农药残留速测技术研究进展

WORLD PESTICIDES Vo1．26 No．3 (20O4) 农药残留速测技术研究进展 王彦华 (南京农业大学农业部监测与治理重点开放性) 农药在作物病虫害的综合防治中具有不可替代 的作用。几十年的经验证明，农药的使用对解决全 世界的粮食问题作出了很大的贡献。随着人们对环 境质量要求的提高，由农药残留引起的安全问题越 来越受到人们的关注。 为了保障消费者健康，必须加强农药残留的检 测。由于农药品种多、化学结构和性质各异、待测组 分复杂，尤其是近年来，高效、低毒、低残留农药品种 不断涌现，在农产品和环境中残留量很低，给农药残 留检测技术提出了更高的要求。这些促进了农药残 留速测技术的迅速开发，使农药残留检测技术朝着 快速、方便、灵敏可靠的方向发展，逐渐以农药残留 专业检测机构的少量检测中心，向现场检测及实验 室的大量检测辐射。 1．农药残留速测技术研究概况 农药残留速测技术可分为化学检测、生化检测 和生物检测三大类，目前这三大类中研究较多的有 仪器分析法、免疫分析法、生物传感器法、活体检测 法、酶抑制法、实验室自动化等。 1．1 仪器分析法 仪器分析法可保证数据的精确性和准确性，相 对来说，其比较烦琐。但在农药速测技术中，其 地位仍是不可替代的。目前，一向比较烦琐的样品 前处理工作正在向省时、省力、廉价、减少对环境的 污染、微型化及自动化方向的发展。仪器分析法真 正用于现场速测的较少，因为仪器投资大，对操作人 员要求高，使该方法的应用受到了限制。 1．1．1 薄层色谱法(TLc)： 薄层色谱法是以固体吸附剂(如硅胶、氧化铝 等)为担体，水为固定相溶剂，流动相一般为有机溶 剂所组合的分配型层析分离分析方法。薄层色谱法 不需要特殊设备和试剂，方法简单、快速、直观、灵 活，但是灵敏度不高。近年来，薄层色谱法较少使 用，多把它作为分离方法。 1．1．2 气相色谱法(GC)： 气相色谱法是一种经典的分析方法。它具有操 作简单、分析速度快、分离效能高、灵敏度高以及应 用范围广等特点。使用气相色谱法，多种农药可以 一 次进样，得到完全的分离、定性和定量测定。再配 置高性能的检测器，使分析速度更快，结果更可靠。 但因其技术含量高，操作程序相对复杂，且需要特定 的实验条件和具有一定专业技术人员进行操作。一 般不适用现场检测。另外，沸点太高的物质或热稳 定性差的物质都难以应用气相色谱法进行分析。 1．1．3 高效液相色谱法(HPI￡)： 高效液相色谱法是 20世纪 70年代急剧发展起 来的一项高效、快速的分析分离技术，现在使用仍很 广泛。对于高沸点、热稳定性差、相对分子质量大的 农药原则上都可用高效液相色谱法进行分离、分析。 由于其只能检测对紫外有吸收和本身能发射荧光的 农药，限制了高效液相色谱法的应用。 I．I．4 超临界流体色谱法(SF℃)： 超临界流体色谱法就是以超临界流体作为流动 相的色谱分析技术。其可在较低温度下分析分子量 较大，对热不稳定的化合物和极性较强的化合物，可 与各种气相、液相色谱检测器匹配；还可与红外、质 谱联用。它可以通过调节压力、温度、流动相等组成 多重梯度，选择最佳色谱条件。超临界流体色谱法 综合利用了气相色谱法和高效液相色谱法的优点， 克服了各自的缺点，成为一种强有力的分离和检测 手段。 1．1．5 色谱一质谱联用： 色谱一质谱联用技术既发挥了色谱法的高分离 能力，又发挥了质谱法的高鉴别能力。这种技术适 用与多组分混合物中未知组分的定性鉴定。色谱一 质谱联用的新进展主要在毛细管气谱与离子阱质 谱，串联质谱联机，进一步提高了灵敏性和特异性， 因此，日益受到重视。现在，几乎全部先进的质谱仪 器都具有进行联用的气相色谱仪，并配有计算机(化 学工作站)。色谱一质谱联用技术包括气相色谱一 质谱联用(GC—MS)和液相色谱一质谱联用(LC—MS)。 1．1．5．1 气相色谱一质谱联用(cc—Ms)： 维普资讯 http://www.cqvip.com 世界农药 第二十六卷第三期(20阱年) 气相色谱仪是质谱法的理想“进样器”，试样经 色谱分离后以纯物质形式进入质谱仪，就可充分发 挥质谱法的特长。质谱仪是气相色谱法的理想“检 测器”，色谱法所用的检测器都有其局限性，而质谱 仪能检出几乎全部化合物，灵敏度又高。由于 C．C— MS所具有的独特优点，目前已得到广泛的应用。一 般来说，凡能用气相色谱法进行分析的样品，大部分 都能用 C,C—MS进行定性及定量测定。 1．1．5．2 液相色谱一质谱联用(LC—MS)： 对于高极性、热不稳定性、难挥发的大分子有机 化合物，使用 C．C—MS有困难，而液相色谱的应用不 受沸点的限制，并能对热稳定性差的试样进行分离、 分析。然而液相色谱的定性能力更弱，因此液相色 谱与质谱的联用，其意义是显而易见的。液相色谱 — — 质谱联用对分析技术和仪器的要求高，但它是 一 种很有利用价值的高效率、高可靠性分析技术。 1．1．6 直接光谱分析技术： 近红外衰减全反射和面增强拉曼光谱，使光 谱分析的灵敏度提高 lO2～lO7倍。这些快速、直接 的光谱技术，只需要极少量的样品，具有很大的应用 潜力，其灵敏度几乎达到一个分子或原子的水平。 目前，这些灵敏度极高的光谱技术尚需要进一步研 究开发才能进入广泛应用阶段。 1．1．7 毛细管区带电溶(C )： 毛细管区带电溶非常适用于那些难以用传统的 液相色谱法分离的离子化样品的分离与分析。其分 离效率可达数百万理论塔板数，操作简便，具有很大 灵活性。许多分离参数，如缓冲液的组成和 pH值、 毛细管的类型以及所使用电场的波形等都可以调 节。目前，毛细管电泳尚缺乏灵敏度很高的检测器， 可利用的紫外检测器能检测几个 Pg，但因样品量只 用几个rIL体积，故所用样品浓度限制在n~／L(mL／ L)级。因此，只有研究开发灵敏度更高的检测系 统，毛细管区带电泳的优势才能充分发挥出来。 l-2 免疫分析法( ) 近年来，免疫分析法用于农药残留快速检测的 研究也十分活跃。免疫分析法是将抗体抗原反应与 现代测试手段相结合的超微量分析法。它集测定的 高灵敏度和抗性反应的强特异性于一体，在某些重 要生物活性物质的痕量检测方面取得了很大成就。 免疫分析法具有操作简单、快速、灵敏度高、特异性 强、检测费用低等优点，只需要很少的仪器设备和专 业，是初筛测定致癌物和一些剧毒农药的好方 法，其灵敏度与常规的仪器分析一致，且适合现场筛 选。但它的开发过程需要投入较多资金、较长时间、 抗体制备难度较大、抗体有特异性只适用于单一农 药残留量的检测分析。若开发成试剂盒，可广泛用 于现场样品和大量样品的快速检测。对于大分子量 的极性物质，如生物农药苏云金杆菌毒素蛋白等，免 疫分析比常规生物测定和理化分析更具有准确可 靠、方便快捷的优点。 1．2．1 酶免疫法(EIA)： 酶免疫法是用酶标记抗原、半抗原或抗体而建 立的方法。酶免疫法具有特异性强、灵敏度高、方便 快速、分析容量大、分析成本低、安全可靠等优点，但 它有其局限性和不足之处，如开发需要投入较多的 资金和时间，得到一个好的抗原并不容易，对试剂的 选择性高，很难同时分离多种成分，对结构类似的化 合物有一定的交叉反应等。 1．2．2 放射免疫法(RIA)： 放射免疫法是将抗血清与待测农药在试管中培 养一定的时间后，加入同位素标记的待测农药，该同 位素标记农药即和待测农药竞争与抗体发生反应， 采用适应的方法将被抗体结合的和未被抗体结合的 标记农药分离，未被抗体结合放射性标记农药留在 溶液中。 1．2．3 荧光免疫法(m )： 荧光免疫法是将抗血清、待测农药、荧光标记的 待测农药混合在聚苯乙烯管中，经培育后加入 球 蛋白和分子量 60O0的聚乙二醇，使与之结合的待测 农药和荧光标记的农药留在上清液中。当抗血清与 荧光标记农药的量一定时，含待测农药多的试管中， 抗体结合的荧光标记农药少，上清液中游离的荧光 标记的农药就多。即待测物含量与游离的荧光标记 物含量成正比，测定上清液的荧光强度，即可算出待 测物含量。 1．2．4 流动注射免疫分析法(兀 )： 是农药残留分析中较为先进的技术。它是由免 疫分析与流动系统相结合而形成的，抗农药的抗体 固定在可更换柱芯的膜上。但流动注射免疫分析法 的不足之处是变异系数大，需要一次性装膜的柱，抗 体和酶标记的半抗原使用量大，一次只能检测一个 样品，然而它仍是农药残留检测的有效方法。 1．3 生物传感器法 生物传感器法(Bio~nsor)是将传感技术与农药 免疫技术相结合而建立起来的，可以说它是免疫分 析技术的一种延伸或分支。生物传感器法是目前农 药残留分析技术研究热点，在测定方法多样化、提高 维普资讯 http://www.cqvip.com WORLD PESTICIDES Vo1．26 No．3 (20o4) 测量灵敏度、缩短反应时间、提高仪器自动化程度和 适应现场检测能力等方面已取得了长足进步。利用 农药对靶标酶活性的抑制作用研制酶传感器，利用 农药与特异性抗体结合反应研制免疫传感器可用于 对相应农药残留进行快速、定性和定量检测。目前， 生物传感器存在的主要问题是分析结果的稳定性、 重珊陛和使用寿命。但是，生物传感器的作用，特别 是现场测试方面将扩大使用的趋势是不容置疑的。 1．3．1 生物传感器： 生物传感器是一种高科技的产物，它能很快地 测定蔬菜、水果上的农药及其它化学污染物，操作起 来更加方便且可以重复使用。它由一种生物敏感部 件与转换器紧密配合的分析装置，这种生物敏感部 件对特定化学物质或生物活性物质具有可逆响应， 通过测定 pH、电导等物理化学信号的变化，即可测 定农药残留量。生物传感器相对于酶免疫吸附测定 法的优点是简单、快速且减少了样品的前处理。 1．3．2 固相传感器： 固相传感器通常用压电结晶，即当附加电压时， 晶体震动的能力取决于晶体的质量和大小。晶体上 包被了能吸附目标物的材料。当晶体与配基接触时 就会发生吸附，随之晶体的质量和频率发生变化。 频率的改变与吸附在晶体上物质的含量有关，以此 进行定量测定。此法的局限性在于包被的晶体只能 使用一周左右。 1．4 活体检测法 活体检测法是使用活的生物直接测定。如农药 与细菌作用后可影响细菌的发光程度，通过细菌发 光情况，则可测出农药残留量。但该法只对少数药 剂有反应，无法辨别残留农药的种类，准确性较低。 使用家蝇检测蔬菜中的农药残留，过程简单，无需复 杂仪器，农户便可 自行检测，缺点是检测时间较长， 仅适用于田间未采收的蔬菜。 1．5 酶抑制法 酶抑制法是相对成熟的一种对部分农药进行残 留速测技术。它适用于有机磷与氨基甲酸酯类农 药，可特异性地抑制昆虫中枢和周围神经系统中乙 酰胆碱酯酶(AchE)的活性，破坏神经的正常传导， 使昆虫中毒致死这一毒力学原理，将乙酰胆碱酯酶 与样品反应，根据乙酰胆碱酯酶活性受到抑制的情 况，可判断出样品中是否含有有机磷与氨基甲酸酯 类农药。酶抑制法广泛应用对现场检测成效显著， 成为仪器分析法的有效补充，但仪器的功能和酶的 性能还需要改进。酶抑制法操作简便、易行、成本 低、前期投入少，但只能对有机磷与氨基甲酸酯类农 药进行测定，且不能给出准确的定性定量结果，而只 能作为田间生产检测和市场初级检测。 近年来，薄层一酶抑制法技术(Ⅱ(I_EI)综合了 薄层分析和酶抑制技术的优点，灵敏度高，适应性广 泛。对某些用化学显色法检不出或不易检出的农药 亦可灵敏检出，是一种很有发展前途而又实用的残 留量测定技术。 1．6 实验室自动化 在一些发达国家，实验室机器人已商品化，但在 农药残留分析和环境监测方面的应用还处于起步阶 段，因为许多情况下尚缺乏化的测试手段和修 改机器人程序的灵活性。另外，机器人系统动作缓 慢，一般要求宽阔的空间。当实验室机器人变的更 方便、灵活、运行速度快、体积小、实验方法也更标准 化时，在未来的现代化实验室中将受到欢迎。 2．展望 随着科学技术的发展，农药残留分析技术也在 不断地更新、完善和迅速发展，尤其是速测技术更能 满足社会的要求。现在，农药残留速测技术已是农 药残留分析技术研究中的一个重要分支。各国政府 及其职能部门也在不断加强对农药残留的监测工 作，制定的标准越来越严格。未来农药科学的发展 方向将是创新化学和生物技术的有机结合，那时要 将大分子量的分析对象与原动植物组织中的蛋白 质、多肽、核酸、细菌或病毒分离将更加困难。生物 技术与现代理化分析手段相结合，将不断开发出新 的分析技术。新的分析技术将要求有细胞化学、发 酵化学、免疫化学和多肽排列结构等方面学科知识 的支持，这些将会是农药残留工作者面临的新课题。 参 考 文 献 [1] 朱明化编．仪器分析．北京：高等教育出版社，200o． [2] 涂忆江．我国农药残留快速检测技术的研究与应用现状．农药 科学与管理，2oo3，24(4)：14—16． [3] 吴春先等．我国农药残留分析技术发展概述．农药科学与管 理 ，20o2，23(2)：13—16． [4] 张睿．农药残留种类及检测技术．中国检验检疫，20O2，10：33 — 34． [5] 井乐刚．食品中残留农药检测技术的新进展．食品科学，20O2， 23(3)：148～152． [6] 张玉婷等．谈蔬菜中农药残留检测技术．天津农林科技，2001， 2：16—18． (下转第27页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 世界农芮 第二十六卷第三期(20o4年) 功变态进人下一虫态的虫数预测田间状态下杀虫剂 对七星瓢虫伤害影响是可行~E43]。关于杀虫剂对 昆虫亚致死效应的研究还有很多工作需要深人展 开，这是今后农药生态毒理学的一个重要发展方向。 参 考 文 献 [1] 陈道茂，陈卫民．植物保护学报，1990，17(3)：279～282． [2] Nmdihalli，B．S．，Pail，l B．V．，Hugar，P．，et a1．．Kanla~a Journal 0f aJtIml Sciences，1992，5(3)：234～237． [3] 徐学农，王刚，高仕朋．安徽农业大学学报，1998，25(4)：352～ 355． [4] 吴孔明，刘芹轩．生态学报，1992，12(4)：341～347． [5] 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