农药残留检测进展研究

农药检测进展研究1.农药的作用农药的使用是农业增产的重要因素，是解决世界上60亿人口温饱问题的有力措施。据统计，世界谷物生产每年因虫害损失14%，病害损失10%，草害损失11%；我国的农作物从种植到储藏，因病、虫、草、鼠的危害，粮食最少损失10%～15%，棉花约15%，水果、蔬菜20%～30%。农药的使用可以挽回大部分的损失，在农业抵抗病虫害方面起着积极的作用。历史上曾经发生过很多次大灾害，如1845年由于马铃薯晚疫病大流行所造成的震惊世界的爱尔兰大饥荒，1870～1880年间由于葡萄霜霉病大流行所导致的法国葡萄种植业的崩溃以及葡萄酒酿造业的倒闭，我国历史上十多次由于“南螟北蝗”造成的全国大饥荒等，都是由于缺乏有效的防治手段的结果。由于世界人口激增，粮食生产仍低于需求，在一些贫困国家，仍有很多人在挨饥受饿，平均每3.6秒就有一个人饿死。所以农药作为植物保护的重要手段，今后还是必要的。此外，杀虫剂在疾病载体控制以及健康和生命保护的卫生项目中也起着决定性的作用，如疟疾问题中的疟蚊的防治，农药挽救了世界各地数以百万计人的生命，而且今后还将如此。所以，农药也是最重要的对付饥饿和保护人类生命的武器之一。然而，由于农药的毒性，其引起的负面影响也非常严重。2.农药的危害(一)农药对土壤、农作物的污染半个多世纪以来由于农药的大量、大面积使用，不当滥用，以及农药的不可降解性，已对地球造成严重的污染，并由此威胁着人类的安全。据统计，中国每年农药使用面积达1.8亿公顷次，50年代以来使用的666达到400万吨、DDT50多万吨，受污染的农田1330万公顷。农田耕作层中666、DDT的残留量分别为0.72×10-6和0.42×10-6；土壤中累积的DDT总量约为8万吨。粮食中有机氯的检出率为100%，小麦中666含量超标率为95%。20世纪80年代禁止生产和使用有机氯农药后，代之以有机磷、氨基甲酸酯类农药，但其中一些品种比有机氯的毒性大10倍甚至100倍，农药对环境的排毒系数比1983年还高，而且，这些农药虽然低残留，但有一部分与土壤形成结合残留物，虽然可暂时避免分解或矿化，但一旦由于微生物或土壤动物活动而释放，将产生难以估计的祸害。(二)农药对环境的污染由于农药的施用通常采用喷雾的方式，农药中的有机溶剂和部分农药漂浮在空气中，污染大气；农田被雨水冲刷，农药则进入江河，进而污染海洋。这样，农药就由气流和水流带到世界各地，残留土壤中的农药则可通过渗透作用到达地层深处，从而污染地下水。据世界卫生组织报道，伦敦上空1吨空气中约含10微克DDT，雨水中含DDT7×10-12～400×10-12，全世界生产了约1500万吨DDT，其中约100万吨仍残留在海水中。中国南方某省1994～1998年，渔业水域受污染面积达45万多公顷，污染事故800多起。水域中的农药通过浮游植物--浮游动物--小鱼--大鱼的食物链传递、浓缩，最终到达人类，在人体中累积。(三)农药对生态的破坏农药的不当滥用，导致害虫、病菌的抗药性。据统计，世界上产生抗药性的害虫从1991年的15种增加到目前的800多种，我国也至少有50多种害虫产生抗药性。抗药性的产生造成用药量的增加，乐果、敌敌畏等常用农药的稀释浓度已由常规的1/1000提高到1/400～1/500，某些菊酯类农药稀释倍数也由3000～5000倍提高到1000倍左右。大量和高浓度使用杀虫剂、杀菌剂的同时，杀伤了许多害虫天敌，破坏了自然界的生态平衡，使过去未构成严重危害的病虫害大量发生，如红蜘蛛、介壳虫、叶蝉及各种土传病害。此外，农药也可以直接造成害虫迅速繁殖，这种使用农药的恶性循环，不仅使防治成本增高、效益降低，更严重的是造成人畜中毒事故增加。长期大量使用化学农药不仅误杀了害虫天敌，还杀伤了对人类无害的昆虫，影响了以昆虫为生的鸟、鱼、蛙等生物；在农药生产、施用量较大的地区，鸟、兽、鱼、蚕等非靶生物伤亡事件也时有发生。生物多样性的减少，破坏了生态平衡，最终将威胁到人类在地球上的生存。(四)农药对人类的危害1983年禁用有机氯农药后，我国的农药向高效、低用量、低残留的方向发展，但许多农药的毒性比有机氯农药强十倍乃至百倍。如有机磷、氨基甲酸酯类农药中相当一部分是高毒和三致（致癌、致畸、致突变）的品种。由于农民缺乏用药知识和技术，个别使用者或不法经营者漠视相关的管理法例和法规，由此而产生的急性中毒事故屡屡发生。除了急性中毒外，在自然界中不能降解的农药，通过食物链的传递和浓缩，最终到达人类体内，在内脏、脂肪中累积而引起各种疾病，甚至癌症。（摘自《绿色化学》）3.农药的分类在农业生产中应用的农药主要可分为四大类。第一类是以滴滴涕、六六六为代表的有机氯杀虫剂。这类杀虫剂由于致畸、致癌、致突变、高残留等缺点，已经停止生产和使用;第二类是目前品种最多，应用范围最广，用量最多的有机磷(OPs)杀虫剂;第三类是氨基甲酸酯杀虫剂，其中有一些品种属于高毒农药，如吠喃丹等;第四类是拟除虫菊酯杀虫剂，多数为中等毒性或较低毒性的农药。除上述四类以外，还有少量其他种类的杀虫剂。在所有的农药中，有机磷和氨基甲酸酷类农药由于具有药效高、品种多、防治对象多、应用范围广、作用方式多、残毒少、药害轻、在环境中降解快等优点在世界范围内使用量最大。我国生产和使用的杀虫剂绝大多数品种为有机磷和氨基甲酸酷类农药(约占70%)，其中高毒性的有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂又占有机磷和氨基甲酸酷类杀虫剂的70%左右，因此最容易引起食物农药残留中毒。可见，加强对农产品中农药残留的检测对保护生态环境，尤其是保障人类健康有着十分深远的意义，而农药残留检测的重点应该放在有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂。4.现阶段农药检测技术目前农药残留分析的主要方法是气相色谱法(GC)、高效液相色谱法（HPLC)等，这些方法虽然分析精度高，定量准确，但其样品的前处理复杂、检测耗时长、成本高、需要技术熟练的操作人员。目前国内外文献中报道的方法主要有光谱法、色谱法、生物检测技术及活体检测技术等。4.1光谱分析法光谱法是根据有机磷农药中的某些官能团水解、还原产物与特殊的显色剂在特定的环境下发生氧化、磺酸化、酯化、螯合等化学反应，产生特定波长颜色反应来进行定性或定量（限量）测定。检出限在微克级，见下表。表中反映的是微量化学试验法，主要用于商品农药的鉴别试验，灵敏度不高、试验干扰因素多,含不同基团的有机磷的反应也不一样，易出现假阴性。为提高灵敏度，现在大部分使用波谱法，即用分光光度计来测定有机磷。经典的比色法是Ellman发展起来的，其基于乙酰胆碱酯酶对底物催化，与显色剂作用显示黄色，进行测定时以碘代硫化乙酰胆碱作为底物，5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)为显色剂。碘代硫化乙酰胆碱在乙酰胆碱酯酶的作用下水解成碘代硫化胆碱，与DTNB作用显黄色，在410nln处测定溶液的吸光度变化，可以进行农药的检测和筛选。现如今研究较多的是化学发光技术，主要是利用发光物质鲁米诺、光泽精、洛粉碱、没食子酸和过氧草酸等与有机磷进行特殊化学反应，在反应中吸收了释放的化学能，从而处于电子激发态的反应中间体或反映产物由激发态回到基态时产生光辐射，检测限达到ng/L水平。4.2色谱法4.2.1薄层色谱法薄层色谱法是一种较成熟的、应用也较广的微量快速检测方法。先用适宜的溶剂提取农药，经纯化浓缩后，在薄层硅胶板上分离展开，显色后与标准农药比较来进行定性测定，用薄层扫描仪进行定量测定，检出限达0.1-0.01µg。由于样品中农残成份复杂，农药含量较低，为此，国内外针对该方法的不同实验步骤，如提取方法、纯化方法、浓缩方法、薄层板的吸附剂种类、展开剂的配制、展开方式(如单向和双向展开)以及显色方法都作了深入的研究和改进。4.2.2气相色谱法（GC）气相色谱法是检测有机磷农药的国家标准方法，该方法是利用经提取、纯化、浓缩后的农药注入气相色谱柱，程序升温气化后，不同的农药在固定相中分离，经不同的检测器检测扫描绘出气相色谱图，通过保留时间来定性，通过峰或峰面积与标准曲线对照来定量。该方法具有即定性又定量、准确、灵敏度高，并且一次可以测定多种成分的优点。用于农药残留量检测的检测器主要是电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD),采用的色谱柱主要是填充柱和毛细管柱。毛细管色谱柱具有比填充柱分离效能高(可达到1000000理论塔板数)、速度快、样品用量少等优点,近年来越来越广泛应用于农药残留量检测。最近几年采用双柱(不同极性)、两检测器(相同或不同)可同时进行定性、定量检测,并且可以和质谱连用（GC-MS），以减少干扰物的影响，提高仪器的灵敏度，但仪器价格昂贵。4.2.3液相色谱法1)高效液相色谱法(HPLC)高效液相色谱法是在液相柱层析的基础上，引入气相色谱理论并加以改进而发展起来的色谱分析方法。一般来说，HPLC法的检出限要高于GC法，HPLC能对GC不能分析的高沸点或不稳定的农药可以进行有效的分离检测，是农药残留定性、定量分析的有效手段。HPLC在进行农药残留分析时一般以甲醇、乙腈等水溶性溶剂作流动相的反相色谱，用C18、C8作填料。与GC相比，HPLC的流动相参与分离机制，其组成、比例和pH值可以灵活调节，这样更利于分离。2)液相色谱-质谱联用法对于高极性、热不稳定性、难挥发的大分子有机化合物，使用GC-MS有困难，而液相色谱的应用不受沸点的限制，并能对热稳定性差的试样进行分离、分析。然而液相色谱的定性能力更弱，因此液相色谱与质谱的联用，其意义是显而易见的。LC-MS对分析技术和仪器的要求高，但它是一种很有利用价值的高效率、高可靠性分析技术。3)超临界流体色谱法（SFC）超临界流体色谱法既可以分析热不稳定的农药、同时还具有GC的分析优点、并且GC和LC的检测器它都可以使用，另外硫化学发光检测器在SFC上应用不论是重复性还是稳定性都取得很好的结果，其检出限达到pg级。由于超临界流体色谱需要一定的特殊设备，使目前广泛应用受到限制，但它同时具有许多独特的优点，使其在多种农药残留的分离提取和检测中得到应用，是农药残留分析最具有吸引力的技术之一。4.2.4毛细管电泳法毛细管电泳(CE)，是近年来发展起来的一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力的新型液相分离分析方法，是现代分析化学研究的前沿领域之一。毛细管电泳在分析检测杀虫剂、杀菌剂以及除草剂残留方面取得了不断进展，尤以各种除草剂的分离、单种农药制剂及复配农药的有效成分含量测定为多。随着愈来愈多的开拓性工作的不断推进，毛细管电泳在将来的农药分析中会得到更广泛的应用。4.3生物检测技术4.3.1免疫检测法免疫检测法是利用抗原和相应抗体在体外也能特异性结合的原理发展的一类特异、灵敏、快速的检测技术，用于检测农药残留所面临的两个主要问题是农药抗体的制备和检测样本基底的影响。酶联免疫吸附测定技术（ELISA）是将免疫技术与现代测试手段相结合而建立的一种超微凉的测定技术，其原理是通过在合适的载体上，酶标限定量抗原与未知抗原竞争固相抗体结合位点或固相抗原与未知抗原竞争限定量的标记抗体结合位点，形成抗体复合物。在一定底物参与下，复合物伤的酶催化底物，使其水解、氧化或还原成另一种带色物质。由于酶的降解底物浓度与显色程度成正比，通过分光光度计测定从而确定是否存在未知抗原及其含量。已有大量文献报道ELISA技术，而且一些发达国家已开发出商品检测试剂盒应用于食品、蔬菜和环境的农药残留分析。最近在分析化学领域日益受到关注的分子印迹技术，可以利用化学手段合成一种被称为分子印迹聚合物（MIP）的高分子聚合物，MIP能够特异性吸附作为印迹分子的待测物，在免疫分析中可以取代生物抗体，被科学家誉为塑料抗体，与生物抗体比较，MIP具有稳定性好、制备周期短、费用低、易于保存和可在粗糙环境中应用等优势。4.3.2生物传感器生物传感器是利用生物活性物质如酶、抗原、抗体、细胞、组织等作为传感器的识别元件，与样品中的待测物质发生特异性反应，通过适当的换能器将这些反应（形成复合物、发色、发光等）转换成可以输出检测的