食品中有机磷农药残留检测技术研究
作者: 魏然摘 要:有机磷农药杀虫谱宽、药效明显,可极大地提高农作物产量,保证粮食丰产丰收。但是,农药的过度使用会导致其在农作物表面、土壤和水源中残留,经过食物链进入人体后,会对神经系统中的乙酰胆碱酯酶产生抑制作用,造成乙酰胆碱代谢紊乱,损害人体健康。因此,有必要对食品中有机磷农药残留的检测方法进行研究。
关键词:光谱法;液相色谱法;液相色谱质谱联用法;气相色谱法;气相色谱质谱联用法
Abstract: Organophosphorus pesticides have wide insecticidal spectrum and obvious efficacy, which can greatly improve crop yield and ensure grain harvest. However, the overuse of pesticides will lead to residues on the surface of crops, soil and water sources, and after entering the human body through the food chain, it will inhibit theacetylcholinesterase in the nervous system, resulting in the disorder of acetylcholine metabolism and damage human health. Therefore, it is necessary to study the detection methods of organophosphorus pesticide residues in food.
Keywords: spectroscopic method; liquid chromatography; liquid chromatography-mass spectrometry; gas chromatography; gas chromatography mass spectrometry
随着经济的飞速发展,食品安全问题越来越受到公众的重视。有机磷农药的广泛应用,使食品中农药残留问题受到关注,因此有必要对其相关检测技术展开研究。
1 有机磷农药残留的危害
在农业生产过程中,虫灾的侵害与杂草的大面积生长会极大地影响农作物的正常生长。有机磷农药以其优越的杀虫除草能力被广泛应用在农业生产中,在我国杀虫剂用量中占比在70%以上[1]。但在喷洒含磷农药的过程中,若超过其使用剂量则会造成有机磷农药在环境和农作物中的残留,通过直接或间接的食物链富集效应会累积在人体中。有机磷农药的结构与乙酰胆碱类似,进入生物体后会抑制其神经突触后膜上的乙酰胆碱酯酶的活性,进而引发神经系统紊乱。因此,对农产品中有机磷农药含量的检测尤为必要。目前,有机磷农药的检测方法主要有光谱法、液相色谱法、液相色谱质谱联用法、气相色谱法、气相色谱质谱联用法以及电化学法。
2 食品中有机磷农药残留检测技术
2.1 光谱法
光谱法是利用有机磷农药的光学特性,借助相应的光学仪器进行检测的方法。目前,光谱法主要包括分光光度法、近红外光谱法、荧光光谱法和拉曼光谱法等。刘辉等[2]采用磷钼蓝分光光度法测定水中的有机磷。实验首先催化降解水中的有机磷,再采用紫外吸收光谱对有机磷降解产物进行分析,以确定有机磷的含量。与国标法相比,该方法的实验效果相当,具有易于实现仪器化的优势。吕萍等[3]运用近红外光谱仪建立了生姜样品全波段范围内的近红外光谱,同时结合气相色谱仪测定了生姜样本中甲胺磷的含量,建立了对生姜中甲胺磷的定量分析模型,实现了无损检测。程定玺等[4]建立了荧光光谱法测定有机磷农药残留量的方法。线性相关系数为0.999 6,检出限为0.03 mg·L-1。光谱法检测有机磷农药残留具有预处理较为简单的特点,但往往一次只能检测一种有机磷农药,而在实际检测中,往往需要进行多农药残留的检测。
2.2 电化学法
与传统检测方式相比,电化学具有不需要昂贵的仪器、响应时间短、适合现场快速筛查等优势。苗向阳等[5]建立了一种金-乙酰胆碱酯酶纳米复合物膜电化学检测有机磷农药的方法。结果表明,方法的线性范围为0.005~5.000 μg·mL-1,检测限最低可达0.001 1 μg·mL-1,稳定性与重复性良好。但是,乙酰胆碱酯酶对有些有机磷农药不敏感,检测结果有时会出现假阴性现象。白文[6]研究分子印迹技术在有机磷农药毒死蜱检测中的应用。结果表明,微球与毒死蜱以氢键结合,在1×10-12~2×10-8 mol·L-1线性关系良好,检出限为10-12 mol·L-1。王海博[7]研究纳米氧化锆电极的制备及其对有机磷农药检测。实验测得氧乐果检测限为11.2 ng·L-1,说明循环伏安法测定有机磷具有较好的灵敏度。
2.3 气相色谱法
对于有机磷农药检测来说,气相色谱法是一种经典的检测方法。其原理是利用有机磷农药在色谱柱中固定相与气相间分配系数和运行时间的不同,将目标物分离出来,以出峰保留时间定性、以峰面积定量进行分析检测。该方法可通过采用混标标曲的方式同时对多种有机磷农药进行检测,具有灵敏度好、精确度高、重现性强等优势。根据目标物的性质不同,需选用不同的检测器以匹配不同目标物的检测需求。目前常见的气相色谱检测器有氮磷检测器、火焰光度检测器、氢火焰离子化检测器和电子捕获检测器。张杰等[8]利用气相色谱法快速测定蔬菜水果中甲拌磷、甲基对硫磷残留量。结果表明,方法的线性范围为0.01~1.00 mg·L-1,相关系数在0.999以上,加标回收率均在82.4%以上。气相色谱法检测有机磷的优势显而易见,不仅可以同时检测多种农药残留,甚至对于部分有机磷的检出限可低至痕量。但是,气相色谱对目标物判定的唯一标准是保留时间是否一致,当目标物增多时,对保留时间的准确度要求更高,保留时间处如果出现杂峰有可能会影响结果的判定,同时一台色谱仪往往需要配备多种检测器。因此该方法的应用范围受到限制。
2.4 高效液相色谱法
高效液相色谱法与气相色谱法原理类似,不同的是气相色谱法的流动相是气体,而高效液相色谱法的流动相是液体。相对于气相色谱法,高效液相色谱法更适用于极性强、分子量大的离子型农药,尤其是不易气化和热稳定性、热重复性差的有机磷农药。陈珠灵等[9]针对极性较大的对硫磷类目标物建立了蔬菜中3种有机磷农药残留量的检测方法。考虑到3种有机磷农药的特征吸收波长,将紫外检测波长设定为250 nm,通过调试流动相比例得出甲醇与水在85∶15比例下,混标的分离效果最佳。方法的检出限在1.0~5.0 μg·L-1,回收率在93.33%~101.67%。
高效液相色谱法可以检测热稳定性差的有机磷农药,同时出峰时间更短。但是,色谱法对目标物判定的唯一标准是保留时间是否一致。当目标物增多时对保留时间的准确度要求更高,保留时间处如果出现杂峰有可能会影响结果的判定。因此,有必要对进一步提高仪器的定性能力展开研究。
2.5 气相色谱质谱联用技术
针对色谱检测的一些弊端,质谱检测技术应运而生。气相色谱的分离度与定量能力较好,但因仅凭保留时间定性存在误判的问题。质谱法的灵敏度高,定性能力强,但要求进样纯度高、定量分析复杂。二者结合可以取长补短。气相色谱相当于质谱检测器的“进样器”,试样经过色谱柱在不同的保留时间以纯物质的形式进入质谱,而质谱仪相当于气相色谱法的“检测器”,可替代NPD、FPD、FID等检测器,并且灵敏度较高。
邬阳等[10]建立了固相萃取与气相质谱联用测定甜瓜中11种有机磷农药残留量的方法。方法的保留时间在4.825~29.371 min,线性范围为0.05~2.00 mg·L-1,定量限在0.01~0.20 mg·kg-1。实验通过特征离子进行定性定量,准确性好、抗干扰能力强。吴学进等[11]将分散固相萃取技术与气相质谱技术联用,对香蕉中包括有机磷在内的40种农药进行测定。40种农药残留的保留时间在4.79~23.91 min,线性范围在0.005~1.000 mg·kg-1,检出限在0.005~0.010 mg·kg-1。气相色谱质谱联用技术的定性定量能力较强,能一次检测几十种农药残留,极大地提高检验效率。但其也存在一定的不足。例如,由于在进样时需要高温气化,气相色谱质谱联用技术不适用于热稳定性差的有机磷农药检测,同时在以上实例中可以看到,部分有机磷的保留时间比较长。
2.6 超高效液相色谱质谱联用技术
超高效液相色谱仪具有柱压更大,出峰更快,定性能力强以及节省流动相等优点,超高效液相色谱仪与质谱联用可有效提高检测效率。梁达清等[12]运用高效液相色谱-串联质谱法测定香菇中23种有机磷农药。结果表明,方法的定量限在0.01 mg·kg-1,回收率在70.2%~105.0%。23种有机磷农药的保留时间在2.47~20.24 min。质谱法以特征离子定性定量的方式,解决了香菇中有机磷测定干扰组分多的难点。但是,普通的高效液相质谱法依然存在部分目标物保留时间较长的问题。陈慧菲等[13]采用QuEChERS-超高效液相色谱串联质谱法检测粮谷中10种农药残留。结果表明,10种农药可在2.87 min内全部出峰,大大提高了检测效率。同时方法的检出限在0.08~5.00 μg·kg-1,具有很高的灵敏度。高振刚等[14]采用固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法对水样中的16种有机磷农药进行测定。该研究通过对质谱条件中毛细管电压、各母离子锥孔电压、碰撞能等条件进行探索,建立了固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定水样中16种有机磷农药的方法。方法在1~100 μg·L-1线性良好,16种有机磷农药检出限在0.004~0.238 ng·L-1,灵敏度较高,可满足痕量检测要求。超高效液相色谱质谱联用技术适用于热稳定性较差的有机磷农药检测,同时具备出峰快、检测效率高、定性定量能力强的优势。但是,配备超高效液相色谱质谱仪需要较高的资金投入,且对仪器操作人员的要求也更高。
3 结语
综上,在实验室仪器检测方面,气相色谱法、液相色谱法等在食品农药残留检测过程中呈现出不同的特点。相对于传统的检测方式,超高效液相色谱质谱联用技术具有检测周期更短、灵敏度更高、普适性更好等优势,因此具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]陈进.有机磷农药分析方法的研究[D].金华:浙江师范大学,2010.
[2]刘辉,陈国松.磷钼蓝法测定水中有机磷农药残留方法改进[J].农业环境科学学报,2007(5):1843-1848.
[3]吕萍.基于近红外光谱技术的块茎类蔬菜中有机磷农药残留的无损检测研究[D].南昌:江西农业大学,2012.
[4]程定玺,赵亚鹏,左国强.荧光光谱法测定有机磷农药残留量[J].理化检验(化学分册),2010,46(6):645-647.
[5]苗向阳,刘闪闪,戴志晖.金-乙酰胆碱酯酶纳米复合物膜电化学检测有机磷农药[J].中国科学:化学,2015,45(7):740-746.
[6]白文.分子印迹技术在有机磷农药毒死蜱检测中的应用研究[D].长春:吉林大学,2011.
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[8]张杰,许家胜,刘连利.气相色谱法快速测定蔬菜水果中甲拌磷、甲基对硫磷残留量[J].科学技术与工程,2011(13):3049-3051.
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[10]邬阳,郭艳琼,王建军,等.固相萃取-气相色谱-质谱法同时测定甜瓜中11种有机磷农药残留量[J].中国瓜菜,2019(8):124-128.
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[13]陈慧菲,郁海菲.QuEChERS-超高效液相色谱串联质谱法检测粮谷中10种农药残留[J].粮食与油脂,2020(9):86-89.
[14]高振刚,曾莎莎,曾鸿鹄,等.固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定水中16种有机磷农药残留[J].分析科学学报,2021,37(1):22-28.
作者简介:魏然(1988—),女,河南内黄人,硕士,工程师。研究方向:食品检测。