基于熒光光譜分析的農(nóng)藥殘留檢測研究進展

張亞莉，顏康婷，王林琳，陳鵬超，韓沂芳，蘭玉彬*

1. 華南農(nóng)業(yè)大學工程學院，廣東 廣州 510642 2. 國家精準農(nóng)業(yè)航空施藥技術國際聯(lián)合研究中心，廣東 廣州 510642 3.華南農(nóng)業(yè)大學電子工程學院、 人工智能學院，廣東 廣州 510642

引 言

農(nóng)藥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的投入品，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、 農(nóng)民增收等多方面占據(jù)著重要地位。隨著生活水平的不斷提高，人們越來越關注食品的安全、 健康、 環(huán)保等問題[1]。農(nóng)業(yè)上主要使用的農(nóng)藥有殺蟲劑、 殺菌劑、 除草劑、 植物生長調(diào)節(jié)劑等四種，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對農(nóng)藥的過分依賴及不合理使用，導致了農(nóng)藥殘留直接或間接地危害人們的身體健康[2-4]。龐國芳等通過“高分辨質(zhì)譜+互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)科學/地理信息”技術，對我國水果和蔬菜中的農(nóng)藥化學污染物殘留水平進行了調(diào)查及數(shù)據(jù)庫建設，研究了我國各省檢出的農(nóng)藥殘留水平[5]。研究結果表明，全國范圍內(nèi)的農(nóng)作物都普遍存在農(nóng)藥殘留問題，特別是東南地區(qū)的農(nóng)藥殘留問題更為嚴重。為了滿足人們對食品安全健康的要求，在鼓勵農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中使用非藥劑防治病蟲害的同時，如何實現(xiàn)高效快速地對農(nóng)藥殘留進行檢測分析，已成為當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需解決的重要問題，也是有效控制農(nóng)藥殘留量，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的重要途徑之一。

國內(nèi)外發(fā)展得比較成熟的農(nóng)藥殘留檢測技術主要包括氣相色譜法、 高效液相色譜法、 氣-質(zhì)聯(lián)用法、 液-質(zhì)聯(lián)用法等[6-8]。這些方法具有適應范圍廣，分離效能高、 靈敏度高，重復性好等特點[9]。但是由于上述方法對樣品的前處理過程繁瑣、 具有破壞性，且檢測儀器笨重、 價格昂貴，無法實現(xiàn)市場迫切需要的農(nóng)藥殘留的快速檢測。

隨著熒光光譜技術的不斷發(fā)展和完善，其在農(nóng)藥殘留快速檢測中的應用與研究得到越來越多的關注[10-12]。熒光光譜分析技術具有突出的高靈敏度以及有利的時間標度，能夠通過熒光特性反映農(nóng)藥殘留量濃度隨時間的變化規(guī)律，使得熒光光譜檢測技術在復雜的農(nóng)藥殘留檢測現(xiàn)場有明顯的優(yōu)勢。除此之外，傳統(tǒng)的氣相色譜法等檢測技術的操作需要專業(yè)人員進行，對檢測樣品具有破壞性，在實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)檢測中具有局限性。而基于熒光光譜技術能夠進行無損的農(nóng)藥殘留檢測，且研發(fā)的便攜農(nóng)藥殘留檢測儀操作簡單，專業(yè)性要求低，更具普適性[13-14]。本文主要介紹目前熒光光譜技術在農(nóng)藥殘留檢測中的應用現(xiàn)狀，并分析其優(yōu)勢及未來的發(fā)展趨勢。

1 熒光光譜分析的基本原理

物質(zhì)在吸收入射光的過程中，光子的能量傳遞給了物質(zhì)分子。分子被激發(fā)后，發(fā)生了電子從較低的能級到較高能級的躍遷。處于這種激發(fā)狀態(tài)的分子，稱為電子激發(fā)態(tài)分子。處于激發(fā)態(tài)的分子不穩(wěn)定，它可能通過輻射躍遷和非輻射躍遷的衰變過程而返回基態(tài)。輻射躍遷的衰變過程伴隨著光子的發(fā)射，即產(chǎn)生熒光。熒光是一種光致發(fā)光現(xiàn)象，由于分子對光的選擇性吸收，不同波長的入射光便具有不同的激發(fā)效率，分子內(nèi)激發(fā)與衰變過程如圖1所示[15]。

圖1 分子內(nèi)的激發(fā)和衰變過程[15]A1，A2： 吸收； F： 熒光； P： 磷光；ic： 內(nèi)轉(zhuǎn)化； isc： 系間竄越； VR： 振動松弛Fig.1 Intramolecular excitation and decay process[15]A1, A2： Absorption; F： Fluorescence; P： Phosphorescence; ic： Internal conversion; isc： Inter-faculty; VR: Vibration relaxation

在不同物質(zhì)分子結構不同以及相同物質(zhì)濃度不同的情況下，其最后產(chǎn)生的熒光特性也不盡相同。根據(jù)這些特性，可以對物質(zhì)進行定性或定量的分析[16-17]。熒光光譜法就是利用某些物質(zhì)被紫外光或可見光照射后產(chǎn)生的能夠反映該物質(zhì)特性的熒光進行分析的方法。

2 熒光光譜分析在農(nóng)藥殘留檢測的研究進展

2.1 傳統(tǒng)的熒光光譜分析

傳統(tǒng)的熒光光譜分析在農(nóng)藥殘留檢測上的應用一般是面向具有熒光效應的物質(zhì)。被檢測物質(zhì)擁有較明顯的熒光特性，可以通過熒光光譜直接對其相關特性進行分析。

孫俊等[18]采用熒光光譜技術對抗寒奶油生菜不同濃度的樂果農(nóng)藥殘留進行了快速無損定性檢測。結果表明，應用熒光光譜技術對生菜農(nóng)藥殘留鑒別是可行的。王曉燕等[19]利用熒光分光光度計對典型食品果汁(蘋果汁和桃汁)與百菌清混合體系進行了熒光光譜檢測，其研究結果表明熒光光譜法能夠檢測果汁中百菌清殘留，還可直接選用熒光原始光譜進行建模分析。

熒光光譜技術具有靈敏度高，選擇性好且不破壞樣品的優(yōu)點，是一種簡便有效的對目標物質(zhì)進行定性定量分析的方法。傳統(tǒng)的基于熒光光譜分析的農(nóng)藥殘留檢測技術，可通過采集得到的樣本原始光譜圖對其熒光光譜特征進行分析，并通過其光譜特征建立熒光光譜特征與物質(zhì)特性的關系，從而分析得到相應的預測模型，以便后面的研究及應用。

傳統(tǒng)的基于熒光光譜技術的農(nóng)藥殘留檢測技術對于組分較為復雜的檢測對象或者是本身不具備熒光效應的檢測對象難以發(fā)揮作用。當檢測對象的組分較為復雜的時候，所獲取的原始光譜圖錯綜復雜，難以通過直接分析樣品原始光譜圖或者通過簡單算法進行預處理后獲得試驗所需要的有用信息，從而進行預測模型的建模。不具備熒光效應的檢測對象更是缺乏最基本的傳統(tǒng)熒光光譜分析的條件，無法進一步獲取檢測對象的熒光光譜圖。因而，為了進一步擴寬熒光光譜技術的應用廣度，學者們進行了熒光光譜檢測技術與其他技術結合的探索，以實現(xiàn)對農(nóng)藥殘留檢測的多樣化和普適性。

2.2 同步-導數(shù)熒光光譜分析

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當中，為了提高對病蟲害的防治效果，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，會采用農(nóng)藥混合搭配使用的方法。一般說來，科學地將農(nóng)藥進行配合使用可以使得農(nóng)藥最大限度的發(fā)揮其防治病蟲害的效果，但是不合理的農(nóng)藥搭配則會對農(nóng)作物產(chǎn)生危害，導致農(nóng)作物病化甚至是死亡[20-21]。因而，在農(nóng)藥殘留的快速檢測當中，面對的不僅是單一組分農(nóng)藥殘留檢測的問題，更多時候是多組分農(nóng)藥殘留的檢測。

在對多組分農(nóng)藥殘留物進行檢測的過程中，由于其組分間結構和化學性質(zhì)的相似性，采用傳統(tǒng)的熒光光譜分析采集出來的熒光光譜圖像會出現(xiàn)嚴重重疊的情況，不利于后續(xù)的分析。為了解決上述問題，使用拉曼光譜的方法對多組分混合物檢測是一大趨勢。但是拉曼光譜分析過程涉及較復雜的算法計算過程，不利于實現(xiàn)快速的農(nóng)藥殘留檢測。而同步-導數(shù)熒光光譜法具有簡化熒光譜圖、 窄化譜帶、 提高選擇性、 減少光散射干擾等特點。利用熒光同步掃描即可獲得多組分農(nóng)藥殘留基本分離的熒光光譜圖，再使用導數(shù)方法進行處理，可對多組分農(nóng)藥的光譜圖進行完全分離，從而進行定性、 定量分析，提高檢測的靈敏度。同時，同步-導數(shù)熒光光譜法對多組分農(nóng)藥殘留中的低濃度成分的鑒定效果也較好[22]。因而，同步-導數(shù)熒光光譜法成為分析多組分農(nóng)殘的重要方法。

王玉田等[23]應用同步-導數(shù)熒光光譜分析對西維因和克百威兩種常用農(nóng)藥的熒光光譜進行研究。試驗對兩者混合溶液進行了同步熒光光譜掃描，并做了一階導數(shù)處理。實驗結果表明，常規(guī)熒光光譜掃描得到的光譜圖，兩者熒光光譜都具有寬帶的結構，譜圖嚴重重疊。而采用同步-導數(shù)熒光光譜法得到的光譜，兩者完全得到了分離，消除彼此的干擾，能夠?qū)烧叩幕旌先芤哼M行同時測定。El-ghobashy等[24]利用同步-導數(shù)熒光光譜分析的方法克服了格列喹酮及其堿性降解產(chǎn)物正常熒光光譜的重疊現(xiàn)象，得到了快速測定藥品中的格列喹酮含量的檢測方法。

同步-導數(shù)熒光光譜法在多組分農(nóng)藥殘留檢測中能夠利用其獨特的優(yōu)勢實現(xiàn)多組分的同時檢測，大大提高對多組分農(nóng)藥殘留物的分辨能力，提高靈敏度，獲得理想的光譜圖[22，25]。一般情況下，同步-導數(shù)熒光光譜法可以將互相重合的熒光光譜圖進行進一步簡化，從而提高檢測的科學性，準確性以及加快檢測效率。

但同步-導數(shù)熒光光譜法的缺點在于，不能對所有的多組分農(nóng)藥殘留檢測都發(fā)揮其獨特的優(yōu)越性。對于部分多組分農(nóng)藥殘留物的檢測，常規(guī)的熒光光譜法可能更適用。王曉燕等[19]的研究結果表明，對于某些混合農(nóng)藥液體來說，導數(shù)光譜模式下的熒光光譜圖與原始光譜下的熒光光譜并沒有太大的區(qū)別。因而，如果直接對多組分農(nóng)藥殘留進行同步熒光光譜掃描，可能會造成部分試驗的復雜化。為了能夠準確地使用同步-導數(shù)熒光光譜法，保證能夠真正發(fā)揮其特有的優(yōu)勢，在后續(xù)的研究中應當多進行經(jīng)驗積累，建立適合采用同步-導數(shù)熒光光譜法進行檢測的多組分農(nóng)藥殘留的數(shù)據(jù)庫。

2.3 三維熒光光譜分析

傳統(tǒng)的熒光光譜分析在農(nóng)藥殘留檢測上的應用都是分析物質(zhì)的二維熒光光譜圖，其中包含激發(fā)光譜圖、 發(fā)射光譜圖。二維熒光光譜圖只能分析其中兩個因素之間的關系，即激發(fā)波長與熒光強度、 發(fā)射波長與熒光強度之間的關系。而三維熒光光譜是指將熒光強度以等高線方式投影在分別以激發(fā)光波長(EX)和發(fā)射光波長(Em)為縱、 橫坐標的平面上獲得的譜圖，圖像直觀，所含信息豐富。三維光譜圖主要有兩種表現(xiàn)形式: 三維熒光立體圖(以發(fā)射光波長為X軸，激發(fā)光波長為Y軸，熒光強度為Z軸)、 熒光強度等高線圖(發(fā)射光波長為X軸，激發(fā)光波長為Y軸，熒光強度為平面上的點)，如圖2所示。因此，三維熒光光譜圖能夠直觀描述物質(zhì)熒光強度隨發(fā)射波長和激發(fā)波長變化的三維變化關系，使得能夠更為直觀地觀察到物質(zhì)的三維熒光特性，一定程度上簡化了試驗過程。三維熒光光譜圖具有指紋性，能夠在多組分混合物中對特定物質(zhì)進行定性、 定量分析，也因此被廣泛應用于農(nóng)藥殘留檢測，環(huán)境污染檢測等各個領域[26]。

王書濤等[27]基于三維熒光光譜分析對多環(huán)芳烴的熒光信息進行處理，結果證明基于三維熒光光譜分析和PARAFAC算法對苊與萘的混合溶液進行分析，能夠有效判別混合樣品的類別及濃度。

三維熒光光譜具有選擇性好，靈敏度高，重現(xiàn)性好的優(yōu)點。其直觀的三維熒光光譜圖又稱為三維熒光指紋，能夠通過其對農(nóng)藥殘留的種類進行快速的簡單判別，同時光譜相關數(shù)據(jù)也更簡單明了。

但是三維熒光光譜仍然具有其局限性，首先是要求試驗樣品須具有熒光特性才能捕捉到熒光信息，而對于本身不具備熒光特性的樣品，需考慮通過增加熒光物質(zhì)間接反映熒光特性。其次是三維熒光譜圖的特征受外界溫度、 pH值、 金屬離子及其他離子等因素以及地球生物化學作用的影響較大，對于多組分系統(tǒng)，復雜混合物質(zhì)的分析能力有限[28]。因而，需要進一步對各種農(nóng)藥的三維熒光指紋光譜的特征進行研究，盡可能完善農(nóng)藥的熒光指紋光譜圖譜庫，為后續(xù)的三維熒光分析提供便利。最后是三維熒光光譜分析所需用來分析的樣品用量少，還需考慮試驗結果的代表性問題。因此，可以考慮采取大范圍取樣，多次掃描，綜合評價的方法來提高結果的代表性。

圖2 三維熒光光譜圖(a)： 三維熒光立體圖； (b)： 三維熒光等高線圖Fig.2 Three-dimensional fluorescence spectrum(a)： Three-dimensional fluorescence stereogram；(b)： Three-dimensional fluorescence contour map

2.4 與人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術相結合熒光光譜分析

人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有強大的自學習、 自組織、 自適應以及容錯能力，克服了傳統(tǒng)人工智能方法在直覺識別、 語音識別，非結構化的信息處理能力等方面的不足，因此在光譜領域也被廣泛應用于非線性校準、 模式識別、 數(shù)據(jù)分析、 圖像信息處理等[29]。將熒光光譜技術與人工神經(jīng)網(wǎng)絡結合起來能夠更為有效快速、 全面地對實驗數(shù)據(jù)進行處理，達到充分利用熒光數(shù)據(jù)、 優(yōu)化參數(shù)、 對熒光光譜相差不大的組分進行有效區(qū)分、 鑒別的效果[30]。實驗表明，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡得到的預測模型能夠得到更為準確有效的數(shù)據(jù)結果。

Itakura等[31]通過熒光光譜技術對不同成熟度的柑橘皮進行熒光掃描，獲得對應的熒光光譜圖。然后使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡分析熒光光譜，從而建立起熒光強度和柑橘甜酸度的關系，用于判斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中柑橘的成熟度。研究表明，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡分析熒光光譜，最后得到的柑橘甜酸度絕對誤差值比以前研究中用其他方法得到的值好得多。

除此之外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡也應用在基于熒光光譜的農(nóng)藥殘留檢測研究。王雷等[32]應用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的熒光光譜法對啶蟲脒農(nóng)藥殘留量中的熒光混合光譜進行分離，設計了能夠快速檢測固體表面啶蟲脒農(nóng)藥殘留量的熒光光譜測量系統(tǒng)。王書濤等[33]采用FS920穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀和遺傳算法優(yōu)化的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡的分析方法，對綠茶和鐵觀音這兩種茶葉中的氯菊酯農(nóng)藥殘留量的含量進行了檢測。實驗結果表明，三維熒光分析技術與遺傳算法優(yōu)化的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡相結合的方法，檢測的靈敏度及檢出限都大大提高。

在基于熒光光譜分析的農(nóng)藥殘留檢測中結合人工神經(jīng)網(wǎng)絡對熒光光譜進行信息處理及分析，能夠更為科學、 高效地提取光譜圖像信息，獲得更優(yōu)的檢出限及更精確的預測結果。得到的預測模型及預測系統(tǒng)為現(xiàn)場的農(nóng)殘快速檢測提供了更多的可能性。但現(xiàn)階段人工神經(jīng)網(wǎng)絡仍然存在不足的地方，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有很強的非線性校正功能, 但在校正時, 需要大量的數(shù)據(jù)進行訓練，其模型的應用會受到限制。同時，如何高效地確定神經(jīng)網(wǎng)絡的參數(shù)及結構，特別是確定神經(jīng)網(wǎng)絡中隱層的神經(jīng)元的數(shù)目，一直是神經(jīng)網(wǎng)絡研究的重難點。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡全局搜索能力比較差，目前其與遺傳算法的結合運用是解決這個不足的重要研究方向。因而，如何克服人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術存在的不足，將熒光光譜信息通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡得到最大的利用，還需要不斷地深入研究，進行相關的技術融合。

2.5 熒光生物傳感器

生物傳感器一般由生物物質(zhì)和換能器組成，通過酶、 抗體、 核酸、 細胞等生物分子感受到被測目標物的信息，通過換能器將該信息轉(zhuǎn)化為可以識別的電信號、 光信號或者其他可以接受信號的一種裝置。生物傳感器具有測試精確度高，特異性強且操作簡單，方便攜帶等特點，因而亦被廣泛應用于農(nóng)業(yè)中的農(nóng)藥殘留量的快速檢測當中[34-36]。在生物傳感器中融入具有熒光效應的物質(zhì)形成熒光探針或者利用被測物質(zhì)的熒光特性進行檢測，能夠使得檢測效果更為直觀明顯。在農(nóng)藥殘留的快速檢測當中，生物傳感器以其高敏感度，高專一性等優(yōu)勢得到了較多的應用。其中，對于有機磷農(nóng)藥殘留檢測的應用最為廣泛，其主要傳感原理是有機磷農(nóng)藥的不同濃度會對乙酰膽堿酶的活性造成不同程度的影響，從而檢測指標得到不同的熒光效應[37-40]。

Sun等[41]研制了一種有機磷農(nóng)藥熒光生物傳感器。用pH指示劑CdTe量子點作為光傳感器，研究了被分析物對酶的抑制作用。通過殼聚糖的介導作用，靜電吸附將識別元件乙酰膽堿酯酶和CdTe固定在石英表面，形成自組裝多層膜，如圖3所示。該傳感器的熒光效應會隨著農(nóng)藥存在與否，農(nóng)藥的濃度大小而發(fā)生變化。同時，其易于再生，對有機磷農(nóng)藥具有良好的穩(wěn)定性和選擇性。除了在有機磷農(nóng)藥殘留上的應用外，生物傳感器在其他農(nóng)藥殘留檢測上也有所發(fā)展及應用。Chang等[42]研制了一種簡單、 經(jīng)濟的用于蔬菜樣品中對氧乙基農(nóng)藥檢測的單發(fā)光學探針。

使用具有熒光探針的生物傳感器，不僅可以擁有生物傳感器高專一性、 高選擇性、 易于攜帶以及便于實時分析的性能，還能充分運用熒光探針突出的光學特性，使得在檢測過程中的觀察分析更為具體直觀。但目前生物傳感器的應用仍然存在的局限主要是酶生物傳感器中酶的固定問題。如何找到普遍適用的理想的酶固定方法，從而保證酶的活性以及使其與目標分子更好的結合，需要進一步完善和改進。

針對熒光生物傳感器存在的問題，許多研究者采用了納米材料構建生物傳感器的方法來進行改善。納米材料分為許多種類，如金屬納米材料，金屬氧化物納米材料等。但大部分納米材料都具備比表面積大、 導電性能強的優(yōu)點，把納米材料用于構件生物傳感器能夠使其充分發(fā)揮優(yōu)勢，通過靜電吸附或者共價鍵結合的形式將更多的酶吸附到電極表面，從而大大提高了生物傳感器的靈敏性、 穩(wěn)定性和重復性[43]。納米材料能夠很好的改善傳統(tǒng)的生物傳感器所存在的問題，特別是酶活性失活的問題。

圖3 生物傳感器中自組裝多層膜示意圖[49]Fig.3 Schematic diagram of self-assembledmultilayer film in biosensor[49]

2.6 與金屬納米材料相結合的熒光光譜分析

金屬納米材料除了用于生物傳感器的構建之外，還可以直接作為熒光探針用于農(nóng)作物農(nóng)藥殘留量的檢測。其主要利用金屬納米材料獨特的光學性質(zhì)和表面識別能力。部分金屬納米材料具有優(yōu)異的熒光猝滅能力，因此可以根據(jù)這一特性，觀察含有金屬納米材料的溶液在加入某樣物質(zhì)前后不同的熒光效應來對該物質(zhì)進行定性與定量分析。除此之外，部分金屬納米材料在實驗中可以成為間接影響熒光效應的因素。金屬納米材料與熒光光譜的結合運用在農(nóng)藥殘留檢測當中具體很大的研究意義與發(fā)展前景[44]。

Luo等[45]研究了基于RB-Ag/Au雙金屬納米粒子的超靈敏熒光傳感器在有機磷農(nóng)藥檢測中的應用。實驗主要是通過RB-Ag/Au-NPS在遇到有機磷農(nóng)藥前后不同的熒光效應而對有機磷農(nóng)藥進行定性定量的分析。RB-Ag/AuNPs對有機磷農(nóng)藥的檢測機理如圖4所示。

圖4 RB-Ag/AuNPs對有機磷農(nóng)藥的檢測機理[53]Fig.4 Detection mechanism of RB-Ag/AuNPsfor organophosphorus pesticides[53]

這種合金結構與光學的綜合運用，更多地被應用到生物傳感器的研究上。Hsu等[46]研究設計了一種納米銀修飾的氧化多壁碳納米管用于對樂果的檢測； Li等[47]研究開發(fā)了一種基于檸檬酸封端銀納米粒子和乙酰膽堿的生物傳感器，用于對不同水樣中有機磷農(nóng)藥敵百蟲的快速檢測； Lang等[48]研究開發(fā)了一種基于金納米棒(AuNRs)的靈敏乙酰膽堿酯酶(AChE)生物傳感器，用于有機磷農(nóng)藥的檢測。金屬納米與光學結合運用的生物傳感器，使得農(nóng)藥殘留的檢測變得更為快速及準確。

然而，現(xiàn)階段納米材料的制備技術尚不完善，納米材料的形態(tài)、 尺寸控制以及其純化的技術還需要不斷地提高改善。這也是基于金屬納米材料與熒光光譜結合的農(nóng)藥殘留檢測技術中所需要克服的問題。

熒光光譜分析技術已在農(nóng)藥殘留檢測方面展現(xiàn)了其獨特的優(yōu)異性。為了更直觀地反映上述六種熒光光譜分析方法的特點，對其進行了表格匯總，如表1所示。

表1 基于熒光光譜分析的農(nóng)藥殘留檢測方法Table 1 Pesticide residue detection methods based on fluorescence spectrum analysis

3 結 論

熒光光譜檢測具備高靈敏度，高效率，以及高重現(xiàn)性，能夠幫助實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥殘留的快速檢測。但目前熒光光譜分析方法用于農(nóng)藥殘留檢測存在以下挑戰(zhàn)：

(1)熒光光譜檢測對檢測對象要求高

熒光是光致發(fā)光的效果，事實上并不是所有的農(nóng)藥或者被檢測的物質(zhì)都具有天然的熒光特性。因而，對于無熒光效應的農(nóng)藥殘留檢測，需通過間接的方法獲取其相關熒光光譜圖，如熒光探針以及光化學誘導熒光(PIF)檢測的應用。目前，PIF檢測技術在解決不具備自然熒光的農(nóng)藥殘留檢測的問題具有很好的效應，能夠通過用紫外光照射分析物，將其轉(zhuǎn)化為高熒光的光產(chǎn)物，從而增強熒光，以便進行熒光分析[49-50]。

(2)熒光光譜檢測受環(huán)境因素影響大

熒光光譜檢測的結果受外界環(huán)境因素的影響較大，如試驗使用的溶劑，溫度，pH值等因素。以上因素都可能會影響到熒光光譜檢測的結果，對于檢測結果分析造成干擾，影響分析結果的可靠性以及科學性。因而，在未來的研究中，需進一步發(fā)現(xiàn)更合適的方法去提高檢測環(huán)境的穩(wěn)定性，進一步保證檢測結果的科學性。同時，要繼續(xù)更新及完善有關農(nóng)藥的熒光光譜圖庫，對不同種類農(nóng)藥建立對應的指紋圖譜，從而更好地排除外界因素對熒光光譜圖的干擾。

(3)熒光光譜檢測預測模型應用廣譜性低

熒光光譜檢測存在適應性差、 應用范圍不夠廣泛的問題。這是因為目前進行熒光光譜分析所得出的預測模型基本都是針對某一種或者是某幾種農(nóng)藥進行試驗得出，只能應用于相應的農(nóng)藥殘留檢測。如果能夠把試驗所得的各種農(nóng)藥殘留的預測模型結合起來，使得檢測儀器可以對多種類的農(nóng)藥進行農(nóng)藥殘留檢測，將能大大提高熒光光譜檢測的適用性。

因此，檢測儀器的便攜性、 集成度、 穩(wěn)定性必將是未來研究發(fā)展的趨勢。

(4)熒光光譜檢測的成本高

現(xiàn)階段基于熒光光譜的農(nóng)藥殘留檢測大部分還是在實驗室內(nèi)進行，很難真正應用到農(nóng)作物市場或者是農(nóng)場上。其中除了一部分是受試驗環(huán)境要求較高的影響之外，還有一部分是因為檢測成本的問題。檢測的相關設備，試驗使用的試劑以及試驗儀器價格昂貴，也是熒光光譜技術難以在農(nóng)藥殘留檢測上大展身手的原因之一。因而，未來基于熒光光譜的農(nóng)藥殘留檢測儀器應當逐漸集成化，模塊化，通過與其他新興技術與新型材料進行結合，朝更為輕便，大眾的方向發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展及各學科的融合，基于熒光光譜技術的農(nóng)藥殘留檢測方法將進一步完善和推廣，對保障食品安全和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。