拉曼应用 | SERS在农残检测中的应用

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,今天,我们来探讨一下表面增强拉曼光谱(SERS)测量吡虫啉的痕量水平的有效性。

 

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。

 

 

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。