氨基甲酸酯类农药残留检测技术的研究发展

氨基甲酸酯类农药残留检测技术的研究发展 彭方毅，黎婉婉，蔡松，张林 (重庆理工大学化学与生物工程学院，重庆 400050) 摘要:由于农药残留严重损害了人类的健康，所以农药残留问引起了人们的广泛关注。本 文主要阐述了农产品中氨基甲酸酯类农药的检测概况，以常规仪器技术和现场快速检测技术 两方面介绍了近年来氨基甲酸酯类农药残留检测的方法，最后对农产品中氨基甲酸酯类农药 的检测技术作了展望。 关键词:氨基甲酸酯类农药 ; 检测技术 中图分类号:X592 文献标识码:A 文章编号:1671-0924()xx-xxxx-x Detection technical progress of carbamat pesticides in agriculture products PENG Fang-yi , LI Wan-wan , CAI Song , ZHANG Lin (College of Chemical and Biological Engineering of Chongqing University of Technology,Chongqing 400050) Abstract: As the serious problem of pesticide residues in damage to human health,pesticide residue has caused widespread concern in the human.This paper mainly described the detection of carbamate pesticides and introduced the methods of the carbamate pesticide residues in recent years from conventional instrumentation technology and in-field fast technology.At last the conclusion and outlook were given. Keywords: carbamate pesticides detection technologies. 农药是现代农业生产中必不可少的，它的广泛应用大大提高了农作物的产 量，保障了人民的物质生活，但是农药的大量和违规使用同时也导致了环境污染， 所造成的毒性环境大大损害了人类的健康。现在，农药残留问题已经成为了环境 安全的首要因素之一。20世纪70年代以来，有机氯农药受到禁用或限用，中国 农科院的统计资料表明，目前造成农产品质量安全问题的主要原因是有机磷和氨 基甲酸酯类农药。 氨基甲酸酯(carbamate)类农药品种多、药效好、分解快、残留期短、低毒、 高效、选择性强等特点在世界范围内被广泛用作杀虫剂、杀螨剂、 除草剂和杀 菌剂，保护农作物，它是一种从氨基甲酸(carbamic acid)衍生出来的商业化农 药，代表品种有西维因、涕灭威、呋喃丹(克百威)、叶蝉散、巴沙等。氨基甲酸酯类农药的结构特性是分子中含有一个,-甲基基团，难溶于水，易溶于丙酮、二氯甲烷、氯仿、乙腈等有机溶剂，在碱性和高温条件下容易分解。这类农药的大量使用，严重危害了人类的健康，并造成地下水资源的污染。因此，及时、快速、准确测定水果、蔬菜、水中等氨基甲酸酯类农药残留量，对监控农药的合理使用、保障人体身体健康具有重要意义。 目前对氨基甲酸酯类农药的检测方法很多，比如常规的气相色谱法，高效液相色谱法，膜载体标记渗透式快速检测法，荧光光谱法，生物传感器法和发展起来的酶联免疫吸附检测等。 1 常规仪器技术 常规仪器检测法是指用精密仪器检测样品中的氨基甲酸酯类农药残留量，该方法的优点是灵敏度高、准确性好，但同时却具有前处理步骤繁琐、容积消耗量大、耗时长等不足。 1.1固相萃取/高效液相色谱法 基质固相萃取的原理是将涂渍有C18等多种聚合物的固相萃取材料与样品一起研磨，得到半干状态的混合物并将其作为填料装柱，然后用不同的溶液淋洗 [1,2]柱子，将各种待测物系脱下来。从1977年Moye等第一次采用HPLC柱后衍生测定氨基甲酸酯类农药残留以来,采用HPLC柱后水解或柱后衍生方法对复杂 [3]介质中氨基甲酸酯类农药的残留量进行检测越来越普遍。陆梅等人用C-18小柱萃取、高效液相色谱法测定水样中的6中氨基甲酸酯农药，检出限为0.005,0.0005mg/L。测定相对标准偏差小于6.8%，加标回收率在70%,90%之间。李 [4]海飞等人用高效液相色谱—柱后衍生荧光检测法测定了水果中涕灭威亚砜、涕灭威砜、灭多威、三羟基克百威、涕灭威、克百威、甲萘威这7种氨基甲酸酯类农药的残留量。7种农药3种不同浓度(0.05、0.1、0.5mg/kg)平均添加回收率在72.5%,116.2%,变异系数为0.3%,9.5%,最低检出限为0.0037,0.0074mg/kg。该方法的优点是简单方便、通用性好、发展潜力大，广泛应用于食品中农残的处[5]理。 1.2毛细管电泳 毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力，依据样 品中各个组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类新型液相分离技 术。在高压直流电场的作用下，缓冲溶液中的带正电荷的离子会从正极往负极移 动，带负电荷的离子会从负极向正极移动，从而达到分离。毛细管电泳以其高效、快速、样品消耗量少等特点而被应用于分析各种类型的化合物，近年这项技术在 [6]农残上的应用倍受关注。Khrolenko.M等采用液膜分离和固相萃取法处理样品后，用毛细管电泳法分离检测了微克级的三嗪类除草剂，检出限可达到10μg/L。 [7]洪琴分析蔬菜中氨基甲酸酯类农药残留方法——柱前水解毛细管区带电泳安培检测法，在最优条件:25?，50.0 mmol/L,PH=9.8的硼砂—硼酸缓冲液，电位+0.85，21KV的电压，进样10s下五种氨基甲酸酯的水解酚在18min内到达基线分离，从而间接检测到五种氨基甲酸酯类物质。线性范围0.28,1.19×102μg/ml，检测限38,50 ng/ml。 1.3 荧光分析法 由于有机物受激发荧光的基本原理，荧光光谱法也被用于农药残留检测。荧光法检测农药,一方面是获取农药的荧光光谱,由于不同的物质的分子结构不同,每种荧光物质均可发射特有的荧光光谱,根据光谱特征判断农药的种类;另一方面是测定有关待测农药在某些介质中的浓度,其物理意义表现为物质的荧光强度光分析法具有灵敏度高、操作简便、分析快速等优点。 [8]王玉田等人根据西维因、克百威等氨基甲酸酯类农药的荧光系统，光谱仪采用氙灯作为激发光源，实现对氨基甲酸酯类农药的快速测定。实验测定西维因和克百威的浓度线性范围为0,120ppb，最低检出限LOD分别为2.7ppb和 [9]7.0ppb。该仪器具有灵敏度高、线性度好、动态范围宽等优点。王忠东等人基于光纤传感技术和荧光技术设计了测量系统，系统以脉冲氙灯为激光光源，以特制的光纤式锥形探头探测荧光，以小型平场光谱仪实现荧光分光，以高速数据采集模块实现荧光信号的采集转换。利用该系统实现了不同浓度西维因在土壤中的荧光光谱实验,考察了系统的工作曲线和最低检出限。实验结果表明,系统测得的荧光光谱清晰、分辨率高;在0.005,0.1 mg/kg范围内荧光强度和浓度基本呈线性关系;系统的最低检出限(LOD)可达0.005 mg/kg ,相对标准偏差(RSD)?3%,能够满足土壤中农药检测的需要。 2 现场、快速检测技术 常规仪器对于农产品氨基甲酸酯类残留的检测只能在仪器设备齐全的实验室中进行,且其样品提取、净化过程复杂、所需时间长、检测成本高等因素而难于在现场进行,所以发展起来一些快速、灵敏、便捷的农残检测方式。 2.1 酶免疫分析法 酶免疫试验法(ELA)有两类方法，一类为均相法，另一类为固相法。EIA技术条件低、携带方便、常以试剂盒的形式出现,具有快速、灵敏度高、特 [10][11,12]异性强、价廉等优点。刘曙照等人成功地合成了克百威、西维因的人工抗原，并在免疫兔子体内获得对克百威、西维因具特异性的高效价抗体，建立并优化了痕量克百威、西维因的竞争性酶联免疫吸附检测法，该法测定克百威的线性 0-4浓度范围为10—10ug/mL检测限低于0.01ng/mL，测定西维因的线性浓度范围 0-4[13]为10—10ug/mL，检测限低于0.01ng/mL。张灿等人利用直接竞争酶联免疫吸附分析技术研发了一种快速、灵敏的膜载体酶标记dip-stick农残西维因检测方法。该方法以带正电尼龙膜(Millipore)为固相载体,将西维因抗体包被于膜上,包被有抗体的膜插入含有西维因和西维因酶标抗原的混合液中竞争反应10 min后直接目视判断分析结果。该方法的整个检测过程只需15 min,对西维因的检出限可达到10μg?L-1,且稳定性较好。通过与高效液相色谱法(HPLC)比较,验证了该检测方法的有效性。该方法取代了常规的酶标版(聚苯乙烯)，更加适合在户外进行检测。 2.2 生物传感器 生物传感器主要有两部分组成:特异性生物分子和换能器。传感器上固定化的生物分子具有特异选择性，可以侦测生物体内外环境中特异的化学物质，且与之相互作用后会产生响应的变化信号;换能器则可将生物化学和电化学反应产生的生化反应信号转化为电信号，经过对电信号的放大及模数转换，从而测量被测物及其浓度。 [14]赵鹏林等以固定化丁酰胆碱酯酶BChE(EC3.1.1.8)为识别元件，以分光光度计为换能器，构建流动注射型BChE酶生物传感器。该传感器在以柠檬酸盐缓冲液为载液的条件下具有良好的重现性和灵敏性，在西维因的质量浓度范围为 [15]0.2,50ug/L 范围内具有良好线性关系。张淑平等以孔径0.45μm的硝酸纤维膜为固定化载体，制备的乙酰胆碱酯酶传感器与国家标准法分别检测喷洒了相同 量农药的果蔬样品中的农药残留，喷洒10.0 mg/L的氨基甲酸酯类农药甲萘威和10.0 mg/L的有机磷农药甲胺磷。生物传感器法检测的结果分别是6.56mg/L和7.27mg/L，较GC法稍低，但检测时间仅需30min，较GC法的120min明显更具应用前景。酶传感器的不足在于胆碱酯酶价格昂贵。 [16]生物传感器法检测农药残留具有一下优点:检测样品用量少且无需前处理，测定时也无需添加其它试剂，且可同时完成样品中被测组份的分离和检测;响应快，可反复多次使用，并可实现连续在线监测;仪器成本低，便于推广普及。 2.3 酶抑制 根据氨基甲酸酯类农药对酯酶的活性具有抑制作用的原理可用来分析测定其在食品中的残留量。快速检测农药残留的速测卡、速测仪、酶片等都是基于此原 [17]理设计的。该方法具有简单、快捷的优点，但检测精确度略低。黄永春等人应用固化酶检测黄瓜中氨基甲酸酯类农药，把乙酰胆碱酯酶固定到96孔酶标版上并于酶标仪连用减少了因目视颜色变化带来的色差，提高了检测结果的准确性，对黄瓜中5种氨基甲酸酯类农药的检测灵敏度在0.1,0.2mg/kg范围内。张 [18]叔平等建立了用植物酯酶法测定氨基甲酸酯类农药残留，可判断农产品中西维因是否超标。实验中植物酯酶以面粉和水为原料，制备方法简单，成本低。该实验从样品处理到得出结果，15,30min内即可完成。传统的酶抑制反应主要采用动物源乙酰胆碱酯酶或丁酰胆碱酯酶，但胆碱酯酶价格昂贵，植物酯酶法因其原料易得、成本低、保存期长、操作简便、反应迅速的特点适合推广使用，虽然精确度略低些，但已能满足一般检测所需。 3 农药残留分析检测展望 随着生活水平和健康意识的提高，人们对氨基甲酸酯类农药残留的检测给予了越来越多的关注。目前，农药残留的分析检测在耗时和方法上仍存在不足，因此农药残留要向着简单、快速、灵敏以及廉价的方向发展。一方面，免疫检测技术以其高灵敏度、高特异性和操作简便的优点已成为最有应用价值和发展潜力的环境污染物痕量分析技术之一，免疫分析方法已成为目前农药残留研究中的热点方法;另一方面，致力于检测器的研究，开发出高灵敏性、高精确度并且廉价的新型检测器。相信在不久的将来，农药残留检测技术会更加成熟，农药超标问题已不再是威胁人类健康的因素。 参考文献: [1]Yang SS，Smetena I.Determination of aldicarb，aldicarbsulfoxide and aldicarbsulfone intobaccousing high performance liquid chromatography with post column reaction and fluorescencediction.Journal of Chromatography A，199，4664:289-294. 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