典型農(nóng)藥殘留的特征拉曼譜線測量與分析

韓　瑞，　韓小衛(wèi)

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技處，江蘇 泰州 225300）

典型農(nóng)藥殘留的特征拉曼譜線測量與分析

韓瑞1，韓小衛(wèi)2

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技處，江蘇 泰州 225300）

文章在常見果蔬使用的農(nóng)藥調(diào)查及分析的基礎(chǔ)上，使用現(xiàn)代模塊化拉曼儀對典型果蔬及其農(nóng)藥殘留進(jìn)行了拉曼譜線的測量，經(jīng)比較分析發(fā)現(xiàn)了一些典型農(nóng)藥殘留的特征拉曼譜線。

農(nóng)藥殘留；特征拉曼譜線；測量與分析

1　常見果蔬農(nóng)藥方面的調(diào)查匯總

1.1主要農(nóng)藥殘留物

目前在蔬菜生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥主要有以下幾種［1］：1.1.1有機(jī)磷農(nóng)藥該類農(nóng)藥為廣譜殺蟲劑，應(yīng)用很廣，主要有敵敵畏、樂果、內(nèi)吸磷、敵百蟲、馬拉硫磷、對硫磷等60多種。這是最為廣泛使用的農(nóng)藥品種。

1.1.2氨基甲酸酯類農(nóng)藥該類農(nóng)藥中應(yīng)用最廣的是新型殺蟲劑與除草劑，如西維因、殘殺威、抗蚜威等，其農(nóng)藥殘留與有機(jī)磷相似，但毒性不強(qiáng)，食用者恢復(fù)快，一般幾小時就能自行恢復(fù)。

1.1.3有機(jī)氯農(nóng)藥該類農(nóng)藥為高殘毒農(nóng)藥，我國在多年前早已禁止使用，但目前仍有大量違規(guī)使用的情況，尤其毒殺芬、林丹、七O五四、氯丹等仍有不少農(nóng)戶使用。

1.1.4擬除蟲菊酯類農(nóng)藥該類農(nóng)藥主要有溴氰菊脂（敵殺死）、氯氰菊脂（滅百可）、殺滅菌脂（速滅殺丁）等，雖對人類低毒，但滯留體內(nèi)時間長，中毒表現(xiàn)癥狀為皮膚刺激癥狀和神經(jīng)系統(tǒng)癥。

1.1.5重金屬的化合物該類農(nóng)藥以重金屬砷、汞的有機(jī)化合物農(nóng)藥為代表，由于在自然環(huán)境中其代謝產(chǎn)生的砷、汞無法被降解將會長期殘存下去，現(xiàn)已被農(nóng)業(yè)部列入禁用農(nóng)藥。該類農(nóng)藥毒性超強(qiáng)，常用于撲殺各類中小型嚙齒類野生動物。因其生產(chǎn)較為方便，故在廣大中西部地區(qū)仍然大量生產(chǎn)和使用，在中央電視臺節(jié)目《記者調(diào)查》中屢次報道。

1.2農(nóng)藥成分分析

含金屬農(nóng)藥的殘留物即為分解后附著性較強(qiáng)的砷、汞等金屬。

二硫代氨基甲酸酯類殺菌劑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)及其代謝物乙撐硫脲屬致癌物，三氯殺螨醇中的雜質(zhì)滴滴涕，丁硫克百威、丙硫克百威的主要代謝物克百威和3-羥基克百威等。

有機(jī)氯農(nóng)藥如滴滴涕、六六六等，它們的代謝產(chǎn)物在農(nóng)作物及其生長的自然環(huán)境中消解緩慢，動物食用后一般會在體內(nèi)沉積。因此，盡管有機(jī)氯農(nóng)藥及其代謝物毒性并不強(qiáng)，但其沉積殘毒問題仍然需要重視。

氨基甲酸酯類與有機(jī)磷類農(nóng)藥在施用之后易分解。但由于氨基甲酸酯類與有機(jī)磷類農(nóng)藥中存在著少量高毒和劇毒品種，例如克百威、對硫磷涕滅威、甲胺磷、水胺硫磷等，對于生長周期較短、連續(xù)采收的蔬菜，如果被施用該類農(nóng)藥，人畜食用后則很容易因殘留量超標(biāo)而導(dǎo)致中毒事件。

綜上，有機(jī)磷農(nóng)藥的特征是含有磷酸酯基團(tuán)（C-P鍵，P=O鍵，P-O鍵，P=S鍵，C6H5-P）；有機(jī)氯為苯環(huán)上取代氯和甲基上取代氯（C-Cl，C6H5-Cl）；其余類型農(nóng)藥含呋喃、吡啶、溴氰等毒性結(jié)構(gòu)；另外乳油中的表面活性劑也可作為判別依據(jù)。

1.3常見果蔬表面成分

常見果蔬表面成分有β-胡蘿卜素、大量蛋白質(zhì)、脂肪、糖以及一些微量元素如鈣、鐵、磷等。

2　常見果蔬、農(nóng)藥的特征拉曼譜線采集

2.1儀器樣品

由于時間限制，實(shí)驗(yàn)挑選了蘋果以及栽培蘋果時最常用的兩種農(nóng)藥毒死蜱和敵百蟲作為初次測試樣品。

拉曼光譜儀為OLYMPUS IX2-UCB U-HSTR2的現(xiàn)代模塊化拉曼儀，經(jīng)調(diào)節(jié)激發(fā)光有三種選擇：514.5nm、785nm和1064nm 3種可選。

農(nóng)藥為有機(jī)磷農(nóng)藥市售48%毒死蜱乳油，化學(xué)名稱：O，O-二乙基-O-O-（3，5，6-三氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯；市售敵百蟲粉末，含量99%。蘋果為水果攤購買的紅色富士蘋果和黃白色小蘋果兩種。

將敵百蟲粉末0.1g混合10mL去離子水，配成10g/kg樣品液1；再用移液器從樣品液1中提取1mL，混合9mL去離子水配成1g/kg樣品液2。以此類推直至配成0.1mg/kg樣品液6（0.1mg/kg為國家標(biāo)準(zhǔn)）。同理毒死蜱乳油配成100g/kg樣品液1至1mg/kg（國家標(biāo)準(zhǔn)）樣品液6。

將洗凈晾干的蘋果表皮切片放在小盒里，留一份作本底，再按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度，用移液器移區(qū)100ul農(nóng)藥藥液滴在果皮表面使其形成一個圓形水滴，再在鋁箔紙上做一份敵百蟲粉末和毒死蜱樣品。之后放入通風(fēng)櫥中靜置2小時。

2.2拉曼譜線采集

在1064nm激光下，使用雙偏振片調(diào)節(jié)功率為10mw（經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低功率可防止灼焦），積分時間10s，掃描一次，測取鋁箔紙上敵百蟲和毒死蜱原藥譜線。

蘋果表皮樣品則需要在顯微鏡下調(diào)焦后測取，激光功率50mw，積分時間12s，掃描5次取均值。采集過程較復(fù)雜，在中國科學(xué)院物理研究所光物理實(shí)驗(yàn)室郭紅蓮老師的幫助下完成。

2.3實(shí)驗(yàn)過程中首先發(fā)現(xiàn)和解決的問題

首先是熱效應(yīng)的消除，在多次調(diào)試后，使用雙偏振片調(diào)節(jié)入射激光功率取得了良好的效果，同時儀器自帶液氮冷卻系統(tǒng)是工作環(huán)境處于-72℃以下，成功抑制熱效應(yīng)。

其次是最初的實(shí)驗(yàn)過程中，我們最開始使用515nm和785nm激光作激發(fā)光源，發(fā)現(xiàn)在紅蘋果表面的樣品譜線非常強(qiáng)，分析后是由于熒光效應(yīng)太過強(qiáng)大 （見圖1）。紅蘋果的熒光在600～1000nm處非常明顯。使用1064nm激光后得到改善。

圖1　785nm激發(fā)的紅蘋果表面譜線

2.4初步結(jié)果和討論

經(jīng)過冗長的實(shí)驗(yàn)，得到了一系列的譜線。

2.4.1鋁箔本底、鋁箔表面毒死蜱及敵百蟲譜線

圖2　鋁箔本底、鋁箔表面毒死蜱及敵百蟲譜線

圖2中3號線為鋁箔紙本底，入射激光較弱導(dǎo)致譜線較弱，2號線為敵百蟲譜線，1號線為毒死蜱譜線，可以看出兩種有機(jī)磷類農(nóng)藥的譜線結(jié)構(gòu)類似但有所不同，我們需要尋找的是能夠代表一個類型農(nóng)藥的譜峰，從圖中可以看出兩種農(nóng)藥在520cm-1和1300cm-1處均有明顯峰值。

從整個光譜來看，敵百蟲農(nóng)藥在292、372、440、614、721、1344cm-1處有明顯特征峰。而毒死蜱乳油譜線則顯得較為平滑，這是乳油造成的結(jié)果，拉細(xì)譜線后可以看出370、620、1300cm-1處有可以用來作判別依據(jù)的鋒線。

有研究表明［2］：370、441、786cm-1處振動為P-O振動，620、721、1320cm-1處為C-Cl振動，1568cm-1處事吡啶環(huán)的振動特征頻率。

2.4.2蘋果表面本證譜線

圖3　蘋果表面本證譜線

1號線為紅蘋果譜線，2號線為白色小蘋果譜線。可以看出同種情況下紅蘋果表面譜線較為突出，這是因?yàn)槿杂袩晒庑?yīng)的緣故。蘋果表面譜線有許多尖銳的鋒線，主要在480、520、700、1000、1320、1550以及2840cm-1處。這些譜線尖銳且突出，是判別蘋果表皮的依據(jù)。

2.4.3處理后的蘋果表面不同濃度梯度毒死蜱譜線［3］

圖4處理后的蘋果表面不同濃度梯度毒死蜱譜線

從此圖中看出，拉曼檢測可以檢測出極其微小的信號，甚至可以檢出1mg/kg毒死蜱溶液的信號。但后面的譜線強(qiáng)度已經(jīng)不能算夠作為判別依據(jù)。在1500cm-1處譜線應(yīng)該是蘋果表面本證信號，在濃度減小后反而越來越強(qiáng)。從圖中可以看出，毒死蜱的檢測限約為10mg/kg。

2.4.4處理后蘋果表面不同濃度梯度敵百蟲譜線［4］

圖5　處理后蘋果表面不同濃度梯度敵百蟲譜線

與上圖一樣，在1500cm-1附近有蘋果本證譜，敵百蟲的檢測限約為1mg/kg。

3　結(jié)語

水果農(nóng)藥本證譜采集過程需要長期努力，通過實(shí)驗(yàn)和調(diào)查參考可以不斷豐富完善數(shù)據(jù)庫。

經(jīng)過對水果的測量和調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)水果出現(xiàn)的是組峰（1603cm-1、1451cm-1、1657cm-1、1328cm-1、1100cm-1附近），這些均為胡蘿卜素的鋒線。下表為已有的一份數(shù)據(jù)，包含了常見水果和農(nóng)藥的本證頻率信息［5］，從中可以看出水果的特征頻率非常相似。這些鋒線均在1000cm-1之后，且連綿形成平滑的譜峰，與成分單一的農(nóng)藥譜線的尖銳的鋒線形成鮮明對比。同時，從圖4和圖5中可以看出，水果含有的其它元素的鋒線均淹沒不見了，許多文獻(xiàn)對其的解釋是共振散射使其淹沒了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不論農(nóng)藥的含量有多低（甚至1mg/kg），它的特征頻率依然可以在圖上看到，這是由以下兩點(diǎn)造成的：集中懸浮在蘋果表面的農(nóng)藥與蘋果表面似乎形成了一種加強(qiáng)效應(yīng)；農(nóng)藥的特征峰一般在1000cm-1以下，這是蘋果所含水合物質(zhì)共振效應(yīng)產(chǎn)生的譜線集中的地方，背景非常平坦。

表1　常見水果和農(nóng)藥本證頻率信息　單位：cm-1

這樣，在檢測果蔬的農(nóng)藥殘留時只需要觀察到相應(yīng)農(nóng)藥殘留的特征峰線及其相對強(qiáng)度就可以了。

［1］李翠.農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀及治理對策［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，（1）：171-172

［2］張鵬翔，周小芳，方炎.水果表面拉曼光譜對比研究［J］.光散射學(xué)報，2004，（2）：136-140.

［3］孫云云，李永玉，彭彥昆，等.基于拉曼光譜技術(shù)檢測蘋果農(nóng)藥殘留的研究［C］.中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011學(xué)術(shù)年會論文集，2011.

［4］李永玉，彭彥昆，孫云云，等.拉曼光譜技術(shù)檢測蘋果表面殘留的敵百蟲農(nóng)藥［J］.食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2012，（6）：662-665.

［5］劉燕德，劉濤，孫旭東，等.拉曼光譜技術(shù)在食品安全檢測的應(yīng)用［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2010，（11）：3007-3012.

（責(zé)任編輯劉紅）

The Measure and Analysis on Characteristics of Raman Spectra of the Typical Pesticide Residues

HAN Rui1，HAN Xiao-wei2
（1.China University of Science and Technology，Hefei Anhui 230026；2.Taizhou Polytechnic College，Taizhou Jiangsu 225300，China）

Based on the investigation and Analysis on the use of pesticides in fruits and vegetables in this paper，the author measured the Raman spectra of the typical vegetables and fruits and their residual pesticides by the modern modular Raman spectroscopy.After the comparative analysis，the author also found some of the typical features of the Raman spectra of pesticide residues.

pesticide residues；characteristics of raman spectra；measure and analysis

O657.37

A

1671-0142（2015）01-0059-03

韓瑞（1994-），男，江蘇泰州人.

2014年泰州市科技支撐社會發(fā)展計劃（指導(dǎo)性）項(xiàng)目（第26號）.