2011年39卷第6期 广州化工 ・31・ 有机磷农药多残留检测方法的研究进展 谢桂勉 (揭阳职业技术学院,广东 揭阳522000) 摘 要:建立高效快速的有机磷农药多残留检测方法是近年农药残留检测的一个热点。在多残留检测领域,仪器分析法和酶 抑制法发挥着越来越重要的作用,而免疫分析法、生物传感器分析法成为新兴的检测方法。综述了上述有机磷农药多残留检测方法 的研究进展,并对发展方向进行了展望。 关键词:有机磷农药;多残留;检测方法 Research Progress of Multi——residue Detection Method of Organophosphorus Pesticides xlE Gui—mian (Jieyang Vocational and Technical College,Guangdong Jieyang 522000,China) Abstract:Establishment of efifcient and rapid organophosphorus pesticides multi—residue detection method was a hotspot in recent year.In multi—residue determination field,methods of instrument analysis and enzyme inhibition analy— sis played a more and more important role.while immunoassays and biosensor analysis methods became the emerging de— tection methods.The research progress of multi——residue detection method of organophosphorus pesticides was summarized and the development of the determination method was prospected. Key words:organophosphorus pesticides;multi—residue;detection method 我国农药年产量仅次于美国,大约260个农药品种中,有机 限在0.1~0.5 g/kg之间。 磷杀虫剂占了大部分。农业部2000年底对我国14个经济较发 目前气相色谱和质谱的联用技术也广泛应用于有机磷农药 达省会城市的2110个样品检测发现,蔬菜中农药超标31.1%, 的检测。GC—MS作为一种发展相对成熟的检测手段,适合多种 其中尤其以有机磷农药残留最为突出。2002年春节期问,江苏 残留成分的分析。柳洁等 选择DB—IMS色谱柱对有机磷中 省有关部门抽查检测蔬菜中农药残留超标达34%。近年来,有 毒者血样中25种有机磷农药进行检测,检出限为2O~30 ng/mL。 机磷的使用得到有效的监管,但中毒事件仍层出不穷。有机磷 董静等 用GC/MS法检测到果蔬中54种农药残留。Zhu等 建 残留仍然是食品中的主要安全问题之一,它不仅可以通过环境 立一种基于固相微萃取(SPME)前处理的GC—MS方法,可同时 和食物链的作用间接对人体健康造成潜在危害,而且最高残留 检测18种有机磷农药,检测限在0,01~55 L之间。 限量也成为各贸易国之间重要的技术壁垒。因此,建立一套简 便、快速、灵敏的检测方法,同时采取有效的检控措施,减少和控 1.2高效液相色谱 制药物残留的发生势在必行。 高效液相色谱法是在液相色谱柱层析的基础上,引入气相 色谱的理论并加以改进而发展起来的一种色谱分析方法。通常 1 仪器分析方法 高效液相色谱法的检出限比气相色谱的要高,对于气相色谱法 (GC)不能分析的高沸点或热不稳定的农药可以进行有效的分 1.1气相色谱法 离检测。陈珠灵等 采用高效液相色谱法对蔬菜中甲基对硫 气相色谱法是农残分析中最重要的方法之一,是目前有机 磷、乙基对硫磷、甲拌磷进行同时分离和检测,对样品的提取、净 磷农药多残留分析的主要手段,具有灵敏、方便、可准确定性定 化以及检测的色谱条件进行筛选和优化。以shim—packVP— 量的特点。王桂才…采用Agilent6890气相色谱仪(带FPD检测 ODS为分离柱;流动相为甲醇:水(V/V)=85:15,紫外检测波 器)和DB一17毛细管柱检测有机磷农药残留,探索了适宜的色 长为250 rim。该方法所测得的3种有机磷在0.02—2.0|Lg/L内 谱条件为:进样口温度230 oC,检测器温度250 oC,初始柱温 具有良好的线性,检出限达1.0~5.0 g/L,加标回收率在 l10℃,以15℃/min速度升至260℃保持7 min,270℃后运行 97.44%一101.22%。He等 以离子液体[C8MIM][P ]为萃 3 inin,氢气流量75 mL/min,空气流量100 mL/min,柱流量(氮 取剂,采用分散液液微萃取前处理技术,建立了检测水中5种有 气)1.5 mL/min。Bidari等 建立了一种采用超声波辅助溶剂萃 机磷的HPLC法,最低检测限达到0.1~5.0 g/L。目前高效液 取和分散液液微萃取双重前处理的检测西红柿中有机磷残留的 相色谱和质谱的联用技术(HPLC—MS—MS)也已成功应用于有 GC—FPD法。方法的检测范围在0.5~l 000 g/kg之间,检测 机磷农药的检测I s io J。 作者简介:谢桂勉(1982一),男,助教,主要从事食品质量与安全研究。E—mail:xieguimian@163.com ・32・ 广州化工 2011年39卷第6期 2酶抑制法 酶抑制法是根据有机磷农药能特异性抑制乙酰胆碱酯酶或 某些植物酯酶的活性的原理建立的半定量分析方法。乙酰胆碱 酯酶抑制法是研究最多且相对成熟的一种快速检测技术。乙酰 胆碱酯酶抑制法是利用有机磷农药可特异性地抑制昆虫中枢和 单克隆抗体,建立了二甲氧基硫代磷酸酯类有机磷农药的多残 留检测ELISA方法。检测甲基对硫磷、甲基毒死蜱、甲基立枯 磷、倍硫磷、马拉硫磷、杀螟硫磷的Ic 。值为0.58~10.47 g/mL。 4生物传感器法 生物传感器是利用生物活性物质,如酶、抗原、抗体、细胞、 组织等作为传感器的识别元件,与样品中的待测物质发生特异 性反应,通过适当的换能器将这些反应(形成复合物、发色、发光 等)转换成可以输出检测的信号(电压、频率等),通过分析信号 周围神经系统中乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性,破坏神经的正常 传导,使昆虫中毒致死这一毒理学原理,将AChE与样品反应,根 据AChE活性受到抑制的情况,可判断出样品中是否含有有机磷 农药。刘伟… 采用高灵敏度的乙酰胆碱酯酶一硫代黄素T体 系作为识别元素,建立了无底物酶一荧光探针农残快速检测新 方法。优化条件下获得对氧磷和毒死蜱最低检测限为7.87 L和9.23 g/L。王小瑜” 比较了家蝇、鲤鱼脑和鸡肝三种 来源的乙酰胆碱酯酶对敌敌畏、敌百虫和氧乐果3种有机磷农 药的敏感性,确定家蝇的乙酰胆碱酯酶较理想。 植物酯酶抑制法也有不少成功应用于有机磷多残留检测的 报道。董超等 分别研究了甲胺磷、敌敌畏、对硫磷、辛硫磷 4种农药对面粉酯酶的抑制效果,其结果表明,除对硫磷外,其余 3种农药检出浓度为10 —10。(V/V)。侯明迪 采用新磨制 的面粉酯酶测定有机磷农药敌敌畏和甲基对硫磷的条件、方法, 并采用酶促反应速率替代反应平衡时的吸光度值来表示酶的活 性方法,建立了两种农药的酶抑制方程,研究结果表明该方法对 有机磷农药敌敌畏的最小检出浓度为0.01 mg/kg。用稀释溴水 对甲基对硫磷活化处理后,检测灵敏度可提高50~1oo倍,其最 低检出限为0.166 mr,/kg。林素英等 研究了多种豆类酯酶的 提取及酶活力的测定,并根据酶抑制法原理,研究了各种不同豆 类来源的酯酶对有机磷农药的敏感性。结果表明,不同豆类来 源的酯酶对敌敌畏、甲胺磷等8种农药的敏感性不同,其中以绿 豆、黑豆来源酯酶的总酯酶活力和敏感性最好。 3免疫分析法 免疫分析法是将免疫反应与现代测试手段相结合而建立的 超微量测定技术。根据引入示踪物的不同,免疫分析法可分为 荧光免疫测定法(FIA)、酶免疫测定法(EIA)、放射免疫测定法 (RIA)和流动注射免疫测定法(BIA)。自1983年以来,随着EIA 的稳定性和灵敏度不断改善,它在农药分析中得以广泛应用,尤 其是酶免疫吸附测定法(ELISA)应用最广泛,现已成为首选 方法。 目前,利用ELISA实现有机磷农药的快速多残留检测已经 成为国内外残留检测的一种新趋势。1988年以来,Sudi , Banks 。Johnson_l8_,Colin[Jg],Alcocer【20],Jang 等先后在这方 面做了大量的研究,并取得了一定的研究成果。近年来,这方面 的研究仍在继续深入地开展。刘贤进等 以二乙基膦酸乙酸为 半抗原,制备了广谱特异性多克隆抗体,该抗体对毒死蜱、氧乐 果、二嗪农、对硫磷、丙溴磷、辛硫磷等农药有特异性反应。Liang 等 设计了3个含二甲氧基二硫代磷酸酯共性结构的半抗原, 分别制备了单克隆抗体,并建立ELISA方法,可以成功检测马拉 硫磷、乐果、亚胺硫磷、杀螟硫磷和倍硫磷。谢桂勉等 通过分 析硫代磷酸二乙酯类有机磷农药的结构热点,设计系列半抗原 并获得相应的抗体,选择最佳抗体建立的ELISA方法可有效识 别7个广泛使用的有机磷农药,最低检测限符合国内外相关药 物的最大允许残留限量标准的检测要求。Liu等 以3一(4一 Dimethoxyphosphorothioyloxy pheny1)propanoic acid为半抗原制备 对待测物进行定性和定量检测。根据生物传感器中生物分子识 别元件上的敏感物质的不同可分为酶生物传感器、微生物传感 器、免疫传感器、仿生生物传感器等。 酶生物传感器是通过测定固定于电极表面的酶的活性被农 药抑制的程度,来推算样品中农药残留水平。酶生物传感器的 一个关键技术是酶的固定化。Kim B等 对乙酰胆碱酯酶和 pH敏感荧光基团交联物的固定化进行了探讨,在实验条件下, 酶的活性可保留70%。Albareda—Sirvent等 用戊二醛交联法 将乙酰胆碱酯酶固定在铜丝碳糊电极表面,所构成的传感器可 检测10 。mol/L的对氧磷和10 mol/L的克百威,检测加标的 自来水和果汁,回收率接近100%,可用于直接测定这两类样品 中两种农药的残留。陈向强等 采用丝网印刷技术制作厚膜型 电极,通过交联法将乙酰胆碱酯酶固定在电极上,开发快速检测 水中有机磷农药的酶传感器。在交联固定酶的情况下,根据酶 活受到有机磷抑制的原理,采用时间一电流法对特丁硫磷和对 硫磷进行了检测,检测限都可以达到1 n mL,线性区间l~ 10 000 ne ̄mL。干宁等 构建了同时固定乙酰胆碱酯酶及胆碱 氧化酶双酶系统的传感器,其对敌敌畏的检测范围为0.05~ 1.O0 mrVL,检测限为0.O1 mg/L。 近年来,利用分子印迹聚合物(MIP)和双层脂膜(BLM)制 作的仿生生物传感器,也引起人们的兴趣。后者是结构与生物 膜相似的人工膜,具有良好的生物相容性,是构建生物传感器的 理想敏感膜。Nikolelis等 的研究显示,BLM一传感器在分别 接触久效磷3 rain、克百威5 min后出现电流信号,信号强度随农 药浓度的增加而增大,检测限分别为45 nmol/L和480 nmol/L。 MIP一和BLM一生物传感器是新型生物传感器的发展方向,目前 这方面的研究仍处于起步阶段。 5展 望 随着人们生活水平与环保意识的提高,对环境与食品卫生 的安全呼声也越来越高,除了严格控制有机磷农药的生产、运 输、施放等环节外,必须要不断研究新的检测方法来满足快速、 高效检测有机磷农残的需要。科技的进步使仪器分析的确证方 法得到广泛的认可,生物化学的深入研究也使基于分子水平的 检测方法的完善成为可能。目前利用ELISA实现有机磷农药的 快速多残留检测已经成为国内外残留检测的一种新趋势,通过 进一步研究,开发出方便快捷、准确高效和经济环保的有机磷多 残留检测的ELISA试剂盒具有重要的意义。 参考文献 [1]王桂才.油菜籽中有机磷农药多残留分析方法研究[D].北京:中 国农业科学院,2006. [2] BIDARI A,GANJALI M R,NOROUZI P,et a1.Sample preparation meth. 2011年39卷第6期 广州化工 ・33・ od for the analysis of some organophosphorus pesticides residues in tomato by ultrasound—.assisted solvent extraction followed by dispersive liquid—— liquid microextraction[J].Food Chemistry,201l,126(4):1 840—1 844. [3] 柳洁,何碧英,孙俊红.血中多种OP和鼠药的固相萃取GC/MS分 析方法研究[J].中国卫生检验杂志,2005,15(9):1 025—1 029. [4] 董静,潘玉香,朱莉萍,等.果蔬中54种农药残留的QuEchERs/Gc MS快速分析[J].分析测试学报,2008,27(1):66—69. [5] ZHU F,RUANWH,HEM H,et a1.Application of solid—phasemicro— extraction for the determination of organopbosphorus pesticides in tex— tiles by gas chromatography with mass spectrometry[J].Analytica Chimica Acta,2009,650(2):202—206. [6] 陈珠灵,陈飞,陈红青.高效液相色谱法测定蔬菜中3种有机磷农 药残留量[J].福州大学学报,2005,33(1):99—101. [7] HE L J,LUO X I ,XIE H X,et a1.Ionic liquid—based dispersive liq— uid——liquid nficroextraction followed high——performance liquid chroma・・ tography for the determination of organophosphorus pesticides in water sample[J].Analytica Chimica Acta,2009,655(1—2):52—59. [8] 潘见,夏潇潇,杨毅,等.菠菜中13种有机磷农药残留快速检测方 法研究[J].食品科学,2008,29(4):318—320. [9] Garcia—Valcdrcel A I,TADEO J L.A combination of ultrasonic assis- ted extraction with LC——MS/MS for the determination of organophospho一 13Js pesticides in sludge[J].Analytica Chimica Acta,2009,641(1— 2):117—123. [10] Garcfa—L6pez M,Rodrlguez 1,CELA R.Mixed—mode solid—phase extraction followed by liquid chromatography——tandem mass spectrome。。 try for the determination of tri—and di—substituted organophosphorus species in water samples[J].Journal of Chromatography A,2010,1217 (9):1476—1484. 刘伟.乙酰胆碱酯酶与硫代黄素T体系检测有机磷的研究[D].长 沙:中南大学,2007. [12] 王小瑜.蔬菜中有机磷农药残留快速检测方法的研究[D].淄博: 山东理lT大学,2008. [13] 董超,史延茂,张丽萍,等.采用植物酯酶测定农药残留的研究[J]. 农药,2001,40(9):19—2O. [I4] 侯明迪.植物酯酶法快速测定有机磷农药残留的研究[J].食品科 学,2002,23(7):111—115. [15] 林素英,林少琴,王军,等.豆类酯酶的提前及其在有机磷农药检测 中的应用[J].现代农业科学,2008,15(9):14—15. [16] SUDI J,HEESCHEN W.Studies on the Development of an lmmunoassay for the Group—speciifc detection of the Diethyl Ester of Phosphates, Thiophosphates,Dithioph0sphates and Phosphonates[J].Kie1.Milch winsch.Forschungsber.1988.40:179~203. [17] BANKS J N,CHAUDHRY M Q,MA.rrHEWS W A,et a1.Production and charcterisation of polyclonal antibodies to the common moiety of some organophosphorous pesticides and development of a generic type ELISA[J].Food and Ag,icultural Immunology,1998,10(4):349— 361. [18]JOHNSON J C,VAN EMON J M,PULLMAN D R,et a1.Development and Evaluation of Antisera for Detection of the O,O—Diethyl Phospho— rothionate and Phosphorothionothiolate Organophosphorus Pesticides by Immunoassay[J].Journal of A culturla and Food Chemistry,1998, 46(8):3 116—3 123. [19]COLIN M W,ANDREW P W,HEATHER A L,et a1.Monoclonal anti— idio—type antibody mimicking the pesticide binding site of cutinase: potentila for broad speciifcity organophosphate recognilion[J].Joarnal of Immunological Mechods,1999,224:197—202. [2O]ALCOCER M J C,DILLON P P,MANNING B M,et 1a.Use ofpbospho— nic acid as a genetic hapten in the production of broad specificity anti— organophosphate pesticide antibody[J].Journal of Ag6cultural and Food Chemistyr,2000,48(6):2 228—2 233. [21]JANG M S,LEE S J,XUE X P,et a1.Production and Characterization of Monoclonal Antibodies to a Genetic Hapten for Class—-Speciifc De— termination of Organophosphorus Pesticides【J].Bul1.Korean Chem. Soc.,2002,23(8):1 116—1 121. [22]刘贤进,严春荣,刘媛,等.有机磷杀虫剂通用结构半抗原的设计及 广谱特异性抗体的制备[J].中国农业科学,2008,41(3):727— 733. [23]LING Y,LIU X J,LIU Y,et a1.Synthesis of three haptens for the class speciifc immunoassay of 0,0一dimethyl organophosphorns pesticides and effect of hapten heterology on immunoassay sensitivity[J].Analyti— ca Chimica Acta,2008,615(2):174—183. [24]谢桂勉,李永祥,徐振林,等.硫代磷酸二乙酯类农药半抗原设计及 抗体识别特性[J].高等学校化学学报,2009,30(11):2 191— 2 196. [25]I Iu Y,LOU Y,XU D,et a1.Production and characterization of mono— clonal antibody for class—speciifc determination of O,O—dimethyl or- ganophosphorns pesticides and effect of heterologous coating antigens on immunoassay sensitivity[J].Microchemical Journal,2009,93(1): 36—42. [26]KIM B,LEE Y,LEE K,et a1.Immobilization of enzymes within hydro— gel microparticles to create optical biosensors for the detection of organo— phosphorus compounds[J].Current Applied Physics,2009,9(4): 225—.228. 『27 1 ALBAREDA—SIRVENT M.MERKOCI A,ALEGRET S.Pesticide de termination in tap water and juice samples using disposable amperomet— tic biosensors made using thick—film technology[J].Analytica Chimi— ca Acta,2001,442(1):35—44. [28]陈向强,何苗,蔡强,等.检测水中有机磷农药的酶传感器[J].环境 科学,2006,27(8):1 627—1 631. [29]干宁,王峰,杨欣,等.采用纳米修饰双酶电极生物传感器检测有机 磷与氨基甲酸酯类农药[J].农业学学报,2008,lO(3):329—334. [3O]NIKOLELIS D P,KRULL U J.Direct electrochemical sensing of insecti— cides by bilayer lipid membranes.Anal Chim Acta,1994,288(3): 1 87—192.