[科普中国]-农药残留快速检测技术

概述

常规的农药残留分析方法为仪器分析法，即利用色谱、色谱－质谱联用、超临界流体等技术对农药含量进行快速准确的分析，但这些方法均不能满足样品现场快速检测的要求，这就迫使人们开发出一些操作方便快捷、结果准确的快速检测新技术，目前，得到广泛应用的有酶抑制法、免疫分析法、活体生物测定法和生物传感器法等。1

许多国家规定了食物中各种农药残留的限定量(MRL)，农药残留分析已成为世界各国农药管理中的必要环节。由于气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱-串联质谱法(GC-MS)和液相色谱-串联质谱法(LC-MS)具有适用范围广、分离效能高、灵敏度高、重复性好、选择性强、可同时进行多残留分析且定性定量准确等优点，已成为农药残留检测不可或缺的常规手段。2

目前，农药残留快速检测技术已经在泰国、越南、韩国等国家广泛使用。我国的一些地区，例如北京、上海、厦门、温州等市的水果蔬菜批发市场先后建立快速检测实验室，定期对进入批发市场的蔬菜水果进行抽样检测。3我国快速检测技术起步时间相对滞后，国外于 20 世纪70 年代已建立酶免疫测定方法，而我国直到 20 世纪 90年代才开始进行相关的研究，技术相对落后，需要不断的提高快速检测技术。

检测技术酶抑制法酶抑制法是利用有机磷及氨基甲酸酯类农药可特异性地抑制昆虫中枢和周围神经系统中乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性，造成神经传导介质乙酰胆碱的积累，影响正常传导，使昆虫中毒致死这一毒理学原理，将AChE 与样品反应，如果样品中没有农药残留或者残留量极少，AChE的活性就不被抑制，反之，如果农药残留量比较高，AChE的活性就会被农药所抑制。在酶反应试验中加入底物和显色剂观察颜色的变化或测定某种特定化合物反应的物理化学信号的变化，可判断是否存在有机磷或氨基甲酸酯类农药残留。目前，依据酶抑制法原理设计的农药残留检测方法主要有速测卡法（纸片法）、比色法（分光光度法）和胆碱酯酶生物传感器。2

免疫分析法免疫分析法是利用抗原与抗体特异性结合反应检测各种物质（药物、激素、蛋白质、微生物等）的分析方法。抗原是能够引起免疫反应的分子，它是形成特异性免疫反应的必备条件。一个完整的抗原应包括2个基本性质：一是免疫原性；二是反应原性（又称抗原性或免疫反应性）。具备这2种性质为完全抗原，仅具有反应原性的物质称为半抗原。农药是典型的半抗原，只有反应原性而无免疫原性，不能诱导抗体产生，只有将它们与大分子蛋白质载体结合，才能刺激机体免疫系统产生抗体。抗原和抗体的制备是免疫分析的关键和基础的步骤。制备抗原时，如果农药分子自身带有供偶联的活性官能团（如氨基、羧基等），则可将农药分子直接与蛋白质载体进行偶联反应，否则就必须对农药分子进行衍生化，接上供偶联反应的活性官能团以合成人工抗原。有许多因素直接影响到能否制备出高质量的人工抗原，如选择合适的中间体、活性官能团引入位点的选择、半抗原产物的分离、间隔臂的长短、半抗原与载体分子的偶联比等。根据标记物的不同，目前用于农药残留分析的传统免疫分析法主要有4种：放射免疫分析(RIA)、酶免疫分析/酶联免疫吸附分析(EIA/ELISA)、荧光免疫分析(FIA/PFIA)、化学发光免疫分析(CLIA)。其中，EIA/ELISA 是最为常用的农药残留检测方法。2

生物传感器生物传感器是将生物分子识别元件（敏感元件）和信号转换元件（换能器）紧密结合，从而检测目标化合物的分析装置。其基本原理为：待测物质和分子识别元件特异性结合，发生生物化学反应，产生的生物学信息通过信号转换器转化为可以定量处理的电、光等信号，再经仪表放大和输出，从而达到分析检测的目的。酶、抗体（抗原）、全细胞（包括微生物、动植物组织）、基因等生物活性物质均可用于生物分子识别元件制作，生物活性材料的固定化技术是制作生物传感器的核心技术，主要方法有包埋法、吸附法、共价键合法、交联法、亲和法等。信号转换元件则包括电化学电极和离子选择性场效应管(ISFET)半导体、光学元件（如光纤、表面等离子共振）、热学热敏元件、声学压电晶体（如石英晶体微天平、表面声波）、微机械悬臂梁等。从生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料角度，可将生物传感器分类为酶生物传感器、免疫生物传感器、全细胞（微生物/组织）生物传感器、基因生物传感器。其中，农药残留快速检测用途的生物传感器研究和开发主要集中在酶生物传感器和免疫生物传感器上。2

活体生物测定法活体生物测定法是利用活体生物对待测样品进行农药残留测定，如使用发光细菌或者昆虫。1

化学速测法农药残留的化学速测法主要是根据有机磷农药的氧化还原特性。有机磷农药在金属离子的催化作用下可水解为醇与磷酸，该水解产物与检测液（含有显色剂—紫红色）反应后，使检测液褪色变成无色。4此方法的优点在于它是化学反应，相对生化反应方法较稳定，同时避免了使用酶的不稳定、不易保存。用化学方法进行检测所需反应时间只需10 min（不含前处理时间）。但该方法有时颜色变化不明显，不利于判断，同时在使用过程中易受到植物组织和叶绿体的干扰，故只能检测叶片和果品表面的农药残留。

应用前景大量农药的违规使用已经对环境造成了严重的污染，也正在危及人类的健康，开发农药残留快速检测方法日益受到社会各界的重视。随着人们对环境保护问题关注的不断提高，对食品安全的关注也在逐步提高。新品种的农药不断涌入市场，要求对农药的检测低限越来越低，因此需要更为灵敏、准确、高效的检测技术，来实现提高检测灵敏度、多样化检测方法、缩短响应时间、提高仪器自动化程度、提高现场检测能力。长远看来，自动化液体工作站与农药残留快速检测方法联用，将会成为农药残留快速检测分析的新方向。5