果蔬中农药残留检测技术概述

【摘要】综述了目前农药残留分析的前处理技术和检测的几种方法及样品前处理中的固相萃取、超临界流体萃取、基质固相分散萃取等技术的迅速发展和广泛应用。

【关键词】食品安全 农药残留 检测技术 环境污染 前处理

当今世界科学技术日新月异,而农药就是其中一项技术。随着科技的飞速发展,农药在减轻虫害问题、减轻劳动强度、培育优质的种子等方面,对农业的发展起到了重大作用。农药的大面积使用、不合理运用,使部分农药流失,对环境造成严重污染,对人类的健康、动植物的生存造成严重危害。因此,对农药的合理利用、综合防治已刻不容缓。农业产业化的发展使得农产品的生产越来越依赖于农药、抗生素和激素等外源物质, 以此达到高产的目的。一直以来我国农药在粮食、蔬菜、水果、茶叶上的用量居高不下,而这些药物质的不合理使用必将导致农产品中的农药残留超标,农药残留超标一方面影响消费者的食用安全,农药残留物中毒的症状表现为头晕、头痛、胃肠“翻滚性”绞痛,严重时会引起脑血栓、心梗等并发症。农药在人体中慢慢蓄积还会损害神经系统;另一方面也会影响农产品的贸易经济效益。

对农产品中农药残留量做及时、准确的分析检测是控制农产品中农药残留量的关键环节之一,监控农药的合理使用,同时杜绝农药残留超标的产品上市销售。控制蔬菜水果中农药残留对人体的危害,最为有效的方法之一是加强对蔬菜的农药残留检测的力度。传统的农药分析主要依赖于气相或液相色谱等仪器,仪器分析虽然可以检出样品中较微量的农药(10-12~10-6 mol/L),但操作复杂、费时及成本高。 因此,农药残留的检测技术显得尤其重要。为了能有效的快速监督、管理农药残留的直接危害,农药残留的快速检测方法是必不可少的,而且相当重要。最初农药残留检测技术仅限于化学法、比色法和生物测定法,检测方法缺乏专一性,灵敏度也不高。自从二十世纪六十年代起气相色谱应用于农药和药物残留分析,从而大幅度的提高了农药和药物残留量的检测水平。至八十年代以来,高效液相色谱法开始广泛应用于对热不稳定和离子型农药及其代谢物的分析。色谱法虽然定量准确、灵敏度高,但所需设备价钱昂贵,并且需要经过专业训练的人员操作,且分析时间长不利于现场监测。本文就当前农药和药物残留快速检测分析技术探究进展做一综述。

一、样品的前处理技术进展

目前农药残留分析方法通常分为样品的前处理和样品的定量检测,农药残留测定之前要有适合于各种样品的理化性质的萃取、净化、浓缩等预处理步骤,这些预处理过程往往在分析中起着至关重要的作用。随着技术的逐步发展,一些新的样品前处理技术不断被引入农药残留分析中,现在常用的食品中农残预处理方法有:(1)固相萃取法(SPE),是从八十年代中期开始发展起来的一项样品前处理技术。由液固萃取和液相色谱技术相结合发展而来。主要通过固相填料对样品组分的选择性吸附及解吸过程,实现对样品的分离,纯化和富集、主要目的在于降低样品基质干扰,提高检测灵敏度。(2)固相微萃取(SPME),主要通过萃取头涂液对目标物进行吸附,然后解吸、分析,SPME技术不需溶剂,它集萃取、纯化、浓缩为一体,可以实现对固、液、气样品的分析。(3)凝胶渗透色谱法(GPC),主要利用多孔物质,依据不同组分的分子大小和形状的不同进行分离、萃取和净化。(4)超临界流体萃取(SFE),主要利用超临界流体中不同组分溶解度不同,且不同压力状态下溶解能力会发生变化的特点,改变萃取剂流体压力,可将组分逐一萃取。目前最常用的超临界流体为二氧化碳,它兼有气体的渗透能力和液态的分配作用,流出液中的二氧化碳在常压下挥发,待测物用溶剂溶解后进行分析。其特点是避免了使用大量的有机溶剂、提高萃取的选择性、减少了分析时间、实现操作自动化。(5)基质固相分散萃取(MSPDE),是在常规固相萃取基础上发展而来的,具有同时制备、萃取和净化样品的优点,其浓缩了传统的样品前处理中所需的样品均化、组织细胞裂解、提取、净化等过程,是简单高效的提取净化方法,适用于各种分子结构和极性农药残留的提取净化,在蔬菜、水果的残留农药检测中得到了广泛应用。(6)加速溶剂萃取(ASE),具有溶剂用量少、萃取时间短、萃取效率高等优点。

二、农药残留快速检测技术

传统的GC/MS等农药残留分析技术检测成本高、时间长,这就给食品安全监管部门对农产品产前、产中、产后的监督工作带来了许多不便,因此也使大量的快速检测技术孕育而生,常见的有化学速测法、免疫分析法、酶抑制法和活体检测法等。下文分别从生物分析和理化分析角度给予总结。

1.生物分析法 首先要提及的是酶抑制法,是目前研究最成熟、应用最广泛的快速农残检测技术,主要根据有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酶的特异性抑制反应。其次是速测卡技术 从敏感生物(如牛血清、果蝇)提取出胆碱酯酶和乙酰胆碱类似,并将其分别固定处理后加载到到滤纸片上。如果待测样品中不含有机磷或氨基甲酸酯类农药,则靛酚乙酸酯在胆碱酯酶的催化作用下生成蓝色靛酚。当待测样品中含有有机磷或氨基甲酸酯类农药,胆碱酯酶则与其结合,则失去了催化靛酚乙酸酯的能力,导致样品溶液呈浅蓝色或橙色不变。与不含农药的对照卡比较,通过目测看颜色变化即可判断农药残留情况。再有就是分光光度技术,在一定条件下,有机磷和氨基甲酸酯类农药对某些酯酶的正常功能有抑制作用,其抑制率与农药残留的呈正相关。这些酶包括各种动物来源的乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶,以及从某些植物中提取的植物酯酶。使用这些酶与样本进行反应,如果待测样本中没有农药残留或残留量极少,酶的活性就不会被抑制,底物可以被水解,水解产物通过使用显色剂或本身具有颜色而显色。如今在检测食品蔬果中利用较多的是速测仪,它具有自动化程度和灵敏度合适、快速、检测范围大、可批量检测等优点,但操作步骤相对复杂、干扰因素多、对实验环境要求和操作人员素质较高。适用于县级监督部门、乡镇检测室、大型批发市场等用于农药残留例行检测和监督管理。值得关注的还有生物监测技术(Biomonitor technique)生物监测技术常用方法为生物传感器(biosen-sor)和免疫分析(IA)技术。这两种技术多用于分析氨基甲酸酯类农药,其优点是选择专一性和分析成本低。生物传感技术中的生物传感器常由一种生物敏感部件(如胆碱脂酶)与传感器紧密配合,对特定种类化合物或生物活性物质具有选择和可逆响应的分析装置器具。它是根据生物敏感部件与特定分析物之间反应产生一些物理化学信号的变化,再通过传感器转化、放大后显示或记录下来,是目前现场检测技术中的研究热点。检测灵敏度和准确度有了很大的改善,同时自动化程度和现场检测能力等方面有了较大的提高,检测限可达20ppb。但生物材料尤其是胆碱酯酶在固定化过程中容易失活问题还没解决,影响了这一技术的推广应用。免疫分析是一种以抗体作为生物化学检测器进而对化合物、酶、蛋白质等物质进行定性和定量的分析技术,以抗原抗异性识别和结合反应为基础的,将抗体抗原反应与现代测试手段相结合的微量分析法。应用免疫分析法可以检测生物学上的各种重要化合物,而如这些化合物中的就包含有机磷杀虫剂成分。在免疫分析标记方法中,酶标记的抗体具有诸多优点,比如保存期长、敏感性强、显示结果可用于光谱分析,为农药残留的定性、定量分析带来很大的方便。免疫分析技术具有高灵敏度和高效能等优点,仅需很少的仪器设备和专业培训,是初筛及检测致癌物和一些剧毒农药的好方法。但该方法开发费用高,开发时间长,而且只适于分析一种农药,在不能肯定样本中存在什么农药品种时,检测就有一定的盲目性。对样本进行残留定性测定还可利用活体生物测定技术,它的原理是利用发光细菌体内的荧光素,在有氧参与时经荧光酶的作用产生荧光,与有毒化合物作用时,荧光酶的活性被抑制,发光强度减弱,其减弱的程度与有毒物质的浓度有一定的线性关系。另外,利用敏感家蝇对有机磷和氨基甲酸酯类农药较敏感这一特点,用待测样品喂食家蝇,根据这种家蝇接触待测样品以后的死亡率,来测定农药残毒量。

2.理化分析方法 通常所指的理化分析法包括气相色谱法(GC)、液相色谱(LC)法和原子吸收光谱法。三种方法以其测定精准可靠和高灵敏度而成为当今农药残留分析的三大主要方法,再与质谱(MSD)检测器的联用,几乎所有的这些物质都可用这些方法来对其作定性和定量测定。具有灵敏度高、数据准确可靠、实验操作精度高等特点,是农药残留分析中的标准方法和仲裁方法,它不仅在发达国家,而且在发展中国家普遍采用。另外,此法还有新近发展起来的超临界流体色谱(SFC)、薄层色谱法(TLC)、毛细管电泳(CE)、直接光谱分析技术法等。首先介绍一下化学速测技术,此法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。相对上一种方法有优越性的还属质谱检测技术,此技术主要是通过对样品的离子的质荷比的分析而实现对农产品样品进行定性和定量的一种方法,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。由于有机样品、无机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,还加上多种色谱技术仪器的联用,所以,所用的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。目前已用于检测的有:气相质谱联用(GC-MSD-MSD)、液相质谱联用(LC-MSD)、二维气相色谱飞行时间质谱(GC×GC-TOF-MSD)、二维薄层色谱等。

三、结语 随着人民生活质量的提高,人们对食品蔬果也更加的注重其食用安全性。科学技术的不断迅猛发展,使得农药残留分析技术也正在逐步的更新和完善,尤其是将生物技术应用于蔬菜和水果的农药残留分析,并与现代物理、化学分析技术相结合,将是今后该领域研究与开放的重点。农药残留检测正在不断地向着多残留、微量、超微量方向发展。这同时也要求待测样品前处理也必须尽可能微量化和自动化,以及无毒、快速和低成本化。

参考文献:

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作者简介:王国建(1980-)男(汉族)浙江省义乌市,助理工程师,主要从事食品质量安全及食品检测