分光光度法快速测定果蔬中农药残留的研究.doc

1、-范文最新推荐- 分光光度法快速测定果蔬中农药残留的研究 摘要：本文主要使用了722可见分光光度计，在412nm的波长下，采用乙酰胆碱酯酶抑制法对蔬菜水果中的农药残留进行了快速测定，即测定样品溶液反应3分钟吸光度的变化值。有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度成正相关。酶催化乙酰胆碱水解，其水解产物与显色剂（二硫代二硝基苯甲酸DTNB）反应，产生黄色物质。对实际蔬果样品的农残测定结果表明：蔬菜中的农药残留情况相比水果较严重，但也没有超过50%，不算农药超标。并且以乙酰胆碱酯酶试剂包为研究对象，比较了不同用量乙酰胆碱酯酶、底物和显色剂下的抑制率。在保证一定检测

2、精度的前提下确定了酶用量、底物用量为推荐用量，显色剂用量为推荐用量的12，降低了检测成本。关键词：有机磷农药残留；快速测定；酶抑制法；分光光度法；蔬菜；水果 4880Rapid determination of pesticide residues in fruits and vegetables by SpectrophotometryAbstract: This article mainly uses 722 spectrophometer，In the 412nm wavelength ，determining pesticide residues in vegetables and f

3、ruits rapidly by using acetylcholinesterase，Measuring the absorbance change value of the sample solution after 3 minutes. Organophosphate and carbamate pesticides on the normal function of cholinesterase inhibition, the inhibition rate of pesticide concentrations were positively correlated. Enzymati

4、c hydrolysis of acetylcholine, hydrolyzate thereof and the chromogenic agent (dithio-bis-nitrobenzoic acid DTNB) reaction of a yellow substance. The determination results of actual samples show the pesticide residues in vegetable and fruits.Pesticide residues in vegetables is more serious than fruit

5、s,but not more than 50%,not exceed the standard of pesticide.And with acetylcholinesterase reagent as the research object,compare the inhibition rate under different acetylcholinesterase，substrate and color agent dosage.In the precondition of certain determine the enzyme dosage,substrate dosage is r

6、ecommended dosage,color agent dosage is the half of recommended dosage,reducing the detection cost. 3.3.2 不同浓度下的抑制率对比173.3.3 稀释倍数放大后的吸光度对比193.3.4 稀释倍数放大后的抑制率对比193.4 蔬菜中农药残留的测定213.4.1 青菜中农药残留的测定213.4.2 茄子中农药残留的测定223.4.3 黄瓜中农药残留的测定223.4.4 青菜、茄子、黄瓜中农药残留对比233.5 水果中农药残留的测定243.5.1 苹果中农药残留的测定243.5.2 生梨中农药残

7、留的测定253.5.3 油桃中农药残留的测定253.5.4 苹果、生梨、油桃中农药残留对比263.6 改变试剂用量对抑制率的影响263.6.1 改变酶用量对抑制率的影响263.6.2 改变底物用量对抑制率的影响273.6.3 改变显色剂用量对抑制率的影响283.7 敌敌畏的线性方程拟定284 结论30致谢31参考文献321 前言农药的使用使得农业生产力大大提高，农药的发明和使用被认为是农业生产的革命。中国是一个农业大国，每年发生病虫害047亿187亿hm2（1hm2=1公顷=10000平方米），施用农药防治面积为153亿hm2左右，通过化学防治每年挽回粮食损失200亿300亿kg，挽回直接经济

8、损失达600亿元。农药的使用无疑对消除病虫害，铲除杂草，增加农业产量做出了巨大的贡献。但是随着农药使用量的不断加大。它的一些缺点也逐渐暴露出来，其中最主要的就是农药残留问题。食品中的农药残留对人类健康造成的负面影响越来越明显，人类食入被农药污染的蔬菜食品后，残留在其中的农药会在人体内累积或富集，当富集到一定浓度时，将造成人体急性或慢性中毒。随着人们对农药残留毒害的认识，食品安全越来越引起世界各国的高度重视。美国从1987年起，英国、德国等西方国家从1995年起，都不惜重金持续开展大规模食品中农药、化肥残留监测。世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)联合成立食品法典委员会(CMC)负责

9、农药残留限量指标的制定及其管理工作，根据农药使用方法动植物代谢数据、分析方法及残留试验等，定期对各种农药的残留和毒理学进行评估或再评估，推荐各种农药在食品中最高残留限量(MRL)和农药的每日允许摄入量(ADL)。 1.1果蔬中农药残留给人们生活带来的灾难民以食为天,食以安为先,食品的数量和质量都关系到人的生存和身体健康。经过多年的发展,我国的食品供给格局发生了根本性的变化:品种丰富,数量充足,供给有余。在满足食品数量需求的同时,质量却存在着严重不足。其中相当部分是由于人们食用了农药残留量较大的蔬菜、水果导致的。长期大量使用化学农药其污染及危害是极为严重的，造成的经济损失也在逐年增加。而且，每年

10、还引发数万起人员中毒伤亡事件5,6。农药对人体的健康有着极大的危害，主要表现在以下的方面：l、急性毒作用农药进入人体后，首先进入血液，然后通过组织细胞膜和血脑屏障等组织，到达作用部位，引起中毒反应。短期内摄入大量农药，尤其是有机磷农药，会引起急性中毒，导致神经功能紊乱，出现一系列症状，如恶心、呕吐、呼吸困难、瞳孔缩小、肌肉痉挛、神志不清等。2、慢性毒作用长期接触农药或者摄入含有农药的食品可以引起慢性中毒。有机磷农药慢性中毒主要表现为血中胆碱酯酶活性显著而持久的降低，并伴有头晕、头痛、乏力、食欲不振、恶心、气短、胸闷、多汗，部分病人还有肌束纤颤等症状。3、对免疫功能的影响有机磷农药对免疫功能的影

11、响，主要表现在两个方面：一方面是某些农药可使机体发生致敏作用。另一方面使某些农药本身具有免疫抑制作用。4、对生殖机能的影响有机磷农药，如敌敌畏和马拉硫磷就能损害大鼠的精子；敌百虫和甲基对硫磷能使大鼠的受孕和生育能力明显降低。这不但伤害现代人，而且影响后代，其后果是十分严重的。1.2 农药残留的治理措施 1.2.3 制定有效的管理制度，对农残监督检查可设农残监测站对极低量及痕量有害农药进行监控，可用气一质联用法，如GC—CIMS法检测果蔬上的高灭磷、谷硫磷、百菌清、甲草胺、禾草灵等多种农残。推广免疫法和生物传感器法等农药速测技术。在水果、蔬菜及食用作物采收或加工包装前快速检验发现有残

12、毒的蔬菜拒绝收购或延期采收。果蔬批发市场应有农残检测设备及人员。重视制定相关法律，如食品卫生法、农药管理法等来规范农残监控管理。借鉴国外先进的管理方法完善管理制度，逐步限制和禁止使用高毒高残留农药从根本上控制农残。1.2.4 大力研发低毒无残留农药品种由于农残对人体的危害远大于高毒农药引起的急性毒害，农药研究与开发方向已趋于低毒化，如美国陶氏益农公司开发的广谱杀虫剂乐斯本、米满、菜喜等及日本油墨化学工业公司开发的杀菌剂百可得都是高效低毒低残留的农药。今后的农药开发方向应以天然生理活性物质或与其结构相似的合成化合物为主，高效、低毒、无残留和无累积毒性。现已有一些形成制剂，如细菌杀虫剂Bt、真菌杀

13、虫剂白僵菌、农用抗生素农抗109、植物源农药烟碱制剂、鱼藤制剂、大蒜素、苦参碱制剂、拟源白头翁素等。正在研究中的还有昆虫病毒、昆虫病原线虫、原生动物、生化农药等7。1.3 1.4 目前对农药残留的一些检验方法1.4.1 化学分析法类别检验方法原理及应用优点缺点1、化学分析法间苯二酚反应鉴识不含硫的有机磷农药（1、2型）操作简便，效果明显，主要用于定性分析 植物酯酶法12成本低，操作简单，结果可靠仅用于定性分析，检测灵敏度不高酶抑制法13利用OPs的毒理特性建立的一种快速检测方法操作简便，速度快，不要昂贵仪器，适合现场检测和大批样品的筛选检测灵敏度比仪器法差一些，重现性和回收率有待提高乙酰胆碱酯

14、酶法（DTNB法）用酶抑制率来表示农药的毒性。有农药存在时，测定其吸光度的变化可得到酶抑制率此法是比较经典的酶分析方法，目前市场上使用的CL一1型农药残留测定仪就是基于这种方法操作步骤复杂，测量条件苛刻，且胆碱酯酶昂贵不易保存。酶抑制分光光度法测定吸光度随时间的变化值，计算出抑制率，再来判断样品中是否有有机磷或氨基甲酯类农农药。快速灵敏、前处理简单、检测时间 短、所需仪器设备简单，可及时对市场上含残毒的蔬果进行监控假阳性的产生：不同植物的组织液等能与底物起反应，蛋白质干扰酶反应1.4.4 色谱法4、色谱法薄层色谱法（TLC）最早的色谱法，成熟的，应用广泛的微量快速检测方法灵敏度高，可以测定复杂

15、组分，可定性定量分析准确度不高气相色谱法（GC）14,15当前环境样品中农药残留最主要的测定方法，可以对大多数农药残留量精确分析测量准确，操作简单，分析速度快，分离效能高，灵敏度高，应用范围广仪器昂贵，测量时间长，预处理繁琐，不适合未知组分的测定 5、其他免疫分析法(IA) 2021基于抗原抗体特异性识别和结合反应为基础的分析方灵敏度高、方便快捷、容量大 、成本低、安全可靠，可广泛用于现场样品和大量样品的快速监测抗原不易得到，对农作物的监测需要严格复杂的纯化过程生物传感器2223利用农药对乙酰胆碱酶抑制作用 研制酶传感器，可用于对相应农药残留进行快速定性定量检测微型化 ，响应速度快，样品量极少

16、，甚至可以插入生物组织或者细胞内实现超微量在线快速跟踪分析稳定性、重现性及使用寿命还有待研究生物芯片技术将抗有机磷固体定于生物芯片上，通过被标记过的抗原与抗体的特异性结合反应达到对有机磷的检测显色技术发达：酶标技术、荧光素标记技术、发光免疫标记技术。抗体与芯片进行孵育反应时间长，技术有待提高，尚不完善活体生物测定法24主要用发光细菌、敏感家蝇、大型水蚤等作为测试对象进行检测快速、简便、灵敏、价廉、适合于现场农药浓度与发光强度的线性关系不够准确固相萃取技术以选择性吸附与选择性洗脱的液相色谱分离原理对样品进行分离和纯化固相萃取不需要大量互不相溶的溶剂；处理过程中不会产生乳化现象目标化合物的回收率和

17、精密度要略低于液液萃取1.5 酶抑制法原理在一定条件下，有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度成正相关。正常情况下，酶催化神经传导代谢产物（乙酰胆碱或丁酰胆碱）水解，其水解产物与显色剂反应，产生黄色物质。用分光光度计在412nm处测定吸光度随时间的变化计算出抑制率，即可通过抑制率判断出样品中是否还有有机磷和氨基甲酸酯类农药的存在。 2.1 检测方法的选择有机磷和氨基甲酸酯类农药是我国应用最为广泛的两种农药。也是目前农药残留检测的重点25。其检测方法主要是仪器分析法26,27，该法灵敏度高、成本高、消耗时间长、且需要有熟练技术的操作人员和分析仪器，不能满足现场

18、快速测试的要求。通过上面的各种方法的比较得出：酶抑制法作为有机磷农药残留的主要速测方法，具有简便、快速及成本低廉等优点，深受广大基层监督部门、生产基地及市场的欢迎28,29。随着酶抑制法技术的发展，近年来出现了商品化的乙酰胆碱酯酶试剂包30，我这次就对商品化的乙酰胆碱酯酶试剂包进行优化研究，看看是否可以在保证检测灵敏度的条件下，减少试剂用量，以降低成本。最后选定的方法：检验方法原理及应用优点酶抑制分光光度法其原理就是在一定条件下，有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度成正相关。正常情况下，酶催化神经传导代谢产物（乙酰胆碱或丁酰胆碱）水解，其水解产物与显色剂反

19、应，产生黄色物质。用分光光度计在412nm处测定吸光度随时间的变化计算出抑制率，即可通过抑制率判断出样品中是否还有有机磷和氨基甲酸酯类农药的存在。简便、快速灵敏、前处理简单、检测时间 短、所需仪器设备简单、成本低廉等优点，可及时对市场上含残毒的蔬果进行监控，深受广大基层监督部门、生产基地及市场的欢迎。2.2 试剂与材料试剂：敌敌畏（又名DDVP，学名O,O-二甲基-O-(2,2-二氯乙烯基)磷酸酯C4H7Cl2O4P 分子量：220.98南通江山农药化工股份有限公司）酶试剂包（环凯有限公司），其中包括： 2.4 实验方法2.4.1 实验过程（1）最佳吸收波长λ的测定配制合适浓度的

20、敌敌畏，测定其在不同波长下（λ的范围可在380nm430nm之间）的吸光度At的值，选取最大吸光度时的波长为最佳吸收波长。（2）试剂配制及保存缓冲液（无水磷酸氢二钾和磷酸二氢钾）：将一袋缓冲液试剂药粉倒入500mL容量瓶中，并加入500mL蒸馏水，溶解、混匀，在室温下储存。底物（硫代乙酰胆碱）：向标有“底物”的试剂瓶中加入5.5mL（以试剂瓶上的标签为准）蒸馏水，溶解、混匀，在05环境下储存。显色剂（二硫代二硝基苯甲酸DTNB）：向标有“显色剂”的试剂瓶中加入55mL缓冲液，溶解、混匀，在05环境下储存。酶（乙酰胆碱酯酶）：酶已经配

21、成溶液可以直接使用，在05环境下储存。（3）样品提取选择2g有代表性的蔬菜或者瓜果皮样品，擦去表面泥土。叶菜剪成宽度1厘米左右的菜样，块根菜取横截面1厘米左右样品，放入锥形瓶中。用移液管向锥形瓶内加入10mL缓冲液，振荡12分钟，静置35分钟，待用。用滤纸滤去混合液中的固体物，所得的清液作为待测样品。（4）对照（空白）测试按动“功能键”，切换至透射比测试模式，调整测试波长（即之前测定的最佳波长值）。置入遮光体，合上样品室盖子，并使其进入光路，按动“调0%T”键调T零，此时仪器显示“000.0”或者“-000.0

22、”。完成调T零后，取出遮光体。按动“功能键”，切换至吸光度测试模式。置入参比（空白）样品，按动“调100%T”键，此时仪器显示“BL”延时数秒后便显示“-0.000”或者“0.000”。 有机磷及氨基甲酸酯杀虫剂的共同毒理机制为抑制乙酰胆碱酯酶(AChE) 的活性。AChE 对神经传递介质乙酰胆碱(ACh) 有如下的催化反应:HO(CH3)3NCH2CH2OOCCH3+H2O HO(CH3)3 NCH2CH2OH+CH3COOH(2.1) （乙酰胆碱）（胆碱）当农

23、药抑制了乙酰胆碱酯酶的活性,造成乙酰胆碱的积累,影响了正常的神经传导,即引起了神经中毒。为了测定AChE 的活性被抑制的程度,我们采用了如下化学反应:Cl(CH3)3NCH2CH2SOCCH3Cl(CH3)3 NCH2CH2SH + CH3COOH(2.2)(氯化硫代乙酰胆碱)(氯化硫代胆碱)氯化硫代胆碱与5,5-二硫代双（2-硝基苯甲酸）(DTNB)作用生成5-琉基-2-硝基苯甲酸(黄色)，用溶液吸光度的变化值(特征波长412nm)测出乙酰胆碱酯酶的抑制率 。（2）酶抑制率的计算公式式中：Ao—— 对照溶液反应3min吸光度的变化值；At——

24、样品溶液反应3min吸光度的变化值；Ko —— 对照溶液吸光度值随时间的变化曲线的斜率；Kt —— 样品溶液吸光度值随时间的变化曲线的斜率；3 结果与讨论3.1 最佳波长λ的确定分光光度法分析的原理是利用物质对不同波长的光呈现选择性吸收现象来进行物质的定性和定量分析。所以，在检测果蔬中农药残留之前首先必须要确定一个最佳的吸收波长，这样才有利于得到最大的吸光度，减小实验误差。下表就是在同一浓度（C≈0.1mg/L）不同波长下的吸光度变化值（反应3min前后），数据如表3.1。 3.2 空白样品吸光度A0的测定空白样品由2.

25、5mL缓冲液、20uL酶、100uL显色剂、20uL底物组成。测定过程中需要注意以下几点：首先，微量进样器不能混用，吸取酶的和吸取底物的应该是两个进样器，因为混用不仅会导致试剂污染，而且还会严重影响测定结果。其次，试剂加入比色皿内的顺序应该固定，本次试验是先加入缓冲液，再加入酶，然后是显色剂，最后加入的是底物。这样做也可以减小实验误差。第三，加入不同试剂后应该充分摇匀，摇匀的时候用干净的保鲜膜或者塑料袋盖住比色皿口，大拇指按住保鲜膜，食指托住比色皿底部，为了防止试剂直接接触手指而被污染。第四，试剂使用之前先升温至室温，可用手紧握3分钟或者在37的水浴中加热，因为如果温度过低，会导致抑制率为零。

26、最后，一定要保证比色皿放入仪器进行测量的时间间隔基本相同，这样有利于减小实验误差。下表就是在波长为412nm下平行测量10组的吸光度数据，见表3.2。表3.2 空白样品吸光度Ao的测定次数A1（3min前）A2(3min后)Ao(3min变化值)10.1870.4900.30320.1890.4960.30730.1900.4880.29840.1930.4900.29750.1980.5070.30960.1920.4970.30570.1890.5010.31280.1910.4880.29790.1930.4910.298 （0.5min时）吸光度A4(3.5min时)At(3min变化

27、值)抑制率Y（%）0.10.1980.3290.13156.770.20.2580.3540.09668.320.30.3120.3850.07380.910.40.3680.4250.05781.190.50.4120.4610.04983.83图3.3.2浓度与抑制率的关系图酶抑制率的计算公式：式中：Ao—— 对照溶液反应3min吸光度的变化值；At—— 样品溶液反应3min吸光度的变化值；Ko —— 对照溶液吸光度值随时间的变化曲线的斜率；Kt —— 样品溶液吸光度值随时间的变化曲线的斜率；根

28、据3.2空白样品吸光度Ao的测定可知，Ao=0.303，又根据抑制率的公式，可以计算出5种不同浓度下的抑制率。例如：当C=0.1mg/L时，= (0.303-0.131) / 0.303×100%=0.172 / 0.303×100%=56.77% （0.5min时）吸光度A4(3.5min时)At(3min变化值)抑制率Y（%）0.080.1950.3630.16844.550.060.1540.3500.19639.310.040.1300.3390.21230.020.020.1130.3280.22326.400.010.0950.3210.22625.41图3

29、.3.4稀释倍数放大后浓度与抑制率的关系图抑制率的计算公式，如P18所示，代入对应的数据即可求得。从图3.3.4可知，随着敌敌畏浓度的增加，抑制率也在相应的增加，说明有机磷和氨基甲酸酯类农药对胆碱酯酶正常功能有抑制作用，其抑制率与农药的浓度成正相关。而且，敌敌畏溶液浓度越小，抑制率的变化程度也越小，也就是溶液稀释到一定程度（数值）后，它的抑制率基本稳定不变，如果浓度低于这个数值，则无法检测出来，这个数值也就是农药的检测下限。根据表3.3.4可知，敌敌畏的检测下限大约是在0.01mg/L。3.4 蔬菜中农药残留的测定3.4.1 青菜中农药残留的测定首先从农贸市场买了新鲜的青菜，对其进行处理，主要

30、步骤是：取适量青菜洗净，擦去表面多余水分。菜叶剪成宽度1厘米左右的菜样，称取2g样品，放入锥形瓶中。用移液管向锥形瓶内加入10mL缓冲液，振荡12分钟，静置35分钟，待用。用滤纸滤去混合液中的固体物，所得的清液作为待测样品。剩余的青菜放在大烧杯中，杯口盖住，防止青菜水分挥发。然后，根据样品检测方法：20uL酶+2.5mL样品+100uL显色剂+20uL底物，混合摇匀后再进行检测，数据如下表3.4.1所示。 3.4.3 黄瓜中农药残留的测定把从菜市场买回来的黄瓜洗干净，把表皮水分吸干，然后去皮，对黄瓜皮进行一定的处理，具体处理方法和青菜基本一样。然后把剩下的黄瓜放在保鲜袋里，保存待用。对黄瓜表皮

31、的农药残留测定情况如下表3.4.2所示。表3.4.3 黄瓜中农药残留情况时间（第n天）At（反应3min的变化值）抑制率Y(%)10.21230.0320.22525.7430.23024.0940.23422.77图3.4.3 黄瓜提取液的抑制率与时间的关系图抑制率的计算公式，如P18所示，代入对应的数据即可求得。由上图3.4.3可看出，随着时间的推移，抑制率逐渐变小。由表3.4.3可知，第四天抑制率为25.41%，黄瓜如果再多放几天，样品提取液对酶的抑制率应该更低。为了人民群众的健康，打了农药的黄瓜应该过四五天、甚至更久再拿出来销售，这样的话，农药残留就几乎没有了，对人体健康也不会造成影响

32、。与青菜和茄子相比，黄瓜的农药残留情况要好得多。3.4.4 青菜、茄子、黄瓜中农药残留对比把青菜、茄子、黄瓜三种蔬菜的农药残留情况放在一起做一个明显的对比，残留情况如下表3.4.4所示。表3.4.4 青菜、茄子、黄瓜中农药残留情况时间（第n天）青菜抑制率Y（%）茄子抑制率Y（%）黄瓜抑制率Y(%)134.6531.6830.03233.0028.7125.74330.0326.0724.09425.7425.4122.77 表3.5.2 生梨中农药残留情况时间（第n天）At（反应3min的变化值）抑制率Y(%)10.22426.0720.22824.7530.23123.7640.23522.

33、44图3.5.2生梨的抑制率与时间的关系图抑制率的计算公式，如P18所示，代入对应的数据即可求得。由检测结果可知，生梨有农药残留，但是情况不严重，抑制率50%。第一天的抑制率为26.07%，之后每天的抑制率都在下降，而且下降速度很快。如果我们想要吃到安全的生梨，那么我们一定要用碱水浸泡一会儿，再用清水洗干净后再食用。3.5.3 油桃中农药残留的测定把从水果店买回来的油桃洗干净，把表皮水分吸干，然后去皮，对油桃皮进行一定的处理，具体处理方法和青菜基本一样。然后把剩下的苹果放在保鲜袋里，保存待用。对油桃表皮的农药残留测定情况如下表3.5.3所示。表3.5.3 油桃中农药残留情况时间（第n天）At（

34、反应3min的变化值）抑制率Y(%)10.303020.304030.302040.3030抑制率的计算公式，如P18所示，代入对应的数据即可求得。由上表3.5.3可看出油桃的抑制率第一天是0，说明油桃中没有农药残留。为了验证是否有实验误差，第二天、第三天、第四天又都检测了一遍，发现每次检测结果都是0，说明从水果店买回来的油桃不存在农药残留问题，或者和苹果的情况一样，就是农药残留量非常少，用分光光度计检测不出来。3.5.4 苹果、生梨、油桃中农药残留对比 200.3030.1310.10100.043756.77250.4370.1930.14580.064355.90300.4980.2180.16610.072756.23将对应的数据代入以上公式，即可求得空白斜率、农药斜率、抑制率。由表3.6.1可知，随着酶液用量的增加，空白斜率和农药斜率都呈上升趋势，但是抑制率无明显变化。斜率增大可以增加灵敏度，但是相应的试剂费用也会增加。所以，从灵敏度和试剂费用两者的综合考虑来看，最后还是选择中间那组，即原配方的酶液用量，酶用量为20uL。3.6.2 改变底物用量对抑制率的影响为了验证是否原配方是最佳的方案，我就尝试着改变试剂包中各种物质的量。原配方是：20uL酶+2.5mL样品+100uL显