摘要：为了解决倍硫磷、对硫磷等有机磷残留检测效率低的难题，提出了一种基于表面增强拉曼光谱的快速检测技术，利用金纳米溶胶作为增强基底，利用便携式拉曼光谱仪作为检测设备，实现了对多种有机磷物质的多点同时检测。实际应用表明，倍硫磷、对硫磷浓度和拉曼谱峰强度有直接关系，能够实现定量精确检测，对倍硫磷的最小检测质量浓度为0.009μg/L，对硫磷的最小检测质量浓度为0.02μg/L，具有检测精度高、速度快、多物质同时检测的优点，实现了对环境中磷残留的现场快速测定。
关键词：有机磷；拉曼光谱检测；金纳米溶胶；最小检测浓度
0引言
环境中的有机磷主要来源于农药残留，随着农业技术的发展，越来越多的有机磷类农药开始应用在农业上，以预防病虫害、提高农作物的产量，这些磷残留不仅会引起环境污染，而且还会损害人体健康，因此有机磷类的农药残留问题开始越来越多地引起人们的关注，实现对环境中磷残留的快速检测，对磷残留的治理具有十分重要的意义[1]。目前对磷残留的检测方法主要是高效液相色谱法、液相色谱+质谱联合检测法，都具有极高的检测精度和灵敏性，但设备体积大、检测流程繁琐、检测周期长，难以实现快速、便捷的检测。
本文提出了一种新的基于表面增强拉曼光谱的快速检测技术，该技术属于一种指纹光谱检测技术，不仅操作简单而且不需要高真空环境。通过对检测机理、实验方案的研究，表明该技术具有检出精度高、检测周期短的优势，能够实现环境中磷残留检测的现场检测。
1测试方案设计
1.1测试试剂
环境中有机磷残留主要来自对硫磷和倍硫磷两种物质，其测试试剂均采用了农业上常见的农药试剂；表面增强剂采用了科研型的金纳米溶胶；实验过程中所采用的氯化钠、磷酸二氢钾、乙醇等均为纯试剂样本，实验过程中所使用的水为超纯水[2]，其电阻率为17.9 MΩ·cm3。
1.2实验仪器
在实验过程中所使用的实验设备主要包括了分光光度仪和便携式拉曼光谱仪。分光光度仪采用了UVmini-1280型，便携式拉曼光谱仪则采用了SPEC-NTR785型[3]。
1.3实验要点分析
对环境中磷残留的快速检测要点主要包括了各类标准溶液的配备、实验样本准备及测试，每一个环节都会对结果产生较大的影响，因此需要重点进行规范和分析。
1.3.1对硫磷、倍硫磷独立标准试剂制备
取50 mL对硫磷，然后用无水乙醇把对硫磷稀释到100μg/mL，再利用超纯水将其稀释到10、1、0.5、0.01、0.005、0.002 5、0.000 1μg/mL，将上述样本密封后存储到5℃的恒温环境中。倍硫磷的制备和对硫磷制备要求一致。
1.3.2对硫磷、倍硫磷混合标准液制备
取制备好的质量浓度为100μg/mL的对硫磷和倍硫磷各50 mL，将其等比例混合至50μg/mL，制成标准混合液，然后再使用超纯水将混合液稀释到10、1、0.5、0.01、0.005、0.002 5、0.000 1μg/mL，将上述样本密封后存储到5℃的恒温环境中[4]。
1.3.3实验样本准备
使用从市场上买的新鲜菠菜，称取1 g将其剪碎并放入不同的试剂样本中浸泡2 h，然后使其风干，再加入3 mL pH=7.5的磷酸缓冲盐[5]，充分摇匀后静置，然后去除上层的清液5mL。在上清液中加入2 mL的石油醚，充分摇匀后静置，再取出上层清液待用。
1.3.4拉曼测试要求
先取200μL待测液，然后加入30μL氯化钠摇匀，最后加入200μL金纳米溶胶摇匀。利用光谱仪进行测试时，选择的激光波长为800 nm，分析功率设置为500 mW，采谱窗口设置为500~1500 cm-1，系统的采谱时间设置为3 s，连续测3次。
2测试结果分析
2.1金纳米溶胶特性分析
金纳米溶胶是一种优良的表面增强拉曼光谱增强剂[6]，在溶液中极易分散，而且呈紫红色，该溶胶在560 nm处有一处明显的紫外可见光吸收峰，该特性是由金纳米溶胶的SPR效应[7]决定的，因此能够作为表面增强拉曼光谱测试的基底，可以显著增加四周待测分子的光谱特征信号。金纳米溶胶的紫外可见光光谱特性如图1所示。
2.2倍硫磷和对硫磷独立标准液检测
倍硫磷的独立标准液检测结果如图2所示。
图2-1表示不同质量浓度倍硫磷的拉曼光谱示意图，为了便于对比，把倍硫磷质量浓度为零时的样本作为空白样。通过对比分析发现，拉曼光谱中720、1 046、1 220 cm-1处属于倍硫磷的特征峰值，而1 046 cm-1处的峰值属于邻位二取代苯伸缩振动峰，1 220 cm-1处属于对位二取代苯伸缩振动峰。
拉曼光谱对倍硫磷的检出极限为0.01μg/mL，在检出极限内，倍硫磷的质量浓度和1 046 cm-1处峰强度属于线性关联关系，其线性判断系数达到了0.988 8，因此表明采用拉曼光谱法能够实现对倍硫磷含量的精确定量检测。
对硫磷的独立标准液检测结果如图3所示。
通过对比分析发现，拉曼光谱中560、630、860、1 110、1 330 cm-1处属于对硫磷的特征峰值，而860 cm-1处的峰值属于P-O伸缩振动峰，1 330 cm-1处属于C-N伸缩振动峰。
拉曼光谱对对硫磷的检出限为0.025μg/mL，在检出极限内，对硫磷的质量浓度和860 cm-1处峰强度属于线性关联关系，其线性判断系数达到了0.988 8，因此表明采用拉曼光谱法能够实现对硫磷含量的精确定量检测。
2.3对硫磷与倍硫磷混合标准液检测
在实际生产中，对农作物喷洒农药一般是多种农药逐次使用，因此在蔬菜中会残留不同类型的农药成本，目前的检测技术每次只能对一种农药成分进行检测，而且不同农药成分之间还会产生干扰，因此本文对拉曼光谱检测技术对混合成分检测的可靠性进行了研究。
对硫磷与倍硫磷混合标准液检测结果如图4所示。
由实际测试结果可知，对硫磷和倍硫磷的拉曼谱峰互不影响，其中630、860、1 110 cm-1处属于对硫磷的特征峰值，1 046、1 220 cm-1处属于倍硫磷的特征峰值。而且在混合溶液中，该测试方法对倍硫磷和对硫磷的残留检测极限仍然达到了0.025μg/mL，表明了该测试方法对混合磷残留检测的精确性。
3实际应用分析
为了检测该技术的实际应用效果，利用该检测技术对菠菜内的磷残留进行分析，结果如图5所示。
由图5可知，630、860 cm-1处属于对硫磷的特征峰值，1 046、1 220 cm-1处属于倍硫磷的特征峰值且对菠菜内磷残留的实际监测可以达到0.05μg/mL。由此表明了表面增强拉曼光谱的快速检测技术能够应用在瓜果蔬菜的磷残留测定中，同时根据测试表明，表面增强拉曼光谱的快速检测技术的检测周期为15.7 min，而采用高效液相色谱法、液相色谱+质谱联合检测法的检测周期普遍达到了60 min以上，因此新检测技术的检测周期比传统检测方案降低了73.8%。
4结论
本文提出了一种新的检测技术，利用金纳米溶胶和便携式拉曼光谱仪实现了对环境中磷残留的快速检测，根据实际应用表明：
1）在倍硫磷和对硫磷残留量独立检测时，对倍硫磷的检出极限为0.01μg/mL，对硫磷的检出极限为0.025μg/mL；在倍硫磷和对硫磷混合检测时，检测极限为0.025μg/mL。
2）基于表面增强拉曼光谱的快速检测技术能够实现对多种有机磷残留的快速检测，抗干扰性能强、可靠性高；
3）基于表面增强拉曼光谱的快速检测技术的检测周期比优化前降低了73.8%，实现了对环境中残留磷的便捷、快速检测。
参考文献
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