基于柔性、透光SERS基底的农残快速原位检测方法研究

With the extensive consumption of pesticides, health risk associated with residual pesticides on farm products surface has attracted great attention. However, current detection techniques usually require long testing time and high cost, which could not fulfill the need of rapid detection of random sampling in daily practice. Thus, it is important to develop a rapid in situ method for the detection of residual pesticides on the agriculture products surface. Through preparation of SERS-active nanoparticles, optimization of flexible transparent SERS substrates, and influencing factors analysis of in situ detection, this project focusing on analyzing the influencing factors of nanoparticles assembly, optimizing nanoparticles assembling parameter, constructing nanoparticles assembled structure with high Raman enhancement factor, discussing the relationship between nanoparticles assembled structure and Raman enhancement factor, exploring the method of improving the adsorption capacity for pesticides, and explaining the interface process between SERS substrates and pesticides during the in situ detection the process. By analyzing the influencing factors in the in situ detection the process, optimizing detection technique, elaborating the associated mechanism in detection the process, the project aims to provide theoretical guidance and data support for in situ detection of pesticide residues. The successful implementation of this project could enable the development of a novel simple, rapid, highly sensitive and cost-effective testing method for residual pesticides on irregular shaped farm product surfaces. This novel method could be applied in widespread applications as an onsite rapid random sampling and detection method.

农药大量使用导致的农产品污染，已引起人们的广泛关注。现有检测方法成本高、周期长，难以满足实际应用中快速抽检的需求。因此，急需发展一种能够快速原位检测农产品表面残留农药的方法。本项目以拉曼活性纳米粒子制备——柔性、透光SERS基底性能优化——原位检测影响因素分析为主线，重点研究纳米粒子组装的影响因素，优化纳米粒子组装参数，构建高增强因子纳米组装结构，并探讨纳米组装结构与增强因子间的构效关系；研究增强SERS基底农药吸附富集能力的方法,阐明原位检测过程中SERS基底与农药的界面过程；分析原位检测过程中的影响因素，优化检测工艺，阐明检测过程中的相关机理，为现场快速抽检农残提供理论指导和数据支持。最终，建立一种简便、快速、低成本和高灵敏的农产品表面残留农药检测新方法，保障农产品的食用安全，具有良好的应用前景。

全球各国在农产品生产过程中都要使用农药。根据联合国粮农组织预测，如果不使用农药，每年全球的粮食产量会减产30%以上。中国的化肥和农药使用量已居世界第一，大量施用化肥和农药可能导致有毒有害物富集，污染果蔬，诱发食物中毒。因此，我国农残防控形势依然严峻。常见的农残的检测方法有色谱技术，特殊化验检测技术等，这些技术需要对果蔬进行破碎，采用化学萃取等前处理手段富集农药后再进行表征，操作复杂，不能适应现场快速、实时检测的需求。使用具有纳米尺度的粗糙金属表面作为基底，采用表面增强拉曼（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）的方法，可以极大提高农药的特征拉曼光谱信号强度，使用手持式拉曼光谱仪还能实现无损条件下的现场微量甚至分子级农药的快速检测。.本项目通过化学自组装的方法在油水两相界面引入高分子PVC作为柔性基底，制备适用于现场的快速无损检测的透光SERS基底。通过对金纳米颗粒粒径和激光激发条件的表征优化，确定50 nm金纳米颗粒组装形成的PVC金膜（AuNPs/PVC film）在785 nm激光激发下具有最好的性能。同时通过调控PVC含量这种简便有效的方法对SERS基底厚度进行调控进而调控SERS基底的透光性和柔韧性，当PVC含量为6.2 mg/cm2时，具有最高的增强因子（Enhancement Factor, EF），为3.7×106。在对SERS基底的均一性测试中，Mapping图显示材料各点之间的相对标准偏差（RSD）为10.24%。在稳定性测试中，SERS基底经有机溶剂，强碱浸泡，超声、高温、摩擦处理后，拉曼信号强度均没有非常明显的下降。在农残检测中，使用秋兰姆作为模式农药，最低检测限达到10 ng/cm3，远低于国家标准，得到强度和浓度对数成线性关系：y=2368+8038x (R2=0.9166)。在对膜进行7次反复清洗-测试，信号强度没有明显变化。使用便携式拉曼光谱仪对苹果农残进行现场原位检测，可同时测出秋兰姆和甲基对硫磷混合农药的拉曼特征峰。本项目通过化学界面自组装的简便方法制备了一种柔韧、透光、低成本的SERS基底，其性能均一稳定，可重复利用，在环境农残中具有较好的应用前景。