我國農藥殘留快速檢測技術研究進展及其發展趨勢

郭艷國，劉振江*，潘興魯，董豐收，鄭永權

（1.中國農業科學院植物保護研究所，植物病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193;2.江蘇大學環境與安全工程學院，江蘇鎮江 212013）

農藥具有成本低、見效快的優點，在防治病蟲草害，提高農作物產量，確保農業增產增收方面具有不可替代的重要作用[1]。然而，化學農藥的長期大量不規范使用，對農產品安全和生態環境安全造成了嚴重的威脅。第2次全國污染源普查發現，農藥殘留污染成為我國農業污染的重要因素[2]。研究表明，施用到農作物的農藥約90%會直接進入到環境體系中，環境中殘留的農藥不僅會改變土壤微生物群落的結構，破壞農業系統中微生態的平衡，并且會通過食物鏈等途徑進入人體，給人類健康帶來極大的安全隱患[3-5]。因此，開發高效的農藥殘留分析檢測技術對保護生態環境和人類健康具有十分重要的意義。

研發快速、靈敏的農藥殘留檢測技術是實現農產品質量安全監管的重要技術手段。目前，常見的農藥殘留檢測技術主要包括儀器檢測技術（氣相色譜法[6]、高效液相色譜法[7]、色譜-質譜聯用技術[8]）、酶抑制法和免疫分析法等快速檢測技術[9-10]。其中，儀器檢測技術往往需要昂貴的儀器，檢測時間長，不適合在現場進行快速分析檢測，而快速檢測技術以其簡單、快速、高通量的分析特點引起了人們的廣泛關注和應用。2016年《食品安全法》從法律層面高度充分認可了“快速檢測方法對食用農產品進行抽查檢測”的合法地位[11]。2021年農業農村部等七部門聯合實施食用農產品“治違禁控藥殘促提升”三年行動方案，明確提出“鼓勵農產品批發市場對‘三棵菜’中吡蟲啉等易超標農藥和禁限用農藥殘留開展針對性快速測定”[12-13]。本文將重點介紹我國農藥殘留的快速檢測技術應用與發展，并對各個檢測技術優缺點進行比較和分析，同時展望了快速檢測技術發展趨勢，為農產品中農藥殘留的有效監管和新型快檢技術的研發提供參考。

1 農藥殘留快速檢測技術研究進展

近年來，我國農藥殘留快速檢測技術得到快速發展。目前已有包括光譜法、酶抑制法、免疫分析法、活體檢測法、生物傳感器檢測法等多種檢測方法應用于實際檢測，這些方法在一定程度上可以滿足實際檢測的需求，本文將重點對這幾種方法進行詳細介紹。

1.1 光譜法

光譜法主要用于有機磷農藥殘留的檢測，即根據有機磷農藥中某些官能團發生水解或還原的產物，與相應的顯色劑發生化學反應，產生特定波長的光譜來進行定性或定量分析農藥殘留的含量[14]。根據產生的不同波長可分為紅外光譜法和紫外光譜法，其中紅外光譜法應用最廣泛。例如，劉若云等[15]采用紅外光譜法檢測吡蟲啉的殘留，結果表明紅外光譜法能夠迅速測定吡蟲啉的含量，在一定程度上可以滿足農藥殘留迅速測定的需求。李敏[16]提出了一種近紅外光譜技術對小白菜葉片中的氯氟氰菊酯進行定性分辨的方法。檢測結果表明，此方法對無農藥殘留與含輕度農藥殘留2類樣本的正確鑒別率為95%，對含輕度農殘與含重度農殘2類樣本的正確鑒別率為90%。該方法為蔬菜農殘定性分類鑒別提供了一種新思路。馮鎮等[17]利用近紅外光譜技術有機結合化學計量法構建了小麥中毒死蜱農藥殘留的測定模型。結果發現，利用因子化法構建的定性分析模型的判別率高達90%以上，可以實現對小麥中毒死蜱殘留的定性分析檢測。同時，基于偏最小二乘法可以實現定量檢測分析且獲得良好的重現性。覃重陽等[18]通過表面增強拉曼光譜法對茶葉中的百草枯和敵百蟲2種農藥殘留進行快速檢測。實際檢測結果表明，其檢出限和靈敏度均能滿足國家要求。

光譜法用于農藥殘留測定雖然具有許多優勢，包括測定速度快，前處理要求低等，但光譜法只能檢測一種或一類具有相同基團的有機磷農藥，且其檢測靈敏度不夠好，通常只能用于農藥殘留的定性分析。

1.2 酶抑制法

酶抑制法最早于1951年在美國被發現并應用于農藥殘留的檢測，這是目前研究最成熟、應用最廣泛的快速農殘檢測技術[19]。在我國，廣東達元綠洲食品安全科技股份有限公司在1993年研制出第1個農殘速測卡并進行了實際應用，這開啟了我國農藥殘留快速檢測的新篇章。其檢測原理是通過有機磷與氨基甲酸酯類農藥對膽堿酯酶的抑制進而導致底物顏色發生不同的改變，從而實現農藥殘留的分析測定。根據所使用的檢測儀器和膽堿酯酶分解底物的不同，酶抑制法可分為酶抑制率法和速測卡法，2種分析技術已經得到了廣泛應用。例如，馬宏等[20]構建了一種生物熒光酶抑制法，用于糧食及其制品中有機磷類和氨基甲酸酯類農藥殘留的快速定性測定，最低檢測限為0.1 mg/kg，單個樣品平均檢測時間為5 min。由此可見，酶抑制法可用于糧食及其制品中有機磷類及氨基甲酸酯類農藥殘留的快速篩選。Hassani等[21]發明了一種基于金納米棒修飾電極的敏感性乙酰膽堿酯酶生物傳感器，用于有機磷農藥檢測中對氧磷的含量測定。結果顯示，對氧磷的檢測限為4.3 nmol/L。該方法完全可以滿足對環境中對氧磷的快速測定要求。張艷艷[22]采用酶抑制法與氣相色譜法分別對購自農貿市場的40批次蔬菜樣品進行檢測，通過對比快速檢測方法與傳統儀器方法的檢測結果對酶抑制法進行驗證。結果表明，蔬菜中有機磷農藥殘留的快速檢測方法與氣相色譜檢測方法的檢測結果基本相符，可以滿足現場快速檢測的要求。

酶抑制法因具有操作簡便、成本低廉、前期投入少、檢測快等特點而被廣泛應用于農藥殘留檢測。目前已經出現基于酶抑制法原理的產品，根據不同的使用場合可以分為速測卡和農藥殘留速測儀2類。速測卡常被用于生產基地中農藥殘留的檢測；農藥殘留速測儀被廣泛應用在農業、衛生、工商等涉及農產品和食品的質量監督檢驗測試中心、質檢站等監測和質檢機構中。常用型號速測儀有Optizen 2120V-V農殘檢測儀、GDNY-110SA便攜式農藥殘留速測儀、RAT-201A型多通道農藥殘留檢測儀等。然而，在實際檢測農藥殘留中還有很多亟待改進的不足之處：（1）可檢測農藥種類少。酶抑制法主要用于檢測有機磷農藥和氨基甲酸酯類農藥，對其他農藥測定不敏感。（2）膽堿酯酶保存條件苛刻。膽堿酯酶需放置在低溫下保存，若在常溫中進行保存則很容易失活。（3）檢測結果不夠準確，易造成假陽性。例如，在對芹菜、韭菜、洋蔥等蔬菜樣品檢測時通常會受到較強的干擾從而造成檢測結果出現假陽性。

1.3 質譜快速檢測法

質譜技術由于其高靈敏度、高準確度以及高通量等特點，已經被廣泛應用到農藥殘留分析中。其中，液相色譜質譜聯用和氣相色譜質譜聯用是該領域最主要的技術手段。由于其需要復雜的樣品前處理及大量的有機溶劑，所以不適合快速實時高通量檢測。原位電離技術具有可在常壓敞開式環境下進行操作、無需或僅需簡單的樣品制備等特點，為農藥殘留的高通量實時檢測提供了可能[23]。原位電離技術主要包括樣品解吸附、分析物離子化和將離子引入質譜檢測3個過程，它與四極桿、離子阱、軌道阱和飛行時間等質譜聯用即可實現化合物的快速檢測，其中解吸附電噴霧電離質譜、紙噴霧電離質譜和實時直接分析質譜在農藥殘留檢測方面被廣泛應用。Gerbig等[24]采用解吸附電噴霧電離質譜結合同位素內標，建立了32種農藥在果蔬表面的快速篩查和定量檢測方法，僅需將玻璃棒在果蔬表面輕輕摩擦就可實現農藥快速檢測，檢測限均低于規定的農藥最大殘留限量；Pereira等[25]采用紙噴霧質譜和其變體技術葉噴霧質譜，建立了莠去津、敵草隆和滅多威在果蔬中的快速檢測方法。該方法無需樣品前處理，2種原位電離質譜的檢出限分別低至1.23和0.03 mg/kg；司露露等[26]建立QuEChERS-氣相色譜-串聯質譜法和高效液相色譜-串聯質譜法快速檢測蔬菜中267種農藥殘留量的方法。所有的農藥定量限均小于0.01 mg/kg，各個濃度水平加標回收率為67.2%～120.7%，相對標準偏差為0.1%～17.7%（n=6）。該方法適用于供港蔬菜中農藥多殘留的高通量快速篩查及應急檢測需要；劉平等[27]建立通過式凈化結合超高效液相色譜-串聯質譜快速檢測牛、羊奶中常見的13種有機磷農藥殘留，13種目標化合物的檢出限為0.015～0.15 μg/L，定量限為0.05～0.50 μg/L，適用于牛、羊奶及其相關制品日常檢測。

隨著小型化車載質譜、手提質譜不斷商業化，原位質譜技術與小型質譜儀聯用能夠實現農藥殘留現場、實時和高通量檢測。然而，原位質譜技術在實際操作中仍然面臨著許多挑戰，比如精準定量分析往往需要同位素農藥作為輔助，但同位素農藥難以獲得，因此增加了分析成本。另外，目前原位質譜技術更多的是實現農產品表面農藥殘留檢測，如何實現樣品內部農藥準確定量仍是未來的發展方向。

1.4 免疫分析法

1970年，Centeno等[28]第一次將放射免疫法用于DDT和馬拉硫磷的分析檢測，標志著免疫分析技術正式開始應用于農藥殘留分析中。目前，我國學者也開發了大量免疫分析技術用于我國農藥殘留分析研究，如農藥殘留超微量分析技術是以抗原抗體的特異性識別反應為基礎，結合現代測試手段，最終以光、電、顏色等形式呈現。根據其檢測信號的不同，免疫分析技術可以分為酶免疫分析、熒光免疫分析、放射性免疫分析、電化學免疫分析、免疫親和柱層析凈化-熒光光度法、免疫膠體金標記快速檢測法。鄒茹冰等[29]探究了一種化學發光酶聯免疫分析方法，用于谷物和果蔬中對硫磷、甲基對硫磷和殺螟硫磷等農藥的檢測，其檢測靈敏度分別為5.57、2.30和2.62 μg/kg。結果表明，該方法能滿足對硫磷、甲基對硫磷和殺螟硫磷最大殘留限量的檢測要求，為研制有機磷農藥多殘留檢測試劑盒提供了技術依據。Davoodi等[30]采用酶聯免疫分析技術檢測環境中的氨基甲酸酯、有機磷和擬除蟲菊酯殘留含量，最低檢測限達到5.2 μg/kg，可以滿足以上3種農藥的檢測要求。2022年中國農科院質標所和北京壹拾智檢生物科技有限公司發布了茶葉中農藥殘留家用智能快速檢測產品。該產品基于免疫層析試紙條和人工智能技術，成功研制出了多種農藥的膠體金快速檢測試紙條，用條形碼給每1張試紙條標識身份，通過讀取圖像軟件，利用智能手機拍照對農藥殘留進行定量分析，如檢測產品操作簡單、無環境污染，消費者只需將茶水放入試紙條反應，再用手機里的微信小程序拍照，即可快速獲得檢測結果，真正實現“即泡即測”，隨時隨地掌握所飲茶葉的農殘含量。

免疫分析法因其靈敏、簡單、快速、成本低的優勢受到了廣泛的關注。截至目前，國內農殘免疫快檢產品主要以膠體金免疫層析技術為主。調研發現，國內不同品牌用于檢測不同種類農殘的試紙條價格基本相同，均價為15～20元/條，生產廠家包括北京勤邦生物技術有限公司、蘇州快捷康生物技術有限公司、武漢華美公司和青島普瑞邦公司等多家公司，檢測對象涉及毒死蜱、對硫磷、啶蟲脒、吡蟲啉等30多種農藥。然而，免疫分析法只適用于檢測一種或一類農藥，后續需進一步研發，優化該項技術，打破這種局限性。

1.5 活體檢測法

活體檢測法的原理是利用活的生物對環境中的農藥殘留進行直接測定，其主要可以分為發光菌檢測法和敏感家蠅檢測法。發光菌檢測法的原理是農藥與發光細菌作用后可使細菌的發光程度發生不同變化，通過測定細菌發光改變量，即可間接測量出農藥殘留含量；家蠅檢測法原理是以敏感品系的家蠅作為試驗材料，對敏感家蠅進行樣品喂食后，樣品中農藥殘留會導致家蠅中毒，觀察家蠅在4～6 h內死亡率即可判定樣品中農藥殘留含量。例如，楊永東等[31]采用活體生物監測三氯氟氰菊酯、樂果、吡蟲啉等農藥在甘藍中17 d的殘留降解趨勢，結果發現利用生物檢測法可以實現農產品中農藥殘留的定性分析。

活體檢測方法雖然具有操作步驟簡單、結果分析方便的優點，但是其缺點也十分顯著，即僅僅針對少數農藥有反應，準確性較低且只能粗糙檢測。例如，家蠅對擬除蟲菊酯類敏感，而對有機磷和氨基甲酸酯等中高毒性農藥則不太敏感。在未來，活體檢測法應致力于提高檢測準確性和靈敏度，尋求更多活體生物用于農藥殘留的檢測分析。

1.6 生物傳感器檢測法

目前生物傳感器技術是農藥殘留快速分析技術的研究熱點，其原理是通過待測農藥和農藥分子識別元件發生相互作用后，產生一些化學或物理信號變化（如發光、發熱等）。這些變化被電子設備檢測、轉換和處理，產生可量化的光電信號[21]。目前，最常用的農藥殘留生物傳感器主要有酶生物傳感器、免疫生物傳感器、適配體生物傳感器。例如，Zhao等[32]建立了一種納米金/巰基甲胺磷多殘留電化學生物傳感器檢測環境中的有機磷農藥，其線性范圍在0.1～1 500 ng/mL，最低檢測限可達0.019～0.077 ng/mL，該乙酰膽堿酯酶生物傳感器具有良好的穩定性和重復性，實現了環境中有機磷農藥總量的快速檢測。Liu等[33]創立了一種基于適配體的靈敏側流生物傳感器，用于快速測定食品中水胺硫磷。該方法對水胺硫磷的檢測限低至2.48 mg/L，且具有較高的選擇性。近年來，用金屬、碳基以及復合納米材料等作為電化學生物傳感器的基底材料，可以很好地解決電化學生物傳感器檢出限、靈敏度不夠高的問題。Bao等[34]基于三維石墨烯-氧化銅納米花復合結構開發了一種用于有機磷農藥檢測的高靈敏度電化學生物傳感器，最低檢出限可以達到0.31 ng/L。

目前，生物傳感器法的研制和應用是農藥殘留快速檢測技術中的熱點問題，在縮短響應時間、促進測定方法多樣化、提高檢測靈敏度、提升儀器自動化程度等方面已取得了進步。在一些發達國家，已經有相當數量的生物傳感器投入到大氣、水檢測農藥殘留含量，但目前國內應用數量極少，今后目標應加大力度發展生物傳感器應用于我國農藥殘留含量的檢測工作。

2 農藥殘留快速檢測技術發展趨勢

近年來，隨著我國對農產品安全領域研究投入的增加，可以應用的分析檢測技術愈加廣泛，在一定程度上促進了農藥殘留快速檢測技術的發展，但現有分析技術仍然無法滿足實際檢測的需求，為此本文將從產業化、實時化、靈敏化3個方面對農藥殘留快速檢測技術的發展提出建議。

2.1 快檢技術的產業化

農藥殘留快速檢測技術應用到實際生產中才能更有價值，能否實現產業化是衡量一項技術價值的重要參數。在我國已經有山東方科、浙江托普云農、杭州綠博、北京勤邦、蘇州快捷康等多家公司進行農藥殘留檢測儀器和檢測試紙條的生產工作，這在一定程度上可以滿足蔬菜、水果、糧食、茶葉等農藥殘留的快速檢測。隨著我國農藥施用品種的不斷增多，現有快檢產品仍然無法全部覆蓋農殘檢測的需求。因此，加強農殘快檢技術的研發及成功轉化成為現階段的重要任務。

2.2 快檢技術的實時化

我國農產品流通速度加快、交易量與日俱增，迫切需要現場出檢測結果，實時獲取檢測信息。因此，發展樣品自動制備技術和各種設備在線聯用技術提高樣品自動化快速處理和測定能力，不斷縮短檢測時間，提高檢測速度已成為當務之急。同時，發展智能化設備通過服務器對檢測數據進分析、匯總、上傳、儲存，從而全面掌握農殘速測結果，為農產品質量安全狀況提供重要的數據信息平臺。

2.3 快檢技術的靈敏化

目前，我國制定的農藥殘留限量標準數量不斷增加，要求不斷嚴格，這對速測方法的檢測靈敏度提出了更高的要求。部分檢測方法如光譜法、活體檢測法仍無法滿足相關要求，相關分析技術和產品試劑應朝著高靈敏度方向發展。

3 展 望

我國農殘快檢技術已得到了長足發展，多種多樣的檢測技術以及檢測分析儀器設備在一定程度上滿足了農藥殘留的檢測需求，但隨著經濟的快速發展，人們的健康意識不斷提高，原有的檢測技術已經難以滿足社會高速度發展、市場高通量檢測以及人們高質量生活的日常需求。為了更好地保障國民食品安全，促進食品安全事業發展，未來的農藥殘留快檢技術應在如何改進現有分析技術的缺點上發力，從法律層面鼓勵科研技術的突破，促進“產學研”一體化系統的形成，形成科研技術-檢測現場-云端系統完備數據鏈，以產業化、實時化和靈敏化為發展目標，致力于研發國產快檢儀器設備，攻克關鍵技術，從儀器使用大國發展成為儀器創制大國。相關科研工作者應以將論文寫在祖國大地上為己任，為我國國民的食品安全提供有效保障。