牛佳鈺， 肖純凌

(沈陽醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽 110034)

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有機磷農(nóng)藥的殘留危害及檢測方法研究

牛佳鈺， 肖純凌*

(沈陽醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽 110034)

摘要有機磷農(nóng)藥在農(nóng)作物的健康生長和害蟲防治方面具有重要作用，但其中久效磷在果蔬中殘留所帶來的安全隱患問題也不容忽視。目前，有機磷農(nóng)藥在一些農(nóng)作物的害蟲防治中應(yīng)用較多，人們常用它來防治一些蚜蟲、螨類等。近年來，農(nóng)藥的不規(guī)范使用引起越來越多的環(huán)境污染與食品安全問題，有機磷這種高毒類殺蟲劑，對人畜都有較大毒性。簡單闡述了有機磷農(nóng)藥殘留對環(huán)境的污染及對人體健康的危害，同時研究了其殘留毒性機制及常用的檢測方法。

關(guān)鍵詞有機磷農(nóng)藥；食品安全；酶多態(tài)；農(nóng)藥殘留；生物標志物

農(nóng)藥污染分為：有機氯農(nóng)藥污染、有機氮農(nóng)藥污染、有機磷農(nóng)藥污染，其中，久效磷是有機磷類農(nóng)藥污染，它會隨著食物鏈逐級傳遞和生物放大作用，成為具有揮發(fā)性、蓄積性的持久性有機污染物。農(nóng)藥對于人體的影響主要包括急性中毒和長期接觸后的不良健康效應(yīng)，久效磷與乙酰膽堿酯酶的中毒劑量與時間有關(guān)，中毒效應(yīng)的大小取決于農(nóng)藥急性毒性的大小和人群短時間內(nèi)可接觸量；農(nóng)藥的慢性毒性則較為復(fù)雜，已有的研究可知，個別農(nóng)藥會引起“三致”(致畸、致癌、致突變)，對于人體的腎、肺、肝、脾、腦、肌肉等都有傷害，當(dāng)其被吸收后，會隨血液及淋巴循環(huán)分布到全身各組織器官，其中肝臟的含量最高，且會影響腎臟的排毒功能以及肝臟的氧化分解功能。在噴灑農(nóng)藥時，還會造成生態(tài)環(huán)境的污染。水解使毒性降低，氧化則又使毒性增強，有機磷農(nóng)藥殘留對人體的生長發(fā)育系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)，以及人體的新陳代謝都有危害，其穿透血腦屏障的能力較強，會造成紊亂和其他并發(fā)癥，嚴重時可致癌。在人們生活質(zhì)量不斷提高的同時，有機磷農(nóng)藥在果蔬上殘留對人體健康的影響和引起的相關(guān)安全隱患問題逐漸引起人們的關(guān)注。

目前，農(nóng)藥殘留通過食物鏈危害人體健康已逐漸引起人們的關(guān)注，由于農(nóng)藥殘留所帶來的環(huán)境污染和對人體健康的危害也是不可小覷的。筆者將主要對食品中農(nóng)藥殘留對健康危害的機制和近年來有機磷農(nóng)藥殘留的常用檢測方法進行闡述。

1有機磷農(nóng)藥久效磷的性質(zhì)與危害

1.1有機磷農(nóng)藥久效磷的性質(zhì)以有機磷農(nóng)藥中的久效磷為例，久效磷的化學(xué)名為：(順式)O,O-二甲基-O-(1-甲基-2甲胺基甲?；?乙烯基磷酸酯，分子式C7H14NO5P。大部分有機磷農(nóng)藥是酰胺或磷酸酯，純品為白色的結(jié)晶狀，工業(yè)品是棕色油狀或淡黃色液體，常具有較高的折光率。在常溫下，有機磷農(nóng)藥的蒸氣壓很低，但無論液體還是固體，任何溫度下都有蒸氣逸出，也會造成中毒。比重多大于1，比水稍重；能與水混溶，可溶于丙酮、乙醇、二氯甲烷，稍溶于二甲苯、乙醚，不溶于石油醚、柴油和煤油。在配制農(nóng)藥時選擇甲醇和芳烴類的有機溶劑，久效磷作為一種劇毒性的廣譜速效的農(nóng)藥，主要用于農(nóng)作物的衛(wèi)生防治害蟲，對于蛀食性和刺吸性的害蟲效果尤為顯著，從而保證農(nóng)作物與農(nóng)產(chǎn)品的豐收與生長，但其對人體健康也存在一定危害[1-2]。

1.2有機磷農(nóng)藥殘留對環(huán)境的污染農(nóng)藥會對生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成危害，農(nóng)藥毒性的大小因其分類不同而各有差異，各種有機磷農(nóng)藥的毒性與其化學(xué)結(jié)構(gòu)中取代基團有關(guān)[3]。微生物殺蟲劑、抗生素等基本無毒，在我國，用大鼠試驗，根據(jù)農(nóng)藥的大鼠急性毒性的大小，將其分為劇毒、高毒、中等毒、低毒、微毒5類。久效磷在噴灑時大多采用噴霧方式，因此會蒸發(fā)到空氣中，隨空氣漂浮和彌漫。

農(nóng)藥在生態(tài)環(huán)境中的殘留所帶來的問題和殘留的途徑分別為：從雨水、農(nóng)田排水時造成的水污染；液體分子蒸發(fā)成氣體分子分散到空氣中造成的大氣污染；隨著動物飼料等環(huán)節(jié)進入動物體內(nèi)而后隨著食物鏈與食物網(wǎng)進入餐桌的食物污染引發(fā)的食源性疾病；噴灑農(nóng)藥時在植株細胞壁上殘留以及滲入植株和大地的土壤污染等。

1.3有機磷農(nóng)藥殘留對人體健康的危害有機磷農(nóng)藥會經(jīng)胃腸道、呼吸道及完好的皮膚與黏膜吸收，皮膚吸收則是職業(yè)性中毒的主要途徑。有機磷農(nóng)藥會隨呼吸道而進入體內(nèi)，對機體呼吸道正常菌群的數(shù)量與種類也會產(chǎn)生影響。這種毒性氣體對于人體內(nèi)的酶的活性也具有一定傷害和抑制作用，會對人體造成慢性或者急性中毒[4]，嚴重時會刺激到人體的中樞神經(jīng)，會致畸、致癌、致突變，引起更加長遠的危害，與時間、劑量呈正相關(guān)性。仲維科曾經(jīng)研究了它的毒性，結(jié)果顯示，口服10mg的情況下，成年人就會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，如果劑量增加9倍，人就會有生命威脅[5]。

污染物進入人體后，既要重視急性危害，也要重視慢性危害，要從多方面考慮，既有單一的環(huán)境因素，也有多因素的相結(jié)合，并且有機磷農(nóng)藥的次級降解產(chǎn)物也是具有極大的毒性和危害的，污染物也存在早期效應(yīng)和遠期效應(yīng)，存在因果關(guān)系與劑量—反應(yīng)關(guān)系，不同人群的致病性，以及污染物對人體的危害性大小，也與接觸途徑、暴露量、農(nóng)藥性質(zhì)、濃度、作用頻率、個體的易感性差異密切相關(guān)。人體對于農(nóng)藥危害的防護，應(yīng)當(dāng)建立暴露的生物標志物組合，利用生物監(jiān)測從而為研究提供相關(guān)必要的信息，進而對環(huán)境系統(tǒng)進行判斷；利用污染物標記在機體內(nèi)的生物標志和機體對于污染物的反應(yīng)與易感性的表現(xiàn)差異，建立預(yù)警系統(tǒng)，達到測定環(huán)境水平和提高環(huán)境的效益。對于人體健康的保護尤其是對于農(nóng)林防護者這種接觸農(nóng)藥較為頻繁人士的保護是更加必要的。

酶多態(tài)現(xiàn)象[6]可以影響機體對久效磷農(nóng)藥作用的耐受性和易感性。久效磷還具有一定的遺傳毒性，中毒后的臨床表現(xiàn)為：多汗、肌肉抽搐顫動、瞳孔縮小、昏迷、心力衰竭、全身抽筋等。農(nóng)藥的解毒過程也是較為繁復(fù)的，首先利用抗膽堿藥或者拮抗劑(阿托品)，或者膽堿酯酶復(fù)能劑(對于慢性中毒無效)，從而達到恢復(fù)膽堿酯酶活性的作用。

對于久效磷農(nóng)藥而言，參與體內(nèi)有機磷代謝的酶主要有P540系統(tǒng)和機體酯酶。酶酯[7]分為2類：水解有機磷酸酯的酶稱A酯酶，如對氧磷酶，目前被有機磷酸酯酶抑制的酶稱B酯酶，如膽堿酯酶和羧酸酯酶。目前，對B類酯酶有大量的試驗考究，這類酶可被抑制也可參與代謝。乙酰膽堿末梢會接受被釋放且作用于效應(yīng)器的包含膽堿能神經(jīng)的化學(xué)遞質(zhì)。有機磷農(nóng)藥大多為脂溶性物質(zhì)，殘留在食品或環(huán)境中時，可通過消化道、呼吸道、皮膚黏膜侵入人體，與組織蛋白結(jié)合，擾亂人們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。它也可以經(jīng)過生物富集，進入人們的身體，最終產(chǎn)生毒害作用，使人體出現(xiàn)神經(jīng)功能紊亂等一系列中毒癥狀。有機磷農(nóng)藥進入人體后，將神經(jīng)末梢的膽堿酯酶磷?；蛊涫Щ?，造成乙酰膽堿蓄積，人體即發(fā)生煙堿樣效應(yīng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)等癥狀。許多學(xué)者已經(jīng)做了有機磷農(nóng)藥毒性動物的體外試驗。袁玉坤等以大鼠作為試驗對象，發(fā)現(xiàn)它們的紅細胞膜的Ca2+-ATP酶活力因此減小，癥狀顯著[8]。膝麗紅等發(fā)現(xiàn)，在濃度低時，大鼠在靜息狀態(tài)下，它們突觸小體攝取鈣的能力和膜脂的流動性都會受到影響；當(dāng)濃度升高到一定程度，Ca2+-Mg2+-ATPase活力就會被削弱[9]。研究顯示，施加的有機磷農(nóng)藥的量和有機磷農(nóng)藥的作用時間，與試驗的效果存在一定關(guān)系。

2有機磷農(nóng)藥殘留檢測的常見方法

在廣泛使用有機磷農(nóng)藥解決農(nóng)業(yè)問題，促進經(jīng)濟發(fā)展的同時，人們也在研究著它的毒性和作用機制，并制定相關(guān)法規(guī)來保證其安全使用。很多科學(xué)家的研究中都表明，有機磷農(nóng)藥的檢測方面在取得大量成果的同時其進展也是十分迅速的，對于其的檢測方法研究較多，例如：比色法、容量法、薄層層析法、氣相色譜法[10]、高效液相色譜法、核磁共振波譜分析法、電化學(xué)生物酶傳感器法等。目前有機磷農(nóng)藥在國內(nèi)的需求量和生產(chǎn)量不斷增加，對環(huán)境中果蔬殘留有機磷研究的檢測方法具有重要現(xiàn)實意義，這些方法的步驟特點不同，在實際應(yīng)用中也不盡相同。上述這些方法依據(jù)不同的原理，采用不同的試驗設(shè)施，因此具有各自的特點、效果和適用環(huán)境。現(xiàn)如今發(fā)展起來的一種優(yōu)點多、簡便快捷、靈敏、重現(xiàn)性好的電化學(xué)方法[11]可用于實際樣品的檢測。

2.1高效液相色譜法高效液相色譜法是一種可用于有機物鑒定和結(jié)構(gòu)分析的有效方法?？蓽蚀_地鑒定出有機溶劑的揮發(fā)性組分和成分且不需擁有各種標準試劑就可達到，結(jié)果表明，高效液相色譜技術(shù)用于分析和鑒定有機磷農(nóng)藥快速可靠，并且可以進行準確定量。盡管該方法具有分析時間短、結(jié)果穩(wěn)定、準確、靈敏且簡單易行的特點，但因其儀器、試驗設(shè)備費用的昂貴, 并且對于固定相、流動相及柱子都有特殊的要求，分析成本比較高，不容易普及。

2.2氣相色譜法氣相色譜儀方法的條件雖然不同，但是氣相色譜儀中所用的色譜柱多為短玻璃柱，檢測器為FPD。大流量的載氣將色譜柱中已被分解的含磷碎片和殘留的有機磷分子被短柱快速送入FPD檢測器中，主要是試驗得到樣品和標準品的峰高，然后經(jīng)過計算，得到殘留有機磷農(nóng)藥的含量。應(yīng)用氣相色譜法測定的久效磷含量的優(yōu)點有：分析速度快、靈敏度高、分離效果好，樣品的檢出限也比較低，但對精密度測定仍需改善。在分析前，它的樣品處理步驟很多，加入的乙腈等也無益環(huán)境。而所用的氣相色譜儀，不但投入大，而且只能在專業(yè)配備的實驗室進行檢驗，對操作人員要求高，這些都一定程度上限制了它的應(yīng)用。

2.3薄層層析法久效磷的薄層層析法檢測是青島農(nóng)藥廠[12]報道的。歸因于該方法的優(yōu)點，在久效磷殘留量的分析中較為常用。該方法的優(yōu)點：靈敏度高，樣品用量少，儀器設(shè)備簡單，快速靈活，直觀，可與干擾物分離、分析過程簡單等；其主要的缺點：定量不準確和誤差較大且不適于大批樣的分析。提取農(nóng)藥后以水為固定相，經(jīng)純化濃縮后分離展開，與標準顯色對比進行定性、定量測定。

2.4熒光光度法熒光光度法[13]檢測農(nóng)藥主要是依據(jù)傘形酮磷酸酯等物質(zhì)在水中的反應(yīng)。在一定條件下，磷酸酶存在時，這類物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成傘形酮，這種物質(zhì)的熒光性非常強，而農(nóng)藥對硫磷、七氯等會抑制這種水解反應(yīng)，使產(chǎn)物的熒光性減小，從而使它的熒光強度—時間曲線的斜率值減小，這個差量正比于農(nóng)藥的含量，即可計算出對硫磷的含量。例如，在膽堿酯酶的存在下，N-甲基吲羥醋酸酯會水解得到強熒光性的N-甲基吲羥，其激發(fā)峰在430nm，熒光峰在510nm。殘留的有機磷農(nóng)藥對該水解反應(yīng)有抑制作用，從而引起熒光強度—時間曲線初始斜率的減小，根據(jù)這一曲線初始斜率減小的程度，可以求得這些農(nóng)藥的含量。

2.5免疫測定法于秋香以新西蘭大耳白兔為試驗對象，對它們進行免疫，制得對硫磷抗血清，測定其效價，結(jié)果是1∶2 000，然后用飽和硫酸沉淀法，得到純化的抗體[14]。殺螟松和甲基對硫磷與對硫磷相似，將這些物質(zhì)進行交叉試驗，得到了前者0.06%，后者1.22%的結(jié)果。在5～1 000ng/mL范圍內(nèi)，可做出標準曲線，用蔬菜制得對硫磷的實際樣品，檢測回收率，其平均值為52.00%。

2.6電化學(xué)方法用修飾材料修飾裸電極，制成生物傳感器[15-16]，對有機磷農(nóng)藥進行電化學(xué)檢測，有機磷農(nóng)藥在結(jié)構(gòu)上和乙酰膽堿酯酶(AChE)的底物氯化乙酰膽堿(ATCl)相似，所以容易和AChE相結(jié)合，形成磷?；阴Ｄ憠A酯酶，使酶的活性降低。根據(jù)有機磷農(nóng)藥在所修飾材料和AChE修飾的電極上的電化學(xué)行為，來進行試驗參數(shù)優(yōu)化，在這些條件下[17-18]，通過測定酶的抑制率來間接檢測，從而得到有機磷的殘留量，最終建立檢測有機磷的線性范圍[19]，檢測實際樣品。這種方法云集了很多優(yōu)點，有機磷農(nóng)藥殘留的電化學(xué)分析法具有快速和易實現(xiàn)的優(yōu)點，是基于在電極表面開發(fā)的一種靈敏的，具有導(dǎo)電性復(fù)合材料作為模型酶用于固定乙酰膽堿酯酶的簡單而有效的方法，可利用電化學(xué)工作站和傳感器來檢測氯化乙酰膽堿和有機磷。

3小結(jié)與展望

有機磷農(nóng)藥的過量使用通過食物鏈的富集作用進入人體，而在環(huán)境中的暴露、蓄積和殘留，對生物的危害，對生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，都對人類的健康與食品的質(zhì)量安全造成威脅。如今，應(yīng)該加強在農(nóng)藥殘留方面的檢測。目前有機磷農(nóng)藥在國內(nèi)的需求量和生產(chǎn)量不斷增加，因此對殘留有機磷農(nóng)藥研究的檢測方法具有重要現(xiàn)實意義，其檢測研究方法較多，但各方法的條件及優(yōu)缺點各不相同。例如：儀器昂貴、操作復(fù)雜、分析成本較高等，試驗時間較長、儀器不便轉(zhuǎn)移、檢測不夠迅速、對人員專業(yè)能力要求高，甚至污染環(huán)境等，因而在推廣應(yīng)用中受限，難以應(yīng)對現(xiàn)代檢測的要求。綜上所述，由于其他方法的受限，而電化學(xué)分析法具有制備方法簡便、樣品處理容易，結(jié)果迅速、靈敏，方便現(xiàn)場檢測等優(yōu)點。

基于電化學(xué)方法的優(yōu)點與可現(xiàn)場檢測的可實現(xiàn)性，且具有成本低、制備方法簡便、靈敏度高、選擇性和重現(xiàn)性較好等優(yōu)點，電化學(xué)方法基于酶的有機磷電化學(xué)生物傳感器，是現(xiàn)如今發(fā)展起來的一種優(yōu)點多、簡便快捷、靈敏、重現(xiàn)性好、可用于實際樣品檢測的較好方法。它的傳感器制備非常簡單，處理樣品也相對容易，并且檢測時，非常迅速和靈敏，整個檢測用到的電化學(xué)工作站體積小，便于移動，故可以用于農(nóng)藥的現(xiàn)場檢測。此外，這種新方法也比較環(huán)保，許多材料，包括納米金、碳納米管等，已經(jīng)被應(yīng)用于傳感器的制作當(dāng)中。固定化的乙酰膽堿酯酶有較高的親和力進而快速響應(yīng)檢測，這種優(yōu)點多、有潛在應(yīng)用價值的電流型生物傳感器的制備成功為酶抑制劑的分析和用于殘留農(nóng)藥的檢測研究提供了一種新的有應(yīng)用前景的工具。

參考文獻

[1] 張艷林.有機磷農(nóng)藥殘留檢測方法研究進展[J].科技信息,2009,24(23):53.

[2]FINKELSTEINY.CNSinvolvementinacuteorganophosphatepoisoning:Specificpatternoftonicity,clinicalcorrelatesandantidotaltreatment[J].ItalJNeurolSci,1988, 9(5): 487-490.

[3]PONDAL，CHAMBERSHW，CHAMBERSJE.OrganophosphatedetoxicationpotentialofvariousrattissuesviaA-esteraseandaliesteraseactivities[J].Toxicollett, 1995,78(3):245.

[4] 鄒明強,楊蕊,金欽漢.農(nóng)藥與農(nóng)藥污染[J].大學(xué)化學(xué),2004,9(6):1.

[5] 仲維科.食品農(nóng)藥殘留研究進展[J].分析化學(xué),2000,28(7):904-910.

[6]PARDOY-YISSARV,KATZE,WASSERMANJ,etal.Acetyl-cholineesteraselabeledCdSnanoopartidesonelectrodes:Photoelec-tro-chemicalsensingoftheenzymeinhibitors[J].AmChemSoc, 2013,125(3):622-623.

[7]WALZI,SCHWACKW.Cutinaseinhibitionbymeansofinsecticidalorganophosphatesandcarbamates[J].Agriculturalandfoodchemistry,2007,55(20):8177-8186.

[8] 袁玉坤,李書香,張銑.對硫磷對大鼠腦紅細胞膜Ca2+-ATP活性的影響[J].衛(wèi)生毒理學(xué)雜志,1991,5(4):215-220.

[9] 膝麗紅,張艷.對硫磷對大鼠腦突觸小體鈣穩(wěn)態(tài)及cAMP的影響[J].衛(wèi)生毒理學(xué)雜志,1991,5(4):237- 239.

[10] 楊東順,梅文泉,汪祿祥,等.蔬菜中16種有機磷農(nóng)藥殘留量的氣相色譜快速測定[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2015(5):2136-2141.

[11]HUANGJK,NIUJD,LIUX,etal.Directelectrochemistryofcatalaseatamine-functionalizedgraphenelgoldnanoparticlescompositefilmforhydrogenperoxidesensor[J].Electrochimicaacta,2011,56(7):2947-2953.

[12]TUZIMSKIT,SOCZEWINSKIE.Correlationofretentionparametersofpesticidesinnormalandreversed-phasesystemsandtheirutilizationfortheseparationofamixtureof14triazinesandureaherbicidesbymeansoftwo-dimensionalthinlayerchromatography[J].JournalofchromatographyA,2012, 961(2): 277-283.

[13] 王麗霞,李揮,范斌.國外農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)一瞥[J].檢驗方法,2007(7):86-87.

[14] 于秋香.對硫磷殘留的酶聯(lián)免疫檢測技術(shù)的研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2003:940-944.

[15]LIYP，HANGY.Ionicliquid-functionalizedgrapheneforfabricatinganamperometricacetylcholinesterasebiosensor[J].Analyst,2012,137(13):3160-3165.

[16] 倪永年,邱萍.電化學(xué)分析在有機磷農(nóng)藥殘留量分析中的應(yīng)用[J].分析測試學(xué)報,2003,22(2):103-106.

[17] 何永紅，高志賢，晁福寰.基于生物學(xué)原理的農(nóng)藥殘留檢測技術(shù)研究進展[J].衛(wèi)生研究，2004，33(1)：112-114.

[18] 孫春燕，李宏坤，平紅，等.AuNPS/Sol-gel復(fù)合膜法固定乙酰膽堿酯酶生物傳感器檢測有機磷農(nóng)藥[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2011，11(32)：2533-2538.

[19]王艷麗,謝國祥.南京市售蔬菜重金屬污染狀況及對人體健康風(fēng)險分析[J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2014,41(12):2148-2166.

基金項目沈陽市科技局資助項目(F14-181-1-00)。

作者簡介牛佳鈺(1992- )，女，河南鄭州人，碩士研究生，研究方向：環(huán)境與健康及機體微生態(tài)學(xué)。*通訊作者，教授，從事環(huán)境與健康及機體微生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期2016-05-06

中圖分類號S 481+.8

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-087-03

DetectionMethodandResidualDamageofOrganophosphorusPesticide

NIUjia-yu,XIAOchun-ling*

(ShenyangMedicalCollege,Shenyang,Liaoning110034)

AbstractOrganophosphorus pesticide plays an important role in the healthy growth and pest control of crops. And the potential risks of monocrotophos in fruit and vegetable should be not be neglected. At present, organophosphorus pesticides are usually used in the pest control of some crops to prevent aphids and mites. In recent years, the abuse of pesticide caused more and more problems in environment pollution and food safety. These high toxic pesticides had relatively great toxicity to both human and animal. The damage of organophosphorus pesticide residues on environmental pollution and human health were simply elaborated. At the same time, residue toxicity mechanism and commonly used detection methods were researched.

Key wordsOrganophosphorus pesticides; Food safety; Enzyme polymorphism; Pesticide Residues; Biomarkers