快速检测技术在烟草农药残留检测中的应用探讨

作者:未知

  摘要 快速检测技术在农药残留检测中发挥着重要作用。本文重点介绍了酶抑制法、免疫分析法、光谱法和生物传感器等几种农药快速检测技术的检测原理和研究进展,概述了快速检测技术在农药残留检测中的应用研究,并对农药快速检测技术的发展给予了展望,以期推进烟草农药残留快速检测技术的发展。
   关键词 农药残留;快速检测;应用;烟草
   中图分类号 S481*.8
   文献标识码 A
   文章编号 1007-5739(2019)08-0111-03
   农药残留超标问题是人们长期关注的重点,烟草在大田生产和储存过程中都不可避免地会使用农药。合理的农药使用为烟草带来了可观的经济效益,然而在实际应用中,农药的过量和违规使用导致烟叶农药残留甚至超标的现象时有发生。为了提高烟草制品质量安全水平,对烟叶中农药残留进行及时和准确分析是控制烟叶安全性的重要环节。目前,烟草农药残留量主要采,用色谱法或色谱一质谱联用等技术检测,方法稳定,结果准确、重复性好,但不能满足现场快速筛查需求,不能及时对烟叶农药残留作出评价。随着农药残留快速检测技术的研究和应用,一些特异性强、高靈敏度的快速检测方法实现了对农药残留的现场快速筛查和检测。本文对酶抑制法、免疫分析法、光谱法和生物传感器等几种农药残留快速检测技术的原理和应用进行了概述,以期为探讨烟草农药快速检测技术的研究和应用提供参考。
   1酶抑制法
   酶抑制法是利用酶的功能基团受到某种物质的影响,从而导致酶活力降低或丧失作用的一种检测方法。乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶是酶抑制快速检测中应用最多的2种酶,是有机磷和氨基甲酸酯两大类农药的作用靶标,有机磷和氨基甲酸酯类农药虽然分子结构不同,但是防治害虫的作用机理相同,都能对这2种酶的活性产生特异性抑制,其抑制率与农药残留量成正相关关系。因此,可以通过酶促反应中酶活性受抑制的程度判断样品中这2类农药的残留情况”,并开发了农药残留速测仪和速测卡。陈兴江等2用速测仪和农药速测卡测定了烟草中乐果、辛硫磷和灭多威等3种农药残留,与气相色谱法的检测结果一致。酶抑制法操作过程简便,检测速度快,适合现场大量样品的筛查,但是其适用范围有限,只能对有机磷和氨基甲酸酯类农药的残留总量进行定性检测,且检测过程中酶的敏感程度和稳定性、底物和显色剂的特异性以及提取液的浓度等因素都会影响其检测结果,导致出现假阳性的现象。罗俊霞等采用试剂盒提供的方法和国标2种前处理方法,对50种有机磷农药的残留进行了测定,结果显示,用国标方法进行样品处理,测定有机磷的检出限相对比较低,检出的有机磷农药的抑制率也随着浓度的增加而增加,达到一定浓度之后几乎将酶活性全部抑制,抑制率接近100%。由此可见,酶、显色剂及底物的浓度都是影响酶抑制法测定农药残留结果的因素,在酶促反应过程中要控制多个条件才能尽量提高其检测的准确性。
   2生物传感器法
   生物传感器是将生物敏感元件与转换器连接组成的一种分析装置,通过转换器捕捉特定待测化学活性物质与生物敏感元件之间的反应,将其转换成可识别的物理化学信号,再通过检测元件信号数值的变化,达到检测农药残留量的目的,是目前农药残留快速检测技术的研究热点,在检测灵敏度、反应时间现场检测和自动化分析等方面都有较大进展。
   生物传感器具有特异性识别分子的能力,对被测物质有高度选择性.根据生物分子识别元件上敏感物质或信号转换器的不同,可分为酶生物传感器、免疫生物传感器和电化学传感器等不同类型。最早开发的主要是酶生物传感器,包括胆碱酯酶、有机磷水解酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽巯基转移酶等酶生物传感器,用于测定有机磷和氨基甲酸酯类农药。
   生物传感器的性能受固定生物分子的载体及固定方法的影响较大,新型纳米材料的引人提高了酶生物传感器的检测性能:Yan等{制备了多壁碳纳米管的乙酰胆碱酯酶生物传感器对敌敌畏进行了检测,结果显示,敌敌畏的检测限为(0.680+0.076)μg/L,酶抑制率在0.25~1.75μumol/L及2.00~10.00μumol/L范围内与敌敌畏的浓度呈线性关系。Crew等F]制备了6种乙酰胆碱酯酶生物传感器,6min内可同时测定马拉硫磷敌敌畏和毒虫畏等6种有机磷农药,这种多酶抑制系统传感器的开发实现了同时对几种有机磷农药的测定。
   利用免疫分析技术结合传感技术开发的免疫生物传感器是利用农药与抗体间的特异性识别来检测样品中农药残留的一种方法,可以直接测定抗原抗体复合物的变化,通过转换器对检测结果进行定量,具有特异性好、高通量处理样品等特点。Wang等制备了非标记免疫生物传感器测定对硫磷,检出限为0.08μg/L,线性范围为0.17~32.50μg/L,检测结果与气相色谱的结果一致。免疫生物传感器特异性好,制备简单,但是农药抗体开发成本高,且只能检测单一农药,不适用多种农药残留的检测。
   3光谱法
   现代光谱技术是用调制后的光线照射被检测的物质,使物质内部在外界刺激下发生电子能级跃迁,从而产生不同的光谱,通过采集光谱特征来检测农药残留量。光谱法可以无损检测,没有繁杂的样品前处理,分析速度快、特征性强,可实时快速检测。常见的光谱技术有红外光谱法、拉曼光谱法和荧光光谱法等几种。
   刘翠玲等8用近红外光谱对混合液溶液中毒死蜱进行了测定,样品的预测值和化学值之间有很好的相关性,通过聚类分析可以将含有毒死蜱的混合液与不含毒死蜱的混合液分开,进行直观识别和无损检测。
   拉曼光谱:是借助分子的振动谱来识别物质,农药分子因结构不同可产生不同的振动谱,并在特定的拉曼位移处产生特征信号峰,从而获得农药分子的“指纹信息”。利用拉曼光谱法识别农药时需要测量不同农药的拉曼光谱数据,建立数据库和评判模型0,才能快速分析农药残留量。李晓舟等叫用表面增强拉曼光谱技术对苹果表面的甲拌磷和倍硫磷残留量进行了测定,结果显示,识别苹果表面甲拌磷和倍硫磷这2种农药的特征峰频率较为丰富,建立线性回归预测模型可以作为定量测定这2种农药的参考模型。刘文涵等2用激光拉曼光谱测定辣椒表面甲基毒死蜱农药残留量,发现残留量与拉曼光谱特征峰相对强度有较高的线性关系。翟晨3)用拉曼光谱技术测定苹果中溴氰菊酯和啶虫脒2种农药,当溴氰菊酯和啶虫脒残留含量分别为0.78、0.15mg/kg时,其特征峰清晰可见。拉曼光谱法稳定性好、分辨率高,但是容易受荧光干扰、图谱分析复杂,检测的准确性有待提高。    利用待测混合液的荧光特性对农药残留量进行定性和定量检测的荧光光谱法的应用也较为广泛。薛龙等4用荧光光谱图像技术无损化快速测定脐橙表面的敌敌畏残留!量,结果表明,实测值和预测值之间的相关系数为0.8101。李满秀等5用荧光光谱法对蔬菜中溴氰菊酯农药残留量进行测定,加标回收率为975%~103.8%,其荧光强度与溴氰菊酯农药残留量有良好的线性关系。荧光分析只能对自身能够产生出荧光的物质进行检测,检测过程中温度、溶剂和溶液的pH值都会对检测结果造成影响。
   4免疫分析法
   免疫分析法是以抗体和抗原之间的特异性结合反应为基础的一种分析方法,该方法以农药分子作为抗原物质,用特异性抗体作为生物化学检测器对农药进行定性和定量检测。由于抗体只能对特定的农药抗原进行特异性结合,所以免疫反应具有很强的选择性和特异性。酶联免疫分析技术是免疫分析方法中应用最为广泛的一种,有60多种农药16可用酶联免疫法测定,主要是除草剂、杀虫剂和少量的杀菌剂,包括有机磷,氨基甲酸酯类杀虫剂及除草剂在内的几十种商品化的试劑盒已在市场上得到应用。Otieno等"建立了毒死蜱残留量检测的酶联免疫法,毒死蜱的检测限为0.37~0.42μgkg,平均回收率为90.20~101.88%,与高效液相色谱法相比无显著差异。曾俊源等8用直接竞争酶联免疫吸附法测定氰戊菊酯残留量,在高、中、低2.00.0.20、0.05mg/kg3个添加水平下,回收率分别为81%~89%.85%~98%、85%~106%。万宇平等9研制出甲基对硫磷酶联免疫试剂盒,通过与气相色谱检测结果比对,其检测限和加标回收率等基本一致,可对样品中甲基对硫磷残留量进行快速筛查。
   将化学发光技术与免疫方法相结合的化学发光免疫分析法也具有高灵敏度和高特异性。单云等0在纳米晶膜上建立了噻虫啉残留量测定的电化学发光免疫法,噻虫啉浓度的对数与标记物发光强度的对数在0.1~10.0pg/mL范围内呈线性关系,检测限为0.1pg/mL。刘涛等叫合成了一种具有较强发光能力的新型化学发光标记物,可用于二乙氧基类有机磷农药多残留化学发光免疫检测。以胶体金作为标记物的免疫层析技术,可以制作成检测试纸条的形式,灵敏性和特异性高,可以快速检测特定抗原或抗体。刘莹2制备了有机磷胶体金试纸条测定杀螟硫磷、甲基对硫磷和对硫磷等9种有机磷农药残留量,最低检测限为0.25mg/kg。楼小华等31建立了烟叶中三唑酮残留量胶体金试纸条快速检测方法,结果表明,三唑酮的检测限为1mg/kg,检测时间5~10min,与气相色谱一串联质谱检测法结果比对,符合率为98%,并且该试纸与多菌灵、甲霜灵和吡虫啉等农药不存在交叉反应,对烟叶中三唑酮的残留检测具有较高的特异性。
   5结论与展望
   目前,农药残留检测仍然以气相色谱法、高效液相色谱法和色谱一质谱联用等技术为主要的常规检测手段,检测结果准确稳定,可同时测定多种农药残留,方法的重复性好、灵敏度高,但是检测成本高,样品前处理繁杂,不适合田间农药监控的快速筛查,不能及时对产品的安全性作出评价。因此,适用于现场筛查的快捷简便和低成本的农药残留快速检测方法和技术应运而生。
   酶抑制法操作简单、时间短,适合田间检测及对大量样品的初筛,但是应用范围有限,而且酶、底物和显色剂都有一定的特异性,检测结果容易出现假阳性或假阴性,导致方法的重复性和回收率较低。生物传感器技术容易实现对农药残留进行快速现场检测筛查,但是也存在选择性低酶活性不高、检测成本较高等缺点。近年来,新型纳米材料的引入提高了传感器的检测性能除了纳米材料,分子印迹技术也将成为农残快速检测技术研究开发的热点和发展趋势。光谱法作为一种无损检测技术,可实现多组分实时快速同时测定,但是方法的灵敏度较低,受样品组分的相关信息以及背景干扰因素所产生的噪音信号影响,检测结果准确度和特异性较低,同时需要大量数据分析建立模型拟合,且要不断更新模型。免疫分析法检测试剂盒易普及和推广,尤其适用极性强、难挥发和热不稳定农药的田间快速检测,在实际应用中,可根据农药种类和结构建立不同的农药免疫检测分析系统。因为检测前需要明确待检农药,一种农药抗体只能对这种农药或结构相似的几种农药进行检测,因而不适合多种农药残留分析和未知农药的检测,广谱性较难实现,同时农药特异性抗体的开发和制备也较为困难,不同批次的抗体在性能方面也存在差别,从而会影响到检测结果的重复性。
   目前,农药快速检测技术在烟草上的应用研究报道极少,烟草大田生产中快速的农药筛查应用也很少。随着人们对烟草制品中农药残留的关注和重视,未来快速检测技术将会成为烟草农药残留检测的必要技术,在烟草质量安全监督管理中与传统的实验室检测方法一样具有不可替代的作用。
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