有機磷農藥的殘留危害及檢測方法研究

牛佳鈺， 肖純凌

(沈陽醫學院，遼寧沈陽 110034)

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有機磷農藥的殘留危害及檢測方法研究

牛佳鈺， 肖純凌*

(沈陽醫學院，遼寧沈陽 110034)

摘要有機磷農藥在農作物的健康生長和害蟲防治方面具有重要作用，但其中久效磷在果蔬中殘留所帶來的安全隱患問題也不容忽視。目前，有機磷農藥在一些農作物的害蟲防治中應用較多，人們常用它來防治一些蚜蟲、螨類等。近年來，農藥的不規范使用引起越來越多的環境污染與食品安全問題，有機磷這種高毒類殺蟲劑，對人畜都有較大毒性。簡單闡述了有機磷農藥殘留對環境的污染及對人體健康的危害，同時研究了其殘留毒性機制及常用的檢測方法。

關鍵詞有機磷農藥；食品安全；酶多態；農藥殘留；生物標志物

農藥污染分為：有機氯農藥污染、有機氮農藥污染、有機磷農藥污染，其中，久效磷是有機磷類農藥污染，它會隨著食物鏈逐級傳遞和生物放大作用，成為具有揮發性、蓄積性的持久性有機污染物。農藥對于人體的影響主要包括急性中毒和長期接觸后的不良健康效應，久效磷與乙酰膽堿酯酶的中毒劑量與時間有關，中毒效應的大小取決于農藥急性毒性的大小和人群短時間內可接觸量；農藥的慢性毒性則較為復雜，已有的研究可知，個別農藥會引起“三致”(致畸、致癌、致突變)，對于人體的腎、肺、肝、脾、腦、肌肉等都有傷害，當其被吸收后，會隨血液及淋巴循環分布到全身各組織器官，其中肝臟的含量最高，且會影響腎臟的排毒功能以及肝臟的氧化分解功能。在噴灑農藥時，還會造成生態環境的污染。水解使毒性降低，氧化則又使毒性增強，有機磷農藥殘留對人體的生長發育系統、神經系統、免疫系統、生殖系統，以及人體的新陳代謝都有危害，其穿透血腦屏障的能力較強，會造成紊亂和其他并發癥，嚴重時可致癌。在人們生活質量不斷提高的同時，有機磷農藥在果蔬上殘留對人體健康的影響和引起的相關安全隱患問題逐漸引起人們的關注。

目前，農藥殘留通過食物鏈危害人體健康已逐漸引起人們的關注，由于農藥殘留所帶來的環境污染和對人體健康的危害也是不可小覷的。筆者將主要對食品中農藥殘留對健康危害的機制和近年來有機磷農藥殘留的常用檢測方法進行闡述。

1有機磷農藥久效磷的性質與危害

1.1有機磷農藥久效磷的性質以有機磷農藥中的久效磷為例，久效磷的化學名為：(順式)O,O-二甲基-O-(1-甲基-2甲胺基甲酰基)乙烯基磷酸酯，分子式C7H14NO5P。大部分有機磷農藥是酰胺或磷酸酯，純品為白色的結晶狀，工業品是棕色油狀或淡黃色液體，常具有較高的折光率。在常溫下，有機磷農藥的蒸氣壓很低，但無論液體還是固體，任何溫度下都有蒸氣逸出，也會造成中毒。比重多大于1，比水稍重；能與水混溶，可溶于丙酮、乙醇、二氯甲烷，稍溶于二甲苯、乙醚，不溶于石油醚、柴油和煤油。在配制農藥時選擇甲醇和芳烴類的有機溶劑，久效磷作為一種劇毒性的廣譜速效的農藥，主要用于農作物的衛生防治害蟲，對于蛀食性和刺吸性的害蟲效果尤為顯著，從而保證農作物與農產品的豐收與生長，但其對人體健康也存在一定危害[1-2]。

1.2有機磷農藥殘留對環境的污染農藥會對生態環境和生態系統造成危害，農藥毒性的大小因其分類不同而各有差異，各種有機磷農藥的毒性與其化學結構中取代基團有關[3]。微生物殺蟲劑、抗生素等基本無毒，在我國，用大鼠試驗，根據農藥的大鼠急性毒性的大小，將其分為劇毒、高毒、中等毒、低毒、微毒5類。久效磷在噴灑時大多采用噴霧方式，因此會蒸發到空氣中，隨空氣漂浮和彌漫。

農藥在生態環境中的殘留所帶來的問題和殘留的途徑分別為：從雨水、農田排水時造成的水污染；液體分子蒸發成氣體分子分散到空氣中造成的大氣污染；隨著動物飼料等環節進入動物體內而后隨著食物鏈與食物網進入餐桌的食物污染引發的食源性疾病；噴灑農藥時在植株細胞壁上殘留以及滲入植株和大地的土壤污染等。

1.3有機磷農藥殘留對人體健康的危害有機磷農藥會經胃腸道、呼吸道及完好的皮膚與黏膜吸收，皮膚吸收則是職業性中毒的主要途徑。有機磷農藥會隨呼吸道而進入體內，對機體呼吸道正常菌群的數量與種類也會產生影響。這種毒性氣體對于人體內的酶的活性也具有一定傷害和抑制作用，會對人體造成慢性或者急性中毒[4]，嚴重時會刺激到人體的中樞神經，會致畸、致癌、致突變，引起更加長遠的危害，與時間、劑量呈正相關性。仲維科曾經研究了它的毒性，結果顯示，口服10mg的情況下，成年人就會出現中毒現象，如果劑量增加9倍，人就會有生命威脅[5]。

污染物進入人體后，既要重視急性危害，也要重視慢性危害，要從多方面考慮，既有單一的環境因素，也有多因素的相結合，并且有機磷農藥的次級降解產物也是具有極大的毒性和危害的，污染物也存在早期效應和遠期效應，存在因果關系與劑量—反應關系，不同人群的致病性，以及污染物對人體的危害性大小，也與接觸途徑、暴露量、農藥性質、濃度、作用頻率、個體的易感性差異密切相關。人體對于農藥危害的防護，應當建立暴露的生物標志物組合，利用生物監測從而為研究提供相關必要的信息，進而對環境系統進行判斷；利用污染物標記在機體內的生物標志和機體對于污染物的反應與易感性的表現差異，建立預警系統，達到測定環境水平和提高環境的效益。對于人體健康的保護尤其是對于農林防護者這種接觸農藥較為頻繁人士的保護是更加必要的。

酶多態現象[6]可以影響機體對久效磷農藥作用的耐受性和易感性。久效磷還具有一定的遺傳毒性，中毒后的臨床表現為：多汗、肌肉抽搐顫動、瞳孔縮小、昏迷、心力衰竭、全身抽筋等。農藥的解毒過程也是較為繁復的，首先利用抗膽堿藥或者拮抗劑(阿托品)，或者膽堿酯酶復能劑(對于慢性中毒無效)，從而達到恢復膽堿酯酶活性的作用。

對于久效磷農藥而言，參與體內有機磷代謝的酶主要有P540系統和機體酯酶。酶酯[7]分為2類：水解有機磷酸酯的酶稱A酯酶，如對氧磷酶，目前被有機磷酸酯酶抑制的酶稱B酯酶，如膽堿酯酶和羧酸酯酶。目前，對B類酯酶有大量的試驗考究，這類酶可被抑制也可參與代謝。乙酰膽堿末梢會接受被釋放且作用于效應器的包含膽堿能神經的化學遞質。有機磷農藥大多為脂溶性物質，殘留在食品或環境中時，可通過消化道、呼吸道、皮膚黏膜侵入人體，與組織蛋白結合，擾亂人們的中樞神經系統。它也可以經過生物富集，進入人們的身體，最終產生毒害作用，使人體出現神經功能紊亂等一系列中毒癥狀。有機磷農藥進入人體后，將神經末梢的膽堿酯酶磷酰化，使其失活，造成乙酰膽堿蓄積，人體即發生煙堿樣效應、中樞神經系統等癥狀。許多學者已經做了有機磷農藥毒性動物的體外試驗。袁玉坤等以大鼠作為試驗對象，發現它們的紅細胞膜的Ca2+-ATP酶活力因此減小，癥狀顯著[8]。膝麗紅等發現，在濃度低時，大鼠在靜息狀態下，它們突觸小體攝取鈣的能力和膜脂的流動性都會受到影響；當濃度升高到一定程度，Ca2+-Mg2+-ATPase活力就會被削弱[9]。研究顯示，施加的有機磷農藥的量和有機磷農藥的作用時間，與試驗的效果存在一定關系。

2有機磷農藥殘留檢測的常見方法

在廣泛使用有機磷農藥解決農業問題，促進經濟發展的同時，人們也在研究著它的毒性和作用機制，并制定相關法規來保證其安全使用。很多科學家的研究中都表明，有機磷農藥的檢測方面在取得大量成果的同時其進展也是十分迅速的，對于其的檢測方法研究較多，例如：比色法、容量法、薄層層析法、氣相色譜法[10]、高效液相色譜法、核磁共振波譜分析法、電化學生物酶傳感器法等。目前有機磷農藥在國內的需求量和生產量不斷增加，對環境中果蔬殘留有機磷研究的檢測方法具有重要現實意義，這些方法的步驟特點不同，在實際應用中也不盡相同。上述這些方法依據不同的原理，采用不同的試驗設施，因此具有各自的特點、效果和適用環境。現如今發展起來的一種優點多、簡便快捷、靈敏、重現性好的電化學方法[11]可用于實際樣品的檢測。

2.1高效液相色譜法高效液相色譜法是一種可用于有機物鑒定和結構分析的有效方法。可準確地鑒定出有機溶劑的揮發性組分和成分且不需擁有各種標準試劑就可達到，結果表明，高效液相色譜技術用于分析和鑒定有機磷農藥快速可靠，并且可以進行準確定量。盡管該方法具有分析時間短、結果穩定、準確、靈敏且簡單易行的特點，但因其儀器、試驗設備費用的昂貴, 并且對于固定相、流動相及柱子都有特殊的要求，分析成本比較高，不容易普及。

2.2氣相色譜法氣相色譜儀方法的條件雖然不同，但是氣相色譜儀中所用的色譜柱多為短玻璃柱，檢測器為FPD。大流量的載氣將色譜柱中已被分解的含磷碎片和殘留的有機磷分子被短柱快速送入FPD檢測器中，主要是試驗得到樣品和標準品的峰高，然后經過計算，得到殘留有機磷農藥的含量。應用氣相色譜法測定的久效磷含量的優點有：分析速度快、靈敏度高、分離效果好，樣品的檢出限也比較低，但對精密度測定仍需改善。在分析前，它的樣品處理步驟很多，加入的乙腈等也無益環境。而所用的氣相色譜儀，不但投入大，而且只能在專業配備的實驗室進行檢驗，對操作人員要求高，這些都一定程度上限制了它的應用。

2.3薄層層析法久效磷的薄層層析法檢測是青島農藥廠[12]報道的。歸因于該方法的優點，在久效磷殘留量的分析中較為常用。該方法的優點：靈敏度高，樣品用量少，儀器設備簡單，快速靈活，直觀，可與干擾物分離、分析過程簡單等；其主要的缺點：定量不準確和誤差較大且不適于大批樣的分析。提取農藥后以水為固定相，經純化濃縮后分離展開，與標準顯色對比進行定性、定量測定。

2.4熒光光度法熒光光度法[13]檢測農藥主要是依據傘形酮磷酸酯等物質在水中的反應。在一定條件下，磷酸酶存在時，這類物質發生水解反應，生成傘形酮，這種物質的熒光性非常強，而農藥對硫磷、七氯等會抑制這種水解反應，使產物的熒光性減小，從而使它的熒光強度—時間曲線的斜率值減小，這個差量正比于農藥的含量，即可計算出對硫磷的含量。例如，在膽堿酯酶的存在下，N-甲基吲羥醋酸酯會水解得到強熒光性的N-甲基吲羥，其激發峰在430nm，熒光峰在510nm。殘留的有機磷農藥對該水解反應有抑制作用，從而引起熒光強度—時間曲線初始斜率的減小，根據這一曲線初始斜率減小的程度，可以求得這些農藥的含量。

2.5免疫測定法于秋香以新西蘭大耳白兔為試驗對象，對它們進行免疫，制得對硫磷抗血清，測定其效價，結果是1∶2 000，然后用飽和硫酸沉淀法，得到純化的抗體[14]。殺螟松和甲基對硫磷與對硫磷相似，將這些物質進行交叉試驗，得到了前者0.06%，后者1.22%的結果。在5～1 000ng/mL范圍內，可做出標準曲線，用蔬菜制得對硫磷的實際樣品，檢測回收率，其平均值為52.00%。

2.6電化學方法用修飾材料修飾裸電極，制成生物傳感器[15-16]，對有機磷農藥進行電化學檢測，有機磷農藥在結構上和乙酰膽堿酯酶(AChE)的底物氯化乙酰膽堿(ATCl)相似，所以容易和AChE相結合，形成磷酰化乙酰膽堿酯酶，使酶的活性降低。根據有機磷農藥在所修飾材料和AChE修飾的電極上的電化學行為，來進行試驗參數優化，在這些條件下[17-18]，通過測定酶的抑制率來間接檢測，從而得到有機磷的殘留量，最終建立檢測有機磷的線性范圍[19]，檢測實際樣品。這種方法云集了很多優點，有機磷農藥殘留的電化學分析法具有快速和易實現的優點，是基于在電極表面開發的一種靈敏的，具有導電性復合材料作為模型酶用于固定乙酰膽堿酯酶的簡單而有效的方法，可利用電化學工作站和傳感器來檢測氯化乙酰膽堿和有機磷。

3小結與展望

有機磷農藥的過量使用通過食物鏈的富集作用進入人體，而在環境中的暴露、蓄積和殘留，對生物的危害，對生態環境和生態系統的破壞，都對人類的健康與食品的質量安全造成威脅。如今，應該加強在農藥殘留方面的檢測。目前有機磷農藥在國內的需求量和生產量不斷增加，因此對殘留有機磷農藥研究的檢測方法具有重要現實意義，其檢測研究方法較多，但各方法的條件及優缺點各不相同。例如：儀器昂貴、操作復雜、分析成本較高等，試驗時間較長、儀器不便轉移、檢測不夠迅速、對人員專業能力要求高，甚至污染環境等，因而在推廣應用中受限，難以應對現代檢測的要求。綜上所述，由于其他方法的受限，而電化學分析法具有制備方法簡便、樣品處理容易，結果迅速、靈敏，方便現場檢測等優點。

基于電化學方法的優點與可現場檢測的可實現性，且具有成本低、制備方法簡便、靈敏度高、選擇性和重現性較好等優點，電化學方法基于酶的有機磷電化學生物傳感器，是現如今發展起來的一種優點多、簡便快捷、靈敏、重現性好、可用于實際樣品檢測的較好方法。它的傳感器制備非常簡單，處理樣品也相對容易，并且檢測時，非常迅速和靈敏，整個檢測用到的電化學工作站體積小，便于移動，故可以用于農藥的現場檢測。此外，這種新方法也比較環保，許多材料，包括納米金、碳納米管等，已經被應用于傳感器的制作當中。固定化的乙酰膽堿酯酶有較高的親和力進而快速響應檢測，這種優點多、有潛在應用價值的電流型生物傳感器的制備成功為酶抑制劑的分析和用于殘留農藥的檢測研究提供了一種新的有應用前景的工具。

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基金項目沈陽市科技局資助項目(F14-181-1-00)。

作者簡介牛佳鈺(1992- )，女，河南鄭州人，碩士研究生，研究方向：環境與健康及機體微生態學。*通訊作者，教授，從事環境與健康及機體微生態學研究。

收稿日期2016-05-06

中圖分類號S 481+.8

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-087-03

DetectionMethodandResidualDamageofOrganophosphorusPesticide

NIUjia-yu,XIAOchun-ling*

(ShenyangMedicalCollege,Shenyang,Liaoning110034)

AbstractOrganophosphorus pesticide plays an important role in the healthy growth and pest control of crops. And the potential risks of monocrotophos in fruit and vegetable should be not be neglected. At present, organophosphorus pesticides are usually used in the pest control of some crops to prevent aphids and mites. In recent years, the abuse of pesticide caused more and more problems in environment pollution and food safety. These high toxic pesticides had relatively great toxicity to both human and animal. The damage of organophosphorus pesticide residues on environmental pollution and human health were simply elaborated. At the same time, residue toxicity mechanism and commonly used detection methods were researched.

Key wordsOrganophosphorus pesticides; Food safety; Enzyme polymorphism; Pesticide Residues; Biomarkers