基于表面增强拉曼光谱技术快速检测有机磷农药残留

高连丛 ，郭 敏 ，陈翠芬，彭鸿雁* (.海南师范大学物理与电子工程学院，海南 海口 57000；.吉林医药学院附属医院，吉林 吉林 303)

有机磷农药三唑磷分子式C12H16N3O3PS，分子结构中有苯环、乙基、磷酸酯、三唑环组成,是一种广泛应用于防治害虫的广谱农药，为提高水产养殖产率常用作滩涂等水产养殖清除剂。海洋环境中三唑磷对贝类毒性小，但对海水中鱼类和蟹类等动物毒性很大，直接影响海洋养殖业用于食品的安全性[1-2]。建立一种能够实时快速准确地检测三唑磷农药残留的方法非常重要。表面增强拉曼光谱技术(surface enhanced Raman spectroscopy，SERS)是分子振动光谱，不同的分子结构出现特异性的拉曼散射峰，根据拉曼峰反推出分子结构，SERS以其样品制造简单、实时快速检测等优点越来越多地应用在农药残留检测之中[3-4]。

1 材料与方法

1.1 实验材料

美国海洋公司光纤光谱仪QE65PRO，信噪比1000∶1，光学分辨率0.72 nm FWHM，探测器类型：Hamamatsu S7031-1006，薄背照式CCD；长春新产业光电技术有限公司FC-D-785 nm窄线宽激光器，最大功率450 mW，序列号18107151，激光波长784.861 nm；光纤拉曼探头型号RPB-785，焦距7.5 mm，耦合系统为SMA905连接器；日立S4800型冷场发射扫描电镜；金纳米粒子基底、银纳米粒子基底；黑硅材料基底；麦克林试剂公司三唑磷标准品，CAS号24017-47-8，批号C10990000；市售娃哈哈纯净水。

1.2 实验方法

用移液枪量取标准溶液配制样品浓度分别为100、50、10、1 mg/L，用注射器准确量取三唑磷样品分别置于表面增强基底上，激光经过光纤探头聚焦后，光谱仪积分时间5 s，取2次积分数均值，光谱仪记录并存储数据。软件数据采集利用拉曼向导数据流窗口高等数学中背景估算来。

1.3 拉曼基底制备

SERS基底是研究人员关注的重点。利用等离子体共振场实现的拉曼放大效应，通过控制金纳米粒子、银纳米粒子等表面粗糙结构可以使非常弱的拉曼光谱信号放大很多个数量级，可以应用于微弱信号检测[5-6]。

氯金酸溶液与交换树脂融合，仪器摇匀，放入乙酸二钠水溶液，成品超声处理，制成金纳米基底材料，扫描电子显微镜图像如图1。

将多元醇还原制成AgNWs，水热法碳化葡萄糖形成碳层，银氨溶液与醛基结构反应，抗坏血酸还原硝酸银产生银原子沉积到基底中，制成银纳米基底材料，扫描电子显微镜图像如图2。

室温条件下进行黑硅材料制作，应用1070 nm光纤激光作为加工光源，经过电镜扫描在硅材料上加工出粗糙结构，经过合理的退火条件制备成黑硅材料[7]，在扫描电子显微镜中图像如图3。

2 结 果

三唑磷分子官能团和光谱特征峰对应表如表1。光谱仪接收散射拉曼光谱信号，并在测试软件中实时输出。本研究选用激光功率35 mW作为入射光，4种浓度的农药检测结果如图4所示，977、1000 cm-1波数双峰结构特异性结构可以作为特征峰来区别农药的残留情况。

银粒子基底在检测过程中受荧光影响严重，对正常拉曼光谱峰进行了掩盖，检测结果不理想，如图5所示。

黑硅材料常用于半导体发光材料，本研究探索发现黑硅材料具有表面增强拉曼光谱效应，如图6所示。

图 1 金纳米基底SEM图像 图 2 银纳米基底SEM图像 图 3 黑硅扫描电镜图像

图 4 三唑磷农药拉曼光谱峰 图 5 银纳米材料光谱峰 图 6 黑硅材料基底光谱峰

表 1 官能团和光谱特征峰对应表

黑硅材料能够承受高功率密度的激光照射，激光功率450 mW聚焦照射没有损坏基底材料，硅在528 cm-1处单独光谱峰，可用作内标峰，是优质的潜在材料。

3 讨 论

表面增强拉曼光谱技术，可以做到快速、实时、分析三唑磷农药光谱特征峰，并应用金纳米粒子基底、银纳米粒子基底、黑硅材料基底进行检测，金纳米基底测试出农药残留光谱，为三唑磷残留进行光谱检测提供技术方法，是农药残留现场检测技术潜在优质解决方案。

在实验过程中发现金、银粒子基底所承受的激光功率密度相对较低，采用二氧化碳保护气时可适当增加激光功率，但是增加范围太小，探索发现黑硅材料基底具有SERS效应，在实验过程中，光源聚焦位置的不确定性，检测系统的不稳定性，样品浓度不均匀性都会对光谱检测结果造成影响，农药分子在基底吸收位置、形式也会影响检测结果，可以利用硅的特征峰最为内标峰分析物质结构，减小实验误差。