食品中農藥殘留檢測技術研究進展

◎ 高 歡，魏孟輝，張俊霞

（深圳市深糧質量檢測有限公司，廣東 深圳 518112)

食品中過量的農藥殘留會對人體產生急性或慢性的毒害作用，其是否超標直接關系著人們的身體健康。因此，農藥殘留的檢測顯得至關重要。目前食品中農藥殘留檢測所使用的常規方法主要有高效液相色譜法、氣相色譜法及色譜-質譜聯用法等[1]。另一方面，現代食品檢測技術得到迅速發展，不僅優化了常規檢測方法，更是產生了許多快速檢測方法，包括光譜法、酶抑制法、免疫分析法及生物傳感器法等。如果能夠將現代檢測技術應用到食品農藥殘留檢測當中，勢必可以提高檢測效率及準確性，提升食品中農藥殘留的檢測技術水平。本文就目前食品中農藥殘留檢測技術的研究現狀進行了綜述，詳細介紹了農藥殘留常規及快速檢測方法，并對今后的發展趨勢進行了展望，以希望推動食品中農藥殘留檢測技術的深入研究和應用。

1 常規檢測方法

常規檢測方法是目前使用較多的方法，當前環境下，色譜及質譜法因其能同時檢測多種農藥殘留、檢測精度高，被廣泛應用于食品農藥殘留檢測中。

1.1 氣相色譜法

氣相色譜法是各種檢測方法中較為常見的一種檢測方法，對于有機氯、有機磷及擬除蟲菊酯等易氣化、易揮發的農藥殘留通常采用氣相色譜法進行檢測。電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector，ECD）主要用于檢測有機氯和擬除蟲菊酯類農藥，氮磷檢測器（Nitrogen Phosphorus Detector，NPD）或火焰光度檢測器（Flame Photometric Detector，FPD）則主要用于有機磷類農藥的檢測。

在提取試劑、提取方式、凈化劑及色譜條件等的選擇上，許多學者也在不斷研究。黨富民等[2]在測定食品中有機磷農藥殘留含量時，通過綜合比較多種有機試劑，選擇乙腈作為提取劑，同時優化了升溫程序，樣品經色譜柱HP-50+（30 m×0.25 mm×0.25 μm）分離，氣相色譜（FPD檢測器）進行檢測，建立了一種能同時檢測蔬菜、水果中27種常用有機磷農藥的方法。結果表明該方法準確性高，完全能夠用于大批量蔬菜、水果的有機磷類農藥殘留的分析。因此，前處理及色譜條件的選擇對于大量農藥種類的分析檢測具有重要作用。

此外，固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）、分散固相萃取（Dispersive Solid-Phase Extraction，DSPE）、超臨界流體萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）、凝膠滲透色譜（Gel Permeation Chromatography，GPC）、QuECHERS等前處理技術也與氣相色譜技術相結合，陸高峰[3]采用超臨界CO2萃取生菜中的有機氯農殘，通過優化萃取壓力、溫度、流量及時間等條件，使各農藥殘留回收率達到80%以上，該前處理方法更加方便快捷。石亞亭等[4]采用QuECHERS前處理技術與氣相色譜相結合，對蔬菜、水果中12種有機磷農藥殘留進行檢測，檢出限、線性范圍、線性相關系數的范圍分別為6～10 μg·kg-1、0.01～1.00 mg·L-1、0.996 5～0.999 3。

1.2 高效液相色譜法

針對氨基甲酸酯類等難氣化、熱穩定性差的農藥殘留可采用高效液相色譜法進行檢測，其通常使用乙腈、甲醇等有機溶劑作為流動相，C8、C18等為色譜分離柱、熒光檢測器（Fluorescence Detector，FLD）、紫外檢測器（Ultraviolet Detector，UVD）等作為檢測裝置來對農藥殘留進行分離與分析。2021年，SOUSA等[5]在測定豬肉組織不同部位（腎臟、肝臟和肌肉）中N-甲基氨基甲酸酯時，通過超聲輔助QuEChERS方法對其進行前處理。用酸化（1%乙酸，v/v）乙腈提取后，經柱后衍生和分散固相萃取去除雜質，采用反相高效液相色譜熒光檢測器對樣品進行測定，其中流動相為水∶乙腈（90∶10，v/v）和水∶乙腈（20∶80，v/v）。結果顯示該方法線性良好，回收率一般在68.6%～119%，方法檢測限為0.1～2 μg·kg-1，定量限為0.14～6 μg·kg-1。

除氨基甲酸酯類，學者們在其他類農藥殘留檢測上也進行了研究，并取得了良好效果。MAHDAVI等[6]用QuEChERS方法對開心果進行凈化時，以伯胺和仲胺作為吸附劑，提取凈化后通過反相高效液相色譜法對樣品進行分離和定量。結果表明，啶蟲脒和吡蟲啉的回收率分別為81.05%～113.57%、70.37%～89.80%，相對標準偏差＜12%。

1.3 色譜-質譜聯用法

氣相色譜、高效液相色譜均可與質譜進行聯用，試樣中各組分經色譜儀分離后進入質譜儀，在質譜儀離子源中發生電離，從而生成不同荷質比的帶電荷離子，在質量分析器磁場的作用下依次到達檢測器，通過最后形成的質譜圖對組分進行鑒定。色譜-質譜聯用法不僅具有色譜法的高效分離能力，又具有質譜法的高鑒別力，被廣泛應用于農藥殘留檢測領域。2021年，曹紅娣[7]基于在線凝膠滲透色譜-氣相色譜質譜聯用儀，將菜瓜采用GB 23200.113—2018中QuEChERS前處理法，建立了一種新的農藥殘留檢測方法，該方法同時測定菜瓜中9種常見農藥的殘留情況。結果表明，9種農藥在5～500 μg·L-1范圍內線性關系良好，添加的5個水平的9種農藥的回收率和精密度（n=6）范圍分別為71%～103%、1.8%～7.5%。

多級串聯質譜是對上級質譜產生的離子進一步裂解產生次級質譜，并對次級質譜進行分析的技術，其具有更高的靈敏度，應用更為廣泛。GUO等[8]建立了同位素標記內標法用于檢測4種魚類中22種農藥和代謝物殘留，樣品經過乙酸∶乙腈（1∶99，v/v）萃取，固相萃取（PEP-plus）純化，分散固相萃取（PSA和C18）凈化，最后通過液相色譜-串聯質譜進行分析。結果表明，目標化合物在0.1～100.0 ng·mL-1范圍內線性良好，相關系數均大于0.99；在3個加標濃度水平（0.5 ng·g-1、5.0 ng·g-1和100.0 ng·g-1）下，回收率均在70%～120%范圍內，其中方法的定量限為0.5～5.0 ng·g-1。

學者們對于質譜儀不同的離子源和質量分析器在農藥殘留檢測中的應用，也進行了深入的研究。實時直接分析質譜技術（Direct Analysis in Real Time，DART）是近年來出現的具有實時、原位分析等特點的一種常壓敞開式離子化新技術。HAKAMI等[9]測定谷物中30種農藥殘留時，研發了一種QuEChERS方法，采用PSA和C18的混合物對樣品進行凈化，并用實時直接分析飛行時間質譜技術（DART-ToF-MS）和氣相色譜-質譜法對樣品進行檢測。結果表明，兩種方法共鑒定出19種農藥，DART-ToF-MS法鑒定出其中16種，氣相色譜-質譜法法鑒定出13種，這表明兩種質譜技術是互補的，都可以用于谷物中農藥的綜合鑒定。

2 快速檢測方法

常規檢測方法需要通過化學手段對樣品進行富集處理，再進行上機檢測，具有成本高、耗時長的特點，針對農藥殘留的快速檢測方法有光譜分析法、免疫分析法、酶抑制法和生物傳感器法等。

2.1 光譜分析法

光譜分析法是根據物質的光譜特性來鑒別物質、確定化學組成及相對含量的方法，它的主要優點是靈敏、迅速。由于大部分農藥具有特殊的化學結構，不同的結構又具有特殊的光學特性，據此可以實現針對不同種農藥的快速檢測，是一種快速無損的檢測方法。目前應用較多的有紅外光譜、表面增強拉曼光譜、激光誘導擊穿光譜等。

2.1.1 紅外光譜

紅外光譜法是基于物質對特定波長紅外射線的吸收來對物質進行分析和鑒定，其中近紅外光譜在農藥殘留檢測中應用較多。2021年，LI等[10]建立了一種基于近紅外光譜和支持向量機分類的農藥殘留定性檢測模型，利用該模型對無農藥殘留和含農藥殘留的紫甘藍進行鑒別，其中藥水比為1∶100，對選用的高效氯氰菊酯、阿維菌素和苦參堿的分類鑒定正確率分別為90%、100%和100%。有學者將紅外光譜技術與其他技術相結合，對待測農藥進行濃縮、富集，并通過適當的建模分析，來提高光譜技術的檢出限。傅立葉變換衰減全反射紅外光譜法（Fourier Transform Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy，ATRFTIR）對于較難制備的樣品具有其獨特的優勢，樣品無需預處理，可直接被應用于農殘檢測中。索少增等[11]在蘿卜農藥殘留檢測中，將ATR-FTIR光譜與近紅外光譜技術進行比較，并建立數學模型，得出ATRFTIR的農藥殘留檢測具有更高精度的結論。

2.1.2 表面增強拉曼光譜

表面增強拉曼光譜法是利用拉曼光譜的某種增強效應來對物質進行分析、鑒定，通常是將物質吸附在膠質金屬顆粒如銀、金或銅等粗糙表面。用于農藥殘留檢測的各類拉曼信號增強基底的開發成為學者們研究的熱點，2021年，LIN等[12]將金納米星作為表面增強拉曼光譜的基底，金納米星的尖尖可以增強分析物分子的拉曼信號，其粗糙形貌可以實現良好的底物-分析物間的相互作用，該方法對綠茶中百草枯的檢測限為0.2 mg·kg-1。CHESHARI等[13]將分子印跡技術應用于拉曼光譜基底制備上，在銀納米粒子上涂上一層薄薄的二氧化硅（SiO2）殼后，以多菌靈為模板通過沉淀聚合在Ag@SiO2上進行分子印跡，復合Ag@SiO2分子印跡聚合物（Molecular Imprinting Polymer，MIP）可以選擇性地重新結合，并可成功檢測低至10-9mol·L-1濃度下的多菌靈。

2.1.3 激光誘導擊穿光譜

激光誘導擊穿光譜是將超短脈沖激光聚焦在樣品表面后，樣品氣化并受激產生等離子體，通過等離子體發射的光譜信息來確定樣品成分和含量。2019年，趙賢德等[14]在被測蘋果樣品表面涂抹幣族金屬納米粒子，并對其增強效果進行優化。選取在80 nm銀納米粒子、0.2 μs延時時間的最優條件下，采集蘋果表面毒死蜱5個濃度點的激光誘導擊穿光譜，以毒死蜱中磷元素4個特征峰作為依據對光譜的檢測效果進行評估。通過定量化擬合曲線得到納米增強激光誘導擊穿光譜對毒死蜱的檢測限為1.61 μg·cm-2。甘蘭萍[15]將溶液中敵草快和腐霉利轉化為固體樣品，利用石墨吸附農藥溶液后，采集樣品的激光誘導擊穿光譜。經光譜預處理和變量篩選算法優選后，可以有效提高相應定量分析模型的穩定性，證明采用雙脈沖激光誘導擊穿光譜可以對敵草快和腐霉利進行快速、有效的檢測。

2.2 酶抑制法

酶抑制法是基于有機磷和氨基甲酸酯類農藥對動物體內乙酰膽堿酶具有抑制作用的原理，通過檢測酶抑制情況來獲取樣品中農藥殘留信息，目前這種方法只能檢測有機磷和氨基甲酸酯類農藥。分光光度法和試紙法是利用酶抑制原理檢測的兩個主要方式，其中分光光度法是通過測定酶溶液的吸光度變化來計算酶的抑制率，試紙法則是通過將酶和底物固定在濾片上來檢測固定酶反應的抑制率。羅俊霞等[16]、蘇鶴等[17]比較了市售農殘快檢試劑盒對有機磷類農藥的敏感性，通過抑制率與農藥濃度常用對數的線性擬合曲線，得出試劑盒對不同種農藥的敏感性均不相同。有學者[18]將圖像識別技術與傳統的試紙檢測方法相結合，將農藥殘留試紙檢測結果進行拍照識別和數據提取，將主觀粗略辨識的顏色進行了更加精細的劃分，并建立了5個安全等級；通過100份樣品試驗，符合及不符合國標安全要求的檢測準確率分別為95.23%、91.37%。速測卡法和分光光度法是我國的標準檢測方法，方法雖然簡單、快速、易操作，但其靈敏度較差、檢測農藥種類有限，并且不同廠家產品的檢測數據缺乏可比性，對于陽性樣品需要用色譜法進一步驗證。

2.3 免疫分析法

免疫分析法是基于抗原和抗體之間的特異性結合對物質進行檢測的方法，可以用于食品中農藥殘留的檢測。在農藥殘留檢測中以酶聯免疫吸附分析（Enzyme-linked Immunosorbent Assay，ELISA）、熒光免疫分析（Fluorescence Immunoassay，FIA）、膠體金免疫層析（Colloidal Gold Immune Chromategraphic Assay，GICA）等方法最為常用。免疫分析法的關鍵是相應農藥抗原、抗體的制備，2020年，周丹等[19]在自主選育的甲萘威和克百威單克隆抗體基礎上，研究并制備出了一種農藥殘留快速檢測陣列芯片，可實現30 min內同步定量甲萘威和克百威，其檢測限分別為0.09 ng·g-1、0.11 ng·g-1，線性范圍分別為0.18～1 500 ng·g-1、0.33～3 000 ng·g-1。結果表明該芯片檢測結果與液相色譜-質譜聯用檢測結果高度一致。ZHANG等[20]使用熒光標記的寡核苷酸和金納米顆粒檢測農產品中有機磷農藥（三唑磷、對硫磷和毒死蜱）。通過修飾探針表面上相應抗體和熒光標記的寡核苷酸來構建分析物的AuNP探針，選擇6-FAM、Cy3和德克薩斯紅3種熒光團。該方法對三唑磷、對硫磷和毒死蜱的線性范圍分別為0.01～20.00 μg·L-1、0.05～50.00 μg·L-1和0.5～1 000.0 μg·L-1，檢測限分別為0.007 μg·L-1、0.009 μg·L-1和0.087 μg·L-1，平均回收率在77.7%～113.6%。免疫分析法雖然特異性強、靈敏度高，需要明確待檢農藥，針對待檢農藥制備相應抗體，并且抗體制備復雜、成本較高，過高的售價不利于推廣普及。

2.4 生物傳感器法

生物傳感器是用一種固定化的生物物質將生化反應轉變為電信號，并進行檢測的儀器，其體積小、靈敏度和準確度高、選擇性好。生物敏感材料及換能原件的選擇是生物傳感器分析物質的關鍵，在農藥殘留上主要使用的生物活性物質有酶、核酸適配體、抗體、抗原、微生物等，換能器包括光電轉換器、電化學電極等。KILEL等[21]以鈷鐵氧體納米顆粒（COFE2O4NPs）、多 壁 碳 納 米 管（MWCNTs）和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[Emim] BF4）離子液體（IL）納米復合物為基礎，研制出一種用于檢測水果中殺螟硫磷的新型電化學傳感器，其線性范圍為0.02～160 μmol·L-1，檢測限和定量限分別為0.013 5 μmol·L-1、0.025 3 μmol·L-1。

將其他檢測方法，如酶抑制法等與生物傳感器相結合也是現在學者的研究重點。2021年，SINGH等[22]開發了一種基于乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase，AChE）酶抑制的電化學生物傳感，用于有機磷農藥殘留的檢測。將合成氧化鈦和二硫化鉬納米材料沉積于電極上，使用戊二醛和殼聚糖交聯，最后將AChE固定在電極表面上。該傳感器的檢測限為50 pmol·L-1，并且在有機磷檢測中具有較好的重現性和穩定性。不同種類的生物傳感器特點及適用性不同，需要針對特定農藥研究相應的識別及傳感元件，其從實驗室走向大范圍應用仍還有一定距離。

3 結語與展望

在各類農藥殘留檢測方法中，目前色譜法及色譜-質譜聯用法仍是使用最多、最準確的定量方法。其中色譜-質譜聯用法最為常用，但是操作復雜、成本較高；色譜法操作相對簡單，對于某些無法通過色譜法進行準確鑒定的物質只能通過質譜法進行檢測。各類前處理技術發展迅速，其與色譜、色譜-質譜技術的聯用，使得前處理過程更加快速、簡便，檢測結果更加準確；在色譜分析的基礎上，質譜儀也在朝著靈敏度更高、選擇性更好、操作更加簡便的方向發展。除了常規檢測方法，學者們在農殘快速檢測方法上也在不斷研究，并取得了較大發展，在一定程度上能夠滿足食品農藥殘留快速檢測的需求，然而仍然存在一些問題。例如光譜分析法中，光譜儀的選擇、樣品處理方式、基底的選擇等都可能會影響檢測結果，且統一建模難度大，使得光譜分析法在實際應用中還有諸多限制。

在農藥殘留常規檢測方法的前處理領域、快速檢測方法的材料制備等方面，納米生物技術、微流控技術、分子印跡技術等新型技術將繼續成為研究熱點，并且不同形式的檢測技術將呈現多學科及多元化交叉發展的新局面，強強聯合的檢測技術將被更多的應用于農藥殘留檢測領域；在儀器方面，高靈敏度、微型化、操作簡便、多通道檢測是未來農藥殘留檢測儀器的發展方向；同時制定統一的標準規范，對于農藥殘留檢測的實際應用具有積極意義。