蔬菜中农药残留的检测方法概述
作者: 朱玲玲 高恒作者简介:朱玲玲(1990—),女,山东济宁人,硕士,助理工程师。研究方向:检验检测。
摘 要:保障蔬菜食品安全和保护消费者健康是当务之急。本文全面总结了农药残留对人体健康的潜在危害,并重点讨论了多种农药残留检测技术,包括气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用技术、酶抑制率法、免疫分析法和基于生物传感器的方法。通过介绍每种技术的特点、优点、缺点和应用范围,旨在为选择合适的农药残留检测方法提供有价值的指导。
关键词:农药残留;蔬菜;检测方法
Overview of Methods for the Detection of Pesticide Residues
in Vegetables
ZHU Lingling, GAO Heng
(Jiaxiang County Inspection and Testing Center, Jiaxiang 272400, China)
Abstract: Ensuring the safety of vegetable foods and protecting consumer health is a priority. This article summarizes the health risks of pesticide residues and discusses several detection technologies, which include gas chromatography, high-performance liquid chromatography, gas chromatography-mass spectrometry, enzyme inhibition assay, immunoassay and biosensor-based methods. By introducing the features, pros, cons and uses of each technology, it aims to help choose the right pesticide residue detection method.
Keywords: pesticide residues; vegetable; test method
蔬菜作为人们日常饮食中不可或缺的食材之一,其农药残留问题更是备受关注。农药残留不仅影响蔬菜的品质,更对消费者的身体健康构成潜在威胁[1]。因此,准确高效地检测蔬菜中的农药残留量具有十分重要的现实意义。
1 农药残留的种类及危害
农药残留是指农药在农产品及其副产品中残存的微量农药及其有毒代谢产物。农药按照化学结构可分为有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、氨基磺酰脲类等多个类别,其中常见的农药残留种类包括滴滴涕、六六六等有机氯农药,对硫磷、甲胺磷等有机磷农药,西维因、抗蚜威等氨基甲酸酯类农药[2]。这些农药残留通过食物链在生物体内富集,对非目标生物产生毒害作用,危及生态环境和人体健康。例如,有机氯农药由于其难以分解、高毒性和持久残留的特性,能通过生物积累作用在人体脂肪组织中积聚,可能导致神经系统损伤和内分泌系统的混乱,引发慢性中毒症状。相比之下,有机磷农药具有较高的毒性,通过抑制胆碱酯酶活性,可导致急性中毒,症状包括头晕、恶心和呼吸困难。而氨基甲酸酯类农药虽然对哺乳动物的毒性相对较低,但长期摄入可能伤害肝脏和生殖系统。农药残留通过干扰生物体内的酶系统、信号转导通路、基因表达等生理生化过程,产生细胞毒性、生殖毒性、致畸性、致癌性等多方面的危害。
2 农药残留在蔬菜中的检测方法研究
2.1 色谱分析法
2.1.1 气相色谱法
气相色谱法是一种基于待测物在固定相和流动相之间分配系数差异而实现分离的分析技术。在农药残留检测中,待测蔬菜样品经过前处理步骤,如均质、提取、净化等,获得含有目标分析物的提取液。提取液经过浓缩、定容后,以微量进样的方式注入气相色谱仪的进样口。在载气(通常为高纯氮气或氦气)的携带下,样品被气化并进入色谱柱。色谱柱内填充了高分子惰性材料作为固定相,不同农药成分在固定相上的吸附作用力存在差异。随着载气流动,各组分逐步从固定相上解吸脱附,按照其在固定相上的保留时间先后到达检测器。常用的检测器包括火焰离子化检测器、电子捕获检测器、氮磷检测器等[3]。检测器将色谱分离后的组分信号转化为电信号,再经过放大、记录和数据处理,即可得到相应的色谱图。通过与标准品色谱图的保留时间比对,可实现对农药残留成分的定性分析;根据峰面积或峰高与标准工作曲线比较,可进一步实现对农药残留量的定量分析。为提高气相色谱法的分离效率和灵敏度,可采用毛细管色谱柱、优化载气流速、改进进样技术等措施。
2.1.2 高效液相色谱法
高效液相色谱法是一种利用液态流动相和固定相之间多次分配平衡实现混合物分离的色谱分析技术。在蔬菜农药残留检测中,经过适当的样品前处理过程获得的提取液,在高压泵的作用下以一定流速通过色谱系统。提取液中的待测组分被压入装有固定相的色谱柱,在流动相的淋洗下,不同组分与固定相相互作用力的差异导致其在色谱柱中的迁移速率不同,从而实现色谱分离。分离后的目标农药成分进入检测器,根据检测原理的不同,可选择紫外-可见光检测器、荧光检测器、蒸发光散射检测器等[4]。检测器将目标分析物的信号转化为电信号,再传输至数据处理系统,经过放大、记录、积分等处理后,即可获得相应的色谱图。色谱图中的峰保留时间对应特征农药成分,与标准物质比对可实现定性分析;峰面积或峰高与标准曲线比较可用于定量分析。选择合适的色谱柱固定相(如C18柱、氨基柱等)和流动相(如甲醇-水、乙腈-水等)可有效改善物质的分离效果。梯度洗脱技术通过在分离过程中改变流动相的组成,可显著提高极性差异大的农药组分的分离效率。
2.1.3 气相色谱-质谱联用技术
气相色谱-质谱联用技术是一种将气相色谱与质谱联用的分析方法,集成了两种技术的优势,在农药残留检测领域得到广泛应用。蔬菜样品经过合适的前处理步骤后,提取液被注入气相色谱仪的进样口。在高温条件下,样品迅速气化并被载气带入色谱柱。农药成分在色谱柱内的固定相上发生不同程度的吸附作用,导致它们的流出时间不同,从而实现色谱分离。气相色谱仪的柱后连接质谱检测器,分离后的目标物质进入质谱离子源,经电子轰击电离生成特征碎片离子。这些带电离子在电场和磁场的作用下按照质荷比的不同而被分离,最终到达检测器产生相应的质谱信号[5]。数据处理系统根据色谱保留时间和质谱碎片离子的丰度比对,利用总离子流图和提取离子流图,实现对农药残留的定性定量分析。选择合适的电离模式(如电子轰击电离、化学电离等)和质量分析器(如四级杆、离子阱、飞行时间等),可大幅提高分析的灵敏度和选择性。多反应监测模式通过选择特征母离子和子离子进行扫描,能够在复杂基质中实现对目标物的精确定量。
2.2 快速检测法
2.2.1 酶抑制率法
酶抑制率法是一种基于特定酶活性受农药残留抑制这一原理而建立的快速检测技术,该方法通过测定农药残留对酶活性的抑制程度,来判断农药残留的含量。在实际操作中,需要提取蔬菜样品中的农药残留,制备成一定浓度的提取液。将提取液与特定底物和指示酶混合,在适宜的温度和pH条件下进行酶促反应。农药残留会通过与酶的活性中心结合,竞争性地抑制酶的催化功能,导致酶促反应速率下降。反应结束后,加入显色剂,利用分光光度计测定反应体系的吸光度变化。吸光度的降低程度与农药残留量呈正相关,通过与标准曲线比对,即可测定出农药残留的含量。常用的指示酶包括乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶等,底物可选用硫代乙酰胆碱、α-萘酚等。为提高检测的特异性,可采用特异性抗体包被的酶,使其专一性地与目标农药残留结合而被抑制。酶抑制率法操作简单、速度快,能够实现对有机磷、氨基甲酸酯类等抑制酯酶活性的农药残留的快速筛查,但存在假阳性率较高的问题。
2.2.2 免疫分析法
免疫分析法是一种通过抗原与抗体特异性结合反应来定性定量检测农药残留的技术。该方法以农药或其结构类似物作为抗原,通过动物免疫获得特异性抗体,再利用抗原抗体结合反应检测农药残留。酶联免疫吸附测定(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,ELISA)是广泛应用的免疫分析技术之一。在间接竞争ELISA中,将农药-载体蛋白偶联物包被于酶标板孔中,加入一定浓度的抗农药抗体,再加入待测样品提取液,农药残留与包被抗原竞争性结合抗体。经过温育、洗涤、显色等步骤,利用酶标仪测定各孔的吸光度。样品中农药残留量越高,结合到包被抗原上的抗体就越少,显色反应越弱,吸光度越低。以标准农药溶液替代样品建立标准曲线,即可实现对农药残留含量的定量分析。竞争ELISA灵敏度高,检出水平可达到pg·mL-1。然而,抗体的制备耗时耗力,不同批次抗体的特异性和灵敏度差异较大。为克服这一缺陷,发展了多种改进技术,如将分子印迹聚合物(Molecular Imprinted Polymer,MIP)作为抗体替代物,利用其与农药分子的空间互补性实现特异识别;采用量子点等新型标记物,显著提高检测灵敏度;将纳米材料与免疫分析相结合,通过静电作用富集农药分子,简化样品前处理步骤。免疫分析法操作简便、特异性强,可实现对农药残留的快速筛查,但存在交叉反应、基质干扰等问题,也需要联用其他方法进行验证。
2.2.3 生物传感器法
生物传感器法是一种将生物分子识别元件与物理化学信号转导器相结合,用于农药残留检测的新兴技术。生物传感器通过特异性识别元件与农药分子间的相互作用,将生物学信号转化为可测量的电信号、光信号等,实现对农药残留的快速、灵敏检测。常用的生物识别元件包括酶、抗体、核酸适配体、细胞等。以酶传感器为例,将特定酶固定于电极表面,农药分子与酶结合后引起酶活性的改变,导致电极表面电子转移能力发生变化,进而引起电信号的改变。将酶电极浸入待测样品溶液中,农药在电极表面富集并与酶结合,通过电流、电位等电化学信号的变化,建立农药浓度与信号强度间的定量关系,即可实现对农药残留的定量分析。
电化学生物传感器具有灵敏度高、选择性好、检测速度快等优点。为进一步提高传感器性能,可采用纳米材料修饰电极,利用纳米材料独特的物理化学性质,如大比表面积、优良的导电性等,显著提高检测灵敏度。此外,可将核酸适配体与电化学、荧光、表面等离子体共振等信号转导方式相结合,发展出多种核酸适配体传感器。核酸适配体是一类可以特异性识别和结合靶标分子的单链寡核苷酸,通过指数富集的配基系统进化技术筛选获得。将这些适配体固定在信号转导器的表面,当农药分子与适配体结合时,构象会发生变化,进而引起可测信号的改变,从而实现对农药残留的定量分析。
3 方法选择要点及注意事项
在选择农药残留检测方法时,需要综合考虑待测农药的理化性质、基质特点、仪器设备条件、实验室技术力量等因素。①对于热稳定性好、极性较小的有机氯、拟除虫菊酯类农药,优先选用气相色谱法或气相色谱-质谱联用技术;对于极性较大、热稳定性差的有机磷农药,宜采用高效液相色谱法。②进样方式的选择也十分关键,如果农药残留量较低,可采用大体积进样、固相微萃取等技术,提高进样量,降低检出限。③在提取净化过程中,选择合适的提取溶剂和净化填料至关重要。乙酸乙酯是一种常用的提取溶剂,能够有效提取多种极性农药;石墨化炭黑填料可有效去除蔬菜中的色素、蜡质等干扰物质。采用QuEChERS法处理蔬菜样品,结合分散固相萃取净化,可显著提高样品前处理的通量和效率。但是,QuEChERS法处理洋葱、大蒜等硫化物含量高的蔬菜时,易产生基质效应,影响检测结果的准确性。④酶抑制率法、免疫分析法等快速检测技术可用于农药残留的初筛,如果怀疑样品中农药残留量超标,需进一步采用色谱等精密仪器确证。生物传感器虽然灵敏度高,但选择性和重现性仍需提高,适合在现场进行快速半定量分析。
总的来讲,农药残留检测方法的选择需要兼顾准确性、灵敏度、特异性、重现性等指标,还要考虑分析速度、经济性等实际需求。建议优先采用标准方法,如GB 23200系列标准、欧盟快速极性杀虫剂法等,必要时再对方法进行优化和改进,以期获得可靠的检测结果。
4 结语
农药残留检测是保障蔬菜质量安全、维护消费者健康的重要手段。多种检测技术快速发展,为农药残留提供了更加精准、高效的检测手段。然而,面对种类繁多的农药残留以及复杂的样品基质,仍需进一步提升检测技术的通量、灵敏度和选择性,并完善农药残留的检测标准体系,这样才能更好地应对食品安全挑战。
参考文献
[1]王冠杰.基于适配体传感器蔬菜中有机磷农药残留检测方法的研究与应用[D].淄博:山东理工大学,2023.
[2]周琦.蔬菜中有机磷农药残留量检测方法和技术[J].食品界,2021(9):121.
[3]赵媛,田夏.蔬菜中多菌灵等7种农药残留的液相色谱检测方法研究与应用[J].农家参谋,2021(5):75-76.
[4]许俊丽.基于戊唑醇单克隆抗体的免疫检测技术研究及其在蔬菜中的应用[D].南京:南京农业大学,2019.
[5]岳忠岩,佟晓林.蔬菜中农药残留快速检测方法的研究[J].现代食品,2019(3):33-34.