蜜蜂在授粉作物中起至關(guān)重要的作用。隨著蜜蜂死亡率的增加，學(xué)者們正研究使用光譜技術(shù)監(jiān)測(cè)潛在有害殺蟲劑的濃度水平。吡蟲啉是與蜜蜂死亡有關(guān)的殺蟲劑之一，本文分析了表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）測(cè)量吡蟲啉的痕量水平的有效性。

背 景

蜜蜂是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，每年為歐盟和美國(guó)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)近250億美元的價(jià)值。美國(guó)許多種植者依靠租用的蜂箱種植。美國(guó)EPA認(rèn)為，吡蟲啉是商業(yè)蜜蜂群的主要“殺手”。吡蟲啉廣泛用于農(nóng)業(yè)，草皮管理和家庭保護(hù)應(yīng)用中的害蟲控制。根據(jù)美國(guó)EPA研究，吡蟲啉痕量濃度大于25ppb可能對(duì)蜜蜂有害。

新煙堿類分子吡蟲啉的球形模型

SERS技術(shù)和痕量農(nóng)藥檢測(cè)


在SERS中，分析物會(huì)在分析前吸附在三維金表面上，從而產(chǎn)生等離子體共振效應(yīng)，提高拉曼信號(hào)強(qiáng)度。來(lái)自海洋光學(xué)的SERS芯片將非常微弱的拉曼信號(hào)放大了多個(gè)數(shù)量級(jí)，從而能夠檢測(cè)到痕量水平的樣品（如殺菌劑和農(nóng)藥）。

憑借先前使用SERS來(lái)測(cè)定低濃度其他殺蟲劑的成功經(jīng)驗(yàn)，我們預(yù)想對(duì)吡蟲啉會(huì)具有相似的結(jié)果。

 實(shí) 驗(yàn) 條 件

使用QEPro-Raman光譜儀，配置了包括拉曼激光器，拉曼探針和樣品支架，使用785nm作為拉曼激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。我們分別在1000ppm，100ppm，10ppm，和1ppm的丙酮中加入吡蟲啉，每個(gè)添加10μL，并讓基底完全干燥。對(duì)于溶液的制備，丙酮是比水更好的選擇。

 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果

測(cè)試時(shí)的激光功率設(shè)置為15mW，積分時(shí)間設(shè)置為3s（圖1）。金基底對(duì)吡蟲啉濃度>4pg的效果最佳，這主要是因?yàn)榻鸹拙哂懈鼜?qiáng)的背景信號(hào)，因此較低的濃度測(cè)量具有挑戰(zhàn)性。

圖1. SERS 基板顯著增加拉曼信號(hào)強(qiáng)度

我們測(cè)得的最低吡蟲啉濃度為4pg，轉(zhuǎn)換為0.4ppb。這完全在美國(guó)EPA報(bào)告的對(duì)蜜蜂種群有害的25ppb濃度范圍內(nèi)。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算分析物的體積、濃度、SERS 基板的面積和激光光斑的大小提供更準(zhǔn)確的分析。光斑大小從25μm到 158μm。同樣，我們假設(shè)沉積和干燥后分析物的覆蓋范圍均勻。 總 結(jié)拉曼光譜是一種可實(shí)現(xiàn)快速，無(wú)損分析的技術(shù)，SERS基底具有高靈敏度，可檢測(cè)痕量樣品（如殺蟲劑）。海洋光學(xué)模塊化拉曼光譜儀和SERS基底已經(jīng)證明對(duì)包括福美雙，馬拉硫磷，亞胺硫磷，毒死蜱和三硫磷在內(nèi)的農(nóng)藥具有良好的測(cè)量結(jié)果。正如我們的測(cè)試所示，SERS基底是痕量水平檢測(cè)的可行選擇。而且，與市場(chǎng)上許多現(xiàn)有的SERS產(chǎn)品不同，Ocean Insight SERS基板易于使用，價(jià)格合理并且可大量生產(chǎn)，具有很高的可重復(fù)性，可以在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行常規(guī)部署。