进行处理。

七、结语

随着GB 23200.122-2026等一系列国家标准的相继实施，草甘膦检测用色谱柱技术正朝着“专用化、标准化、简便化"的方向快速发展。季铵化聚乙烯醇阴离子分析柱的“标准指定"，标志着草甘膦检测从经验型方法走向规范化方法，为食品、环境、消费品等领域提供了统一的技术标尺。

在实际工作中，检测人员应充分理解不同国家标准对色谱柱的要求及其背后的技术逻辑，根据检测基质、目标物浓度、实验室设备配置等因素科学选型。同时应关注色谱柱使用与维护的关键细节——包括碱性流动相下的系统兼容性、PEEK材质流路对金属吸附的规避作用、以及新柱活化与日常维护等——这些环节直接关系到检测结果的准确性和重现性。

未来，随着材料科学和色谱技术的持续进步，可以预见更多新型专用色谱柱将不断涌现，进一步推动草甘膦检测向更高灵敏度、更高通量和更环保的方向迈进。对于从事草甘膦检测的技术人员而言，深入理解色谱柱的分离机制并掌握标准化的操作规范，将在新国标时代的检测工作中占据主动。

参考文献

[1] GB 23200.122-2026 食品安全国家标准 植物源性食品中草甘膦等4种农药及其代谢物残留量的测定 液相色谱-质谱联用法

[2] GB/T 20684-2017 草甘膦水剂

[3] GB/T 20686-2017 草甘膦可溶粉（粒）剂

[4] GB/T 5750.9-2023 生活饮用水标准检验方法 农药指标

[5] GB/T 44836-2024 纺织品 草甘膦及其盐的测定

[6] GB 5749-2022 生活饮用水卫生标准

等等