浅析农药残留快速检测技术的运用

宋语娇 王鑫

农药的充分使用为有效防治各类病虫害、增加农作物产量，确保食物供给作出了巨大贡献。近年，很多国家和地区滥用、过量使用农药，食物中的农药残留量较高，进而引发中毒的问题比较显著。不少国家明确规定了食品中农药最大残留限量（MRL），很多国家纷纷将农药残留分析当作自身农药管理领域必不可少的一个环节。人们越来越多地采取高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）、液相色谱-质谱法（LC-MS）、气相色谱-质谱法等，它们的优点非常突出，如分离效能高、适用范围广、重复性好、灵敏度高、选择性强，能够定量定性地开展多残留分析，变成了农药残留检测流程中必不可少的一种常规手段。

美国农业部农业服务研究中心针对传统样品前处理存在着单个样品的净化、提取时间长，有毒溶剂消耗量较多等问题，2002年第一次公开发表了安全、耐用、高效、廉价、简便、快速检测农药多残留物的方法。如今这种检测技术日益完善，被广泛运用到水果、蔬菜等多类食品的农药残留检测中。常规检测用到的仪器较为庞大、笨重、昂贵，并且需专业化的技术员进行操作，且只能在实验室内开展抽样检测活动，无法有效满足现场快速检测相关样品的需要。不少国家的技术工作者纷纷深入钻研，希望开发新技术，提出新原理，形成和设计出高灵敏度、特异性强、安全准确、快捷方便、廉价简单的快速检测技术。

一、生物检测法

（一）生物传感技术

生物传感器涵盖了检测器、转换器（用于信号转换）、识别元件（其中的固定化酶层）等部分。底物通过酶的催化作用后，转化为相应产物，由检测器对产物进行检测，并且借助转换器转换为相应的化学、物理信号，进而完成对有机磷农药残留量的检测活动。

（二）酶联免疫法

在生物学领域中，免疫学技术是运用酶具备的催化性以及抗原抗体具备的免疫反应特异功能而逐步成熟的技术。在检测有机磷的过程中，蛋白质分子和有机磷分子结合后被制成了具备抗原功能的物质，使免疫动物生成特异性抗体，把相关抗原和待测物结合起来，并添加酶的底物，借助酶和底物之间的颜色反应，完成定性或者定量测定。酶联免疫（ELISA）分析被广泛地应用于检测有机磷的相关农药残留。

（三）胆碱酯酶抑制法

在生物神经传导中，丁酰胆碱酯酶以及乙酰胆碱酯酶的作用非常关键，它可以使神经传导介质正常传导。按照酶抑制法，酯酶在一定条件下可以对羧酸类物质的水解反应进行催化，有机磷类农药能够抑制酯酶的活性，进而压制和弱化酯酶对羧酸类物质水解反应的催化作用。按照有机磷农药的相关作用机理，在对农药残留成分进行检测的过程中，可以借助胆碱酯酶自身的抑制程度，对样品中的农药残留含量超标与否作出判断。

二、纳米材料技术

纳米材料被界定为三维空间中最少有一维处在纳米尺度的范畴内（1～100 nm），或由其尺度范围的相关物质作为基本结构单元而形成的材料总称。如今纳米材料重点涵盖金纳米粒子、纳米碳管、磁性纳米粒子、荧光量子点等。纳米材料具有显著的交叉性，因其具备独特的表面效应、量子尺寸效应、体积效应、尺寸效应、宏观量子隧道效应等被人们高度重视，被用在诸多领域中。Qu F等把荧光免疫分析方法和磁性纳米粒子有机结合起来，有效检测了茄子、菠菜、胡萝卜、白菜等多个农作物的三唑磷农药残留。Meng X等利用酶抑制原理，借助量子点和乙酰胆碱组装出了传感器，对样品残留的有机磷农药含量进行检测。检测的敌敌畏残留下限为4.49 nmol/L，在此基础上设计出了一种灵敏、快速、简单的检测方法。Zhang K等设计出以量子点荧光信号开关对有机磷农药进行快速筛查检测的方法，借助CdTe量子点所具备的表面协同荧光能量共振转移和单配体，代替开关机理，检测有机磷农药具有高灵敏度和高选择性。纳米材料能够批量生产、易于制备，可以使纳米材料和电化学、传感器、免疫学、生物学等结合起来，形成纳米抗体免疫法技术，具有灵敏度高、速度快、特异性显著等优势，如今科学家们仍在持续筛选特异性更显著的抗体。纳米发光酶电化学生物传感器，能够有效破除能量转移的不足，灵敏度、可靠性、准确性都比较高。纳米材料传感器在较大程度上增强了电化学生物传感器的再现性以及灵敏度，可以为有效检测有机磷农药提供可靠的借鉴，进而弥补相关技术的缺陷，成为农药残留检测的一个发展趋势。

三、生物传感器技术

一般而言，生物传感器是针对特定类型的具有可反应、可选择特性的生物活性物质或者化学物质的分析装置。传感器自身的生物敏感层和相关复杂样品中抗原、抗体底物以及酶、糖与外源凝集素、互补片段以及核酸之间等目标分析物识别反应过程中，会产生电化学、颜色、声音、光热等化学、物理信号的变化，上述变化经由原理不同的转换器（如离子选择性电极、热敏电阻、光敏管、压电晶体等）转换为第二信号（一般都转换成电信号），通过放大后记录或者显示。

这些研究开发出了多样化的测定方法，有效提升了测量灵敏度，缩短了反应时间，增加了仪器自动化程度，增强了现场检测能力等。按照生物传感器的不同信号转换器，将其划分成光学、电化学、半导体、测热型等多种传感器。就电化学类型的生物传感器而言，将电化学电极当作自身的信号转换器，与动植物组织、微生物、酶等相关生物识别元件有效组合而成。酶电极将电极以及固定化酶有机衔接起来，向被测溶液中浸入酶电极，待测底物来到酶层中发生酶促反应，消耗或者产生能够被测定的、可还原或者可氧化的电活性物质，电极能够响应其反应，完成从化学信号到电信号的转变，并开展相应的检测活动。

王翔借助有机磷农药以及乙酰胆碱酯酶間独特的亲和力，对实验条件进行优化，将乙酰胆碱酯酶当作固定的相关生物传感器，将石英晶体作为惰性载体的针对性材料，构建必要的理论模型，从实验中获得酶固定的理想浓度环境和pH，测定敌百虫溶液，证明了浓度条件和pH的合理性。有机磷生物传感器能够促进检测活动的连续性和自动化，以有效满足现场环境监测的要求。电化学分析方法灵敏、快速，兼具适用范围广和性能稳定等多个特点，技术完善程度日益提升。

四、活体生物测定

首先，借助发光细菌对农药残留进行检测。在有氧条件下，发光细菌的荧光素受到荧光酶的作用会出现荧光，然而其发光在受到若干有毒化合物的作用时会弱化，有毒物的质量-体积浓度和发光减弱程度存在一定的线性关系，借助这种特点来测定农药残留。它的显著特点是价格低廉、反应灵敏、简捷而快速，是非常科学的有机磷农药残留检测方法。此方法稍加改进即可用来检测水稻、水果等农产品的农药残留。袁东星等分析了以发光细菌检测氧乐果、甲胺磷、敌敌畏、水胺硫磷、甲基异硫磷、辛硫磷等有机磷农药的状况。其研究结果证实，随着被测样品中有机磷农药的质量-体积浓度日益提高，发光细菌会逐步降低发光强度，它和农药自身的质量-体积浓度呈现出负相关关系。发光细菌检测方法的农药检出最小质量-体积浓度达到3 mg/L，能够有效契合快速现场检测活动的半定量要求。其次，借助家蝇开展农药残留快速检测活动。在菜汁中放入敏感性高的家蝇，4～5 h家蝇的死亡率低于10%的，可以判定为合格农产品。它的优势是可以测定有毒的各种物质，不需要特定仪器以及前处理，具有较高的灵敏度。

人们为了防治蝗虫灾害，超剂量、不合理地使用各种化学农药，造成农产品和土壤中农药残留量的日益增多，对农产品出口以及广大群众的健康构成严重威胁，破坏了原本正常的农业生态环境。我们要顺应人民过上美好生活的新期待，持续强化农药残留检验监测，研发出更先进、更科学的农药残留快速检测分析技术，逐步增强农药残留的检测效率及灵敏度。