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植物源食品中的农药残留的常用检测方法

发布时间:2017-10-30 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1375

食品中农药残留的检测方法可分为传统检测技术和快速检测技术。传统检测技术主要指使用大型实验仪器设备的检测方法,是食品中农药残留检测中最经典、最常用的技术。其中包括气相色谱法、高效液相色谱法、色质联用法、超临界流体色谱、毛细管电泳法等。传统的检测方法虽然准确度和灵敏度较高,但存在前期投入成本高、前处理过程繁琐、耗时、复杂、对样品破坏性较大等诸多不足,而快速筛选技术能够实现在较短时间内得出检测结果,且具有特异性、过程更简便、快捷、光谱技术甚至可以实现无损、实时检测。已有文献来看,快速筛选技术主要包括酶抑制检测法、免疫分析法、生物传感器法、现代光谱仪器法等。随着我国食品安全问题广受关注,食品中农药残留的快速检测技术将成为研究的重点、QuEChERS(快速、简易、廉价、有效、稳定、安全)是未来检测技术发展方向。

①食品中农药残留传统检测技术。气相色谱法(GC)主要适用于具有挥发性、且高温不容易分解类的农药残留检测分析,是农药残留量检测最常用的方法,流动相通常采用高纯氮气。其原理主要是将待测组分和一些千扰物在色谱柱中分离开来,由于农药中常见的如P,S,C1等杂原子,利用选择性检测器如电子捕获检测器、氮磷检测器、火焰光度检测器等进行检测,均具有高选择性、高分离效能、高灵敏度和快速的优点。近几年,毛细管色谱柱由于分离效能高、速度快、样品用量少,越来越广泛的使用在农药残留检测中,气相色谱仪器的发展也很迅速,实现了不同极性双检测器可以进行同时定性和定量分析。

液相色谱法(HPLC)主要用于高沸点或受热易分解类的农药残留检测分析。一般采用C18或C8的填充柱,以甲醇乙腈等水溶性溶剂为流动相的反相色谱,用紫外吸收检测器、两极管阵列检测器和荧光检测器等进行检测。与GC相比,HPLC的流动相参与分离机制,其组成、比例和pH可灵活调节,使分析物和一些干扰物得到有效分离,尤其是对不易气化或受热易分解的农药检测更能显示出它的突出优势,现已成为农药残留检测领域不可或缺的检测方法。近年来,高效液相色谱柱后衍生技术得到快速发展,对一些氨基甲酸酯类农药通过衍生化技术产生荧光物质,用荧光检测器进行测定,大大提高了检测的灵敏度,灵敏度可达0.1 ng以下,而且由于绝大多数杂质不产生荧光物质,有效避免了其他杂质的干扰。氨基甲酸酯类农药残留采用柱后衍生技术进行检测已成为我国行业标准,得到广泛应用。

色谱质谱联用法(GC-MS, HPLC-MS)既具备了色谱的高分离效能优点,又具备了质谱准确鉴定化合物结构的特点,可同时达到定性、定量的检测目的,特别适合于农药代谢物、降解物的检测和多残留检测等。鉴于色谱质谱联用特别适合干多残留分析,所以国外把它也划为农药残留快速检测技术之列。大部分农药(如有机氯、有机磷等)残留可使用GC-MS检测,检出限一般为1~10ug/kg,对分子量较大、极性或热不稳定性太强的农药及其化合物,需采用高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)来检测。但由于色谱质谱联用仪前期投入昂贵,目前在农药残留检测方法中还未得到普遍采用。

超临界流体色谱((SFC)是以超临界流体作为流动相的色谱体系,超临界流体是指物质处干临界温度和压力时的状态,介干气、液态之间,兼有气体和液体的某些物理特性,SFC可以弥补GC和HPLC的不足,它适用于分析热不稳定、化学性质活泼、极性化合物、分子量高及挥发性化合物等复杂混合物的分离和测定,SFC的优点可以方便地选择某些实验参数(流动相的极性、密度、固定相),SFC常用的流动相为CO2,即节省了溶剂,又减少了预处理过程中引起的污染。SFC可以和许多通用的检测器联用,如FID,ECD等,它将成为农药残留检测的理想方法之一,但由于商品化的超临界流体色谱价格昂贵,很难广泛应用,有待进一步改进、优化和提高。

毛细管电泳法(CE)是利用毛细管及高电压分离各种农药残留物,互补于某些难于用传统色谱法分离的离子化样品的分离和分析,比HPLC有高10~1000倍的分析能力,而且所需缓冲液环保无污染,在短时间内就可以完成待测组分的定性和定量分析。该方法以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道的液相分离技术,具有极高的灵敏度与分辨率,检测下限可达10~21mo1/L。另外,CE具有柱效高,分离速度极快,进样量很小,消耗溶剂少等优点。已有毛细管电泳法曾用来分离百草枯和杀草快、苯氧基酸等农药。

②食品中农药残留快速检测技术。酶抑制检测法主要适用于有机磷和氨基甲酸酯类农药的检测分析,其原理主要是基于食品中含有的有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶活性具有抑制作用,且与酶反应实验中颜色或物理化学信号的变化,从而判断是否存在这类物质。酶抑制法因其较高的专一性、灵敏性、准确性和低成本等优点,成为蔬菜生产基地、农贸集市农产品市场、各大超市以及各地农产品检测站广泛使用的农药残留检测技术,但也存在检出限偏高的不足。赵红艳等采用酶抑制法,建立了植物酯酶对敌敌畏、甲胺磷、毒死蜱等5种有机磷农药检测方法。朱松明等依据酶抑制法原理制备了一种新型农药残留快速比色检测酶片,该酶片可用于农产品中有机磷与氨基甲酸酯类农药残留的快速定性筛查。叶雪珠等利用基于酶抑制法的4种农药残留检测速测仪对蔬菜中农药残留含量检测效果进行了结果比对评价,结果表明,酶抑制法检测特异性较强,但存在最低检测限高和基质干扰的影响,容易出现假阳性和假阴性。

免疫分析法原理是利用抗原与抗体特异性结合来检测食品中各种待测组分(农兽药物、激素、蛋白质、微生物等)的分析方法,其特点是特异性高,操作简单,成本低,安全,可靠,检测方法具有较高灵敏度。它使用抗体常作为生化探测器,对蛋白质或酶进行的定性和定量分析。主要分为化学发光免疫分析法、酶联免疫吸附测定、荧光免疫分析法等,由于免疫分析法对样品前处理的要求不是太高,因而是目前应用最广泛、最成熟的一种农药残留快速筛检技术。

酶联免疫吸附检测法是在载体上发生酶联免疫反应、显色,并通过酶标仪来测定,从而确定是否存在未知抗原及待测农药残留物的含量的一种检测方法。邓浩等通过制备对硫磷的多克隆抗体,建立了一种间接竞争酶联免疫吸附分析方法,对蔬菜和水样品中的对硫磷残留进行了检测。曾俊源等采用包被抗体、酶标半抗原的直接竞争酶联免疫吸附分析法(ELISA)测定了桃中氰戊菊酯的残留量,结果表明,加标回收率介于81%~106%,相对标准差介于5.1%~7.7%。万宇平等依据对甲基对硫磷残留检测的酶联免疫检测方法,研制出检测苹果、玉米、蔬菜中甲基对硫磷残留的试剂盒,适用于大量样品中甲基对硫磷残留的快速筛查;化学发光免疫分析法是将化学发光测定技术与免疫方法等多学科技术相结合,具有高灵敏度、高特异性农药残留检测分析技术。单云等采用饱和硫酸铵盐析法提纯噻虫啉,并制备了具有稳定且强电致化学发光的Cd-S纳米晶膜,并建立了针对噻虫啉残留的电化学发光免疫检测方法。该方法检测限为0.1pg/mL。刘涛等运用二乙基硫代磷酰氯和鲁米诺为原料,合成了一种新型的化学发光标记物,该标记物具有较强的发光能力,能用于后续的二乙氧基类有机磷农药的多残留的化学发光免疫检测,具有操作方法简单,高效,快捷等优点。

生物传感器法是利用传感器对农药残留物质理化信号进行捕获,从而对待测组分进行定性和定量检测的方法。酶、抗体、细胞、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、交联法、共价键合法、亲和法等。从生物传感器中生物分子识别元件上的敏感材料角度,可分为酶生物传感器、免疫生物传感器、全细胞生物传感器、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和免疫两种类型生物传感器上。蒋雪松等研制了一种无标记的电化学免疫传感器,对青菜、苹果等农产品中的毒死蜱残留进行了检测,结果表明,方法加标回收率大于85%,变异系数小于5%,具有灵敏度好、准确度高,且可经过再生处理后能重复使用,节约成本。Liu等采用电化学免疫传感器直接对玉米中的秀去津农药残留进行了检测,方法检出限为0.016ng/mL,加标回收率介于95.5%~119.8%,相对标准差介于2.11%~4.19%,表明该传感器的稳定性和重现性高。Oujji等利用胆碱醋酶生物传感器对橄榄树上的马拉硫磷、乐果、杀扑磷残留含量进行了检测,表明该方法简单快速,节约时间,可实现对大批量样本同时检测。

可使用现代光谱仪器分析法。传统的仪器分析方法是利用大型的精密仪器设备如气相色谱仪、高效液相色谱仪等色谱仪器进行农药残留的检测分析。仪器设备前期投入费用较高、样品预处理复杂且分析时间较长,严重影响农药残留的检测效率,不适合大批量的快速检测,而现代光谱技术如红外光谱法、荧光光谱法,不需要复杂的样品前处理,可直接并时时检测,是今后食品中农药残留检测的主要发展方向。

近红外光谱法原理是基干可见光和红外光之间波长范围的光谱对食品中农药残留进行快速检测分析的方法。刘民法等采用近红外高光谱成像技术对灵武长枣中农药残留进行无损检测,通过获得能反映毒死蜱性质的特征波长,验证了该技术对灵武长枣中农药残留的无损检测的可行性。陈蕊等利用可见-近红外漫反射光谱分析技术,以野外无任何污染的绿色植物为载体,在600~1100nm波段范围内对蔬菜和瓜果上常用农药残留进行无损检测和筛查;拉曼光谱是一种散射光谱,光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射时产生拉曼效应,拉曼光谱法就是利用拉曼效应进行食品中农药残留的快速分析方法。该方法具有高灵敏性,样品不需处理或仅需很少的前处理即可实现对样品的定性和定量检测。李晓舟等运用表面增强拉曼光谱技术对苹果表面的甲拌磷、倍硫磷残留进行了检测。王晓彬等从多菌灵农药的液体拉曼光谱中得到了629cm-1,727cm-1和1001cm-1等6个特征峰,这些特征峰与多菌灵农药的特征峰基本吻合,结果表明,拉曼光谱分析技术在食品及农产品中农药残留的快速筛选提供了判别依据。刘文涵等对辣椒表面的农药甲基毒死蜱残留运用激光拉曼光谱进行了分析研究,发现拉曼光谱特征峰相对强度与甲基毒死蟀的残留量有着较高的线性关系,可用于农药残留的快速测定;荧光分析法原理是利用农产品表面的农药残留被UV照射后所表现出的荧光特性,从而对农药残留量进行定性或定量分析的一种现代分析方法。薛龙等运用激光诱导荧光,结合高光谱图像技术为手段,在453~801.5nm范围内对脐橙表面的敌敌畏农药残留进行光谱无损化快速检测,其预测集样品的农药残留量实测值和预测值之间的相关系数为0.8101。李满秀等利用荧光光谱分析方法对胡芹、生菜、油麦菜样品中溴氰菊酯残留量进行了检测,结果表明,荧光强度与农药残留含量呈良好的线性关系,加标回收率介于97.5%~103.8%。

食品中的农药残留分析技术发展至今,已经取得了较大发展,但是随着人们对食品中农药残留问题的越来越重视,世界各国对食品安全卫生的要求也越来越严格,这就使得对农药残留分析工作提出了越来越高的要求,需要更为有效的农药残留分析的前处理方法和灵敏的检测技术。近年来,农药残留分析技术发展迅速,主要体现在样品前处理的简单化、高效化和通用化,以及仪器检测的高通量化和现场快速筛查。

前处理分析是农药残留分析过程中的关键步骤,它对保证结果的准确性和可靠性,减少对色谱柱和检测仪器的污染,提高检测效率都有重要的影响。对于样品前处理,QuEChERS方法自创始以来就获得了迅速的发展。该方法简单高效,大大提高了样品前处理效率,且样品分析成本较传统的SPE方法低,在实际样品检测中得到了广泛的应用。在今后的方法开发中QuEChERS方法无疑将是农药残留分析的主要样品前处理手段,但是目前该方法中分散固相萃取材料的种类有限,最常用的只有PSA,C18和GCB,虽然对于蔬菜水果净化效果较好,但是对于茶叶等复杂基质的样品净化效果仍不够理想。对于新兴净化材料的研发虽有很多报道,但是目前仍没有普遍适用的净化效果超过以上3种的商品化原材料。传统的SPE方法已经非常成熟,具有很好的样品净化能力,对于复杂样品基质包括茶叶、香辛料等农产品比QuEChERS方法更有优势,目前仍然是分析实验室最常用的样品前处理手段之一。不同的前处理技术有其各自的优缺点和适用范围,在实际工作中,应根据待测样品种类和基质、测定结果要求和检测仪器的不同,并结合实际条件选用合适的样品前处理方法。未来农药残留量检测的样品前处理技术的发展方向应该是尽可能地快速、精确、环保和高度自动化,以尽可能地避免样品转移的损失,减少各种人为因素的偶然误差。

对于仪器检测,目前液相色谱/气相色谱-串联质谱是应用最为广泛的手段。串联质谱在MRM模式下,可同时分析超过几百种农药,具有很高的灵敏度和抗干扰能力。新的离子源技术、更高灵敏度、抗千扰能力和抗污染能力以及更高通量检测将是串联质谱技术发展的方向。同时串联质谱中四级杆串联线性离子阱质谱结合了QqQ和LIT的优势,在获得MRM数据的同时采集二级全扫描图谱增强串联质谱的定性能力。高分辨质谱应用于农药残留检测近年来得到快速的发展。高分辨率和快扫描速度配合精确质量数的数据库使农药残留的高通量快速筛查成为可能。在未来的发展中,高分辨率全扫描结合离子扫描将进一步提高高分辨质谱的筛查和定性能力。同时,高分辨的二级质谱库的建立和标准化也是未来检测技术发展的重要方向。

在食品中农药残留的快速筛检技术中,酶抑制检测法、免疫分析法、酶联免疫吸附法(ELISA)具有简便、快捷、特异性强等优点,适合田间、市场等现场快速筛查,酶联免疫吸附测定是目前应用最广泛、最成熟的农药残留快速筛检技术;生物传感器法具有微型化、高度集成、高灵敏度、高选择性、成本小、样品处理简便甚至不需处理等优点,技术发展比较快;现代光谱仪器分析法更适用于大批量、实时、在线检测。但快速筛检技术也存在着灵敏度不高以及假阳性和假阴性现象,所以目前的农产品中农药残留检测技术是传统检测技术与现代快速筛选技术的相互补充,首先是传统检测技术优化样品前处理过程,提高检测效率,不断扩展检测范围;其次是快速筛检技术积极将生物技术与现代化技术相结合,多学科技术相交织,广泛利用新的分析技术使农药残留快速检测技术向高灵敏度、大通量、特异性、更简便、快捷、无损、实时检测的方向发展。

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