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环境与食品安全快速检测技术研究
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食品安全快速检测技术
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中国卫生检验杂志2009年9月第19卷第9期　ChineseJournalofHealthLaboratoryTechnology,Sep2009;Vol19　No92207【综述】食品安全检测技术新技术展望精彩内容，尽在百度攻略：郑海波(浙江省宁波市海曙区疾病预防控制中心,浙江宁波　315012)[关键词]　食品安全;检测技术;展望精彩内容，尽在百度攻略：[中图分类号]　R155.5　　　　[文献标识码]　A　　　　[文章编号]　09)09-　概述由于食品原料的化学污染、畜牧业中抗生素的应用、基因工程技术的应用,使得食品污染导致的食源性疾病呈上升趋势,食品安全问题为全世界所关注。特别是近年来,世界上屡屡发生大规模危及食品安全的事件,如英国的疯牛病、比利时的二恶英事件,以及波及许多国家和地区的苏丹红事件;我国食品安全突发事件也屡有发生,例如波及全国的三聚氰胺奶粉事件和广州的“瘦肉精”事件等。为了保障我国食品安全,政府启动并实施了一系列食品安全保障体系建设的重大举措[1]:制订了一系列与食品安全相关的法律和法规,发布了一系列涉及食品安全的国家标准和行业标准,初步建立了我国食品安全保障体系,而其技术支撑就是食品安全检测技术和仪器。精彩内容，尽在百度攻略：一方面,食品种类繁多,涉及粮油、果蔬、禽蛋等农产品和诸多种类的加工技术,随着食品行业技术水平的不断提高,还会有新技术不断地被运用到食品生产中[2];另一方面,随着人们生活水平的提高,对食品安全的要求也越来越高,有力地驱动着新的食品安全检测技术不断涌现,从而为食品安全提供有力的保障。2　我国食品安全保障体系和检测技术现状2.1　我国食品安全保障体系精彩内容，尽在百度攻略：近几年来我国启动并实施了一系列食品安全保障体系建设的重大举措,制订了《中华人民共和国食品卫生法》、《中华人民共和国农产品质量安全法》、《饲料和饲料添加剂管理条例》、《农业转基因生物安全管理条例》等一系列与食品安全相关的法律和法规,发布2000余项涉及食品安全的国家标准、3000余项食品行业标准,其中强制性国家标准634项[1]。食品安全标准涉及粮食、油料、水果、蔬菜及制品、乳与乳制品、肉禽蛋及制品、水产品、饮料酒、调味品、婴幼儿食品等可食用农产品和加工食品,基本涵盖了从食品生产、加工、流通到最终消费的各个环节。中国政府坚持从源头狠抓食品质量安全,完善食品监管的各项基本环节和制度,强化食品安全监管。为保障食品安全,中国政府树立了全程监管的理念,坚持以防为主、源头治理的工作思路,形成了“全国统一领导,地方政府负责,部门指导协调,各方联合行动”的监管工作格局,明确了各部门的责精彩内容，尽在百度攻略：图1　食源性疾病暴发事件中食品构成及各种因素的比例[1]任,进一步理顺了各部门监管食品安全的职能。我国的食品安全检验检测体系框架已基本形成,基本上建立了从“农田到餐桌”全过程的食品、农产品认证认可体系,包括饲料产品认证、良好农业规范(GAP)认证、无公害农产品认证、有机食品认证、食品质量认证、食品安全管理体系(HACCP管理体系)认证、绿色食品认证等,建立了食品质量安全市场准入制度,加强了风险评估、预警和应急反应机制,建立健全了食品召回制度等[1]。2.2　食品安全检测技术现状精彩内容，尽在百度攻略：食源性疾病暴发事件中食品的构成和因素很多(如图1[1]所示),主要是农兽药残留等化学污染物、有毒有害元素、致病菌、生物毒素、转基因食品等。食品安全检测的任务往往是在极其复杂的基质中检测上述种类很多(十几甚至几十个组分)、含量又极低(微克级到纳克级)的有毒有害残留物或污染物,所需检测技术与仪器相当复杂。相应的食品安全检测主要也就针对农药残留,兽药、渔药残留,有毒有害元素,致病菌和细菌鉴定,以及转基因农产品检测[1,3]。精彩内容，尽在百度攻略：农药残留,兽药、渔药残留主要采用光谱、色谱和质谱仪等大型分析仪器;有害元素检测主要采用原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪;细菌鉴定、检验的方法有传统方法、传统法基础上的数值化方法、化学方法及分子生物学方法三大类,其基本原理有根据碳源的代谢利用率鉴定细菌,利用抗原和抗体间专一性结合、免疫反应检验致病菌,运用基因检测技术检测病原菌,根据特征性的脂肪酸图谱进行细菌鉴定,也有新的基于表面等离子谐振(SPR)生物传感器开发的致病菌检验系统和以生物芯片为平台、使用致病菌检测试剂盒检测致病菌的系统。自1994年,美国第一个转基因植物产品-转基因番茄获得FDA的批准进入市场以来,转基因农作物在全球内飞速发展。转基因食品就是用转基因生物生产和加工的食品,可以进一步分为转基因植物食品、动物食品和微生物食品,其中发展最快的是转基因植物食品。由于转基因食品含有转基因技和外源基的表达,所以对[作者简介]　郑海波(1968-),女,学士,副主任技师,主要从事精彩内容，尽在百度攻略：卫生检验工作。2208中国卫生检验杂志2009年9月第19卷第9期　ChineseJournalofHealthLaboratoryTechnology,Sep2009;Vol19　No9精彩内容，尽在百度攻略：其安全问题争议很大。目前国际上还没有一份严肃的科学报告证实转基因食品是永久安全的。因此,对转基因食品进行检测和标识已势在必行。采用基因水平检测或基因转录水平检测,分析程序较为复杂,需要离心机、PCR扩增仪、电泳系[4]精彩内容，尽在百度攻略：统、酶标仪等专业设备。3　食品安全检测一些新技术随着人们对食品安全检测要求的提高和科学技术的飞速发展,新的检测技术正在不断涌现,并应用于食品安全检测[5]。主要趋势向两极发展:一是高灵敏度、高选择性的复杂仪器体系,二是快速、自动、简便、经济的便携式现场检测仪器。分子生物学技术也在食品质量安全检测中发挥着越来越重要的作用[3]。3.1　生物传感器技术精彩内容，尽在百度攻略：生物传感器(biosensor)是一类对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器,其核心由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)与适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成。生物传感器作为一种新型的检测技术,可以做到小型化和自动化,具有方便、省时、精度高、可现场检测等优点,被广泛的应用于食品中的添加剂、农药及兽药残留、对人体有害的微生物及其产生的毒素、以及激素等多种物质的检测[6～13]。在食品添加剂的分析中,科学家成功地研制出了一些检测食品添加剂的生物传感器,例如检测亚硫酸盐、亚硝酸盐、烟酸、乳酸和苹果酸的传感器。亚硫酸盐通常用于食品工业,除具有漂白作用外,还有防止食品氧化和抑止微生物生长的作用。由于亚硫酸盐对人体有致敏性,可引起哮喘,用亚硫酸盐氧化酶作为敏感材料,可以制成亚硫酸盐的生物传感器[14];亚硝酸盐是肉类制品的发色剂,但其可导致婴儿高铁血红蛋白血症,并且具有潜在的致癌性。利用亚硝酸盐与亚硝酸盐还原酶发生接触反应时的光学变化,可以制成光纤亚硝酸盐生物传感器[15];烟酸属B族维生素,也可作为肉类食品发色剂使用,维持肉类新鲜颜色。食用过多含烟酸的肉制品,可导致充血、面部潮红、瘙痒、头痛等中毒症状,虽然在日本已禁止使用,但肉制品中烟酸仍是我国卫生部门关注的问题。采用酶传感器测定烟酸,3min即可完成一个样品的测试,结果与[16]精彩内容，尽在百度攻略：高效液相色谱接近。此外,用来测定对羟基苯甲酸、酸味剂、鲜味剂以及色素、乳化剂等的生物传感器也有报道。在农药和兽药残留的检测中,生物传感器也逐步得到应用。采用乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶为敏感元件,利用农药对靶标酶的活性抑制作用可以制成离子酶场效应晶体管酶传感器,用于蔬菜等样品中有机磷农药的测定[17];用多克隆抗体制作的敏感膜光纤免疫传感器可以测定多氯化联苯杀虫剂;免疫传感器测定牛奶中硫胺二甲嘧啶;以抗体酶共轭物为敏感材料结合光度分析可以测定牛奶中的盘尼西林。另外,生物传感器检测激素类药物的研究也在进行中。微生物及其产生的毒素是危害食品安全的主要因子,因此在食品安全领域基于细菌检测的微生物检测是卫生学检验和质量管理的重要项目。细菌学检验通常采用平皿培养法,检测细菌总数需要2d,不能满足HACCP(HazardAnalysisandC,新发展的一种细菌检测方法[18～20],它无需进行细菌培养,检测时间可缩短至若干秒。活微生物体内含有ATP(三磷酸腺精彩内容，尽在百度攻略：苷Adenosinetriphosphate)能量物质,利用ATP生物荧光反应原理,检测荧光强度可以确定ATP的含量,从而间接地确定微生物的存在和含量,检测时间仅需几分钟,手持式ATP生物荧光检测仪器可用于现场快速检测。作为一种微生物的广谱、快速、高敏感检测方法,ATP生物荧光检测仪应用领域除了食品卫生、餐饮及办公场所清洁度或消毒效果评估、现场快速检测饮用水中的细菌总量以及环保行业排污淤泥的直接毒素评估(DTA)等一般检查外,还可应用于牛奶、奶粉等食品、药品生产环境洁净评估、化妆品洗发水等日用品卫生学评估、医院等医疗卫生机构的卫生学评估,特别适合消毒后的用具和台面的残留菌、空气中的菌落数等需要高灵敏度、快速检测的现场。传统的食品安全检测分析方法过程中,过去往往需要繁杂的前处理和大量复杂、昂贵的仪器,难于实现现场检测。生物传感器使传统的分析方法发生了重大变化:其不仅加快了分析速度、提高了灵敏度,还使测定过程变得更为简单。尽管现在生物传感器的应用受到稳定性、重现性和使用寿命等诸多限制,但由于其具有高选择性、响应快、操作简单、携带方便、适合于现场检测等优点,随着计算机技术、材料技术、生物技术等的发展,现存的诸多不足将逐步得到完善,在食品安全的现场测试方面无疑将会发挥更大的作用。3.2　生物芯片精彩内容，尽在百度攻略：生物芯片是九十年代初发展起来的一种全新的微量分析技术,综合了分子生物技术、微加工技术、免疫学、计算机等多项技术,在食品领域中具有广阔的基础研究价值和产业化前景。其原理是在硅片或载玻片或高分子聚合物薄片上,将大量的生物探针(基因探针、基因片段、抗原、抗体)按特定方式固定的排列,形成可供反应的固相载体,并在一定条件下与荧光标记过的待检测样品进行作用,由于生物分子特异性亲和反应(如核酸杂交反应,抗原抗体反应等),检测样品中的待检测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应,反应结果用化学荧光法、酶标法、同位素法显示并通过生物芯片扫描仪作数据采集和分析,实现对样品的分析和检测。其中基因芯片又称为DNA微阵列(DNAmicroarray),是按特定的排列方式排列固定有大量基因片段的硅片、玻璃片或塑料片,通过分子杂交方式对所加样品进行分析,从而大规模高效地获取相关的生物信息;蛋白质芯片,又称为蛋白质微阵列(proteinmicroarray),是大量的蛋白质分子(例如抗体或抗原分子)或肽链有序排列固定在载体薄片上,利用蛋白质或肽能特异性地与配体分子(如抗体或抗原)结合的原理,芯片上的蛋白质分子或肽链与样品中的相关成分发生反应,然后加入标记分子,并用阅读仪分析和存储结果。在食品安全检测中,生物芯片在食品中毒事件的调查、食品污染生物毒素的检测、食品中污染病原菌的检测、食品中残留农药和抗生素的分析和转基因作物检测等方面具有潜在的应用前景[21,22]。特别是在转基因食品检测中,转基因作物检测基因芯片是将目前通用报告基因、抗性基因、启动子和终止子特异片段固定于玻片上制成检测芯片,与从待检样品中提取DNA扩增、标记后和芯片进行杂交,杂交信号经扫描后进行片可以出食品中是否含基因,以中国卫生检验杂志2009年9月第19卷第9期　ChineseJournalofHealthLaboratoryTechnology,Sep2009;Vol19　No92209精彩内容，尽在百度攻略：及含有何种转基因,还可同时检测报告基因、抗性基因、启动子和终止子,具有高通量、微型化、自动化和信息化的特点,可弥补传统方法(PCR检测法、化学组织检测法、酶联免疫吸附法、Southern杂交法、Northern杂交法、Western杂交法和生物测定检测法等)只能对单个检测目标进行检测,并存在假阳性高或时间周期长等不足,是转基因食品检测的方向。随着研究的深入,生物芯片技术必将在食品安全保障中扮演着重要角色。3.3　芯片实验室所谓芯片实验室(Lab-on-a-chip),就是将样品的制备、生化反应到检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统[23,24]。通常芯片实验室在计算机的控制下通过微流路(mi-crofluid)、微泵和微阀等来实现有序联系的,集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体,可以实现生化分析全过程,是生物芯片发展的最高阶段。目前已经有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世,并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的芯片。例如GeneLogic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA,并对其进行荧光标记,然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列,并利用检测设备实现对杂交结果的检测与分析。芯片实验室是利用微加工技术,浓缩了整个实验室所需的设备,化验、检测以及显示等都会在一块基因芯片上完成,实现分析过程的微量化和集约化,从而节约时间,经费和人力等,大大提高工作效率,成本相对比较低廉,使用非常方便。它的出现,不仅给生命科学研究、疾病诊断和治疗、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、航空航天等领域带来深远的影响,也必将给食品安全检测技术带来一场革命。3.4　人工嗅觉系统精彩内容，尽在百度攻略：人工嗅觉系统俗称电子鼻,是一种受生物嗅觉原理的启发,将现代传感技术、电子技术和模式识别技术等紧密结合研制成的新颖仿生检测仪器。电子鼻通常由交叉敏感的化学传感器阵列和适当的模式识别算法组成,可用于检测、分析和鉴别简单或复杂气味。从Persaud和Dodd的开创性工作至今短短二十多年中,它以快速、简单、客观和廉价的特点,已经在食品加工、环境监测、公共安全和医学诊断等诸多领域得到应用。电子鼻信息处理过程如图2所示:样品挥发的气味与阵列中多个气敏传感器反应,将化学信号转换成电信号,然后经过一系列放大降噪调理、基线校准或归一化等预处理过程,获取并增强该样品所对应的综合指纹信息,再从中提取合适的特征输入到特定的模式识别算法,最终完成对样品的定性或定量辨识。与生物嗅觉的结构和功能相比较,电子鼻气室内的气敏传感器阵列相当于鼻腔上的嗅上皮,具有交叉敏感的化学传感器则相当于对多种气味分子敏感的嗅神经元,其作用是将气味的化学信息转换为电信息;预处理的功能类似于嗅球内信号的整合与增强;模式识别原理-特别是人工神经网络(ANN)方法,则一定程度上模拟了大脑皮层信息编码、处理和存储等过程[25]。人工嗅觉系统不仅在食品香气客观检测与评定中得到应用,例如实现烹调、发酵、存储等过程的监测,评价水果、葡精彩内容，尽在百度攻略：熟度,评价和识别品牌[26]图2　电子鼻信息处理过程精彩内容，尽在百度攻略：葡萄酒,对谷物进行分类等,而且在食品安全检测中,也发挥着越来越大的作用。电子鼻被用来检测鱼、肉、蔬菜、水果等的新鲜度,评价和识别果汁等饮料的新鲜度,监测贮藏的粮食和进口的货物是否发生霉烂变质,对禽类进行沙门氏菌检疫等。日本还利用人工嗅觉系统测定法,配合试料取样、生化实验,找出食品和畜产加工场发出的臭气恶臭源头[27]。4　趋势和展望随着社会经济的不断发展,各个国家在食品安全卫生控制方面,正在逐步降低安全卫生指标限量值,这对食品安全检测技术提出了更高的要求。大规模食品安全事件的频发,也催化了食品现场快速检测技术和仪器的发展。一方面食品安全检测技术日益趋向于高技术化、系列化和智能化,使检测仪器朝着高灵敏度和高选择性的复杂仪器体系发展,分析方法的联用成为仪器分析的一个热点;另一方面,现场检测仪器在小型便携化的同时,向专业化、速测化、自动化和智能化、信息化纵深发展。高灵敏度、高选择性的新型动态分析检测和无损检测方法及多元参数的检测技术成为检测技术的发展趋势。生物传感器技术、生物芯片技术和电子鼻等仿生感觉技术必将发挥越来越大的作用。[参考文献]精彩内容，尽在百度攻略：[1]蒋士强.我国食品安全保障体系建设和检测技术的现状[J].分析仪器,-6.[2]JoeKaelin.检测技术和设备-保障食品安全的有力武器[J].食精彩内容，尽在百度攻略：品安全导刊,-23.[3]程奕.食品质量安全及检测技术体系概述[J].食品研究与开发,):I0001.精彩内容，尽在百度攻略：[4]张洪瑞,朱其松,宋克勤,等.转基因食品的安全性评价与检测技术[J].河北农业科学,):101-103,105.[5]储晓刚.现代分析仪器设备进步与食品安全检测技术提升[J].精彩内容，尽在百度攻略：现代科学仪器,-7.[6]ArunKBhunia.Biosensorsandbio-basedmethodsfortheseparationanddetectionoffoodbornepathogens[J].AdvancesFoodNutritionRes,-44.精彩内容，尽在百度攻略：[7]ARasooly,KEHerold.FoodmicrobialpathogendetectionandanalysisusingDNAmicroarraytechnologies[J].FoodbornePathogensandDis-ease,):531-550.[8]OTokarskyy,DLMarshall.ImmunosensorsforrapiddetectionofEsche-richiacoliO157:H7--perspectivesforuseinthemeatprocessingindustry[J].FoodMicrobiol,):1-12.精彩内容，尽在百度攻略：[9]FSLigler,KESapsford,JPGolden,etal.Thearraybiosensor:porta-ble,automatedsystems[J].AnalySci,):5-10.[10]蒋雪松,王剑平,应义斌,等.用于食品安全检测的生物传感器的研究进展[J].农业工程学报,):272-277.[11]朱将伟,刘国艳,史贤明.生物传感器在食品安全检测中的应用精彩内容，尽在百度攻略：[J].中国公共卫生,):883-884.],的应用2210中国卫生检验杂志2009年9月第19卷第9期　ChineseJournalofHealthLaboratoryTechnology,Sep2009;Vol19　No9精彩内容，尽在百度攻略：安全导刊,-52.[21]王国青,蒋迪,王艳,等.生物芯片技术在食品安全检测中的应用[J].现代科学仪器,-10.[22]丁立群,冯丽娟.生物芯片及其在食品安全检测中的应用[J].辽宁农业职业技术学院学报,):18-20.[23]陈宇,靖向盟,朱军,等.芯片实验室技术在POCT上的最新进展[J].微纳电子技术,):47.[24]刘晓为,张海峰,王蔚,等.芯片实验室技术及其应用[J].测试技术学报,):471-479.[25]李光,傅均,张佳.基于嗅觉模型的电子鼻仿生信息处理技术研究进展[J].科学通报,):.[26]高大启.人工嗅觉研究进展及其在食品香气评定中的应用前景[J].武汉食品工业学院学报,-33.[27]日本解决食品产业中的恶臭问题[J].质量与市场:质量,2004,精彩内容，尽在百度攻略：(5):12.(收稿日期:)[J].农产品加工学刊,7-109.精彩内容，尽在百度攻略：[13]曹立民,林洪,张瑾,等.生物传感器在水产品食用安全品质控制中的应用[J].食品工业科技,):111-114,110.[14]刘洁生,彭志英.生物传感器在食品工业中的应用[J].食品与发酵工业,):61-66.[15]CCRosa,HJCruz,MV,etal.Opticalbiosensorbasedonnitritereduc-taseimmobilisedincontrolledporeglass[J].BiosensorsandBioelec-tronics,-2):45-52.[16]THamano,YMitsuhashi,NKojima,etal.Enzymeelectrodesforthesugarsubstituteaspartame[J].Analyst,):135-138.[17]郭亚银,屈涛涛,李忠彦,等.生物传感器在食品工业中的应用[J].包装与食品机械,):22-24.[18]手持ATP荧光检测仪./shop/Class-detail--2111.html.[19]周爱玉,罗金平,岳伟伟,等.手持式ATP生物荧光检测仪研制[J].传感技术学报,):543-546.[20]史帅.ATP荧光法快检系统实现细菌总数的快速检测[J].食品精彩内容，尽在百度攻略：(上接第2200页)之间,回收值均数与已知量值比较t检验,无显著性差别,符合检验要求。(2)湿式消解法平均回收率98.5%,回收率在95%～102%之间,回收值均数与已知量值比较t检验,无显著性差别,符合检验要求。精彩内容，尽在百度攻略：(3)干法灰化回收值均数与湿式消解法回收值均数比较t检验,有高度显著性差别,从回收率观察可知,干法灰化结果偏高,湿式消解法结果偏低,干法灰化比湿式消解法平均高出3%,最高可达10%,当检验结果接近限值时应当注意检验方法的选择。(4)造成差别的原因是:湿式消解法是化学方法消解,用的是强氧化剂氧化样品,消解比较完全,有机物完全分解,形成无机盐,消化液无色澄清透明。但是,在消化过程中形成大量酸雾产生气溶胶,使被测的铅丢失,结果偏低。干法灰化是物理方法,靠的是温度灰化,虽然已完全形成灰分,但是观察消化液有一定浊度和微细颗粒,消化不完全,残留有微量碳及有机物,对原子吸收光谱有影响,造成干扰,使结果偏高。精彩内容，尽在百度攻略：综上所述:石墨炉原子吸收光谱法测食品中的铅时,选用处理方法至关重要,特别是检验结果接近限值时,为保证检测结果的准确性应给以注意。本着对检测结果负责,保证检验数据的准确,检验报告的公正性,应根据情况选用处理方法。[参考文献][1]中华人民共和国国家标准.食品卫生检验方法.精彩内容，尽在百度攻略：(收稿日期:)(上接第2201页)却没有加上“(总量)”标识,附录A中的五氯丙烷有多个异构体,也没有标识。多环芳烃(总量)在欧盟饮用水水质指令[10]中具体包括苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[g,h,i]芘、茚并[1,2,3-c,d]芘,而我国城市供水水质标准CJ/T206-2005中则包括苯并[a]芘、苯并[g,h,i]苝、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、荧蒽、茚并[1,2,3-c,d]芘,但在GB中的“多环芳烃(总量)”包括哪几个多环芳烃却没有说明。精彩内容，尽在百度攻略：生活饮用水卫生标准(GB)和生活饮用水标准检验方法(GB/T)的制定和发布,对提高我国的饮用水水质和充分保障公众的饮用水安全发挥重要作用,因此建议制定标准的部门充分考虑我国的水质状况、经济承受能力、科技水平和标准在执行中发现的问题等因素,对标准进行定期以及不定期的修订和补充,这样可以不断地提高饮用水水质和保障人民健康,也可以避免一次性大幅提高水质标准而给社会特别是水行业和检测部门带来的压力。[参考文献][1]WorldHealthOrganization.GuidelinesforDrinking-waterQuality,精彩内容，尽在百度攻略：thirdedition.Vol.1,2004,Geneva.[2]胡玉玲,钟伟健,李攻科.固相微萃取-高效液相色谱联用分析环境水样中的氨基甲酸酯农药[J].中山大学学报(自然科学版),):125-127.[3]USEPAmethod8270C,SemivolatileOrganicCompounds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