【微光谱应用】sers技术在农药检测中的应用

摘要

蜜蜂在授粉作物中起至关重要的作用。随着蜜蜂死亡率的增加，学者们正研究使用光谱技术监测潜在有害杀虫剂的浓度水平。吡虫啉是与蜜蜂死亡有关的杀虫剂之一，本文分析了表面增强拉曼光谱（sers）测量吡虫啉的痕量水平的有效性。

背景

蜜蜂是全球生态系统的重要组成部分，每年为欧盟和美国的农业经济贡献近250亿美元的价值。美国许多种植者依靠租用的蜂箱种植。美国epa认为，吡虫啉是商业蜜蜂群的主要“杀手”。吡虫啉广泛用于农业，草皮管理和家庭保护应用中的害虫控制。根据美国epa研究，吡虫啉痕量浓度大于25ppb可能对蜜蜂有害。

新烟碱类分子吡虫啉的球形模型

sers技术和痕量农药检测

在sers中，分析物会在分析前吸附在三维金表面上，从而产生等离子体共振效应，提高拉曼信号强度。来自海洋光学的sers芯片将非常微弱的拉曼信号放大了多个数量级，从而能够检测到痕量水平的样品（如杀菌剂和农药）。凭借先前使用sers来测定低浓度其他杀虫剂的成功经验，我们预想对吡虫啉会具有相似的结果。

实验条件

使用qepro-raman光谱仪，配置了包括拉曼激光器，拉曼探针和样品支架，使用785nm作为拉曼激发波长进行测量。我们分别在1000ppm，100ppm，10ppm，和1ppm的丙酮中加入吡虫啉，每个添加10µl，并让基底完全干燥。对于溶液的制备，丙酮是比水更好的选择。

实验结果

测试时的激光功率设置为15mw，积分时间设置为3s（图1）。金基底对吡虫啉浓度>4pg的效果最佳，这主要是因为金基底具有更强的背景信号，因此较低的浓度测量具有挑战性。

图1. sers 基板显著增加拉曼信号强度

我们测得的最低吡虫啉浓度为4pg，转换为0.4ppb。这完全在美国epa报告的对蜜蜂种群有害的25ppb浓度范围内。

本实验通过计算分析物的体积、浓度、sers 基板的面积和激光光斑的大小提供更准确的分析。光斑大小从25μm到 158μm。同样，我们假设沉积和干燥后分析物的覆盖范围均匀。

总结

拉曼光谱是一种可实现快速，无损分析的技术，sers基底具有高灵敏度，可检测痕量样品（如杀虫剂）。海洋光学模块化拉曼光谱仪和sers基底已经证明对包括福美双，马拉硫磷，亚胺硫磷，毒死蜱和三硫磷在内的农药具有良好的测量结果。正如我们的测试所示，sers基底是痕量水平检测的可行选择。而且，与市场上许多现有的sers产品不同，ocean insight sers基板易于使用，价格合理并且可大量生产，具有很高的可重复性，可以在实验室或现场进行常规部署。

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