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基于微流控纸芯片技术的有机磷和氨基甲酸酯类农药残留快速检测研究

金莉莉  
【摘要】:近年来,食品中的农药残留问题日益引起社会的关注。常规农药残留检测技术主要依赖色谱分析方法。然而,受到场地、设备、技术、成本等因素的限制,色谱分析方法难以满足食品流通中对大量样品现场、快速筛查的实际需求。发展适用于现场检测的快速、有效的农药残留检测方法对保障食品质量安全具有重要意义。酶抑制法作为一种发展较为成熟的农药残留快速检测方法,具有操作简便、检测时间短、检测成本低等优点,在有机磷和氨基甲酸酯类农残速测领域中应用广泛。为确保酶反应的正常进行、避免检测条件对酶性能造成额外影响,传统酶抑制法通常采用水相溶液作为样品前处理的提取溶剂。然而,大部分有机磷和氨基甲酸酯类农药水溶性较差,易溶于有机溶剂。因此,以水相为主的前处理条件对农药残留组分的提取效率低下,一定程度上制约了酶抑制法检测性能的提升。鉴于此,本研究结合微流控纸芯片(microfluidic paper-based analytical devices,μPADs)多孔基质材料具有超大比表面积的优势,以及有机溶剂易挥发的特性,建立了一种与有机溶剂相兼容的酶抑制检测方法,并将其应用于食品样品的快速检测。具体内容如下:(1)建立了有机溶剂与酶抑制法相兼容的有机磷和氨基甲酸酯类农药快速检测方法。在优化酶抑制法各项检测条件的基础上,改变试剂引入顺序,并利用μPADs具有敞开式、大比表面积通道的优势,加速有机溶剂在芯片上的自主挥发,消除溶剂对酶性能的影响,建立了有机溶剂与酶抑制法相兼容的农药快速检测方法。利用此方法,对有机溶剂中毒死蜱、辛硫磷、甲萘威、三唑磷、克百威和甲胺磷等6种典型的有机磷和氨基甲酸酯类农药标准溶液进行了检测,并建立了相应的标准曲线。计算得出本方法对6种农药的检出限(limit of detection,LOD)分别为0.77、0.39、0.25、1.29、0.006和1.39 mg/L,该数值与当前大部分文献报道(农药标液配制于水相溶液)相一致,表明本方法有效消除了有机溶剂对酶抑制法检测的干扰。(2)基于μPADs建立了典型食品样品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留的快速检测方法。本方法采用乙腈作为提取溶剂,分别对辛硫磷、甲萘威、克百威和甲胺磷的加标生菜样品进行提取、检测,检测结果与常规酶抑制法(采用水溶液作为提取溶剂)进行对比。结果显示,采用水溶液对加标样品进行提取时,不同极性农药间回收率差异明显,且回收率与农药的正辛醇-水分配系数(log P)呈负相关,存在明显的“歧视效应”;本方法采用乙腈提取时,4种农药的回收率均在75.2%~111.7%范围内,且农药回收率与其本身性质不存在明显的相关性,方法的准确性和可靠性得到了有效提高。(3)实现了低农残液体样品的高灵敏度快速筛查。利用本方法与有机溶剂的兼容性,通过采用与水不互溶的有机溶剂对样品中农药残留富集提取的方式,可对水和果汁中0.02 mg/L的甲萘威残留进行快速、灵敏的可视化检测。(4)探究了茶叶基质成分对农药残留快速检测的干扰及相应解决方法。分别研究茶叶基质成分表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)、咖啡碱、维生素C(Vitamin C,Vc)对本检测体系中底物靛酚乙酸酯(indophenyl acetate,IPA)、产物靛酚和乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,AChE)的干扰。结果显示,咖啡碱对IPA和靛酚均无明显干扰作用,而EGCG和Vc可使IPA和靛酚迅速脱色,无法正常显色;Vc对AChE活性无明显干扰作用,而痕量的EGCG与咖啡碱对AChE活性即具有明显的抑制作用。基于茶叶基质成分的干扰性,确定了以乙腈为提取溶剂、200 mg/mL聚乙烯聚吡络烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVPP)和50 mg/mL氧化石墨烯(graphene oxide,GO)为混合分散固相萃取吸附剂的前处理条件,用于减少茶叶基质中茶多酚、咖啡碱等成分的干扰。结合优化的前处理条件,使用本方法可初步对茶叶中2 mg/kg的甲萘威残留实现定性筛查。


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