食品檢驗(yàn)檢測(cè)中殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法研究

作者簡(jiǎn)介：鄭晶鑫（1987—），女，山西和順人，本科，工程師。研究方向：食品工程。

摘 要：為了提升食品安全性，本文闡述殘留農(nóng)藥的危害、殘留農(nóng)藥檢測(cè)方法的分類(lèi)，分析基于免疫分析技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法以及基于傳感技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法，并對(duì)比與評(píng)價(jià)殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法的性能與適用性，展望快速檢測(cè)方法的發(fā)展趨勢(shì)，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：殘留農(nóng)藥；快速檢測(cè)；免疫分析；傳感技術(shù)

Research on Rapid Detection Methods of Pesticide Residues in Food Inspection and Testing

ZHENG Jingxin

（Comprehensive Inspection and Testing Center of Heshun County， Heshun 032700， China）

Abstract： In order to improve food safety， this paper describes the hazards of pesticide residues and the classification of detection methods for pesticide residues， analyzes the rapid detection methods for pesticide residues based on immunoassay technology and the rapid detection methods based on sensing technology， compares and evaluates the performance and applicability of rapid detection methods for pesticide residues， and looks forward to the development trend of rapid detection methods， in order to provide reference for relevant personnel.

Keywords： residual pesticides; rapid detection; immune analysis; sensing technology

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和現(xiàn)代化讓農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用量顯著增加，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)藥殘留問(wèn)題日益嚴(yán)重。農(nóng)藥殘留不僅直接威脅人類(lèi)健康，還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成潛在危害。因此，食品中殘留農(nóng)藥的檢測(cè)成為保障食品安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、操作復(fù)雜、成本高等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足快速、高效、精確的檢測(cè)需求。為此，本文研究了基于免疫分析技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法、基于傳感技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法，并對(duì)殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比與評(píng)價(jià)，旨在推動(dòng)食品檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。

1 殘留農(nóng)藥的危害

殘留農(nóng)藥是指農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用后，部分未被降解或轉(zhuǎn)化的化學(xué)物質(zhì)殘留在農(nóng)產(chǎn)品中，其可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體。①農(nóng)藥殘留對(duì)人體健康構(gòu)成直接威脅。許多農(nóng)藥具有毒性，長(zhǎng)期攝入低劑量殘留農(nóng)藥會(huì)在人體內(nèi)累積，導(dǎo)致慢性中毒，進(jìn)而引發(fā)多種疾病，如癌癥、內(nèi)分泌失調(diào)和神經(jīng)系統(tǒng)損傷等。殘留農(nóng)藥對(duì)兒童、孕婦和老年人等敏感人群造成的健康風(fēng)險(xiǎn)更高。②殘留農(nóng)藥對(duì)生態(tài)環(huán)境也具有顯著影響。農(nóng)藥通過(guò)土壤和水體進(jìn)入環(huán)境，影響非目標(biāo)生物，破壞生態(tài)平衡。例如，農(nóng)藥的濫用和不當(dāng)處理會(huì)導(dǎo)致授粉昆蟲(chóng)數(shù)量減少，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物多樣性。此外，殘留農(nóng)藥還會(huì)通過(guò)生物富集效應(yīng)在食物鏈中逐級(jí)放大，進(jìn)一步危害生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康。③農(nóng)藥殘留問(wèn)題還帶來(lái)一系列社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。消費(fèi)者對(duì)食品安全的擔(dān)憂(yōu)影響農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)信譽(yù)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)際貿(mào)易中，殘留農(nóng)藥超標(biāo)也會(huì)引發(fā)貿(mào)易糾紛和技術(shù)壁壘，阻礙農(nóng)產(chǎn)品出口。

2 殘留農(nóng)藥檢測(cè)方法的分類(lèi)

殘留農(nóng)藥的檢測(cè)方法主要分為傳統(tǒng)檢測(cè)方法和快速檢測(cè)方法兩大類(lèi)。傳統(tǒng)檢測(cè)方法以其高靈敏度、高分離度和高準(zhǔn)確性著稱(chēng)，是檢測(cè)農(nóng)藥殘留的“金標(biāo)準(zhǔn)”。快速檢測(cè)方法則以操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、成本低為特點(diǎn)，適合現(xiàn)場(chǎng)和大規(guī)模樣品的初篩。這類(lèi)方法包括酶聯(lián)免疫吸附法、膠體金免疫層析法和化學(xué)發(fā)光免疫分析法等。此外，基于生物傳感、電化學(xué)傳感和光學(xué)傳感的檢測(cè)技術(shù)也在快速檢測(cè)中嶄露頭角，利用傳感器的高靈敏性和特異性，實(shí)現(xiàn)對(duì)殘留農(nóng)藥的快速檢測(cè)[1]。

3 基于免疫分析技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法

3.1 酶聯(lián)免疫吸附法

酶聯(lián)免疫吸附法（Enzyme-Linked Immunosorbent

Assay，ELISA）是一種廣泛應(yīng)用于殘留農(nóng)藥檢測(cè)的快速分析技術(shù)，其核心原理是基于抗原-抗體特異性結(jié)合反應(yīng)。ELISA的操作流程一般包括抗原固定、抗體識(shí)別、酶標(biāo)記和顯色反應(yīng)4個(gè)主要步驟。在檢測(cè)過(guò)程中，首先將農(nóng)藥抗原固定于微孔板表面，隨后加入特異性抗體，與抗原結(jié)合形成抗原-抗體復(fù)合物。接著引入與抗體結(jié)合的酶標(biāo)記物，通過(guò)酶的催化作用，使底物轉(zhuǎn)化為有色產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)定量或定性檢測(cè)。該方法具有高度的靈敏度和特異性，能夠在較短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出樣品中的微量農(nóng)藥殘留。ELISA在殘留農(nóng)藥檢測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，其能夠檢測(cè)出痕量的農(nóng)藥殘留，靈敏度通常達(dá)到ppb（ng·mL-1）級(jí)別，這是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。此外，ELISA具備高特異性，通過(guò)特異性抗體與目標(biāo)農(nóng)藥的結(jié)合，減少了其他成分的干擾，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。另外，ELISA方法操作相對(duì)簡(jiǎn)單，易于標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，適合大規(guī)模篩查應(yīng)用。在食品檢驗(yàn)檢測(cè)中，ELISA已被廣泛用于果蔬、谷物、肉類(lèi)及乳制品等樣品的殘留農(nóng)藥檢測(cè)[2]。

3.2 膠體金免疫層析法

膠體金免疫層析法（Colloidal Gold Immunochromatographic Assay，GICA）是基于免疫層析技術(shù)的快速檢測(cè)方法，因其操作簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀而在殘留農(nóng)藥檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。該方法利用膠體金作為標(biāo)記物，通過(guò)抗原-抗體特異性反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)農(nóng)藥的檢測(cè)。GICA的基本原理是將特異性抗體或抗原固定在層析膜上，并與標(biāo)記有膠體金的抗體或抗原混合。樣品液體通過(guò)層析膜時(shí)，若其中含有目標(biāo)農(nóng)藥，則會(huì)與固定在膜上的抗體或抗原發(fā)生特異性結(jié)合，形成可見(jiàn)的紅色或紫色條帶，從而實(shí)現(xiàn)快速定性或半定量檢測(cè)。GICA在殘留農(nóng)藥檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在快速、簡(jiǎn)便和直觀。GICA的檢測(cè)速度快，通常只需幾分鐘即可得到結(jié)果，這在需要大量樣品快速篩查的實(shí)際應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。另外，該方法操作簡(jiǎn)便，無(wú)須復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，僅需簡(jiǎn)單的試劑和層析膜即可完成檢測(cè)。所以，GICA特別適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和大規(guī)模篩查。此外，該方法的檢測(cè)結(jié)果直觀，通過(guò)肉眼即可觀察條帶顏色判斷是否存在農(nóng)藥殘留，使檢測(cè)人員使用起來(lái)極為方便[3]。

3.3 化學(xué)發(fā)光免疫分析法

化學(xué)發(fā)光免疫分析法（Chemiluminescent Immunoassay，CLIA）是一種結(jié)合了化學(xué)發(fā)光技術(shù)與免疫反應(yīng)的高靈敏度檢測(cè)方法，廣泛應(yīng)用于殘留農(nóng)藥的快速檢測(cè)中。該方法的核心在于以化學(xué)發(fā)光物質(zhì)作為信號(hào)標(biāo)記，通過(guò)抗原-抗體特異性結(jié)合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)農(nóng)藥的定量或定性檢測(cè)。具體操作過(guò)程中，首先將特異性抗體或抗原固定在固相載體上，然后加入待測(cè)樣品中的農(nóng)藥，形成抗原-抗體復(fù)合物。接著，引入標(biāo)記有化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的第二抗體，與復(fù)合物中的農(nóng)藥或抗體結(jié)合。當(dāng)加入化學(xué)發(fā)光底物后，通過(guò)酶促反應(yīng)產(chǎn)生發(fā)光信號(hào)，利用發(fā)光強(qiáng)度的變化來(lái)定量或定性分析樣品中的農(nóng)藥殘留?；瘜W(xué)發(fā)光免疫分析法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在其高靈敏度和高特異性上。CLIA能夠?qū)崿F(xiàn)極低濃度農(nóng)藥殘留的檢測(cè)，靈敏度通常可達(dá)到ppt（ pg·mL-1）級(jí)別，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)檢測(cè)方法。這一特點(diǎn)使其在痕量農(nóng)藥殘留檢測(cè)中具備顯著優(yōu)勢(shì)。化學(xué)發(fā)光信號(hào)的強(qiáng)度與樣品中農(nóng)藥濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，有利于實(shí)現(xiàn)精確的定量分析。化學(xué)發(fā)光免疫分析法的特異性較高，依賴(lài)于抗原-抗體的特異性結(jié)合反應(yīng)，減少了非特異性干擾，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性[4]。

4 基于傳感技術(shù)的殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法

4.1 生物傳感技術(shù)

生物傳感技術(shù)在殘留農(nóng)藥的快速檢測(cè)中具有重要應(yīng)用，其核心是利用生物分子（如酶、抗體、核酸等）作為識(shí)別元件，通過(guò)特異性識(shí)別目標(biāo)農(nóng)藥并產(chǎn)生可測(cè)量的信號(hào)。該技術(shù)通常包括3個(gè)主要部分，即生物識(shí)別元件、信號(hào)轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)處理系統(tǒng)。在操作過(guò)程中，生物識(shí)別元件與樣品中的農(nóng)藥分子發(fā)生特異性反應(yīng)，生成的生物化學(xué)信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)、光信號(hào)或其他形式的可測(cè)量信號(hào)，最終通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析和輸出結(jié)果。生物傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其高靈敏度和高特異性。利用生物分子的特異性識(shí)別功能，生物傳感器能夠在復(fù)雜基質(zhì)中準(zhǔn)確檢測(cè)出低濃度的農(nóng)藥殘留，靈敏度通?？蛇_(dá)到ppb級(jí)別。生物傳感技術(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)能力使其能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得檢測(cè)結(jié)果，大大縮短了檢測(cè)周期。此外，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和連續(xù)檢測(cè)，適用于大規(guī)模篩查和實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于生物傳感器的檢測(cè)信號(hào)直接反映了生物識(shí)別元件與目標(biāo)農(nóng)藥的特異性反應(yīng)，檢測(cè)結(jié)果具有高度的準(zhǔn)確性和可靠性。

4.2 電化學(xué)傳感技術(shù)

電化學(xué)傳感技術(shù)在殘留農(nóng)藥的快速檢測(cè)中是利用電化學(xué)信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)目標(biāo)農(nóng)藥分子。該技術(shù)主要依賴(lài)于電極表面修飾的識(shí)別元件（如酶、抗體和分子印跡聚合物等），當(dāng)目標(biāo)農(nóng)藥與識(shí)別元件發(fā)生特異性結(jié)合時(shí)，電化學(xué)信號(hào)（如電流、電位、電導(dǎo)等）會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量這些變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的檢測(cè)。電化學(xué)傳感器通常由工作電極、參比電極和對(duì)電極組成，其中工作電極是關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)識(shí)別和轉(zhuǎn)換信號(hào)。電化學(xué)傳感技術(shù)的靈敏度高，能夠檢測(cè)極低濃度的農(nóng)藥殘留，通?？梢赃_(dá)到ppb級(jí)別甚至是ppt級(jí)別。電化學(xué)傳感器的響應(yīng)速度快，可以在幾分鐘內(nèi)完成檢測(cè)，適合快速篩查和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。此外，電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)小型化和便攜化，這為其在實(shí)際應(yīng)用中提供了便利。電化學(xué)傳感技術(shù)還具備良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，通過(guò)合理的電極設(shè)計(jì)和修飾技術(shù)，可以有效降低信號(hào)漂移和基質(zhì)干擾，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性[5]。

4.3 光學(xué)傳感技術(shù)

光學(xué)傳感技術(shù)在殘留農(nóng)藥的快速檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用，其核心原理是基于光信號(hào)的變化來(lái)檢測(cè)目標(biāo)農(nóng)藥分子。該技術(shù)結(jié)合光學(xué)元件（如光纖、光柵、光電二極管等）和生物識(shí)別元件（如抗體、酶、核酸等），通過(guò)光吸收、熒光、化學(xué)發(fā)光或表面等離子體共振等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的檢測(cè)。當(dāng)目標(biāo)農(nóng)藥分子與生物識(shí)別元件特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起光學(xué)信號(hào)（如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、相位等）的變化，這些變化可以通過(guò)光學(xué)傳感器進(jìn)行檢測(cè)和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥殘留的定量或定性分析。光學(xué)傳感技術(shù)的靈敏度高，能夠檢測(cè)到極低濃度的農(nóng)藥殘留，通常可達(dá)到ppb級(jí)別，甚至是ppt級(jí)別。這使其在痕量檢測(cè)中具有顯著優(yōu)勢(shì)。光學(xué)傳感器具有非接觸式檢測(cè)的特點(diǎn)，能夠在不破壞樣品的情況下進(jìn)行檢測(cè)，適合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和在線(xiàn)分析。此外，光學(xué)傳感技術(shù)的響應(yīng)速度快，可以在幾秒至幾分鐘內(nèi)獲得檢測(cè)結(jié)果，極大地提高了檢測(cè)效率。光學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)靈活多樣，可以通過(guò)調(diào)整光源、檢測(cè)器和識(shí)別元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同農(nóng)藥的高選擇性檢測(cè)。

5 殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法的性能與適用性對(duì)比與評(píng)價(jià)

在殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)中，ELISA以其高靈敏度和特異性著稱(chēng)，能夠檢測(cè)ppb級(jí)別的農(nóng)藥殘留，適合實(shí)驗(yàn)室中大規(guī)模篩查。然而，ELISA操作復(fù)雜且時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。GICA則以快速簡(jiǎn)便和結(jié)果直觀見(jiàn)長(zhǎng)，適合現(xiàn)場(chǎng)和便攜式檢測(cè)，但靈敏度相對(duì)較低，通常在ppm（μg·mL-1）級(jí)別，且易受樣品基質(zhì)干擾，適用性較為有限。CLIA結(jié)合了免疫分析和化學(xué)發(fā)光技術(shù)，具有極高的靈敏度和精確性，能夠?qū)崿F(xiàn)ppt級(jí)別的檢測(cè)，但其對(duì)設(shè)備和操作條件要求較高，適用于高要求的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。生物傳感技術(shù)通過(guò)生物識(shí)別元件的特異性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高特異性檢測(cè)，適合復(fù)雜基質(zhì)中的農(nóng)藥檢測(cè)，但其生物元件的穩(wěn)定性和重復(fù)性是影響檢測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵因素。電化學(xué)傳感技術(shù)是利用電化學(xué)信號(hào)的變化實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥檢測(cè)，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，且設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，適用于現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，電化學(xué)傳感器對(duì)電極材料和修飾技術(shù)要求較高，易受基質(zhì)干擾。光學(xué)傳感技術(shù)則通過(guò)光信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，具有非接觸、快速響應(yīng)和高靈敏度的特點(diǎn)，但受環(huán)境因素影響較大，設(shè)備成本高，適合高精度的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

6 快速檢測(cè)方法的發(fā)展趨勢(shì)

①納米技術(shù)的應(yīng)用。納米材料如金納米顆粒、碳納米管和量子點(diǎn)等由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，可以顯著增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度和提高靈敏度，提升檢測(cè)下限，滿(mǎn)足痕量農(nóng)藥殘留的檢測(cè)需求。②多功能化和多重檢測(cè)技術(shù)的集成發(fā)展。通過(guò)將多種識(shí)別元件（如抗體、酶、核酸等）集成在同一個(gè)傳感器平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種農(nóng)藥殘留的同時(shí)檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率。這種多重檢測(cè)技術(shù)在食品安全檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠在同一次檢測(cè)過(guò)程中提供全面的農(nóng)藥殘留信息，降低檢測(cè)成本和縮短檢測(cè)時(shí)間。③便攜式和現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)。通過(guò)結(jié)合微流控技術(shù)和便攜式檢測(cè)儀器，如手持式熒光計(jì)、電化學(xué)檢測(cè)儀等，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。微流控芯片技術(shù)是將樣品前處理、反應(yīng)和檢測(cè)集成在一個(gè)小型芯片中，極大地簡(jiǎn)化了操作流程和縮小了設(shè)備體積，提升了便攜性。④信息技術(shù)和智能化的結(jié)合。通過(guò)將傳感器技術(shù)與智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)和分析，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

7 結(jié)語(yǔ)

殘留農(nóng)藥快速檢測(cè)方法在靈敏度、特異性、便攜性及多重檢測(cè)能力等方面不斷創(chuàng)新與優(yōu)化。未來(lái)結(jié)合納米技術(shù)、微流控芯片和信息技術(shù)，將進(jìn)一步提升檢測(cè)效率和精度，為食品安全提供更全面的保障。

參考文獻(xiàn)

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