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。20世纪60年代气相色谱应用于农药和药物残留分析, 大大提高了农药和药物残留量的检测水平。20世纪80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, 但所需设备昂贵, 需要专业人员操作, 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研究进展做一综述。

1 发光菌检测技术

研究表明, 不同种类的发光细菌的发光机制相同^〔1〕。即由分子氧作用, 胞内荧光酶催化, 将还原态的黄素核甘酸(FMNH2)及长链脂肪醛氧化为FMN及长链脂肪酸, 同时释放出最大发光强度在波长450~490 nm的蓝绿光。常用的发光菌有弧菌属和发光杆菌属的一些细菌。袁东星^〔2〕等人采用发光细菌快速检测蔬菜中有机磷农药的残留量, 通过发光菌对蔬菜中几种有机磷农药的抑光反应, 得出发光强度与试样中有机磷农药浓度呈负相关的结果, 其最小检测限可达到3 mg/L。目前, 发光菌检测技术广泛地应用于环境监测及食品安全检测中, 其在食品安全检测中主要用于农药兽药残留检测、重金属生物毒性检测等^〔3〕, 方法快速、简便、灵敏。但是发光菌被激活后, 它的发光强度会随时间的变化而改变, 造成检测结果不稳定。此外, 由于食品中成分复杂, 污染物浓度较低, 检测仪器达不到如此低的检测限, 所以该法在食品安全检测中的应用还不多见。

2 化学发光技术

化学发光(CL)是以发光物质鲁米诺(Luminol)、没食子酸(Gallicacid)等与有机磷农药进行的一些特殊的化学反应, 反应的中间体或反应物吸收反应所释放出的化学能而跃迁到激发态, 当它们从激发态回到基态时会发生光辐射, 光子通过光电倍增管和放大器后, 转变为电流且被放大, 在一定条件下电流大小与有机磷浓度成正比^〔4〕。根据反应原理有以下4种检测方法:(1)对乙酰胆碱酶抑制的CL方法; (2)对碱性磷酸酯酶的催化CL方法; (3)对于过氧化物与吲哚反应的方法; (4)对于鲁米诺与过氧化氢(H₂O₂)反应的方法。采用化学发光法检测有机磷农药, 其检测限可达到ng/kg级水平。Ayya2 gari^〔5〕根据碱性磷酸酯酶可以催化含磷酸酯化合物发生去磷酸化作用, 即乐果抑制磷酸酯酶的活性, 并产生微弱的发光信号检测乐果, 检测限为500 ng/L。饶志明^〔6〕等人以鲁米诺-H₂O₂体系对有机磷农药-甲基对硫磷进行化学发光分析, 发现聚乙二醇对反应有显著的增敏作用, 并建立了流动注射化学发光法(FIA-CL)测定甲基对硫磷的方法, 检测限可达0.02μg/ml。目前研究较多的是化学发光与免疫分析、分子印迹、微流控芯片等技术联用检测食品中农药兽药的残留^〔7〕, 但仍处于实验室阶段, 实际应用还很少。化学发光技术具有灵敏度高, 反应速度快, 选择性好, 仪器设备简单等优点, 更适合现场监测工作的开展。

3 免疫分析技术

应用于农药残留分析的免疫分析技术主要有放射性免疫分析(RIA)和酶联免疫分析(EIA)。由于RIA在仪器设备要求上的局限性, 使得EIA成为农药残留分析中应用最为广泛的技术之一。EIA在实际应用中有直接法、间接法、抗体夹心法、竞争法、抑制法等。免疫分析是根据抗原抗体特异性识别和结合反应为基础的分析方法。有机磷农药是小分子量农药(MW < 2 500), 要将农药小分子以半抗原的形式通过一定碳链长度的连接分子与分子量大的载体(一般为蛋白质)以共价键相偶联制备人工抗原, 以人工抗原免疫动物产生对该农药具有特异性反应的抗体(多克隆抗体), 利用杂交瘤技术制备出具有抗原特异性单一的抗体(单克隆抗体)。MA Kumar^〔8〕等采用酶联免疫分析技术和流动注射技术结合检测环境和食品中的甲基对硫磷, 其灵敏度高、特异性好。我国1999年刘曙照^〔9〕等研制出甲萘威酶免分析线性浓度范围在10^-1~10^-4μg/ml, 检测限低于0.01 ng/ml。王刚垛^〔10〕等人合成甲基对硫磷人工抗原并建立EL ISA分析方法, 其检测限达到5ng/ml。目前免疫分析技术主要以食品、环境中的农药、兽药残留作为检测对象, 据报道, 已有上百种农药建立起ELISA检测方法, 如多菌灵、克百威、对氧磷、对硫磷、甲基对硫磷等。某些有机磷农药的检测限可达到ng甚至pg级, 一些试剂盒已经商品化, 广泛用于现场样品和大量样品的快速监测^{〔11, 12〕}。至今为止由于它有很强的特异性, 1种试剂盒只能检测单一有机磷农药不能检测农药的多残留, 并且对结构类似的化合物还有一定程度的交叉, 再加上抗体制备难度大, 试剂盒的成本高, 这就限制了其在农残检测中的广泛应用。

4 生物传感器技术

生物传感器通常是指由一种生物敏感部件与转换器紧密配合, 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工具^〔13-16〕。当待测物与分子识别元件(由具有识别能力的生物功能物质如酶、微生物、抗原和抗体等构成)特异性地结合后, 产生的光、热等通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等, 由检测器经过电子技术处理, 在仪器上显示或记录下来, 从而达到分析检测的目的。

4.1 酶生物传感器

有机磷农药与乙酰胆碱酶酯基的活性部位发生不可逆的键合从而抑制酶活性, 酶反应产生的pH值变化由电位型生物传感器检测。其优点是快速、准确、可重复使用, 但是酶对底物具有高度专一性且稳定性较差。Bern-abeil M在一个生物传感器上偶联几种酶促反应从而增加了待测物的数目, 即用乙酰胆碱酶和胆碱氧化酶双酶系统, 制备了检测对氧磷和涕灭威的电流型H₂O₂传感器。

4.2 免疫生物传感器

利用抗体和抗原之间的免疫化学反应来制作的生物传感器。可以高灵敏度、高选择性、方便、快速地检测待测样品中的农药残留量。Wan^〔17〕等人研制了便携式的光纤免疫传感器检测甲基对硫磷, 其最小检测限为0.1 ng/ml。Anis等研制开发的光纤免疫生物传感器用于测定样品中的对硫磷与色谱法相比, 该法简便快速, 分析周期缩短了4/5。

4.3 微生物传感器

利用活微生物的代谢功能检测污染物, 一类是利用微生物在同化底物时消耗氧的呼吸作用; 另一类是利用不同微生物含有不同的酶, 把它作为酶源。具有能够适应宽范围的pH和温度的优点, 但选择性较差。Mulchan-dani等人将携带有机磷水解酶(OPH)基因片断的质粒转入一种摩拉氏菌的菌体内, 筛选得到可在胞外表达OPH的改良菌, 从而制备的传感器对甲基对硫磷和对氧磷的检测限可低达l×10^-6mol/L和2×10^-7mol/L^〔18〕。生物传感器已在环境监测、食品、医药等领域得到广泛应用。在有机磷的检测与其他分析技术相比, 生物传感器具有体积小、成本低、选择性及抗干扰能力强、响应快等优点, 也可同时检测多个样品, 灵敏度高。但目前生物传感器技术还存在稳定性差, 使用寿命短等问题。

5 展望

目前农药残留检测:发光菌技术主要应用于水质检测及环境规划, 随着技术的发展发光菌法将和电子技术以及光电技术相结合, 逐步发展为在线监测系统, 为有机磷农药现场监测提供更加快速的检测分析手段。化学发光是近年来发展起来的一种高灵敏的微量及痕量有机磷残留检测分析技术, 今后在改进和完善原有发光试剂和体系的同时, 新发光试剂的合成及与其他技术(如微流控芯片技术、传感器技术等)的联用, 更显示出化学发光分析技术快速、灵敏、简便的优点。ELISA技术与生物传感器技术目前还处于起步阶段, 随着分析技术的不断改进, ELISA减少交叉反应的发生, 进一步提高灵敏度及稳定性, 免疫试剂盒不断的商业化; 生物传感器的多功能化(1个传感器可检测多种农药残留), 降低产品成本, 提高灵敏度、稳定性和延长寿命, 它们在农药残留检测领域中会得到进一步的应用和推广, 使我国的农药残留快速检测技术的应用出现多元化的局面。