果蔬中農藥殘留檢測技術概述

【摘要】綜述了目前農藥殘留分析的前處理技術和檢測的幾種方法及樣品前處理中的固相萃取、超臨界流體萃取、基質固相分散萃取等技術的迅速發展和廣泛應用。

【關鍵詞】食品安全 農藥殘留 檢測技術 環境污染 前處理

當今世界科學技術日新月異,而農藥就是其中一項技術。隨著科技的飛速發展,農藥在減輕蟲害問題、減輕勞動強度、培育優質的種子等方面,對農業的發展起到了重大作用。農藥的大面積使用、不合理運用,使部分農藥流失,對環境造成嚴重污染,對人類的健康、動植物的生存造成嚴重危害。因此,對農藥的合理利用、綜合防治已刻不容緩。農業產業化的發展使得農產品的生產越來越依賴于農藥、抗生素和激素等外源物質, 以此達到高產的目的。一直以來我國農藥在糧食、蔬菜、水果、茶葉上的用量居高不下,而這些藥物質的不合理使用必將導致農產品中的農藥殘留超標,農藥殘留超標一方面影響消費者的食用安全,農藥殘留物中毒的癥狀表現為頭暈、頭痛、胃腸“翻滾性”絞痛,嚴重時會引起腦血栓、心梗等并發癥。農藥在人體中慢慢蓄積還會損害神經系統;另一方面也會影響農產品的貿易經濟效益。

對農產品中農藥殘留量做及時、準確的分析檢測是控制農產品中農藥殘留量的關鍵環節之一,監控農藥的合理使用,同時杜絕農藥殘留超標的產品上市銷售。控制蔬菜水果中農藥殘留對人體的危害,最為有效的方法之一是加強對蔬菜的農藥殘留檢測的力度。傳統的農藥分析主要依賴于氣相或液相色譜等儀器,儀器分析雖然可以檢出樣品中較微量的農藥(10-12~10-6 mol/L),但操作復雜、費時及成本高。 因此,農藥殘留的檢測技術顯得尤其重要。為了能有效的快速監督、管理農藥殘留的直接危害,農藥殘留的快速檢測方法是必不可少的,而且相當重要。最初農藥殘留檢測技術僅限于化學法、比色法和生物測定法,檢測方法缺乏專一性,靈敏度也不高。自從二十世紀六十年代起氣相色譜應用于農藥和藥物殘留分析,從而大幅度的提高了農藥和藥物殘留量的檢測水平。至八十年代以來,高效液相色譜法開始廣泛應用于對熱不穩定和離子型農藥及其代謝物的分析。色譜法雖然定量準確、靈敏度高,但所需設備價錢昂貴,并且需要經過專業訓練的人員操作,且分析時間長不利于現場監測。本文就當前農藥和藥物殘留快速檢測分析技術探究進展做一綜述。

一、樣品的前處理技術進展

目前農藥殘留分析方法通常分為樣品的前處理和樣品的定量檢測,農藥殘留測定之前要有適合于各種樣品的理化性質的萃取、凈化、濃縮等預處理步驟,這些預處理過程往往在分析中起著至關重要的作用。隨著技術的逐步發展,一些新的樣品前處理技術不斷被引入農藥殘留分析中,現在常用的食品中農殘預處理方法有:(1)固相萃取法(SPE),是從八十年代中期開始發展起來的一項樣品前處理技術。由液固萃取和液相色譜技術相結合發展而來。主要通過固相填料對樣品組分的選擇性吸附及解吸過程,實現對樣品的分離,純化和富集、主要目的在于降低樣品基質干擾,提高檢測靈敏度。(2)固相微萃取(SPME),主要通過萃取頭涂液對目標物進行吸附,然后解吸、分析,SPME技術不需溶劑,它集萃取、純化、濃縮為一體,可以實現對固、液、氣樣品的分析。(3)凝膠滲透色譜法(GPC),主要利用多孔物質,依據不同組分的分子大小和形狀的不同進行分離、萃取和凈化。(4)超臨界流體萃取(SFE),主要利用超臨界流體中不同組分溶解度不同,且不同壓力狀態下溶解能力會發生變化的特點,改變萃取劑流體壓力,可將組分逐一萃取。目前最常用的超臨界流體為二氧化碳,它兼有氣體的滲透能力和液態的分配作用,流出液中的二氧化碳在常壓下揮發,待測物用溶劑溶解后進行分析。其特點是避免了使用大量的有機溶劑、提高萃取的選擇性、減少了分析時間、實現操作自動化。(5)基質固相分散萃取(MSPDE),是在常規固相萃取基礎上發展而來的,具有同時制備、萃取和凈化樣品的優點,其濃縮了傳統的樣品前處理中所需的樣品均化、組織細胞裂解、提取、凈化等過程,是簡單高效的提取凈化方法,適用于各種分子結構和極性農藥殘留的提取凈化,在蔬菜、水果的殘留農藥檢測中得到了廣泛應用。(6)加速溶劑萃取(ASE),具有溶劑用量少、萃取時間短、萃取效率高等優點。

二、農藥殘留快速檢測技術

傳統的GC/MS等農藥殘留分析技術檢測成本高、時間長,這就給食品安全監管部門對農產品產前、產中、產后的監督工作帶來了許多不便,因此也使大量的快速檢測技術孕育而生,常見的有化學速測法、免疫分析法、酶抑制法和活體檢測法等。下文分別從生物分析和理化分析角度給予總結。

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、應用最廣泛的快速農殘檢測技術,主要根據有機磷和氨基甲酸酯類農藥對乙酰膽堿酶的特異性抑制反應。其次是速測卡技術 從敏感生物(如牛血清、果蠅)提取出膽堿酯酶和乙酰膽堿類似,并將其分別固定處理后加載到到濾紙片上。如果待測樣品中不含有機磷或氨基甲酸酯類農藥,則靛酚乙酸酯在膽堿酯酶的催化作用下生成藍色靛酚。當待測樣品中含有有機磷或氨基甲酸酯類農藥,膽堿酯酶則與其結合,則失去了催化靛酚乙酸酯的能力,導致樣品溶液呈淺藍色或橙色不變。與不含農藥的對照卡比較,通過目測看顏色變化即可判斷農藥殘留情況。再有就是分光光度技術,在一定條件下,有機磷和氨基甲酸酯類農藥對某些酯酶的正常功能有抑制作用,其抑制率與農藥殘留的呈正相關。這些酶包括各種動物來源的乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶,以及從某些植物中提取的植物酯酶。使用這些酶與樣本進行反應,如果待測樣本中沒有農藥殘留或殘留量極少,酶的活性就不會被抑制,底物可以被水解,水解產物通過使用顯色劑或本身具有顏色而顯色。如今在檢測食品蔬果中利用較多的是速測儀,它具有自動化程度和靈敏度合適、快速、檢測范圍大、可批量檢測等優點,但操作步驟相對復雜、干擾因素多、對實驗環境要求和操作人員素質較高。適用于縣級監督部門、鄉鎮檢測室、大型批發市場等用于農藥殘留例行檢測和監督管理。值得關注的還有生物監測技術(Biomonitor technique)生物監測技術常用方法為生物傳感器(biosen-sor)和免疫分析(IA)技術。這兩種技術多用于分析氨基甲酸酯類農藥,其優點是選擇專一性和分析成本低。生物傳感技術中的生物傳感器常由一種生物敏感部件(如膽堿脂酶)與傳感器緊密配合,對特定種類化合物或生物活性物質具有選擇和可逆響應的分析裝置器具。它是根據生物敏感部件與特定分析物之間反應產生一些物理化學信號的變化,再通過傳感器轉化、放大后顯示或記錄下來,是目前現場檢測技術中的研究熱點。檢測靈敏度和準確度有了很大的改善,同時自動化程度和現場檢測能力等方面有了較大的提高,檢測限可達20ppb。但生物材料尤其是膽堿酯酶在固定化過程中容易失活問題還沒解決,影響了這一技術的推廣應用。免疫分析是一種以抗體作為生物化學檢測器進而對化合物、酶、蛋白質等物質進行定性和定量的分析技術,以抗原抗異性識別和結合反應為基礎的,將抗體抗原反應與現代測試手段相結合的微量分析法。應用免疫分析法可以檢測生物學上的各種重要化合物,而如這些化合物中的就包含有機磷殺蟲劑成分。在免疫分析標記方法中,酶標記的抗體具有諸多優點,比如保存期長、敏感性強、顯示結果可用于光譜分析,為農藥殘留的定性、定量分析帶來很大的方便。免疫分析技術具有高靈敏度和高效能等優點,僅需很少的儀器設備和專業培訓,是初篩及檢測致癌物和一些劇毒農藥的好方法。但該方法開發費用高,開發時間長,而且只適于分析一種農藥,在不能肯定樣本中存在什么農藥品種時,檢測就有一定的盲目性。對樣本進行殘留定性測定還可利用活體生物測定技術,它的原理是利用發光細菌體內的熒光素,在有氧參與時經熒光酶的作用產生熒光,與有毒化合物作用時,熒光酶的活性被抑制,發光強度減弱,其減弱的程度與有毒物質的濃度有一定的線性關系。另外,利用敏感家蠅對有機磷和氨基甲酸酯類農藥較敏感這一特點,用待測樣品喂食家蠅,根據這種家蠅接觸待測樣品以后的死亡率,來測定農藥殘毒量。

2.理化分析方法 通常所指的理化分析法包括氣相色譜法(GC)、液相色譜(LC)法和原子吸收光譜法。三種方法以其測定精準可靠和高靈敏度而成為當今農藥殘留分析的三大主要方法,再與質譜(MSD)檢測器的聯用,幾乎所有的這些物質都可用這些方法來對其作定性和定量測定。具有靈敏度高、數據準確可靠、實驗操作精度高等特點,是農藥殘留分析中的標準方法和仲裁方法,它不僅在發達國家,而且在發展中國家普遍采用。另外,此法還有新近發展起來的超臨界流體色譜(SFC)、薄層色譜法(TLC)、毛細管電泳(CE)、直接光譜分析技術法等。首先介紹一下化學速測技術,此法主要是根據有機磷農藥的氧化還原特性。有機磷農藥(磷酸酯、二硫代酸酯、磷酰胺)在金屬催化劑作用下水解為磷酸與醇,水解產物與檢測液反應,使檢測液的紫紅色褪去變成無色。本方法的特點是避免了使用酶的不穩定、不易保存,但該方法局限于有機磷,靈敏度不高,易受一些還原性物質干擾。相對上一種方法有優越性的還屬質譜檢測技術,此技術主要是通過對樣品的離子的質荷比的分析而實現對農產品樣品進行定性和定量的一種方法,可以檢測幾十種甚至幾百種已知和未知的農藥,檢測靈敏度高,可以提供科學準確、公正的檢測數據作為仲裁依據。由于有機樣品、無機樣品和同位素樣品等具有不同形態、性質和不同的分析要求,還加上多種色譜技術儀器的聯用,所以,所用的電離裝置、質量分析裝置和檢測裝置有所不同。目前已用于檢測的有:氣相質譜聯用(GC-MSD-MSD)、液相質譜聯用(LC-MSD)、二維氣相色譜飛行時間質譜(GC×GC-TOF-MSD)、二維薄層色譜等。

三、結語 隨著人民生活質量的提高,人們對食品蔬果也更加的注重其食用安全性。科學技術的不斷迅猛發展,使得農藥殘留分析技術也正在逐步的更新和完善,尤其是將生物技術應用于蔬菜和水果的農藥殘留分析,并與現代物理、化學分析技術相結合,將是今后該領域研究與開放的重點。農藥殘留檢測正在不斷地向著多殘留、微量、超微量方向發展。這同時也要求待測樣品前處理也必須盡可能微量化和自動化,以及無毒、快速和低成本化。

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作者簡介:王國建(1980-)男(漢族)浙江省義烏市,助理工程師,主要從事食品質量安全及食品檢測