典型农药残留的特征拉曼谱线测量与分析

韩　瑞，　韩小卫

（1.中国科学技术大学，安徽 合肥 230026；2.泰州职业技术学院科技处，江苏 泰州 225300）

典型农药残留的特征拉曼谱线测量与分析

韩瑞1，韩小卫2

（1.中国科学技术大学，安徽 合肥 230026；2.泰州职业技术学院科技处，江苏 泰州 225300）

文章在常见果蔬使用的农药调查及分析的基础上，使用现代模块化拉曼仪对典型果蔬及其农药残留进行了拉曼谱线的测量，经比较分析发现了一些典型农药残留的特征拉曼谱线。

农药残留；特征拉曼谱线；测量与分析

1　常见果蔬农药方面的调查汇总

1.1主要农药残留物

目前在蔬菜生产中使用的农药主要有以下几种［1］：1.1.1有机磷农药该类农药为广谱杀虫剂，应用很广，主要有敌敌畏、乐果、内吸磷、敌百虫、马拉硫磷、对硫磷等60多种。这是最为广泛使用的农药品种。

1.1.2氨基甲酸酯类农药该类农药中应用最广的是新型杀虫剂与除草剂，如西维因、残杀威、抗蚜威等，其农药残留与有机磷相似，但毒性不强，食用者恢复快，一般几小时就能自行恢复。

1.1.3有机氯农药该类农药为高残毒农药，我国在多年前早已禁止使用，但目前仍有大量违规使用的情况，尤其毒杀芬、林丹、七O五四、氯丹等仍有不少农户使用。

1.1.4拟除虫菊酯类农药该类农药主要有溴氰菊脂（敌杀死）、氯氰菊脂（灭百可）、杀灭菌脂（速灭杀丁）等，虽对人类低毒，但滞留体内时间长，中毒表现症状为皮肤刺激症状和神经系统症。

1.1.5重金属的化合物该类农药以重金属砷、汞的有机化合物农药为代表，由于在自然环境中其代谢产生的砷、汞无法被降解将会长期残存下去，现已被农业部列入禁用农药。该类农药毒性超强，常用于扑杀各类中小型啮齿类野生动物。因其生产较为方便，故在广大中西部地区仍然大量生产和使用，在中央电视台节目《记者调查》中屡次报道。

1.2农药成分分析

含金属农药的残留物即为分解后附着性较强的砷、汞等金属。

二硫代氨基甲酸酯类杀菌剂生产过程中产生的杂质及其代谢物乙撑硫脲属致癌物，三氯杀螨醇中的杂质滴滴涕，丁硫克百威、丙硫克百威的主要代谢物克百威和3-羟基克百威等。

有机氯农药如滴滴涕、六六六等，它们的代谢产物在农作物及其生长的自然环境中消解缓慢，动物食用后一般会在体内沉积。因此，尽管有机氯农药及其代谢物毒性并不强，但其沉积残毒问题仍然需要重视。

氨基甲酸酯类与有机磷类农药在施用之后易分解。但由于氨基甲酸酯类与有机磷类农药中存在着少量高毒和剧毒品种，例如克百威、对硫磷涕灭威、甲胺磷、水胺硫磷等，对于生长周期较短、连续采收的蔬菜，如果被施用该类农药，人畜食用后则很容易因残留量超标而导致中毒事件。

综上，有机磷农药的特征是含有磷酸酯基团（C-P键，P=O键，P-O键，P=S键，C6H5-P）；有机氯为苯环上取代氯和甲基上取代氯（C-Cl，C6H5-Cl）；其余类型农药含呋喃、吡啶、溴氰等毒性结构；另外乳油中的表面活性剂也可作为判别依据。

1.3常见果蔬表面成分

常见果蔬表面成分有β-胡萝卜素、大量蛋白质、脂肪、糖以及一些微量元素如钙、铁、磷等。

2　常见果蔬、农药的特征拉曼谱线采集

2.1仪器样品

由于时间限制，实验挑选了苹果以及栽培苹果时最常用的两种农药毒死蜱和敌百虫作为初次测试样品。

拉曼光谱仪为OLYMPUS IX2-UCB U-HSTR2的现代模块化拉曼仪，经调节激发光有三种选择：514.5nm、785nm和1064nm 3种可选。

农药为有机磷农药市售48%毒死蜱乳油，化学名称：O，O-二乙基-O-O-（3，5，6-三氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯；市售敌百虫粉末，含量99%。苹果为水果摊购买的红色富士苹果和黄白色小苹果两种。

将敌百虫粉末0.1g混合10mL去离子水，配成10g/kg样品液1；再用移液器从样品液1中提取1mL，混合9mL去离子水配成1g/kg样品液2。以此类推直至配成0.1mg/kg样品液6（0.1mg/kg为国家标准）。同理毒死蜱乳油配成100g/kg样品液1至1mg/kg（国家标准）样品液6。

将洗净晾干的苹果表皮切片放在小盒里，留一份作本底，再按照质量分数梯度，用移液器移区100ul农药药液滴在果皮表面使其形成一个圆形水滴，再在铝箔纸上做一份敌百虫粉末和毒死蜱样品。之后放入通风橱中静置2小时。

2.2拉曼谱线采集

在1064nm激光下，使用双偏振片调节功率为10mw（经过多次实验发现，低功率可防止灼焦），积分时间10s，扫描一次，测取铝箔纸上敌百虫和毒死蜱原药谱线。

苹果表皮样品则需要在显微镜下调焦后测取，激光功率50mw，积分时间12s，扫描5次取均值。采集过程较复杂，在中国科学院物理研究所光物理实验室郭红莲老师的帮助下完成。

2.3实验过程中首先发现和解决的问题

首先是热效应的消除，在多次调试后，使用双偏振片调节入射激光功率取得了良好的效果，同时仪器自带液氮冷却系统是工作环境处于-72℃以下，成功抑制热效应。

其次是最初的实验过程中，我们最开始使用515nm和785nm激光作激发光源，发现在红苹果表面的样品谱线非常强，分析后是由于荧光效应太过强大 （见图1）。红苹果的荧光在600～1000nm处非常明显。使用1064nm激光后得到改善。

图1　785nm激发的红苹果表面谱线

2.4初步结果和讨论

经过冗长的实验，得到了一系列的谱线。

2.4.1铝箔本底、铝箔表面毒死蜱及敌百虫谱线

图2　铝箔本底、铝箔表面毒死蜱及敌百虫谱线

图2中3号线为铝箔纸本底，入射激光较弱导致谱线较弱，2号线为敌百虫谱线，1号线为毒死蜱谱线，可以看出两种有机磷类农药的谱线结构类似但有所不同，我们需要寻找的是能够代表一个类型农药的谱峰，从图中可以看出两种农药在520cm-1和1300cm-1处均有明显峰值。

从整个光谱来看，敌百虫农药在292、372、440、614、721、1344cm-1处有明显特征峰。而毒死蜱乳油谱线则显得较为平滑，这是乳油造成的结果，拉细谱线后可以看出370、620、1300cm-1处有可以用来作判别依据的锋线。

有研究表明［2］：370、441、786cm-1处振动为P-O振动，620、721、1320cm-1处为C-Cl振动，1568cm-1处事吡啶环的振动特征频率。

2.4.2苹果表面本证谱线

图3　苹果表面本证谱线

1号线为红苹果谱线，2号线为白色小苹果谱线。可以看出同种情况下红苹果表面谱线较为突出，这是因为仍有荧光效应的缘故。苹果表面谱线有许多尖锐的锋线，主要在480、520、700、1000、1320、1550以及2840cm-1处。这些谱线尖锐且突出，是判别苹果表皮的依据。

2.4.3处理后的苹果表面不同浓度梯度毒死蜱谱线［3］

图4处理后的苹果表面不同浓度梯度毒死蜱谱线

从此图中看出，拉曼检测可以检测出极其微小的信号，甚至可以检出1mg/kg毒死蜱溶液的信号。但后面的谱线强度已经不能算够作为判别依据。在1500cm-1处谱线应该是苹果表面本证信号，在浓度减小后反而越来越强。从图中可以看出，毒死蜱的检测限约为10mg/kg。

2.4.4处理后苹果表面不同浓度梯度敌百虫谱线［4］

图5　处理后苹果表面不同浓度梯度敌百虫谱线

与上图一样，在1500cm-1附近有苹果本证谱，敌百虫的检测限约为1mg/kg。

3　结语

水果农药本证谱采集过程需要长期努力，通过实验和调查参考可以不断丰富完善数据库。

经过对水果的测量和调查后发现，大多数水果出现的是组峰（1603cm-1、1451cm-1、1657cm-1、1328cm-1、1100cm-1附近），这些均为胡萝卜素的锋线。下表为已有的一份数据，包含了常见水果和农药的本证频率信息［5］，从中可以看出水果的特征频率非常相似。这些锋线均在1000cm-1之后，且连绵形成平滑的谱峰，与成分单一的农药谱线的尖锐的锋线形成鲜明对比。同时，从图4和图5中可以看出，水果含有的其它元素的锋线均淹没不见了，许多文献对其的解释是共振散射使其淹没了。实验结果发现，不论农药的含量有多低（甚至1mg/kg），它的特征频率依然可以在图上看到，这是由以下两点造成的：集中悬浮在苹果表面的农药与苹果表面似乎形成了一种加强效应；农药的特征峰一般在1000cm-1以下，这是苹果所含水合物质共振效应产生的谱线集中的地方，背景非常平坦。

表1　常见水果和农药本证频率信息　单位：cm-1

这样，在检测果蔬的农药残留时只需要观察到相应农药残留的特征峰线及其相对强度就可以了。

［1］李翠.农药残留现状及治理对策［J］.现代农业科技，2010，（1）：171-172

［2］张鹏翔，周小芳，方炎.水果表面拉曼光谱对比研究［J］.光散射学报，2004，（2）：136-140.

［3］孙云云，李永玉，彭彦昆，等.基于拉曼光谱技术检测苹果农药残留的研究［C］.中国农业工程学会2011学术年会论文集，2011.

［4］李永玉，彭彦昆，孙云云，等.拉曼光谱技术检测苹果表面残留的敌百虫农药［J］.食品安全质量检测学报，2012，（6）：662-665.

［5］刘燕德，刘涛，孙旭东，等.拉曼光谱技术在食品安全检测的应用［J］.光谱学与光谱分析，2010，（11）：3007-3012.

（责任编辑刘红）

The Measure and Analysis on Characteristics of Raman Spectra of the Typical Pesticide Residues

HAN Rui1，HAN Xiao-wei2
（1.China University of Science and Technology，Hefei Anhui 230026；2.Taizhou Polytechnic College，Taizhou Jiangsu 225300，China）

Based on the investigation and Analysis on the use of pesticides in fruits and vegetables in this paper，the author measured the Raman spectra of the typical vegetables and fruits and their residual pesticides by the modern modular Raman spectroscopy.After the comparative analysis，the author also found some of the typical features of the Raman spectra of pesticide residues.

pesticide residues；characteristics of raman spectra；measure and analysis

O657.37

A

1671-0142（2015）01-0059-03

韩瑞（1994-），男，江苏泰州人.

2014年泰州市科技支撑社会发展计划（指导性）项目（第26号）.