有机磷类农药残留检测技术研究

刘小琼 王晓媛 李庆聪 戴余波 李金涛

摘要有机磷类农药的不合理使用，对食品安全、人类健康造成严重的影响，高效可靠的分析检测方法与技术是防控食品安全及人类健康问题的一个的重要保障。介绍了国内外有机磷类农药残留的主要检测方法与技术，包括快速检测法、光谱法、色谱法，并对有机磷类农药残留的检测技术进行展望，探讨了分析检测技术发展的方向。

关键词有机磷类农药;农药残留;检测技术

中图分类号S481+.8文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）01-0017-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.006

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

基金项目2018年农业农村部农业技术试验示范与服务支持项目（151821301064072708-17）。

作者简介刘小琼（1983—），女，四川荣县人，助理研究员，硕士，从事特色经济作物农产品分析检测工作。*通信作者，助理研究员，硕士，从事橡胶树间作模式的环境生态研究。

收稿日期2018-09-10;修回日期2018-09-25

有机磷类农药（OPPs）是含磷的有机化合物，是目前使用最广泛的三类农药之一，在防治农作物病虫草害及保证农作物高产稳产方面起到了相当重要的作用。然而有机磷类农药长期的大量使用，对生态环境和人类健康造成极大的危害，食品质量安全问题特别是农副产品中的农药残留问题越来越受到重视，因此对有机磷类农药检测技术的研究，特别是快速、灵敏准确、简便的检测方法，对保护生态环境、保障人类健康有重要意义。该研究主要阐述近年来国内外有机磷农药残留检测技术的研究成果。

1有机磷类农药的危害

有机磷类农药属于磷酸酯类或硫代磷酸酯类化合物，有机磷酸脂类化合物纯品多为油状，少数为结晶固体，硫代磷酸脂类化合物纯品为白色晶状粉末，无臭，无味[1]。我国有机磷类农药品种主要有氧化乐果、乐果、敌百虫、甲基对硫磷、亚胺磷和磷胺等。我国有机磷农药的产量约占全世界总量的1/3，占全国农药总量的1/2以上。长期以来，农药的使用对农业病虫害的防治和农业经济效益的提高起到了重要作用，如果不施用农药，全世界农业每年因病、虫、草害造成的损失额将高达1 260亿美元[2]。有机磷类农药具有广谱、高效、快速、品种多等优越性，在农药中占有非常重要的地位，对我国农业的发展起到至关重要的作用。

然而，农药也是对人畜有毒的化学品，长期大量使用有机磷类农药，其残留在农产品和环境中，严重威胁人类健康，为了保证食品质量安全，国家标准规定了农产品中有机磷类农药的最大允许残留量为0.2 mg/kg[3]，而近几年的检测情况表明，农产品中有机磷类农药残留情况不容乐观[4]。

2有机磷类农药的检测方法

根据有机磷类农药的化学性质和毒理学性质，检测有机磷类农药的方法主要有快速检测法、光谱法、色谱法。色谱法包括气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、液相色谱法、液相色谱-质谱联用法、毛细管电泳法。

2.1快速检测法

2.1.1免疫分析法（IA）。

免疫分析（IA）具有特异性强、灵敏度高（检测限可达 1 μg～1 pg）、方便快捷、分析容量大、分析成本低、安全可靠等优点，成为有机磷类农药残留快速检测的一项技术。IA是基于抗原、抗体的特异性识别与结合反应的专一性。由于此技术的特异性和专一性，一般不需要昂贵的仪器，简化了样品前处理过程，但是抗体制备难度较大，多用于单一种有机磷类农药残留检测。目前最为成熟的技术是酶联免疫吸附测定（ELISA），可用于分析蔬菜、水果等基质较为复杂的样品[5]。

2.1.2酶抑制法。

20世纪50年代，酶抑制技术开始用于有机磷类农药残留检测。该方法具有快速、简便、易于掌握等优点，适用于大量样品筛选及现场检测。其原理为：在一定条件下，酯酶能够水解催化羧酸酯类物质，有机磷类农药抑制酯酶的活性，从而影响酸酯催化水解的正常功能，农药的浓度与抑制率呈正向相关，通过抑制率可以判断样品中有机磷类农药的残留情况，从而进行定性和半定量分析[6]。酶是酶抑制法中最关键的影响因素，酶的种类决定了分析检测的灵敏度，酶抑制法检测有机磷类农药残留所用的酶主要有动植物酯酶、丁酰胆碱酯酶、乙酰胆碱酯酶[7]。

黄敏[8]用酶抑制法测定一种茶叶或茶青中的有机磷和氨基甲酸酯类农药残留，以有机磷类农药甲胺磷和氨基甲酸酯类农药呋喃丹为代表进行方法的重现性测定，相对标准偏差小于2%。以甲胺磷和呋喃丹做加标回收率，其平均回收率在70%～110%，敌敌畏、呋喃丹、灭多威等多种农药的方法检测灵敏度为0.01～1.00 mg/kg。罗俊霞等[9]运用酶抑制法分析检测50种有机磷农药，并完成酶活性减退试验。其中敌敌畏、对氧磷农药检出限较低，二溴磷、速灭磷、敌百虫、辛硫磷、喹硫磷、甲胺磷、除线磷、甲基毒死蜱8种农药检出限相对较高，其余40种有机磷农药检出限更高，用酶抑制法分析检测农药残留重现性不佳。

2.1.3生物传感器技术。

生物传感器以生物敏感元件对生物活性物质或特定化学物质实现特异性识别，用于检测化学物质或与之交互作用后产生的响应。生物传感器由具有专一识别性的生物分子和具有信号转化功能的换能器两部分组成，通过检测pH等化学信号的变化，换能器将该信号转化为电信号，放大和模数转换，通过信號大小完成对有机磷类农药残留量的检测[10]。生物传感器技术分析检测时间短，操作简单，样品量小，分析快捷，特异性强，分析可同时实现有机磷类农药残留的检测与分离，应用于现场和在线监测，但存在回收率低、重现性差等问题，只能进行半定量分析检测。伍周玲等[11]以微晶纤维素为原料，制备出固定化乙酰胆碱酯酶，成功研制了新型固载酶电化学生物传感器，检测的线性范围为0.01～50 μg/mL，检出限为6.99 ng/mL，为食品中有机磷类农药残留的分析检测提供了一种新方法。孙墨杰等[12]研究组装了AChE-ZnO/石墨烯-GCE电化学生物传感器，用于检测有机磷类农药含量，具有良好的电化学响应，实现了快速检测。

2.2光谱法

光谱法的原理是根据物质的光谱特征进行物质的分析。有机磷类农药中的某些官能团或水解、还原后产物与特殊显色剂发生酯化、络合等化学反应，产生特定波长，可应用光谱法进行定性或定量分析。用于有机磷类农药的光谱法主要包括红外分光谱法、荧光光谱法和紫外光谱法、拉曼光谱法。光谱技术具有样品前处理简单、操作方便、非破坏、高效率、分析速度快等特点，结合各种新兴技术，成为一项有机磷类农药残留快速、准确、无损分析检测技术[13]。盖轲等[14]建立了一种运用荧光光谱法分析检测辛硫磷的方法，在pH 6.86的混合磷酸盐缓冲溶液中，过氧化氢可氧化罗丹明B，辛硫磷对过氧化氢-罗丹明B体系具有荧光猝灭作用，检测线性范围0.074～2.22 mg/L，方法的检出限为0.053 mg/L。Liu等[15]用表面增强拉曼光谱法（SERS）检测从水果样品中提取的百万分之一水平的农药谷硫磷，检测限为6.66 mg/kg，对浓度等于或大于检测限的样品，回收率 78%～124%，SERS与新型SERS活性纳米底物结合，是一种快速、灵敏、可靠的方法，用于检测和表征食品中的化学污染物。

2.3色谱法

2.3.1气相色谱法（GC）。

气相色谱法是以气体作为流动相的一种色谱法，具有操作简便、选择性高、灵敏度高、快速分析及应用范围广等特点。对那些易汽化、汽化后又不发生分解的农药成分均可采用气相色谱法进行检测。近年来，随着分辨率高的毛细管柱广泛应用，检测器、柱处理以及进样系统的不断研究，提高了GC分析的精密度和灵敏度，大大拓宽了GC在农药复杂多残留分析中的应用。GC也是我国农药残留分析最主要的手段之一。现代GC一般针对农药类型采用选择性检测器，有机磷类农药最常用检测器是电子捕获检测器（ECD）[16]、火焰光度检测器（FPD）和氮磷检测器（NPD）[17]。其他类型检测器，如热导检测器（TCD）、氢焰离子化检测器（FID）、化学发光检测器等[18]，由于检测器仅对含某种特定杂原子的化合物有很高的选择性和灵敏度，而局限了它同时对多类农药进行分离分析的能力[19]。

廖和菁等[20]采用乙腈萃取，超声波提取，CARB/NH2固相萃取小柱净化，建立气相色谱法同时分析检测茶叶中10种有机磷农药残留的方法，方法线性范围0.05～1.0 mg/kg，相关系数为0.999 63～0.999 86，回收率80.0%～102.0%，最低检出限（LOD，S/N=3）0.002～0.013 mg/kg。徐国锋等[21]优化QuEChERS前处理，建立了QuEChERS/气相色谱测定水果中31种有机磷农药残留的分析检测方法，该方法线性相关系数为0.990 3～0.9999，回收率为81.7%～120.7%，相对标准偏差为0.4%～14.7%，方法的检出限为0.46 μg/kg。

2.3.2气相色谱-质谱联用法（GC-MS）。

气相色谱确认色谱峰的参数常用保留时间，保留时间的重现性受很多因素的影响，仅根据气相色谱提供的保留时间，从复杂基质中对多种农药进行定性分析是非常困难的，也是不可靠的，气相色谱-质谱联用技术的出现在一定程度上解决了这一问题。

GC-MS是近几十年才发展起来的检测技术，质谱法具有灵敏度高、定性能力强等优点，但要求进样纯，且定量分析较复杂。气相色谱法分离效率高，定量分析简便，但定性能力较差。因此，GC-MS联用技术，不仅弥补色谱技术定性特征性不强的缺点，而且现代质谱仪对目标物的定量分析也能满足要求。

闫实等[22]以常见的5种蔬菜为试验对象，应用气相色谱-质谱联用法，研究色谱柱极性与扫描方式对测定蔬菜中7种有机磷类农药残留量的影响。宋利军等[23]采用GC-MS检测方法，检测了50份蔬菜样品中21种有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类农药。杜艳等[24]优化了样品前处理条件，用GC-MS方法同时测定了青稞中11种有机磷类农药，该方法线性范围0.1～1.0 mg/mL，甲胺磷相关系数≥0.99，其他10种化合物相关系数均≥0.999，回收率为79.25%～122.98%，相对标准偏差为0.54%～5.84%。

GC-MS适用于做多组分混合物中未知物的定性鉴定，可以判定化合物的分子结构、准确测定未知组分的相对分子质量、鉴定部分分离甚至未分离的色谱峰等。

2.3.3高效液相色谱法（HPLC）。

有机磷类农药残留分析大多都用气相色谱法进行，但是对于一些不易气化、极性强、大分子量的离子化合物以及热不稳定的农药就需要用液相色谱进行分析检测，因此高效液相色谱就成为有机磷农药检测的又一主要手段。

检测器主要有紫外检测器（UVD）、二极管阵列检测器（DAD）、荧光检测器（FLD）。刘晓颖等[25]用C18柱，流动相为甲醇/水（70/30），测定了蔬菜中对硫磷和久效磷的残留量，该法相关性好，线性范围广，精密度高，准确性好。杨景[26]用甲醇和水（70/25）作为流动相，选择C18柱，采用紫外检测器，测定了多种蔬菜中马拉硫磷和久效磷的残留量，方法的相关系数分别为0.997 6和0.999 3，线性范围均为1～10 μg/mL，加标回收率分别为97.5%和102.5%。

2.3.4高效液相色谱-质谱联用法（HPLC-MS）。

液相色谱-质谱联用技术是将液相色谱和质谱联接起来的新方法，对极性、分子量大或热不稳定性的农药（以及代谢物）具有灵敏度高、选择性好、定性和定量同时进行、结果可靠等优点。自从20世纪80年代末大气压电离质谱（APIMS）成功地与HPLC联用以来，HPLC-MS已经在农药残留分析中占有很重要的地位，成为农药残留分析最有力的工具。

刘永等[27]用液相色谱分离选择ACQUITY UPLC BEH HILIC色谱柱，以乙腈和5 mmol/L乙酸铵水溶液为流動相进行梯度洗脱质谱采用电喷雾正或负离子电离、多反应监测模式检测，测定了蔬菜中4种有机磷农药及其代谢物，该方法具有良好的回收率、相对标准偏差、定量限及线性关系。俞寅等[28]采用电化学喷雾离子源在正离子模式下，运用高效液相色谱-串联质谱测定小麦中11种有机磷农药残留，线性关系良好，加标回收率为65.0%～120.0%，RSDs为0.24%～8.34%。周卿等[29]以乙睛为分散剂，氯仿为萃取剂富集党参中8种有机磷类农药，采用MRM监测模式检测，建立了分散液相微萃取-液相色谱串联质谱仪测定党参（Codonopsis Radix）中8种有机磷农药的快速方法。高效液相色谱-质谱法虽然具有明显的优势，不过其接口技术尚不够成熟，对分析技术与仪器要求很高。

2.3.5毛细管电泳法（CE）。

毛细管电泳法是使用毛细管柱内不同带电粒子（离子、分子或衍生物）在高压场作用下，以不同的速度在背景缓冲溶液中定向迁移，从而达到分离的目的，其具有分离效率高、快速、样品用量少等优点[30]。特别适合于分析难以用传统的HPLC分离的离子化样品。黄宝美等[31]建立了测定青菜中有机磷类农药敌百虫的检测方法，最低检出限为2×10-6 mol/L。样品加标回收率为90%～102%，分离度好，检出限低。

毛细管电泳缺乏灵敏度很高的检测器，可利用的紫外检测器能检测到几个皮克，但由于进样量只有几纳升，故样品浓度被限制在10-6 g/mL，使得毛细管电泳的应用受到限制。

3展望

综上所述，快速检测法、光谱法和色谱法都有各自的优点与应用范围。近几年研究比较多的免疫分析法、酶抑制法和生物传感器技术等快速检测法，样品前处理简单、分析成本低，且不需要价格昂贵的仪器，具有检测时间短、分析速度快、分析样品量大等特点，但存在特异性强、方法开发难度大、时间长、费用高、应用范围较窄等问题，仅适用于大量样品筛选、现场检测及在线监测。比起快速检测法，色谱法具有检测结果准确可靠、灵敏度高、效率高、回收率高、重现性好、应用范围广等特点，能对未知样品进行定性和定量分析。而光谱法因无需对样品进行预处理，保存了样品的完整性，具有操作简便、分析速度快、高效率、非破坏性、重现性好等特点，光谱法适用于在线分析检测，是一项快速、准确、无损的分析检测技术。目前，有机磷类农药残留的检测方法仍具有不同程度的局限性，色谱法中使用的大型仪器昂贵，样品前处理复杂，分析时间长，对检测人员有专业技术的要求，只适用于实验室的精确分析，不能在生产实践中进行快速检测，而快速检测法适用性差，不能进行定量分析。随着有机磷类农药残留的农作物和农产品范围不断扩大，新的农药品种不断进入市场，其分析检测方法应朝以下方向发展：一是色谱法向快速简便方向发展，开发各类色谱的快速检测方法;二是快速检测法更进一步深入发展，提高其准确度、精密度、灵敏度。

47卷1期刘小琼等有机磷类农药残留检测技术研究

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