我国是农业生产大国, 农药年产量仅次于美国, 年使用量也居世界前列。随着农业产业化的发展, 农产品的生长越来越依赖于农药, 剧毒、高毒农药的大量使用与滥用对农业生产及生态环境的负面影响日益突出, 农药中毒事件时有发生。要预防和处理农药引起的环境、食品污染等问题, 最有效的策略就是及时、准确检测农药。提高检测能力和检测水平是保障食品、环境安全与人类健康的必要前提。现对色谱法、光谱法、生物传感器法、免疫法、快速检测法等用于农药检测的研究进展作一综述。

1 气相色谱法(GC)

色相色谱法具有选择性好、分离效能高、灵敏度高、样品用量少、分析速度快、应用范围广等特点, 是农药检测最常用的方法之一, 也是有机磷和氨基甲酸酯类农药检测的国家标准方法, 但要求条件较高, 气相色谱仪须配有适合的检测器和色谱柱等。

张秀尧等^〔1〕建立了一种测定水果蔬菜中常见的39种有机磷农药残留的气相色谱火焰光度检测方法。样品用含0.1%乙酸的乙腈提取、无水醋酸钠和无水硫酸镁盐析, 经N -丙基乙二胺填料(PSA)固相萃取净化, 提取液用等量的乙酸乙酯稀释, 气相色谱分离、火焰光度检测器检测。39种有机磷农药的加标回收率为74.3%~114%, 相对标准偏差为3%~12%, 检出限均 < 0.01 mg/kg。朱莉萍等^〔2〕使用气相色谱法检测蔬菜及其制品中15种有机氯农药和8种拟除虫菊酯类农药残留。将样品用(1+1)的丙酮+正己烷提取, 加入2%的硫酸钠溶液用正己烷进行液液萃取, 提取液用硅镁吸附剂层析柱净化, 采用DB-1701毛细管柱分离, GC-uECD同时检测, 2个水平加标回收率分别为79.8%~118.7%和85.6%~118.8%, 相对标准偏差分别为2.1%~9.2%和1.8%~8.6%, 检出限分别为有机氯农药0.001 mg/kg, 联苯菊酯、甲氰菊酯和三氟氯氰菊酯为0.002 mg/kg, 其余5种拟除虫菊酯类农药0.005 mg/kg。赵亚华等^〔3〕将样品用乙腈提取、Florisil小柱净化, 双柱-ECD同时定性、定量测定食品中30种有机氯和拟除虫菊酯农药残留, 分离效果较好, 线性范围较宽, 并呈良好的线性关系(r=0.99~0.9999), 在蔬菜、水果、粮食、茶叶中添加回收率为66.5~116.2%, 变异系数为0.7%~14.2%, 最低检出浓度为0.08~26 μg/kg。

2 高效液相色谱法(HPLC)

高效液相色谱法具有高分离效能、高速度、高灵敏度、高自动化、应用范围广等优点, 且不受样品挥发性和热稳定性的影响。

陈晓红等^〔4〕报道了测定水中11种痕量N-甲基氨基甲酸酯类农药及其代谢产物的高效液相色谱法。将水样经ODS -C ₁₈小柱富集、净化后, 以甲醇/水/乙腈为流动相, 在Waters氨基甲酸酯类农药分析专用柱(3.9 mm×150 mm)上进行梯度洗脱分离, 然后在碱性条件下(pH>9.0), 采用2-巯基乙醇和邻苯二甲醛(OPA)进行柱后衍生, 荧光法检测(λ_ex339 nm, λ_em445 nm)。结果显示, 11种N-甲基氨基甲酸酯类农药及其代谢产物在50.0~1500.0 μg/L范围内均具有良好的线性, 检出限为0.10~0.73 μg/L, 方法回收率为91.5%~104.1%, 相对标准偏差(RDS)均 < 7.6%。李萍等^〔5〕建立了肉和蛋中氨基甲酸酯类农药(NMCs)多组分残留高效液相色谱紫外检测法。样品以丙酮-氯化钠-二氯甲烷一步法提取, 提取液浓缩后, 经2次交联聚苯乙烯凝胶净化, C₁₈柱分离, 210 nm波长检测。5种NMCs检测限为3.2~13.3 μg/kg, 标准曲线线性良好(r=0.991~0.997), 蛋和肉样中添加2种不同浓度的NMCs, 平均回收率分别为81.6%~97.2%和70.7%~94.0%。董顺玲等^〔6〕用反相高效液相色谱法测定三七、西洋参、白芍和当归中涕灭威、呋喃丹、西维因3种氨基甲酸酯农药残留量。用丙酮超声波提取, 二氯甲烷液液分配萃取, 中性氧化铝层析术(25 cm×1.5 cm)净化, 采用YWG-C₁₈色谱柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm), 以乙腈-水(38:62)为流动相, 流速为1.0 mL/min, 检测波长分别为200 nm (检测涕灭威、呋喃丹)和220 nm (检测西维因)。3种农药的添加回收率分别为83.1%~91.5%, 90.1%~110.6%, 94.0%~96.9%;RSD分别为3.5%~8.0%, 1.9%~7.6%, 2.9%~6.3%;检测限(S/N=3)分别为2.4×10^-10, 8.4× 10^-11, 4.4×10^-11 g。

3 紫外-可见光分光光度法(UV-Vis)

紫外-可见光分光光度法的灵敏度和准确度高, 仪器简单, 操作方便, 快速可靠, 易于掌握和推广。

Cheng等^〔7〕利用分光光度法联合液芯波导与光强技术检测超痕量有机磷农药。以过硫酸钾作为氧化剂, 纳米二氧化钛作为催化剂, 有机磷农药在紫外线作用下降解为磷酸盐。在最适选择条件下, 磷酸盐线性光强度响应范围是2.0× 10^-11~8.0×10^-10 g/ mL, 检出限为6.7×10^-12 g/ mL。可成友等^〔8〕建立了甲胺磷、毒死蜱、敌百虫、乐果、克百威、灭多威分光光度检测法, 并与F2000农药残留毒性快速检测仪测定结果进行对比。结果显示, 2种方法的抑制率基本一致, 加标回收率分别为82%~97%和81%~105%, 相对偏差为2.3%~7.0%。赵燕燕等^〔9〕建立了百草枯血药浓度的紫外分光光度测定法。将血样经20%三氯乙酸去蛋白处理, 采用50μL微量比色池, 在257 nm波长进行测定。血中百草枯浓度在0.05~50 μg/ mL范围内呈现良好的线性关系(r=0.9999), 回收率为90.0%~102.5%, RSD为3.8%~4.1%, 检出限为0.01 μg/ mL。

4 荧光分析法(Fluorometry analysis)

荧光分析法具有简便、快捷、准确、灵敏度高、线性范围宽、成本低等特点。

王玉田等^〔10〕介绍了一种基于小波分析构造的新型神经网路-小波神经网路, 利用它并适当选取网络结构和小波基, 实现了对卡死克、盖虫散和吡虫啉3种农药荧光光谱的分类识别。王忠东等^〔11〕设计了一种用于检测氨基甲酸酯类农药残留的荧光系统, 筒式光纤探头激发并探测荧光, 利用相应的信号处理电路实现了计算机管理。利用该系统和稳态光谱仪对西维因进行了对比实验, 在激发波长为319 nm、荧光波长为654 nm时, 最小检测浓度为5×10^-7 μg/L。当西维因浓度范围在0.0~120.0 μg/L之间时, 系统具有较好的线性关系(r=0.9996, S/N=5)。孙玲等^〔12〕采用3倍频的调Q脉冲固体NdYAG激光器, 输出波长为355 nm, 光谱仪和像增强型电荷耦合器件(ICCD)作为探测系统, 由计算机采集光谱数据, 测量了虫胆畏、斑潜净、多抗霉素、代森锰锌和多菌灵5种农药的荧光谱。王书涛等^〔13〕研究了一种用于测量卡死克农药浓度的荧光光纤测量系统, 采用高压汞灯作为激发光源, 结合光纤传感技术和微弱信号检测技术, 对卡死克的标准溶液进行测试, 在0.050~1.000 μg/ mL浓度范围内, 荧光强度与浓度基本呈线性关系。

5 酶联免疫吸附法(ELISA)

酶联免疫吸附法的特点是灵敏度高、特异性强、干扰小、安全性高、污染少、操作简便、处理样品量大、不需要昂贵的仪器设备。

Chuang等^〔14〕应用ELISA定量检测人尿中2, 4-二氯苯氧乙酸(2, 4-D), 并与气相色谱/质谱(GC/MS)法相比较。将样品用含有0.05%吐温和0.02%叠氮钠的磷酸盐缓冲液稀释(1:5), 在96微孔板中完成免疫分析, 相对标准偏差为1.2%~22%, 日间偏差在±20%之内, 回收率>70%, 精确度在±20%, 检出限为30 ng/ mL。Bun Kyung Lee等^〔15〕报道了基于单克隆抗体的酶联免疫吸附法检测有机磷杀虫剂敌匹硫磷, 间接竞争ELISA法的半数抑制浓度(IC₅₀)为4.0 ng/ mL, 检出限为0.7 ng/ mL; 直接竞争ELISA法的IC₅₀为6.0 ng/ mL, 检出限为0.9 ng/ mL。2种方法的抗体与敌匹硫磷的代谢物和其他有机磷农药无交叉反应。Won Young Lee等^〔16〕提出了检测有机磷杀虫剂异硫磷的酶联免疫吸附法, 间接竞争ELISA法的IC₅₀为26 ng/ mL, 检出限为4.8 ng/ mL。强化米和莴苣中回收率分别为30%~328%和52%~197%。Kim等^〔17〕研究了酶联竞争免疫吸附法检测有机磷杀虫剂杀螟松, 使用这种抗体和包被抗原的间接竞争ELISA法的IC₅₀为14 ng/ mL, 检出限为3.0 ng/ mL; 使用酶标记的直接竞争ELISA法的IC₅₀为17 ng/ mL, 检出限为1.6 ng/ mL。2种方法的抗体都与杀螟松的代谢产物以及除甲基对硫磷和乙基对硫磷之外的其他有机磷农药无交叉反应。

6 生物传感器法(Biosensor)

传感器法具有选择性高、分析速度快、准确性高、操作简单、价格低廉等特点。

闵红等^〔18〕利用液相沉淀法合成了金掺杂的二氧化钛复合纳米粒子(Au-TiO₂), 以壳聚糖为交联剂, 制备了AuTiO₂复合纳米粒子修饰的电化学传感器, 利用示差脉冲伏安法在最优条件下对对硫磷进行了检测, 检测范围为1.0~7.0 ×10³ ng/ mL, 检测限达到0.5 ng/ mL。徐洁等^〔19〕以敌百虫为模板分子, 循环伏安法制备分子印迹膜, 作为识别元件沉积在压电石英晶体铂电极表面制成敌百虫压电传感器, 最初响应时间仅为10 s, 到达平衡时间13 min, 检测限为1.0×10^-9 mol/L。康天放等^〔20〕研制了一种用于测定有机磷和氨基甲酸酯类农药的安培型生物传感器。将乙酰胆碱酯酶固定在再生丝素粉末上, 再将其与石墨粉、非导电的环氧树脂和电催化剂7, 7, 8, 8-甲氰基醌二甲烷充分混合在一起, 制备成生物传感器。当氧化乐果及克百威的质量浓度分别在5.0×10^-5~5. 0×10^-3 mg/L和5.0×10^-5~1.0 mg/L范围内时, 抑制率与其浓度的对数呈线性关系, 检测限可分别达1.9×10^-5和4.7×10^-5 mg/L。杨明艳等^〔21〕采用自组装二氯二苯三氯乙烷(DDT)抗体固定化技术, 研究了以36°-YXLiTO₃为基底的双通道水平剪切声表面波(SH-SAW) DDT免疫生物传感器。该传感器的检测下限为 < 1.57×10^-9 μg/L; 在6×10^-9~29×10^-9 μg/L检测范围内, 传感器输出频率的变化与DDT的浓度成较好的线性关系。

7 快速检测方法

快速检测方法包括酶抑制率法^〔22〕、速测卡法^〔23〕、食品理化检验箱^〔24〕等, 基于有机磷和氨基甲酸酯类农药能抑制乙酰胆碱酯酶的酶促反应原理, 用有颜色变化的化学反应体现农药浓度, 可用于有机磷农药和氨基甲酸酯类农药的检测, 该方法成本低、试剂简单、速度快, 无需精密的仪器, 操作方法容易掌握。

8 小结

色谱法应用范围广、重现性好、测定结果可靠, 但检测成本高, 需要昂贵的仪器设备, 复杂的样品前处理过程, 一般适于实验室定性定量分析, 不适合现场快速检测。分光光度法只能检测一种或具有相同基团的一类农药, 灵敏度不高, 一般只能作为定量测定方法。荧光法的灵敏度比分光光度法的灵敏度提高2~3个数量级, 但不易掌握, 容易产生非特异荧光或引起荧光淬灭。酶联免疫吸附法灵敏度高、特异性强、安全性好, 但一种试剂盒只能检测一种有机磷或氨基甲酸酯类农药, 且抗体制备难度大。生物传感器具有灵敏度高、选择性强、检测限低等优点, 但生物固化膜不稳定, 其固定技术是今后研究的关键。日常工作中以实验室仪器分析为主, 可几种检测方法联用, 如气相色谱-质谱联用、高效液相色谱-质谱联用, 减少干扰物的影响, 提高灵敏度。虽然快速检测方法有稳定性、灵敏度问题, 但其经济、快捷、操作简单、体积小, 适合大批样品的筛选和现场快速检测, 便于基层广泛推广, 可作为仪器分析方法的有益补充。