农药残留快速检测技术研究进展

温州农业科技 2005(4) 农药残留快速检测技术研究进展 王亮 温州市农科院生态环境研究所 随着环保意识和健康意识的加强，农药残留 危害性越来越受到重视。许多国家制订了食品中 农药残留限量，加强了关键检测技术的研究和应 用。传统的检测技术如气相色谱技术由于检测成 本高、检测时间长，不能对蔬菜的产前、产中、产后 有效地监督管理。为了有效快速地监督管理农药 残留的直接危害，农药残留快速检测技术非常重 要。近几年，在各个领域展开了农药残留快速检测 技术研究，快速检测技术突飞猛进。目前研究和应 用较多的快速检测技术主要有：活体检测法、化学 检测法、酶抑制法、免疫分析法、仪器分析法等。 1 活体检测法在农药残留快速检测 方面的研究进展 活体检测法在我国台湾地区应用比较多。活 体检测法是使用活体生物的生物测定技术，如使 用发光细菌或敏感家蝇测定食品样品中是否有农 药残留。敏感家蝇检测方法就是用样品喂食家蝇， 根据家蝇的死亡率测定农药残留量。该技术方法 直接、过程简单、容易掌握，但定性粗糙准确性低， 只对少数农药有效，而且由于其他生物对不同农 药的毒性反应与人畜可能不同，因此影响对农药 残留量的判断，如家蝇对毒性较低的拟除虫菊酯 类敏感，远超过有机磷和氨基甲酸酯类中毒或高 毒的农药。 2 化学速测法在农药残留快速检测 技术方面的研究进展 目前，农药残留的化学快速检测技术研究主 要是根据有机磷农药的氧化还原特性。有机磷农 药(磷酸酯、二硫代酸酯、磷酰胺)在金属催化剂 作用下水解为磷酸与醇，水解产物与检测液反应， 使检测液的紫红色褪去变成无色[--。本方法的特 点是避免了使用酶的不稳定、不易保存，但该方法 局限于有机磷，灵敏度不高，易受一些还原性物质 干扰。 3 酶抑制技术在农药残留检测技术 方面的研究进展 酶抑制技术是研究比较成熟、应用最广泛的 快速农药残留检测技术，是根据有机磷和氨基甲 酸酯类农药对乙酰胆碱酯酶(AChE)的特异性生 化反应建立起来的农药残留的微量和痕量陕速检 测[z-。国内外近几年对选用的酶、底物和检测方法 做了大量的研究。 3．1 碘代硫化乙酰胆碱为底物 。DTNB为显色 剂。根据颜色的变化测定酶的活性 有机磷农药和氨基甲酸酯类农药抑制了 AChE的活性，引起碘代硫化乙酰胆碱不能水解， 造成积累，利用碘代硫化乙酰胆碱与5，5’一二硫 代 一2，2‘一二硝基苯甲酸(DTNB)反应生成黄色 的5一巯基 一2一硝基苯甲酸，测定其吸光度即抑 制率，确定酶的活性，根据酶的活性估算农药残留 量。目前国内大多农药速测仪都是利用颜色的变 化(吸光度)原理研究设计，如福建省测试技术研 究所研制出便携式农药残留速测仪用于农药残留 的检测、农业部农药检定所设计的农药速测仪、厦 门欧达科仪生产的速测仪、上海光电技术研究所 设计的农药残留仪等等。不同公司研制的仪器大 同小异，只是在酶和底物应用方面存在细微的区 别，从而判定的抑制率也存在差异。农业部农药检 定所选用的是丁酰胆碱酯酶，上海光电技术研究 所和厦门欧达科仪等选用乙酰胆碱酯酶。 维普资讯 http://www.cqvip.com 温州农业科技 2oo5(4) 3．2 氯化乙酰胆碱在肌碱酯酶作用下，产生酸。 根据 pH的变化测定酶的活性 当有机磷农药和氨基甲酸酯类农药存在时， AChE活性受到抑制，氯化乙酰胆碱在AChE作 用下产生的乙酸量也相应减少，影响pH值，通过 测定pH的变化，测定乙酰胆碱酯酶受抑制的程 度，检测蔬菜中农药残留量。 3．3 植物酯酶水解2，6二氯乙酰锭酚，根据反应 溶液反应前后颜色的变化。测定酶的活性[3] 酶可以催化2，6二氯乙酰锭酚分解产生兰色 靛酚，当有机磷农药存在时，抑制了酶的活性，导 致样品溶液呈浅兰色或橙色不变，根据与对照溶 液比较确定样品中是否含有有机磷农药。浙江、广 州、深圳等地研制出乙酰胆碱酯酶速测卡[引、速测 箱用于定性检测大多是根据酶催化2，6二氯乙酰 锭酚产生兰色靛酚的量进行比色确定抑制率。其 他还有如乙酰萘酯为底物等原理的速测技术。 酶抑制技术检测农药残留操作简便、快速、灵 敏、经济，样品无需净化，但是此方法不能定性定 量，在检测韭菜、生姜、葱、蒜、胡萝 卜、辣椒、西红 柿等蔬菜容易受到干扰，只能作为有机磷和氨基 甲酸酯类农药残留的初筛。随着研究的深人，酶抑 制技术检测农药残留在检测方法上也有较大的突 破，除了目前比较普遍的比色卡法、分光光度计法 外，国内外近年又研究出乙酰胆碱酯酶生物传感 器。生物传感器是一类以生物材料为敏感识别元 件，将化学能转化为可测物理量的装置。目前用于 农药残留检测的生物传感器类型有：安培型电极、 电位型电极、电压生物传感器、光纤生物传感器 等，间接地测定有机磷农药和氨基甲酸酯类农药 残留量，使大大地提高检测灵敏度，缩短检测时间 [6-7] 。 国外研究出一种检测样品中对硫磷的光纤 生物传感器，检测限达到0．3 g／L，检测时间仅 10s一10min，应用前景广阔。 4 免疫分析技术在农药残留快速检 测方面的进展 免疫分析技术常用于农药残留检测技术的有 放射免疫分析(RIA)和酶免疫分析(EIA)。目前 酶免疫分析技术尤其是酶联免疫分析(ELISA) 在农药残留检测中的应用研究在国外非常活跃， 应用也日趋普遍[8_ 。酶免疫技术分析主要是基 于抗原和抗体特异性识别和结合反应的分析方 法。大分子量的农药可以直接作为抗原免疫动物 产生抗体，小分子量 (<2500)的农药属于半抗 原，一般不具有免疫原性，不能直接免疫动物产生 抗体，因而小分子量的农药一般要与分子量大的 载体偶联，制备人工抗原，以人工抗原的形式免疫 动物产生抗体，或者利用其他生物技术产生单克 隆抗体。 近年来国内的研究也取得巨大的进步。20世 纪90年代，农业部天津环保所刘长武等人首先报 道制备了对硫磷抗体。随后，中国农业大学首先研 究出阿维菌素的ELISA和三氮苯类除草剂的 ELISA；扬州大学刘曙照等人获得对氯磺隆具高 亲和力的抗血清和甲萘威的ELISA；中国预防医 学科学院的王刚垛研究出甲基对硫磷的ELISA， 并初步应用研究，等等。近年来国外已有报道研究 出多克隆抗体检测多种有机磷农药残留。酶联免 疫方法具有特异性强、灵敏度高、方便快捷、分析 容量大、检测成本低、安全可靠等优点，被认为是 21世纪最具竞争力和挑战性的检测技术。 5 仪器分析技术在农药残留快速检 测方面的进展 仪器分析技术中的色谱技术被认为是最经 典、最常用的农药残留检测技术，多用气相色谱 仪、液相色谱仪、气质联用、液质联用等色谱技术。 传统的色谱技术检测时间长、成本高，近几年，在 预处理技术和检测技术的研究，使色谱技术在快 速检测方面获得巨大的突破。 5．1 样本预处理技术 5．1．1 固相萃取(SPE)技术和微固项萃取(SPME) 技术 固相萃取技术，是根据吸附剂对流经的 物质吸附能力不同进行净化、浓缩。通常使用固相 结合相(S0lid bond phase)，即在硅胶的未反应 硅醇基上接上各种官能团，通常有非极性 (C8一C18)(反相色谱)、极性(正相色谱 )、离子 交换三种。如C18小柱，可以吸附高分子量的非 极性干扰物质，特别适用于低脂类果树蔬菜的净 化。可进行：选择性淋洗，将农药先淋洗下来，强保 留的杂质留下；选择性洗脱，溶剂强度可使弱保留 杂质先洗脱，使农药保留。微固相萃取技术是在固 相萃取技术上发展起来的，其原理与固相萃取基 本相同，具有简单快速、污染少、处理后样品干扰 少 、安全等优点。 维普资讯 http://www.cqvip.com 温州农业科技 2005(4) 5．1．2 超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Ex- traction) ∞】 超临界流体萃取是利用某些物质 (或溶剂)在临界点以上所具有的特性来提取混 合物中可溶性组分的一种新的分离技术。所谓超 临界流体是物质处在临界温度和监界压力之上的 状态，介于气态和液态之间，兼有气体和液体的某 些物理性状，如类似于液体具有较大的密度和溶 解度，类似于气体具有较强的穿透能力，称为超临 界流体或高密度气体。超临界流体萃取就是通过 温度和压力的调节来控制其溶解能力的。其优点 是前处理时间短，节省费用，萃取彻底，可进行热 敏感样本及痕量样本的萃取，基本解决了溶剂对 环境的影响。这是目前发展最快的分析技术，应用 前景非常光明。 5．1．3 基质固相分散技术(MSPD)[∞】 基质固相 分散技术的原理就是将样品和基质直接混匀，研 磨成半流体状，装柱，选择合适的溶液淋洗。MSPD 对提取、净化等前处理步骤一步完成，可以有效地 避免待测物的流失，提高检测速度。另外还有液液 分配法(LLE)、分子印迹受体合成技术等。 5．2 检测技术 目前绝大多数色谱农药残留的检测都是通过 选择性的检测器：电子俘获检测器(ECD)、氮磷 检测器(NPD)、火焰光度检测器(FPD)、荧光检 测器、质谱(MSD)以及近几年发展起来的免疫分 析检测方法。 ECD主要用于检测有机氯、菊酯类等含卤素 的农药，灵敏度非常高；NPD主要用于检测含氮、 磷的有机磷、氨基甲酸酯类等农药；FPD主要检测 有机磷类农药；荧光检测器主要用于液相色谱仪 的氨基甲酸酯类农药的衍生化检测。 近年来，随着农药事业的发展，农药残留检测 的验证技术需要重新认识。MSD是验证分析最常 用的技术，也可以用于定量分析，但价格昂贵、技 术要求高。自出现毛细管色谱柱后，二维色谱发展 很快。使用不同的二个仪器或使用一个具有双柱 (不同极性)、双通道、双检测器的仪器、一次进样 可同时获得二组信息。美国FDA，欧共体等都是 先采用此法作定性的。此法比较适合中国实际，具 有广阔的应用前景，刘长武等人研究出二维色谱 快速检测数十种农药的检测方法[心]。美国已经报 道利用快速扫描技术在一小时左右定性定量检测 几百种不同类型的农药。 色谱等仪器分析技术对检测技术人员和仪器 要求较高，但可以对农药残留进行定性定量分析、 可以检测几十种甚至几百种已知和未知的农药， 检测灵敏度高，可以提供科学准确、公正的检测数 据作为仲裁依据。作为一种实验室快速检测技术， 可以与现场快速检测技术结合，发挥各自优势，增 加监督管理的力度。 参考文献 [1]汪世新，等．速测灵对蔬菜有机磷农药残 留检测研究．江苏农业研究，2001，22(4)：29~31． [2]陆贻通，等．生物酶技术在农药残留快速 检测 中应用进展．上海环境科学，2001，20(1O)： 467~470． [3]董超，等．采用植物酯酶测定农药残留的 研究．农药，2001，40(9)：19~20． [4]钟树明，等．植物酯酶抑制技术用于检测 蔬菜中有机磷的氨基甲酸酯类农药残留．环境化 学，2002，21(2)：189~193． [5]黄雁，等．快速、简易农药残留检测的酶片 和生色基质片．环境科学，1995，16(3)：52~55． [6]黄冠九．生物传感器在环境监测中的应 用．环境监测与管理技术，1999，11(2)12~16． [7]李颖娇，等．生物传感器在农药残留分析 中的应用进展．农药科学管理，2003，24(8)11~13． [8]李治祥，等．农药及其他环境污染物的酶 免疫分析技术．国外农业环境保护，1992，(3)：6～ 1O． [9]黎其万，等．农药残留免疫分析方法及其 在应用研究进展．西南农业学报，2004，17(2)：248~ 252． [1O]吴俐勤，等．固相萃取技术在农药残留 测定中的应用．农药科学与管理，1999增刊：18~ 250． [11]姚建国，等．蔬菜水果中农药残留研究 进展．山西农业科学，2003，31(2)：39~45． [12]刘长武，等．蔬菜水果中25中有机氯农 药残留快速检测方法．环境科 学学报 ，2003，23 (4)：499~502． 维普资讯 http://www.cqvip.com