基于SERS技术的茶叶中乐果农药残留的快速检测

来源 :江苏农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rayasoft
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:基于表面增强拉曼光谱方法(surface-enhanced raman spectroscopy,简称SERS)与快速溶剂提取前处理技术,建立茶叶中乐果农药残留的快速检测方法。以金纳米粒子为增强基底,分别采集不同浓度乐果溶液的表面增强拉曼光谱和不同浓度以茶叶提取液为基质的乐果溶液表面增强拉曼光谱;采用无水硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳对提取液进行净化处理,去除基质中叶绿素、矿物质、茶多酚、碳水化合物等物质的干扰;762、902、1 050、1 160、1 210、1 310、1 653 cm-1这7处谱峰可作为鉴定乐果农药的峰。结果表明,茶叶中乐果农药最低浓度能达到1.0 mg/L以下;对不同浓度以茶叶提取液为基质的乐果溶液表面增强拉曼光谱进行分析,发现762 cm-1处特征峰强度与乐果浓度在 1~10、8~25 mg/L内具有良好的线性关系;配制3个浓度样本验证方法的准确度,平均回收率为93.89%~96.36%,相对标准差为2.59%~4.87%,均小于5.00%,说明用该方法检测茶叶中的乐果农药具有较高的准确度和精密度。
  关键词:表面增强拉曼光谱;乐果农药;茶叶;残留;快速检测
  中图分类号: TQ450.2 63文献标志码: A
  文章编号:1002-1302(2017)14-0160-04
  乐果是茶叶种植中使用最广泛的农药之一,对多种害虫具有很高的毒效作用,杀虫范围广。乐果农药随农产品进入人体后,药效能达到1周左右,会抑制体内胆碱酯酶活性,造成神经生理功能紊乱,严重影响消费者的身心健康[1-2]。目前,农药残留常规检测方法有气相色谱法(GC)[3]、高效液相色谱法(HPLC)[4]等,这些方法具有准确、灵敏度高等特点,但前处理复杂、成本高、检测速度慢、不适合现场实时快速检测筛选。
  表面增强拉曼光谱(surface-enhanced raman spectroscopy,简称SERS)技术能实现对微量样品的快速检测,具有样品制备简单、操作简便、灵敏度高等优点,已逐步应用于食品和农产品中的农药残留快速检测[5-7]。Li等利用表面增强拉曼光谱技术初步探讨了苹果中甲拌磷和倍硫磷的快速无损检测方法[8]。Kim等以苯并咪唑类为研究对象,采集不同pH值下待测溶液的表面增强拉曼光谱,对拉曼谱峰进行归属[9]。张萍等采用快速溶剂提取前处理方法和表面增强拉曼光谱检测技术建立豆芽中6-BA残留物质的快速检测方法[10]。Shende等采用固相萃取技术对橙汁进行前处理,结合表面增强拉曼光谱技术,检测最低浓度为50 μg/L[11]。近年来,已有研究者将表面增强拉曼光谱技术用于茶叶的品质检测[12-13],但目前还未见利用拉曼光谱技术分析茶叶中乐果农药残留的相关报道。
  本研究以商业化的金纳米颗粒为基底,利用表面增强拉曼光谱技术对茶叶中乐果农药残留进行定性定量分析。以有机绿茶为研究载体,利用快速溶剂提取前处理的方法提取含农药残留茶叶的提取液,采用无水硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳对提取液进行净化处理,去除基质中叶绿素、矿物质、茶多酚、碳水化合物等物质的干扰,建立茶叶中乐果农药残留的快速检测方法,为茶叶生产过程中的农药残留检测提供快速、准确、简便的检测方案。
  1材料与方法
  1.1原料
  乐果标准品(99%,河北威远生物化工股份有限公司);乙腈、甲醇(色谱纯,河北冠龙农化有限公司);表面增强试剂(OTR202、OTR103,欧普图斯光学纳米科技有限公司);硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳(河北冠龙农化有限公司);有机绿茶;超纯水。
  1.2试验仪器
  高灵敏度激光拉曼光谱仪(RamTracer-200-HS,欧普图斯光学纳米科技有限公司);涡旋混合器(VORTEX-5,江苏海门其林贝尔仪器制造有限公司);恒温数控超声波清洗器(KQ-500GTDV,上海精密儀器有限公司);精密天平(FA135S,精度为0.01 mg,上海精密仪器仪表有限公司)。
  1.3乐果标准溶液的配制
  准确称取25 mg乐果标准品放入250 mL棕色容量瓶中,用适量甲醇超声溶解,待完全溶解后定容至刻度,得到浓度为100 mg/L的乐果标准储备液。用甲醇将标准储备液稀释成不同浓度的标准液待用:50.0、20.0、15.0、10.0、8.0、5.0、40、2.0、1.0、0.5 mg/L。
  1.4以茶叶提取液为基质的乐果溶液配制
  1.4.1空白茶叶提取液的提取准确称取5 g茶叶样品,放入离心管中,加入乙腈10 mL,涡旋1 min,再超声提取2 min,以 4 200 r/min 转速离心5 min,取上清液。
  1.4.2以茶叶提取液为基质的乐果溶液配制取5 mL茶叶提取液和5 mL浓度为100 mg/L的乐果标准储备液放入 15 mL 离心管中,涡旋、振荡、混合均匀,得到50 mg/L以茶叶提取液为基质的乐果溶液。
  1.4.3净化将含有乐果农药残留的溶液加入装有一定量的硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳的离心管中,混合振荡 1 min,以4 200 r/min转速离心5 min,去除基质中叶绿素、矿物质、茶多酚、碳水化合物等物质的干扰,取上清液用于拉曼光谱检测。
  以同样方法,分别制备浓度为25.0、20.0、16.0、12.0、10.0、8.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0.5 mg/L的以茶叶提取液为基质的乐果溶液。
  1.5光谱数据采集
  拉曼光谱采集参数:激发光源波长为785 nm,功率为 200 mW,光谱扫描范围为400~1 800 cm-1,分辨率为 4 cm-1,积分时间为10 s,积分2次求平均值。向石英进样瓶中加入500 μL浓度为50 mg/L的乐果溶液,放入样品池中采集乐果标准溶液的普通拉曼光谱;向石英进样瓶中加入以茶叶提取液为基质的500 μL浓度为50 mg/L的溶液,放入样品池中,采集以茶叶提取液为基质的乐果溶液普通拉曼光谱;向石英进样瓶中依次加入500 μL OTR202试剂、20 μL不同浓度的乐果溶液、100 μL OTR103试剂,混合均匀后放入样品池中,采集待测溶液的表面增强拉曼信号;向石英进样瓶中依次加入500 μL OTR202试剂、20 μL以茶叶提取液为基质的乐果溶液、100 μL OTR103试剂,混合均匀后放入样品池中,采集待测溶液的表面增强拉曼光谱。所有数据分析基于激光拉曼光谱仪平台完成。   2结果与分析
  2.1乐果农药的拉曼光谱分析
  2.1.1乐果农药的固体拉曼光谱和表面增强拉曼光谱比较
  图1-a是乐果的固体拉曼光谱,图1-b是浓度为 20 mg/L 乐果标准溶液的表面增强拉曼光谱,光谱采集范围为400~1 800 cm-1。乐果主要由C[FY=,1]N、C—N、C[FY=,1]O、CH2、C—O、CH3、P—S、N—H等基团组成。对比乐果的固体普通拉曼光谱和表面增强拉曼谱图,乐果固体的2个最强峰494、646 cm-1在表面增强拉曼谱图中没有出现,而在表面增强拉曼谱图中出现了一些新的拉曼峰:582、678 cm-1,表明乐果农药分子在金胶的表面发生了较大的反应。在600~1 400 cm-1 范围内,大多数拉曼峰变化为较小的波数:764~762、908~902、1 056~1 050、1 164~1 160、1 224~1 210、1 340~1 310 cm-1。
  乐果固体和表面增强的拉曼峰及其归属如表1所示。762、902、1 050、1 160、1 210、1 310、1 653 cm-1这7处谱峰强度较高,对这7处特征峰进行谱峰归属[13]:最强峰出现在 762 cm-1 处,762 cm-1归属于P—O拉伸振动;902 cm-1归属于C—C伸缩振动,并伴有CH3的摇摆振动;1 050 cm-1歸属于C—N伸缩振动和C—C伸缩振动;1 160、1 210 cm-1归属于CH2摇摆振动;1 310 cm-1归属于C—N伸缩振动,并伴有CH2的摇摆振动和N—H的弯曲振动;1 653 cm-1归属于C[FY=,1]O的伸缩振动,这些特征谱峰可作为鉴定乐果农药的特征峰。
  [FK(W12][TPWY1.tif]
  2.1.2乐果农药表面增强拉曼光谱和背景信号光谱的比较
  图2-a是浓度为10 mg/L乐果标准溶液的表面增强拉曼光谱,图2-b是浓度为10 mg/L乐果标准溶液的普通拉曼光谱,图1-c是金胶表面增强拉曼光谱,图1-d是甲醇溶液表面增强拉曼光谱。对比乐果标准溶液的普通拉曼光谱和表面增强拉曼谱,普通拉曼光谱图只有单一谱峰,且峰强不高,乐果溶液的普通拉曼光谱中没有检测到乐果的拉曼信号,而乐果溶液表面增强拉曼光谱中的谱峰较多,且谱峰强度较高,特征峰明显, 说明纳米增强试剂能有效增强乐果溶液的拉曼信号。对比甲醇溶液、金胶、乐果溶液的表面增强拉曼光谱可以发现,背景信号的表面增强拉曼光谱峰强较弱,且其谱峰位置与乐果农药分子的谱峰不重合,说明乐果溶液的表面增强拉曼信号不会受到背景信号的干扰。762、902、1 050、1 160、1 210、1 310、1 653 cm-1这7处谱峰可作为鉴定乐果农药的特征峰。
  2.2乐果标准溶液的表面增强光谱
  从图3可以看出,随着乐果标准溶液浓度的增加,其特征峰的强度不断增强,1 050、1 160、1 210 cm-1变化最快,902、1 653 cm-1 其次,762、1 310 cm-1变化最慢,这可能是因为纳米增强粒子与乐果农药分子中各个基团表面吸附力的大小和方向不同导致的。随着乐果标准溶液浓度的降低,拉曼特征峰的强度逐渐减弱,浓度为10.0 mg/L时,乐果的7处拉曼峰明显,易识别;浓度为5.0、2.0、1.0 mg/L时,762、902、1 310 cm-1处拉曼信号明显,而1 050、1 160、1 210 cm-1处拉曼信号没有出现;浓度为0.5 mg/L时,762、902、1 310 cm-1处拉曼信号可以鉴别,但很微弱。由此表明,利用SERS技术检测乐果标准溶液的浓度能达到0.5 mg/L以下。从图3中可以看出,随着乐果标准溶液浓度的降低,在762、1 310 cm-1处有良好的线性关系,可以用来对乐果农药进行定量分析。
  2.3茶叶中乐果农药残留分析
  受茶叶中叶绿素、矿物质、茶多酚、碳水化合物等物质的干扰,乐果农药分子的拉曼信号被削弱。本研究采用无水硫酸镁、四氯化三铁、石墨化碳对提取液进行净化处理,去除基质中叶绿素、矿物质、茶多酚、碳水化合物等物质的干扰,净化后含乐果农药茶叶溶液的表面增强拉曼光谱如图4所示。图4-a、图4-b、图4-c中,762、902、1 310 cm-1处特征峰明显,易识别;浓度为2.0 mg/L时,762、1 310 cm-1处的峰强度明显降低,但依然能识别,902 cm-1处的拉曼特征峰已无法识别;浓度为1.0 mg/L时,762、1 310 cm-1处特征峰依然存在,峰强十分微弱,但依然能识别。因此,利用表面增强拉曼光谱技术检测茶叶中乐果农药的最低检测浓度能够达到 1.0 mg/L 以下。762 cm-1处特征峰明显,没有重叠峰的影响,选用该特征峰的强度制定标准曲线,发现特征峰 762 cm-1 处的峰强度与乐果浓度分别在1~10、8~25 mg/L时具有良好的线性关系。浓度范围为1~10 mg/L时,线性方程为y=75.367x 1 657.5,r2=0.983 9(图5-A);浓度范围为8~25 mg/L时,线性方程为y=36.389x 2 014.9,r2=0996 5(图5-B)。
  2.4准确度与精确度分析
  为了验证方法的准确度,采用在茶叶提取液中添加乐果农[CM(25]药的方法,分别制备浓度为3、6、14 mg/L乐果溶液。对3个样本采集表面增强拉曼光谱信号,用上述建立的方法对3个样本进行预测,将添加值与预测值进行比较,结果见表2。本方法的预测结果与添加值基本一致,添加值与预测值的回收率为93.89%~96.36%,相对标准差为2.59%~4.87%,均小于5.00%,表明利用表面增强拉曼光谱法快速检测茶叶中乐果农药残留是可行的。
  3结论与讨论
  研究采用快速前处理和表面增强拉曼光谱技术检测干茶叶中乐果农药残留,建立干茶叶中乐果农药残留的快速检测分析方法,确定乐果农药的7个拉曼特征峰:762、902、1 050、
其他文献
摘要:为开发一种新型降血糖肽,以牡丹籽蛋白为原料,探索使用生物酶法制备牡丹籽降血糖肽。以α-葡萄糖苷酶抑制活性为标准,使用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶进行最佳酶类筛选,选择抑制活性最好的酶,然后使用单因素试验、响应面试验优化工艺条件。胰蛋白酶的抑制效果最好,响应面优化得到最优工艺条件:蛋白浓度为08%、加酶量为5 401.57 U/g、温度为37.62 ℃、时间为43.18 min、pH值=8
塑造良好的教师形象对于教育活动而言是非常重要的,但是,在教育实践中,我们却发现某些人员对教师形象作了不同程度的误读,如此,则会导致教师无法对“如何塑造良好的教师形象”等问题加以切实把握。因此,我们需要对教师形象的内涵性特征加以解读,并对其展示性因素以及塑造向度做以相应审视。    一、教师形象内涵性特征解读    教师形象是教师在教育过程中形成的,在人品、学识、能力和外表等方面的综合性表现,是学生
摘要:海洋渔业经济是我国国民经济的重要组成部分,对于保障我国居民粮食供给和优质蛋白质输出具有重要作用。分析我国2005—2016年海洋渔业产量与产值现状以及发展趋势,并应用灰色预测模型对未来4年的数据进行预测,针对这一发展趋势和预测结果探究其原因,并提出政策建议。结果表明,我国海洋渔业产量和产值一直稳步增长,同时海水养殖的增长速度高于海洋捕捞,且已形成“以养为主、以捕为辅”的海洋渔业生产结构;此外
摘要:为研究吉林白鹅对不同日粮纤维的消化率及代谢能,利用酶解法对苜蓿干草和玉米秸秆的化学组成进行分析,并采用消化代谢试验进一步评价日粮纤维的有效性。采取完全随机化设计进行消化代谢试验,选用约12周龄健康吉林白鹅仔鹅30羽,随机分成5组,每组6羽。设计5组日粮,分别为:A组,基础日粮添加5%玉米秸秆;B组,基础日粮添加5%玉米秸秆 5%苜蓿干草;C组,基础日粮添加10%的苜蓿干草;D组,基础日粮添加
摘要:以八棱海棠(Malus robusta)、平顶海棠(M. prunifolia)、西府海棠(M. micromalus)、圆叶海棠(M.prunifolia var. ringo)、珠美海棠(M. zumi)为砧木嫁接绿宝苹果,研究不同砧木的嫁接苗对天津滨海地区盐碱土的适应性。对植株的生长、光合作用及生理指标进行了测定分析,结果表明,以八棱海棠、平顶海棠为砧木的绿宝苹果幼树,其新梢长度、叶面
摘要:为改善间接ELISA在Iss蛋白检测中的应用,将重组菌经IPTG诱导、分离,获得Iss融合蛋白。免疫雏鸡获得抗血清进行间接ELISA检测。采用甲醇处理、紫外线照射、调节反应物浓度、干燥等方法调节间接ELISA反应条件。结果表明,在封闭之前,先将包被板紫外线照射24 h,包被液包被蛋白或细菌37 ℃ 2 h后4 ℃过夜,56 ℃干燥 12 h,可改善间接ELISA检测结果。  关键词:Iss蛋
摘要:识别苹果病害是一个重要的研究课题,该研究成果对大面积苹果病害监测具有重要意义。针对苹果常见的3种叶部病害,提出一种基于颜色特征和差直方图的苹果叶部病害识别方法。首先采用改进的mean-shift图像分割算法分割病害叶片图像的病斑,然后计算病斑的颜色特征和差直方图作为病害的分类特征。该特征不仅反映病斑图像的灰度统计信息,还反映病斑图像的空间特征和灰度的渐变度,而且对病斑图像的光照、平移、旋转具
摘要:2015、2016年在中国科学院海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究海北站,选取矮蒿草中2种典型的优势物种披碱草(Elymus dahuricus)和麻花艽(Gentiana straminea)为材料,以不添加氮(N)、磷(P)为对照(CK),研究每年分别添加N 10 g/m2、P 5 g/m2及其NP合施对披碱草、麻花艽光合指标的影响。结果表明,添加N,2015、2016年披碱草叶片
摘要:为研究常速音乐、快速音乐、慢速音乐对奶牛血液激素水平和产奶量的影响。2014年9月—2015年3月在新疆伊犁中洲巴彦岱牛场选取年龄、胎次、产奶量接近,以及饲养管理水平完全相同、健康状况良好的荷斯坦泌乳牛32头,随机分成2组,每组16头。试验前先测定各组奶牛生长环境的分贝数,预试验开始时,在试验组奶牛栏中用益生音响播放音乐,试验组每天4:30~6:30、12:30~14:30、18:30~20
摘要:为构建盘羊杂交羊SPLUNC1基因的真核表达载体并在巴斯德毕赤酵母中表达,从盘羊杂交羊口腔上颚的上皮细胞中提取总RNA,并反转录成cDNA,以该cDNA为模板采用逆转录PCR(RT-PCR)法克隆盘羊杂交羊SPLUNC1基因开放阅读框,并克隆到pPIC9K载体中,构建真核表达载体pPIC9K-SPLUNC1,再将重组质粒电转至毕赤酵母GS115中进行表达,表达产物经Ni-NTA琼脂亲和层析纯