[科普中国]-有机磷农药

有机磷农药，是指含磷元素的有机化合物农药。主要用于防治植物病、虫、草害。多为油状液体，有大蒜味，挥发性强，微溶于水，遇碱破坏。实际应用中应选择高效低毒及低残留品种，如乐果、敌百虫等。其在农业生产中的广泛使用，导致农作物中发生不同程度的残留。有机磷农药对人体的危害以急性毒性为主，多发生于大剂量或反复接触之后，会出现一系列神经中毒症状，如出汗、震颤、精神错乱、语言失常，严重者会出现呼吸麻痹，甚至死亡。1

简介我国生产的有机磷农药绝大多数为杀虫剂，如常用的对硫磷、内吸磷、马拉硫磷、乐果、敌百虫及敌敌畏等，近几年来已先后合成杀菌剂、杀鼠剂等有机磷农药。有机磷农药多为磷酸酯类或硫代磷酸酯类，其结构式中R1、R2多为甲氧基（CH3O-）或乙氧基（C2H5O-）；Z为氧（O）或硫（S）原子：X为烷氧基、芳氧基或其他取代基团。可以合成多种有机磷化合物。

有机磷类农药对人的危害作用从剧毒到低毒不等。能抑制乙酰胆碱酯酶，使乙酰胆碱积聚，引起毒蕈碱样症状、烟碱样症状以及中枢神经系统症状，严重时可因肺水肿、脑水肿、呼吸麻痹而死亡。重度急性中毒者还会发生迟发性猝死。某些种类的有机磷中毒可在中毒后8～14天发生迟发性神经病，有机磷中毒者血胆碱酯酶活性降低。2

种类有机磷农药（organophosphorus pesticide）种类很多,根据其毒性强弱分为高毒、中毒、低毒三类,中国时下常用有机磷农药的大数口服半数致死量（mg/kg）分别如下：对硫磷（1605）为3.5～15mg；内吸磷（1059）为4～10mg；甲拌磷（3911）为2.1～3.7mg；乙拌磷为4mg；硫特普为5mg；磷胺为7.5mg（以上属高毒类）。敌敌畏为50～110mg；甲基对硫磷（甲基1065）为14～42mg；甲基内吸磷（甲基1059，4044）为80～130mg（以上属中毒类）,敌百虫为450～500mg；乐果为230～450mg；马拉硫磷（4049，马拉松）为1800mg；二溴磷为430mg；杀螟松（杀螟硫磷）为250mg（以上属低毒类）。高毒类有机磷农药少量接触即可中毒,低毒类大量进入体内亦可发生危害。人体对有机磷的中毒量、致死量差异很大,由消化道进入较一般浓度的呼吸道吸入或皮肤吸收中毒症状重、发病急；但如吸入大量或浓度过高的有机磷农药，可在5分钟内发病,迅速致死。

理化特性有机磷农药大多呈油状或结晶状，工业品呈淡黄色至棕色，除敌百虫和敌敌畏之外，大多是有蒜臭味。一般不溶于水，易溶于有机溶剂如苯、丙酮、乙醚、三氮甲烷及油类，对光、热、氧均较稳定，遇碱易分解破坏，敌百虫例外，敌百虫为白色结晶，能溶于水，遇碱可转变为毒性较大的敌敌畏。市场上销售的有机磷农药剂型主要有乳化剂、可湿性粉剂、颗粒剂和粉剂四大剂型。近几年来混合剂和复配剂已逐渐增多。

毒理学各品种的毒性可不同,多数属剧毒和高毒类,少数为低毒类。

某些品种混合使用时有增毒作用,如马拉硫磷与敌百虫、敌百虫与谷硫磷等混合剂。

某些品种可经转化而增毒,如1605氧化后毒性增加,敌百虫在碱性溶液中转化为敌敌畏而毒性更大。

有机磷农药(有机磷酸酯类农药)在体内与胆碱酯酶形成磷酰化胆碱酯酶,胆碱酯酶活性受抑制,使酶不能起分解乙酰胆碱的作用,致组织中乙酰胆碱过量蓄积,使胆碱能神经过度兴奋,引起毒蕈碱样、烟碱样和中枢神经系统症状。磷酰化胆碱酶酯酶一般约经48小时即"老化",不易复能。
某些酯烃基及芳烃基磷酸酯类化合物尚有迟发性神经毒作用,是由于有机磷农药抑制体内神经病靶酯酶(神经毒性酯酶),并使之"老化",而引起迟发性神经病。此毒作用与胆碱酯酶活性无关。
缓释微胶囊剂型的有机磷农药，作用时间可较长。

中毒机理有机磷农药可经消化道、呼吸道及完整的皮肤和粘膜进入人体。职业性农药中毒主要由皮肤污染引起。吸收的有机磷农药在体内分布于各器官，其中以肝脏含量最大，脑内含量则取决于农药穿透血脑屏障的能力。

体内的有机磷首先经过氧化和水解两种方式生物转化；氧化使毒性增强，如对硫磷在肝脏滑面内质网的混合功能氧化酶作用下，氧化为毒性较大的对氧磷；水解可使毒性降低，对硫磷在氧化的同时，被磷酸酯酶水解而失去作用。其次，经氧化和水解后的代谢产物，部分再经葡萄糖醛酸与硫酸结合反应而随尿排出；部分水解产物对硝基酚或对硝基甲酚等直接经尿排出，而不需经结合反应。

有机磷农药中毒的主要机理是抑制胆碱酯酶的活性。有机磷与胆碱酯酶结合，形成磷酰化胆碱酯酶，使胆碱酯酶失去催化乙酰胆碱水解作用，积聚的乙酰胆碱对胆碱能神经有三种作用：

1.毒蕈碱样作用

2.烟碱样作用

3.中枢神经系统作用

有机磷与胆碱酯酶结合形成的磷酰化胆碱酯酶有两种形式。一种结合不稳固，如对硫磷、内吸磷、甲拌磷等，部分可以水解复能；另一种形式结全稳固，如三甲苯磷、敌百虫、敌敌畏、对溴磷、马拉硫磷等，使被抑制的胆碱酶不能再复能，可谓胆碱酯酶老化。

胆碱酯酶不能复能，可以引起迟发影响，如引起周围神经和脊髓长束的轴索变性，发生迟发性周围神经病。

中毒表现急性中毒临床表现可分三类：

（1）毒蕈碱样症状：早期即可出现，主要表现食欲减退、恶心、呕吐、腹痛、腹泻、流涎、多汗、视力模糊、瞳孔缩小、呼吸道分泌增多，严重时出现肺水肿。

（2）烟碱样症状：病情加重时出现全身紧束感，言语不清，胸部、上肢、面颈部以至全身肌束震颤，胸部压迫感，心跳频数，血压升高，严重时呼吸麻痹。

（3）中枢神经症状：头昏、头痛、乏力、烦躁不安，共济失调，重症病例出现昏迷、抽搐，往往因呼吸中枢或呼吸肌麻痹而危及生命。

（4）迟发性神经病：一般在急性中毒症状缓解后8天～14天，出现感觉障碍，继而发生下肢无力，直至下肢远端弛缓性瘫痪，严重者可累及上肢，多为双侧。

慢性中毒多见于农药厂工人。突出的表现是神经衰弱症候群与胆碱酯酶活性降低。有的有机磷农药可引起支气管哮喘、过敏性皮炎及接触性皮炎。

诊断标准急性中毒根据时间大量有机磷接触史，临床表现，结合全血胆碱酯酶活性降低。职业性中毒参考作业环境与皮肤污染检测，尿代谢产物测定，食品污染所致中毒参考剩余食品或洗胃液检测及人群流行病学，进行综合分析，排除其他疾病后，方可诊断。

观察对象有轻度毒蕈碱样、烟碱样症状或中枢神经系统症状，而全血胆碱酯酶活性不低于70%者；或无明显中毒临床表现，而全血胆碱酯酶活性在前705以下者。

急性轻度中毒短时间内接触较大量的有机磷农药后，在24小时内出现头晕、头痛、恶心、呕吐、多汗、胸闷、视力模糊、无力等症状，瞳孔可能缩小。全血胆碱酯酶活性一般在50%～70%。

急性中度中毒除较重的上述症状外，还有肌束震颤、瞳孔缩小，轻度呼吸困难、流涎、腹痛、腹泻、步态蹒跚、意识清楚或模糊。全血胆碱酯酶活性一般在30%～50%。

急性重度中毒除上述症状外，并出现下列情况之一者，可诊断为重度中毒：（1）肺水肿；（2）昏迷；（3）呼吸麻痹；（4）脑水肿。全血胆碱酯酶活性一般在30%以下。

迟发性神经病在急性重度中毒症状消失后2～3周，有的病例可出现感觉、运动型周围神经病，神经-肌电图检查显示神经原性损害。

预防控制预防农药污染与中毒

我国农药中毒高发的原因主要是：生产工艺落后，保管不严、配制不当、任意滥用、操作不善、防护不良。因此，预防的重点是：

1.改革农药生产工艺，特别是出料、包装实行自动化或半自动化；

2.严格实施农药安全使用规程

（1）配药、拌种要有专用工具和容器，配制浓度确当，防止污染环境；

（2）喷药时遵守安全操作规程，喷药工具有专人保管和维修，防止堵塞、渗漏；

（3）合理使用农药。剧毒农药不得用于成熟期的食用作物及果树治虫。食用作物或果树使用农药应严格规定使用期限。严禁滥用农药；

3.农药实行专业管理和严格保管，防止滥用；

4.加强个人防护与提高人群自我保健意识。

接触人群中毒筛检

1．对农药中毒高危人群，如农药厂农药出料、包装工，检修工；农忙季节农药配制、施药人员，以血液胆碱酯酶作为筛检指标，定期进行农药中毒筛检。

2．对敌敌畏、敌百虫、马拉硫磷等急性中毒患者，在急性中毒症状消失后，以神经-肌电图进行筛检。早期发现迟发性周围神经病。

农药急性中毒并发症的控制

急性有机磷农药中毒病死率高，死亡有两个高峰；（1）抢救早期多由于胆碱酯酶严重抑制、发生肺水肿、脑水肿及呼吸循环衰竭；（2）抢救后期出现“反跳”，多由洗胃不彻底有机磷再吸收或阿托品停用过早引起。恢复期中猝死，原因尚未完全清楚，有的因并发症或心脏中毒性损害所致。因此，控制的重点在排毒与解毒。

农药残留检测方法有机磷农药逐渐迈向超高效低残留的高效环保型的发展趋势，在环境和农产品的残留也很低，和多种农药残留共同存在，特别是在发达国家，所建立的农药残留量限量标准往往过于苛刻。这就要求在检测时，试图消除被测样品中其他物质的干扰，这就需要运用高灵敏度的检测器来实现。随着检测技术的发展，使当前对有机磷农药残留检测方法日益多样化。根据检测原理的不同，可大致分为两类;一是传统的仪器检测,即色谱技法:气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)和在此基础上发展的色谱一质谱联用技术等;二是基于生物检测技术的原理:生物传感器、酶抑制检测、免疫分析法等。3

气相色谱气相色谱具有分析效率高、准确度高、灵敏度高等优点，因而广泛应用于农药残留分析方法。气相色谱分析针对易于气化，热稳定的固态或液态物质，并且在有机磷农药多残留检测方面有一定的优越性。Liu研究组建立了糙米中有机磷农药检测方法,该方法检出限为0.001~0.089mg/kg,并且可实现50种有机磷农药的快速检测。Yu研究组采用丙酮超声提取蔬菜中残留的有机磷农药，石墨碳黑/氨基固相萃取柱富集净化，选择火焰光度检测器，优化的气相色谱分析条件可以实现33种有机磷农药的残留分析问

高效液相色谱气相色谱不适合难于气化、热稳定性差、极性强的农药残留的分析，高效液相色谱就成为农药残留不可或缺的分析手段。Lei研究组利用高效液相色谱对水胺硫磷、伏杀硫磷、亚胺硫磷、甲基对硫磷4种有机磷农药进行分析。Henry等建立了甲基对硫磷、对硫磷、辛硫磷的高效液相色谱检测方法，并且用于实际样品的检测。Xie等直接利用离子液体微萃取水样中的辛硫磷、对硫磷和甲拌磷，建立了高效、简便的高效液相色谱方法。

气相色谱一质谱联用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），抗干扰能力强，可以一次性完成待测物的定性、定量工作，已成为有机磷农药残留分析的最佳手段之一，已是国内外研究者最为常用的手段。Chen等通过超声辅助提取法结合反相固相技术，对蔬菜中残留的乐果和氧化乐果等9种有机磷农药进行萃取和富集，气相色谱与离子阱二级质谱联用对其进行了定性定量分析，检出限为0.02~0.04μgmL，添加回收率为75.07%~99.47%。AlberoB等用基质固相萃取结合高效液相对桔汁中残留进行分析,并用气质联用确证，讨论了储运和清洗对水果残留的影响。并且研究者已经将该方法用于果蔬、橄榄油中农药残留的检测。

液相色谱一质谱联用液相色谱与质谱仪的在线联用，抗千扰能力强，可以消除基质中未知成分的干扰，给出分析物的结构信息，不仅提高了分析的灵敏度和准确度，而且扩展了液相色谱的应用范围。Liu等经高效液相色谱分离烟草中残留的有机磷农药，以串联质谱在多反应监测模式下测定，完成了对毒死蜱、甲胺磷、乙酰甲胺磷、乐果、敌百虫的定量分析，5种农药在1~200μg/L内的线性关系良好(相关系数→0.998)，平均回收率为77%~104%，检出限为1.0~5.0μg/kg。Benno等采用RP18HPLC柱大体积直接进样，串联质谱对于气相色谱不宜检测的极性和热不稳定性的乙酰甲胺磷、甲胺磷、久效磷、氧化乐果、砜吸磷和蚜灭磷进行分析。该方法检出限位0.01-0.03mg/L,说明液相色谱与质谱仪的在线联用优势显著，适合水样中极性有机磷农药的检测。3

生物传感器生物传感器由于具有简单、快速、成本低、灵敏度高以及选择性好等特点，因而许多研究者基于生物传感器来检测有机磷农药残留。在有机磷农药残留的实际检测中，国内外研究者对enzymaticbiosensors(酶生物传感器)的关注度较高。其中以胆碱酯酶、有机磷水解酶作为生物活性识别元件的传感器已发展成为酶生物传感器的两种主导类型。
大连理工大Wu研究小组基于纳米电化学传感器对有机磷农药的研究做了系统的研究。Wu研究组在电化学还原石墨烯-萘酚纳米复合物及其在低电位检测有机磷农药中的应用中，利用石墨烯的电化学还原条件的可控性，从而降低检测电位，来提高传感器的灵敏度。通过对比有机磷衣药抑制乙酰胆碱酶活性的改变，来测定农药的的浓度。萘酚的加入既可以很好的固定乙酰胆碱酶又能与还原石墨烯形成三维连通的结构。在最佳实验条件下，该方法的检测范围位位5.0~100ng/mL与1.0-20μg/mL。该方法回收率在92%-114%，该方法具有较高的精确性、准确性及可重复性。在干扰离子浓度位0.1mol/L的条件下，具有较高的选择性，可用于相关实际样品的测定。该方法在有机磷农药的检测方面具有很大的应用前景。
另外，Wu研究小组通过调节PDDA包裹的普鲁士蓝纳米粒子与金纳米粒子的比例，得到了亲水角可在24°~78°之间可调的一系列纳米功能界面;通过亲水角和电化学手段研究了乙酰胆碱酷酶(AChE)在不同亲疏水界面上的活性和稳定性，发现了最适合AChE固定的界面属性;以疏水性界面为基础构建了一种对久效磷农药检测具有高灵敏度的电化学传感器，检测下限降至0.8pg/mL。灵敏度远远高经典方法，该类农药的检测提供了一个很好的手段和途径。3

免疫分析技术1971年，Ercegovich等第一次尝试将免疫分析用于农药残留检测，展望了免疫分析在农药常规检测中的潜在优势。之后，Hammock和Mumma提出利用免疫分析检测农药的可能性并得到环境学家的认可。Grennan利用重组的抗体碎片来检测农药一莠去津，该传感器将到电聚合物固定在碳糊电极表面，促进了HRP标记的抗原与电极表面的电子转移，该传感器检出限为0.1ng/mL。Hu研究小组通过将对氧磷抗体固定在金纳米粒子上，来实现水中对氧磷的检测。Dzantie研究小组将农药-农药共辄酶固定在石墨电极上，利用电位的变化来定量检测二氯苯氧基乙酸(2,4-D)与2,4,5-三氯苯氧基乙酸(2,4,5-T)。3

金纳米粒子作为纳米材料，具有表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性，因此在检洲中表现出些特有的优势。Lin实验组通过水热法制得ZrO2-SiO2纳米复合物，然后再在其表面引入金纳米粒子，制备了Au-ZrO2-SiO2修饰电极，并将其用于乙基-对氧磷的检测，金纳米粒子的引入不仅提高了传感器的电子转移速率而且较大的比表面积进一步增加了农药吸附量，该方法线性范围为1.0~500ng/mL，最低检测限0.5ng/mL。

分子印迹技术分子印迹技术(Molecularlyimprintingtechnology,MIT)是一种新型高效分离及分子识别技术，具有优越的识别性和选择性。近年来该技术被应用到农药残留检测上，取得了不错的效果。Shil5l研究小组利用表明分子印迹及电化学技术，以甲基对硫磷为模板分子制备了3-琉基丙酸自组装Fe3O4@Au纳米粒子分子印迹传感器，从而实现对甲基对硫磷分子的检测。该研究利用差分脉冲伏安法对不同浓度甲基对硫磷进行研究，随着甲基对硫磷浓度的增加，该传感器在-0.6V处的还原峰电流随着甲基对硫磷浓度的增加而增大，该方法线性范围为2.0x107~1.0x10mol/L,相关系数为0.9967，检出限为1.0x107mol/L(信噪比=3)。该方法有很好的选择性，具有检出限低等优点。该研究位农药残留和其他环境污染物的检测提供了一种新的途径。Shill6l研究小组基于分子印迹技术，将乙烯基修饰在碳纳米管上，以有机磷农药甲基对硫磷为模板分子，加入交联剂和引发剂后，发生共聚反应，合成表面分子印迹材料，从而制备甲基对硫磷分子印迹电化学传感器。该方法线性范围为2.0x107~1.0x105mol/L,检出限为6.7x108mol/L(信噪比=3)。并且将该方法应用于实际样品的检测，分别检测了黄瓜和梨中的甲基对硫磷，回收率分别为106.2%和94.9%(RSD