淺析農藥殘留快速檢測技術的運用

宋語嬌 王鑫

農藥的充分使用為有效防治各類病蟲害、增加農作物產量，確保食物供給作出了巨大貢獻。近年，很多國家和地區濫用、過量使用農藥，食物中的農藥殘留量較高，進而引發中毒的問題比較顯著。不少國家明確規定了食品中農藥最大殘留限量（MRL），很多國家紛紛將農藥殘留分析當作自身農藥管理領域必不可少的一個環節。人們越來越多地采取高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜法（GC）、液相色譜-質譜法（LC-MS）、氣相色譜-質譜法等，它們的優點非常突出，如分離效能高、適用范圍廣、重復性好、靈敏度高、選擇性強，能夠定量定性地開展多殘留分析，變成了農藥殘留檢測流程中必不可少的一種常規手段。

美國農業部農業服務研究中心針對傳統樣品前處理存在著單個樣品的凈化、提取時間長，有毒溶劑消耗量較多等問題，2002年第一次公開發表了安全、耐用、高效、廉價、簡便、快速檢測農藥多殘留物的方法。如今這種檢測技術日益完善，被廣泛運用到水果、蔬菜等多類食品的農藥殘留檢測中。常規檢測用到的儀器較為龐大、笨重、昂貴，并且需專業化的技術員進行操作，且只能在實驗室內開展抽樣檢測活動，無法有效滿足現場快速檢測相關樣品的需要。不少國家的技術工作者紛紛深入鉆研，希望開發新技術，提出新原理，形成和設計出高靈敏度、特異性強、安全準確、快捷方便、廉價簡單的快速檢測技術。

一、生物檢測法

（一）生物傳感技術

生物傳感器涵蓋了檢測器、轉換器（用于信號轉換）、識別元件（其中的固定化酶層）等部分。底物通過酶的催化作用后，轉化為相應產物，由檢測器對產物進行檢測，并且借助轉換器轉換為相應的化學、物理信號，進而完成對有機磷農藥殘留量的檢測活動。

（二）酶聯免疫法

在生物學領域中，免疫學技術是運用酶具備的催化性以及抗原抗體具備的免疫反應特異功能而逐步成熟的技術。在檢測有機磷的過程中，蛋白質分子和有機磷分子結合后被制成了具備抗原功能的物質，使免疫動物生成特異性抗體，把相關抗原和待測物結合起來，并添加酶的底物，借助酶和底物之間的顏色反應，完成定性或者定量測定。酶聯免疫（ELISA）分析被廣泛地應用于檢測有機磷的相關農藥殘留。

（三）膽堿酯酶抑制法

在生物神經傳導中，丁酰膽堿酯酶以及乙酰膽堿酯酶的作用非常關鍵，它可以使神經傳導介質正常傳導。按照酶抑制法，酯酶在一定條件下可以對羧酸類物質的水解反應進行催化，有機磷類農藥能夠抑制酯酶的活性，進而壓制和弱化酯酶對羧酸類物質水解反應的催化作用。按照有機磷農藥的相關作用機理，在對農藥殘留成分進行檢測的過程中，可以借助膽堿酯酶自身的抑制程度，對樣品中的農藥殘留含量超標與否作出判斷。

二、納米材料技術

納米材料被界定為三維空間中最少有一維處在納米尺度的范疇內（1～100 nm），或由其尺度范圍的相關物質作為基本結構單元而形成的材料總稱。如今納米材料重點涵蓋金納米粒子、納米碳管、磁性納米粒子、熒光量子點等。納米材料具有顯著的交叉性，因其具備獨特的表面效應、量子尺寸效應、體積效應、尺寸效應、宏觀量子隧道效應等被人們高度重視，被用在諸多領域中。Qu F等把熒光免疫分析方法和磁性納米粒子有機結合起來，有效檢測了茄子、菠菜、胡蘿卜、白菜等多個農作物的三唑磷農藥殘留。Meng X等利用酶抑制原理，借助量子點和乙酰膽堿組裝出了傳感器，對樣品殘留的有機磷農藥含量進行檢測。檢測的敵敵畏殘留下限為4.49 nmol/L，在此基礎上設計出了一種靈敏、快速、簡單的檢測方法。Zhang K等設計出以量子點熒光信號開關對有機磷農藥進行快速篩查檢測的方法，借助CdTe量子點所具備的表面協同熒光能量共振轉移和單配體，代替開關機理，檢測有機磷農藥具有高靈敏度和高選擇性。納米材料能夠批量生產、易于制備，可以使納米材料和電化學、傳感器、免疫學、生物學等結合起來，形成納米抗體免疫法技術，具有靈敏度高、速度快、特異性顯著等優勢，如今科學家們仍在持續篩選特異性更顯著的抗體。納米發光酶電化學生物傳感器，能夠有效破除能量轉移的不足，靈敏度、可靠性、準確性都比較高。納米材料傳感器在較大程度上增強了電化學生物傳感器的再現性以及靈敏度，可以為有效檢測有機磷農藥提供可靠的借鑒，進而彌補相關技術的缺陷，成為農藥殘留檢測的一個發展趨勢。

三、生物傳感器技術

一般而言，生物傳感器是針對特定類型的具有可反應、可選擇特性的生物活性物質或者化學物質的分析裝置。傳感器自身的生物敏感層和相關復雜樣品中抗原、抗體底物以及酶、糖與外源凝集素、互補片段以及核酸之間等目標分析物識別反應過程中，會產生電化學、顏色、聲音、光熱等化學、物理信號的變化，上述變化經由原理不同的轉換器（如離子選擇性電極、熱敏電阻、光敏管、壓電晶體等）轉換為第二信號（一般都轉換成電信號），通過放大后記錄或者顯示。

這些研究開發出了多樣化的測定方法，有效提升了測量靈敏度，縮短了反應時間，增加了儀器自動化程度，增強了現場檢測能力等。按照生物傳感器的不同信號轉換器，將其劃分成光學、電化學、半導體、測熱型等多種傳感器。就電化學類型的生物傳感器而言，將電化學電極當作自身的信號轉換器，與動植物組織、微生物、酶等相關生物識別元件有效組合而成。酶電極將電極以及固定化酶有機銜接起來，向被測溶液中浸入酶電極，待測底物來到酶層中發生酶促反應，消耗或者產生能夠被測定的、可還原或者可氧化的電活性物質，電極能夠響應其反應，完成從化學信號到電信號的轉變，并開展相應的檢測活動。

王翔借助有機磷農藥以及乙酰膽堿酯酶間獨特的親和力，對實驗條件進行優化，將乙酰膽堿酯酶當作固定的相關生物傳感器，將石英晶體作為惰性載體的針對性材料，構建必要的理論模型，從實驗中獲得酶固定的理想濃度環境和pH，測定敵百蟲溶液，證明了濃度條件和pH的合理性。有機磷生物傳感器能夠促進檢測活動的連續性和自動化，以有效滿足現場環境監測的要求。電化學分析方法靈敏、快速，兼具適用范圍廣和性能穩定等多個特點，技術完善程度日益提升。

四、活體生物測定

首先，借助發光細菌對農藥殘留進行檢測。在有氧條件下，發光細菌的熒光素受到熒光酶的作用會出現熒光，然而其發光在受到若干有毒化合物的作用時會弱化，有毒物的質量-體積濃度和發光減弱程度存在一定的線性關系，借助這種特點來測定農藥殘留。它的顯著特點是價格低廉、反應靈敏、簡捷而快速，是非?？茖W的有機磷農藥殘留檢測方法。此方法稍加改進即可用來檢測水稻、水果等農產品的農藥殘留。袁東星等分析了以發光細菌檢測氧樂果、甲胺磷、敵敵畏、水胺硫磷、甲基異硫磷、辛硫磷等有機磷農藥的狀況。其研究結果證實，隨著被測樣品中有機磷農藥的質量-體積濃度日益提高，發光細菌會逐步降低發光強度，它和農藥自身的質量-體積濃度呈現出負相關關系。發光細菌檢測方法的農藥檢出最小質量-體積濃度達到3 mg/L，能夠有效契合快速現場檢測活動的半定量要求。其次，借助家蠅開展農藥殘留快速檢測活動。在菜汁中放入敏感性高的家蠅，4～5 h家蠅的死亡率低于10%的，可以判定為合格農產品。它的優勢是可以測定有毒的各種物質，不需要特定儀器以及前處理，具有較高的靈敏度。

人們為了防治蝗蟲災害，超劑量、不合理地使用各種化學農藥，造成農產品和土壤中農藥殘留量的日益增多，對農產品出口以及廣大群眾的健康構成嚴重威脅，破壞了原本正常的農業生態環境。我們要順應人民過上美好生活的新期待，持續強化農藥殘留檢驗監測，研發出更先進、更科學的農藥殘留快速檢測分析技術，逐步增強農藥殘留的檢測效率及靈敏度。