农产品中有机磷农药残留检测技术的研究进展

吕呈蔚，李倬林，李铁柱，黄 威

（吉林省农业科学院农产品加工研究所，吉林长春 130033）

有机磷农药（OPPs） 是指在农业生产中广泛使用的含磷有机化合物农药，主要用作杀虫剂，少数用作除草剂、杀菌剂和植物生长调节剂[1]。在控制农业病虫害和提高农产品质量产量方面发挥了积极作用。有机磷农药按结构分为五大类，即磷酸酯类、硫代临酸酯类、磷酸胺类、焦磷酸酯类和磷酸酯类。多数呈油状或白色晶状粉末，在中性和酸性条件下稳定，不易水解。我国常用的有机磷农药主要有对硫磷（Parathion）、内吸磷（Demeton）、甲拌磷（Phorate）、敌敌畏（Dichlorvos）、甲基对硫磷（Parathion-methyl）、甲基内吸磷（Demeton-methyl）、敌百虫（Dipterex）、乐果（Dimethoate）、马拉硫磷（Malathion）、杀螟硫磷（Fenitrothion）、毒死蜱（Chlorpyrifos） 等。综述了有机磷农药的危害和常用检测技术在农产品中有机磷农药残留检测领域的应用，为后续开发高效、快速和高灵敏度的有机磷农药残留检测方法提供参考。

1 有机磷农药的危害

有机磷农药因其广谱、高效、快速、价格低廉等优点，而被世界各国农民广泛应用。长期大量滥用有机磷农药，使得农药残留问题日益严重。有机磷农药的残留不仅污染生态环境，在农产品中的残留更是对人类健康和生命安全造成不同程度的危害[2]。OPPs 的毒性是基于对人体内乙酰胆碱酯酶的抑制，而乙酰胆碱酯酶对哺乳动物中枢神经系统的功能至关重要。大量摄入OPPs 会出现一系列神经中毒症状，严重者会出现呼吸麻痹，甚至死亡。长期接触或通过饮食摄入低剂量的OPPs，会出现脏器损伤、致畸、致癌、致突变等[3]。世界卫生组织报告显示，每年约有20 万人因直接或间接接触有机磷农药导致中毒[4]。考虑到大量使用有机磷农药对人类健康和生态环境具有较大的危害性，我国发布了GB 23200.93—2016《食品中有机磷农药残留量的测定》，规定了食品中有机磷类农药的最大允许残留量为0.2 mg/kg。然而，从近几年的检测结果来看，农产品中有机磷农药残留的情况不容乐观。因此，构建一种高效、快速、灵敏度高的检测方法，对人类和环境具有重要意义。

2 检测技术研究现状

2.1 气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱联用法（GC-MS） 是利用气相色谱作为进样系统，利用质谱作为监测器对样品进行定性和定量分析，能够把分子转化生成带电离子，并在气态中根据质荷比（m/z） 的不同将离子分离并检测。GC-MS 因其高功能及高灵敏度而成为较常用的有机磷农药残留的检测方法。但GC-MS 操作复杂、检测成本高、仪器昂贵，以及需要具有一定专业技术水平的人员才能操作等缺点，故不能实现现场检测。崔如玉等人[5]利用气相色谱-质谱联用技术检测蔬菜、谷物中的有机磷农药残留。乙腈作为提取剂，采用DB-35ms 型色谱柱进行分离，在多反应检测仪下检测16 种有机磷农药残留。结果显示，溶剂标准曲线和基质标准曲线的线性良好，相关系数R2＞0.94。所测样品中16 种农药的加标回收率分别为大米75.9%～112.2%，面粉77.3%～126.9%，蔬菜76.2%～125.3%，相对标准偏差（RSD） ≤8.5%。马妍等人[6]采用固相萃取-分散液液微萃取-气相色谱-质谱联用法测定中草药类保健食品中的有机磷农药残留。用含0.5%甲酸的乙腈作为提取剂，经分散固相萃取管（d-SPE） 净化后，采用分散液液微萃取，用氯仿浓缩目标物。结果显示，在最优的条件下，线性范围为0.05～1.00 μg/mL，相关系数R2≥0.99，检出限（LOD） 为0.3～3.0 μg/kg，有机磷农药的加标回收率为70.3%～107.5%，相对标准偏差（RSD） ＜10%。

2.2 高效液相色谱-质谱联用法

高效液相色谱-质谱联用法（HPLC-MS） 结合了液相色谱超强的分离能力与质谱超强的组分鉴定能力，是一种分离及鉴定复杂有机混合物的有效手段。特别适用于沸点高、稳定性差和挥发性低的化合物。与GC-MS 相比，HPLC-MS 选择性好、干扰因素少，且兼具分离、定量和定性于一体，因此特别适用于有机磷化合物的检测。但该方法也存在着一定的局限性，前处理繁杂、耗时长、检测成本高、不适用现场检测分析等。王雯等人[7]建立了一种液相色谱-质谱联用法同时检测黄瓜中5 种具有代表性的有机磷农药残留的方法。用丙酮作为提取剂，佛罗里硅土净化，以甲醇- 水为流动相，采用ZORBAX SB-C18型色谱柱进行分离，电喷雾离子化正模式（ESI+） 离子化，多反应监测模式（MRM） 的条件下测定。结果显示，方法标准曲线线性良好R2≥0.988，乐果与敌敌畏的定量限为0.002 mg/kg，敌百虫、杀螟硫磷和毒死蜱的定量限为0.01 mg/kg；回收率为72%～98%，相对标准偏差（RSD） ≤3.6%。梁达清等人[8]采用HPLC-MS 法检测香菇中23 种有机磷农药残留。用乙腈作为提取剂、盐析分配，C18和N-丙基乙二胺粉末萃取净化，采用VenusiIMP 色谱柱，电喷雾正离子方式及多反应监测模式的条件下测定。结果显示，该方法定量限为0.01 mg/kg，回收率为70.2%～105.0%，RSD 值为3.5%～13.0%。

2.3 酶抑制法

早在20 世纪50 年代酶抑制法就已应用于有机磷农药检测。酶抑制法是指在一定条件下，酯酶可以水解催化羧酸酯类有机物，有机磷类化合物能够抑制酯酶的活性，使酯酶失去催化作用，其抑制率与有机磷农药的浓度呈正相关，通过抑制率可以对样品中的有机磷农药进行定性和半定量分析[9]。酶抑制法在检测时反应时间短、快速、操作简便，但是由于酶试剂易失活。因此，该方法结果不稳定且重复性较差。于基成等人[10]采用酶抑制法检测有机磷农药残留，小麦为对照试验，比较了大豆、玉米等10 种植物中植物酯酶活性，系统地优化了酶促反应条件。研究结果表明，在最优的条件下，该方法的回收率为86.7%～97.1%，对硫磷、甲基对硫磷、甲胺磷、久效磷和毒死蜱5 种有机磷农药的最小检出限为0.13～0.24 μg/mL。邱朝坤等人[11]以鲫鱼脑、肝脏和肌肉乙酰胆碱酯酶（AChE） 为检测用酶，检测白菜、青椒、西红柿、豆角、空心菜5 种蔬菜中有机磷农药残留。根据有机磷农药对AChE 的抑制曲线方程，判断样品中农药残留。结果表明，5 种蔬菜中均未出现有机磷农药残留超标。除豆角外，此方法回收率为80%～20%，说明该方法检测结果准确可信。

2.4 酶联免疫吸附法

酶联免疫吸附法（ELISA） 利用酶标记抗原或抗体以检测相应抗原或抗体的一种非均相的免疫分析法。其基本原理是使抗原或抗体结合到固相载体表面与某种酶结合成酶标抗原或抗体，在底物的参与下，底物被酶催化成有色产物，产物的量与待测抗原或抗体成比例，因此可根据颜色的深浅或酶标仪测定，来确定待测物是否存在及其含量[12]。ELISA 检测速度快、灵敏度高，无需昂贵的设备，使该方法易于实施，更加适用于现场大批量样本检测。而ELISA 所利用的乙酰胆碱酯酶、植物酯酶等具有制备成本高、受天然条件限制的缺点。邹茹冰等人[13]建立了一种化学发光酶联免疫分析方法，可以同时检测对硫磷、甲基对硫磷和杀螟硫磷3 种有机磷农药，比较了间接竞争和直接竞争2 种模式。试验结果表明，间接竞争检测的3 种有机磷农药抑制中质量浓度（IC50） 分别为对硫磷5.57 μg/kg，甲基对硫磷2.30 μg/kg，杀螟硫磷2.62 μg/kg，检测线性范围分别为0.39～100 μg/kg，0.39～25 μg/kg，0.39～25 μg/kg；直接竞争检测3 种有机磷农药抑制中质量浓度（IC50）分别为对硫磷5.43 μg/kg，甲基对硫磷1.34 μg/kg，杀螟硫磷1.24 μg/kg，检测线性范围分别为0.39～100.00 μg/kg，0.10～25 μg/kg，0.10～25 μg/kg。

2.5 生物传感器

生物传感器由识别元件（如酶、抗体、抗原、微生物、细胞、核酸等生物活性物质） 和转换元件（如电极、光学探测器、场效应管等） 及检测元件组成。生物传感器是以生物敏感元件特异性识别生物活性物质或特定化学物质，通过检测pH 值、电子或特定离子等物理化学信号的变化，并将化学信号转换成电信号，通过检测元件放大、测量结果可以直接显示在屏幕上[14-15]。与GC-MS，HPLC-MS 相比，生物传感器简单、快速、选择性高、成本低、专一性和抗干扰能力强，因此特别适用于有机磷类农药残留的检测[16]。但此方法也存在着缺点，如回收率不高、可重现性不理想。Zhang J 等人[17]提出了一种实时和超痕量检测4 种有机磷农药的微型交叉电极型传感器，在微交错电极芯片表面修饰DNA 适配体，利用交流电动力学加速有机磷分子与适配体探针结合，其电容变化率作为识别元件的定量指标。试验结果表明，该传感器具有较宽的线性范围为fM～nM，对水胺硫磷、丙溴磷、氧化乐果、甲拌磷4 种有机磷农药的检测限为0.24～1.67 fM。Jinal B 等人[18]将乙酰胆碱酯酶通过酰胺键直接掺杂在羧基修饰的多壁碳纳米管表面，用于现场快速检测有机磷农药。其原理是将带羧基的碳纳米管沉积在玻碳电极上，然后用乙酰胆碱酯酶固定化，固定化之后用循环伏安法测定乙酰胆碱酯酶的活性，采用扫描电子显微镜和原子力显微镜对电极表面进行了表征。在优化参数的条件下，电极的线性范围为10～50 nM，传感器的检测下限为0.1 nM，检测上限为500 nM。

3 结语

围绕有机磷农药残留对人类的危害展开论述，详细介绍了气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱-质谱联用法、酶抑制法、酶联免疫吸附法和生物传感器法在有机磷农药残留检测中的应用。但是上述各有利弊，其中气相色谱质谱联用法、高效液相色谱-质谱联用法具有选择性好、检测精度高、定量检测效果好等优点，但需要具有一定专业技术水平的人员才能操作，且检测仪器昂贵，故不能实现现场检测；酶抑制法、酶联免疫吸附法、生物传感器法具有操作简便、高效快速等优点，适合现场检测样品的快速初步筛选，而酶抑制法与酶联免疫吸附法利用的乙酰胆碱酯酶、植物酯酶等具有制备成本高、受天然条件限制的缺点。考虑到有机磷农药残留对人类健康和生态环境存在的潜在危害。因此，建立高效、快速和灵敏度高的定性定量分析方法具有重要意义。