SERS技術在農藥檢測中的應用

蜜蜂在授粉作物中,扮演至關重要的作用。隨著蜜蜂死亡率的增加，學者們正研究使用光譜技術監測潛在有害殺蟲劑的濃度水準。吡蟲啉是與蜜蜂死亡有關的殺蟲劑之一，本文分析了表面增強拉曼光譜（SERS）測量吡蟲啉的用量水準的有效性。

背景

蜜蜂是全球生態系統的重要組成部分，每年為歐盟和美國的農業經濟貢獻近250億美元的價值。美國許多種植者依靠租用的蜂箱種植。美國EPA認為，吡蟲啉是商業蜜蜂群的主要“殺手”。吡蟲啉廣泛用於農業，草皮管理和家庭保護應用中的害蟲控制。根據美國EPA研究，吡蟲啉用量濃度大於25ppb可能對蜜蜂有害。

新煙鹼類分子吡蟲啉的球形模型

 

SERS技術和用量農藥檢測

在SERS中，分析物會在分析前吸附在三維金表面上，從而產生等離子體共振效應，提高拉曼信號強度。來自海洋光學的SERS晶片將非常微弱的拉曼信號放大了多個數量級，從而能夠檢測到用量水準的樣品（如殺菌劑和農藥）。憑藉先前使用SERS來測定低濃度其他殺蟲劑的成功經驗，我們預想對吡蟲啉會具有相似的結果。

 

實驗條件

使用QEPro-Raman光譜儀，配置了包括拉曼雷射器，拉曼探針和樣品支架，使用785nm作為拉曼激發波長進行測量。我們分別在1000ppm，100ppm，10ppm，和1ppm的丙酮中加入吡蟲啉，每個添加10µL，並讓基底完全乾燥。對於溶液的製備，丙酮是比水更好的選擇。

 

實驗結果

測試時的鐳射功率設置為15mW，積分時間設置為3s（圖1）。金基底對吡蟲啉濃度>4pg的效果最佳，這主要是因為金基底具有更強的背景信號，因此較低的濃度測量具有挑戰性。

圖1. SERS 基板顯著增加拉曼信號強度

 

我們測得的最低吡蟲啉濃度為4pg，轉換為0.4ppb。這完全在美國EPA報告的對蜜蜂種群有害的25ppb濃度範圍內。

本實驗通過計算分析物的體積、濃度、SERS 基板的面積和鐳射光斑的大小提供更準確的分析。光斑大小從25μm到 158μm。同樣，我們假設沉積和乾燥後分析物的覆蓋範圍均勻。

 

總結

拉曼光譜是一種可實現快速，無損分析的技術，SERS基底具有高靈敏度，可檢測用量樣品（如殺蟲劑）。海洋光學模組化拉曼光譜儀和SERS基底已經證明對包括福美雙，馬拉硫磷，亞胺硫磷，毒死蜱和三硫磷在內的農藥具有良好的測量結果。正如我們的測試所示，SERS基底是用量水準檢測的可行選擇。而且，與市場上許多現有的SERS產品不同，Ocean Insight SERS基板易於使用，價格合理並且可大量生產，具有很高的可重複性，可以在實驗室或現場進行常規部署。