食品中农药残留检测技术研究进展

◎ 高 欢，魏孟辉，张俊霞

（深圳市深粮质量检测有限公司，广东 深圳 518112)

食品中过量的农药残留会对人体产生急性或慢性的毒害作用，其是否超标直接关系着人们的身体健康。因此，农药残留的检测显得至关重要。目前食品中农药残留检测所使用的常规方法主要有高效液相色谱法、气相色谱法及色谱-质谱联用法等[1]。另一方面，现代食品检测技术得到迅速发展，不仅优化了常规检测方法，更是产生了许多快速检测方法，包括光谱法、酶抑制法、免疫分析法及生物传感器法等。如果能够将现代检测技术应用到食品农药残留检测当中，势必可以提高检测效率及准确性，提升食品中农药残留的检测技术水平。本文就目前食品中农药残留检测技术的研究现状进行了综述，详细介绍了农药残留常规及快速检测方法，并对今后的发展趋势进行了展望，以希望推动食品中农药残留检测技术的深入研究和应用。

1 常规检测方法

常规检测方法是目前使用较多的方法，当前环境下，色谱及质谱法因其能同时检测多种农药残留、检测精度高，被广泛应用于食品农药残留检测中。

1.1 气相色谱法

气相色谱法是各种检测方法中较为常见的一种检测方法，对于有机氯、有机磷及拟除虫菊酯等易气化、易挥发的农药残留通常采用气相色谱法进行检测。电子捕获检测器（Electron Capture Detector，ECD）主要用于检测有机氯和拟除虫菊酯类农药，氮磷检测器（Nitrogen Phosphorus Detector，NPD）或火焰光度检测器（Flame Photometric Detector，FPD）则主要用于有机磷类农药的检测。

在提取试剂、提取方式、净化剂及色谱条件等的选择上，许多学者也在不断研究。党富民等[2]在测定食品中有机磷农药残留含量时，通过综合比较多种有机试剂，选择乙腈作为提取剂，同时优化了升温程序，样品经色谱柱HP-50+（30 m×0.25 mm×0.25 µm）分离，气相色谱（FPD检测器）进行检测，建立了一种能同时检测蔬菜、水果中27种常用有机磷农药的方法。结果表明该方法准确性高，完全能够用于大批量蔬菜、水果的有机磷类农药残留的分析。因此，前处理及色谱条件的选择对于大量农药种类的分析检测具有重要作用。

此外，固相萃取（Solid Phase Extraction，SPE）、分散固相萃取（Dispersive Solid-Phase Extraction，DSPE）、超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE）、凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography，GPC）、QuECHERS等前处理技术也与气相色谱技术相结合，陆高峰[3]采用超临界CO2萃取生菜中的有机氯农残，通过优化萃取压力、温度、流量及时间等条件，使各农药残留回收率达到80%以上，该前处理方法更加方便快捷。石亚亭等[4]采用QuECHERS前处理技术与气相色谱相结合，对蔬菜、水果中12种有机磷农药残留进行检测，检出限、线性范围、线性相关系数的范围分别为6～10 µg·kg-1、0.01～1.00 mg·L-1、0.996 5～0.999 3。

1.2 高效液相色谱法

针对氨基甲酸酯类等难气化、热稳定性差的农药残留可采用高效液相色谱法进行检测，其通常使用乙腈、甲醇等有机溶剂作为流动相，C8、C18等为色谱分离柱、荧光检测器（Fluorescence Detector，FLD）、紫外检测器（Ultraviolet Detector，UVD）等作为检测装置来对农药残留进行分离与分析。2021年，SOUSA等[5]在测定猪肉组织不同部位（肾脏、肝脏和肌肉）中N-甲基氨基甲酸酯时，通过超声辅助QuEChERS方法对其进行前处理。用酸化（1%乙酸，v/v）乙腈提取后，经柱后衍生和分散固相萃取去除杂质，采用反相高效液相色谱荧光检测器对样品进行测定，其中流动相为水∶乙腈（90∶10，v/v）和水∶乙腈（20∶80，v/v）。结果显示该方法线性良好，回收率一般在68.6%～119%，方法检测限为0.1～2 µg·kg-1，定量限为0.14～6 µg·kg-1。

除氨基甲酸酯类，学者们在其他类农药残留检测上也进行了研究，并取得了良好效果。MAHDAVI等[6]用QuEChERS方法对开心果进行净化时，以伯胺和仲胺作为吸附剂，提取净化后通过反相高效液相色谱法对样品进行分离和定量。结果表明，啶虫脒和吡虫啉的回收率分别为81.05%～113.57%、70.37%～89.80%，相对标准偏差＜12%。

1.3 色谱-质谱联用法

气相色谱、高效液相色谱均可与质谱进行联用，试样中各组分经色谱仪分离后进入质谱仪，在质谱仪离子源中发生电离，从而生成不同荷质比的带电荷离子，在质量分析器磁场的作用下依次到达检测器，通过最后形成的质谱图对组分进行鉴定。色谱-质谱联用法不仅具有色谱法的高效分离能力，又具有质谱法的高鉴别力，被广泛应用于农药残留检测领域。2021年，曹红娣[7]基于在线凝胶渗透色谱-气相色谱质谱联用仪，将菜瓜采用GB 23200.113—2018中QuEChERS前处理法，建立了一种新的农药残留检测方法，该方法同时测定菜瓜中9种常见农药的残留情况。结果表明，9种农药在5～500 µg·L-1范围内线性关系良好，添加的5个水平的9种农药的回收率和精密度（n=6）范围分别为71%～103%、1.8%～7.5%。

多级串联质谱是对上级质谱产生的离子进一步裂解产生次级质谱，并对次级质谱进行分析的技术，其具有更高的灵敏度，应用更为广泛。GUO等[8]建立了同位素标记内标法用于检测4种鱼类中22种农药和代谢物残留，样品经过乙酸∶乙腈（1∶99，v/v）萃取，固相萃取（PEP-plus）纯化，分散固相萃取（PSA和C18）净化，最后通过液相色谱-串联质谱进行分析。结果表明，目标化合物在0.1～100.0 ng·mL-1范围内线性良好，相关系数均大于0.99；在3个加标浓度水平（0.5 ng·g-1、5.0 ng·g-1和100.0 ng·g-1）下，回收率均在70%～120%范围内，其中方法的定量限为0.5～5.0 ng·g-1。

学者们对于质谱仪不同的离子源和质量分析器在农药残留检测中的应用，也进行了深入的研究。实时直接分析质谱技术（Direct Analysis in Real Time，DART）是近年来出现的具有实时、原位分析等特点的一种常压敞开式离子化新技术。HAKAMI等[9]测定谷物中30种农药残留时，研发了一种QuEChERS方法，采用PSA和C18的混合物对样品进行净化，并用实时直接分析飞行时间质谱技术（DART-ToF-MS）和气相色谱-质谱法对样品进行检测。结果表明，两种方法共鉴定出19种农药，DART-ToF-MS法鉴定出其中16种，气相色谱-质谱法法鉴定出13种，这表明两种质谱技术是互补的，都可以用于谷物中农药的综合鉴定。

2 快速检测方法

常规检测方法需要通过化学手段对样品进行富集处理，再进行上机检测，具有成本高、耗时长的特点，针对农药残留的快速检测方法有光谱分析法、免疫分析法、酶抑制法和生物传感器法等。

2.1 光谱分析法

光谱分析法是根据物质的光谱特性来鉴别物质、确定化学组成及相对含量的方法，它的主要优点是灵敏、迅速。由于大部分农药具有特殊的化学结构，不同的结构又具有特殊的光学特性，据此可以实现针对不同种农药的快速检测，是一种快速无损的检测方法。目前应用较多的有红外光谱、表面增强拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等。

2.1.1 红外光谱

红外光谱法是基于物质对特定波长红外射线的吸收来对物质进行分析和鉴定，其中近红外光谱在农药残留检测中应用较多。2021年，LI等[10]建立了一种基于近红外光谱和支持向量机分类的农药残留定性检测模型，利用该模型对无农药残留和含农药残留的紫甘蓝进行鉴别，其中药水比为1∶100，对选用的高效氯氰菊酯、阿维菌素和苦参碱的分类鉴定正确率分别为90%、100%和100%。有学者将红外光谱技术与其他技术相结合，对待测农药进行浓缩、富集，并通过适当的建模分析，来提高光谱技术的检出限。傅立叶变换衰减全反射红外光谱法（Fourier Transform Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy，ATRFTIR）对于较难制备的样品具有其独特的优势，样品无需预处理，可直接被应用于农残检测中。索少增等[11]在萝卜农药残留检测中，将ATR-FTIR光谱与近红外光谱技术进行比较，并建立数学模型，得出ATRFTIR的农药残留检测具有更高精度的结论。

2.1.2 表面增强拉曼光谱

表面增强拉曼光谱法是利用拉曼光谱的某种增强效应来对物质进行分析、鉴定，通常是将物质吸附在胶质金属颗粒如银、金或铜等粗糙表面。用于农药残留检测的各类拉曼信号增强基底的开发成为学者们研究的热点，2021年，LIN等[12]将金纳米星作为表面增强拉曼光谱的基底，金纳米星的尖尖可以增强分析物分子的拉曼信号，其粗糙形貌可以实现良好的底物-分析物间的相互作用，该方法对绿茶中百草枯的检测限为0.2 mg·kg-1。CHESHARI等[13]将分子印迹技术应用于拉曼光谱基底制备上，在银纳米粒子上涂上一层薄薄的二氧化硅（SiO2）壳后，以多菌灵为模板通过沉淀聚合在Ag@SiO2上进行分子印迹，复合Ag@SiO2分子印迹聚合物（Molecular Imprinting Polymer，MIP）可以选择性地重新结合，并可成功检测低至10-9mol·L-1浓度下的多菌灵。

2.1.3 激光诱导击穿光谱

激光诱导击穿光谱是将超短脉冲激光聚焦在样品表面后，样品气化并受激产生等离子体，通过等离子体发射的光谱信息来确定样品成分和含量。2019年，赵贤德等[14]在被测苹果样品表面涂抹币族金属纳米粒子，并对其增强效果进行优化。选取在80 nm银纳米粒子、0.2 µs延时时间的最优条件下，采集苹果表面毒死蜱5个浓度点的激光诱导击穿光谱，以毒死蜱中磷元素4个特征峰作为依据对光谱的检测效果进行评估。通过定量化拟合曲线得到纳米增强激光诱导击穿光谱对毒死蜱的检测限为1.61 µg·cm-2。甘兰萍[15]将溶液中敌草快和腐霉利转化为固体样品，利用石墨吸附农药溶液后，采集样品的激光诱导击穿光谱。经光谱预处理和变量筛选算法优选后，可以有效提高相应定量分析模型的稳定性，证明采用双脉冲激光诱导击穿光谱可以对敌草快和腐霉利进行快速、有效的检测。

2.2 酶抑制法

酶抑制法是基于有机磷和氨基甲酸酯类农药对动物体内乙酰胆碱酶具有抑制作用的原理，通过检测酶抑制情况来获取样品中农药残留信息，目前这种方法只能检测有机磷和氨基甲酸酯类农药。分光光度法和试纸法是利用酶抑制原理检测的两个主要方式，其中分光光度法是通过测定酶溶液的吸光度变化来计算酶的抑制率，试纸法则是通过将酶和底物固定在滤片上来检测固定酶反应的抑制率。罗俊霞等[16]、苏鹤等[17]比较了市售农残快检试剂盒对有机磷类农药的敏感性，通过抑制率与农药浓度常用对数的线性拟合曲线，得出试剂盒对不同种农药的敏感性均不相同。有学者[18]将图像识别技术与传统的试纸检测方法相结合，将农药残留试纸检测结果进行拍照识别和数据提取，将主观粗略辨识的颜色进行了更加精细的划分，并建立了5个安全等级；通过100份样品试验，符合及不符合国标安全要求的检测准确率分别为95.23%、91.37%。速测卡法和分光光度法是我国的标准检测方法，方法虽然简单、快速、易操作，但其灵敏度较差、检测农药种类有限，并且不同厂家产品的检测数据缺乏可比性，对于阳性样品需要用色谱法进一步验证。

2.3 免疫分析法

免疫分析法是基于抗原和抗体之间的特异性结合对物质进行检测的方法，可以用于食品中农药残留的检测。在农药残留检测中以酶联免疫吸附分析（Enzyme-linked Immunosorbent Assay，ELISA）、荧光免疫分析（Fluorescence Immunoassay，FIA）、胶体金免疫层析（Colloidal Gold Immune Chromategraphic Assay，GICA）等方法最为常用。免疫分析法的关键是相应农药抗原、抗体的制备，2020年，周丹等[19]在自主选育的甲萘威和克百威单克隆抗体基础上，研究并制备出了一种农药残留快速检测阵列芯片，可实现30 min内同步定量甲萘威和克百威，其检测限分别为0.09 ng·g-1、0.11 ng·g-1，线性范围分别为0.18～1 500 ng·g-1、0.33～3 000 ng·g-1。结果表明该芯片检测结果与液相色谱-质谱联用检测结果高度一致。ZHANG等[20]使用荧光标记的寡核苷酸和金纳米颗粒检测农产品中有机磷农药（三唑磷、对硫磷和毒死蜱）。通过修饰探针表面上相应抗体和荧光标记的寡核苷酸来构建分析物的AuNP探针，选择6-FAM、Cy3和德克萨斯红3种荧光团。该方法对三唑磷、对硫磷和毒死蜱的线性范围分别为0.01～20.00 µg·L-1、0.05～50.00 µg·L-1和0.5～1 000.0 µg·L-1，检测限分别为0.007 µg·L-1、0.009 µg·L-1和0.087 µg·L-1，平均回收率在77.7%～113.6%。免疫分析法虽然特异性强、灵敏度高，需要明确待检农药，针对待检农药制备相应抗体，并且抗体制备复杂、成本较高，过高的售价不利于推广普及。

2.4 生物传感器法

生物传感器是用一种固定化的生物物质将生化反应转变为电信号，并进行检测的仪器，其体积小、灵敏度和准确度高、选择性好。生物敏感材料及换能原件的选择是生物传感器分析物质的关键，在农药残留上主要使用的生物活性物质有酶、核酸适配体、抗体、抗原、微生物等，换能器包括光电转换器、电化学电极等。KILEL等[21]以钴铁氧体纳米颗粒（COFE2O4NPs）、多 壁 碳 纳 米 管（MWCNTs）和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Emim] BF4）离子液体（IL）纳米复合物为基础，研制出一种用于检测水果中杀螟硫磷的新型电化学传感器，其线性范围为0.02～160 µmol·L-1，检测限和定量限分别为0.013 5 µmol·L-1、0.025 3 µmol·L-1。

将其他检测方法，如酶抑制法等与生物传感器相结合也是现在学者的研究重点。2021年，SINGH等[22]开发了一种基于乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）酶抑制的电化学生物传感，用于有机磷农药残留的检测。将合成氧化钛和二硫化钼纳米材料沉积于电极上，使用戊二醛和壳聚糖交联，最后将AChE固定在电极表面上。该传感器的检测限为50 pmol·L-1，并且在有机磷检测中具有较好的重现性和稳定性。不同种类的生物传感器特点及适用性不同，需要针对特定农药研究相应的识别及传感元件，其从实验室走向大范围应用仍还有一定距离。

3 结语与展望

在各类农药残留检测方法中，目前色谱法及色谱-质谱联用法仍是使用最多、最准确的定量方法。其中色谱-质谱联用法最为常用，但是操作复杂、成本较高；色谱法操作相对简单，对于某些无法通过色谱法进行准确鉴定的物质只能通过质谱法进行检测。各类前处理技术发展迅速，其与色谱、色谱-质谱技术的联用，使得前处理过程更加快速、简便，检测结果更加准确；在色谱分析的基础上，质谱仪也在朝着灵敏度更高、选择性更好、操作更加简便的方向发展。除了常规检测方法，学者们在农残快速检测方法上也在不断研究，并取得了较大发展，在一定程度上能够满足食品农药残留快速检测的需求，然而仍然存在一些问题。例如光谱分析法中，光谱仪的选择、样品处理方式、基底的选择等都可能会影响检测结果，且统一建模难度大，使得光谱分析法在实际应用中还有诸多限制。

在农药残留常规检测方法的前处理领域、快速检测方法的材料制备等方面，纳米生物技术、微流控技术、分子印迹技术等新型技术将继续成为研究热点，并且不同形式的检测技术将呈现多学科及多元化交叉发展的新局面，强强联合的检测技术将被更多的应用于农药残留检测领域；在仪器方面，高灵敏度、微型化、操作简便、多通道检测是未来农药残留检测仪器的发展方向；同时制定统一的标准规范，对于农药残留检测的实际应用具有积极意义。