市售乙酰甲胺磷农药的SERS光谱检测

物理
市售乙酰甲胺磷农药的SERS光谱检测杨永安1，2，李伦1，2，张德清1，2，司民真1，
2*
（１.云南省高校分子光谱重点实验室，云南楚雄675000；２.楚雄师范学院光谱应用技术研究所，云南楚雄675000）摘
要：将恒温法制备的银胶滴在经过处理的载玻片上，制成银膜基底，在该基底获得了不同浓度市售乙酰甲胺磷农
药液体的表面增强拉曼光谱，其检测极限为10-6mol/L 。

将制备的银胶，组装在毛细管内壁上，制成毛细管-银胶基底，在该基底上获得不同浓度乙酰甲胺磷农药挥发物的表面增强拉曼光谱，其检测极限为10-6mol/L 。

本实验所涉及的两种方法可以作为检测市售乙酰甲胺磷液体农药及其挥发物的一种快速、有效的方法。

关键词：表面增强拉曼光谱；乙酰甲胺磷农药；特征峰；基底中图分类号：TQ455.43
文献标志码：A
文章编号：1671-7406（2020）03-0033-04
乙酰甲胺磷（Acephate ）分子式C 4H 10NO 3PS ，是一种有机磷杀虫剂（分子结构式如图1所示）。

其纯品为白色结晶体，易溶于水、丙酮、乙醇等有机溶剂中。

乙酰甲胺磷在水稻、棉花、果树、茶树、蔬菜、油菜、烟草、小麦等农作物中被广泛使用。

目前，高毒类有机磷杀虫剂甲胺磷已被禁止使用，毒性较小的乙酰甲胺磷已成为增长最快的一种有机磷杀虫剂。

乙酰甲胺磷进入人体内会抑制人体内的胆碱酯酶，造成人的神经生理功能紊乱。

在使用乙酰甲胺磷农药的过程中,只有少于0.1%的农药到农作物中，其余超过99.9%的农药会散布到周围的环境中，对植物、微生物及生态环境等产生潜在地危害。

乙酰甲胺磷虽然毒性小，但其代谢产物甲胺磷却属于高毒农药。

因此寻找一种快速有效的方法对其溶液和挥发物残留进行快速有效地检测是当务之急[1,2]。

表面增强拉曼光谱技术具有对检测样品无特殊要求，样品用量少，样品制作简单快捷，适用范围广，特异性很好等优点。

被广泛应用于生物医药与食品卫生安全、农药残留、环境污染、化学恐怖物质、蛋白质葡萄糖、生命体代谢产物等的检测[3,4]。

目前有关农药的表面增强拉曼光谱的研究，国内外学者主要以农药纯品为对象进行研究[5-11]。

由于市场上销售的农
药为混合物体系，研究起来较纯品更为复杂，因此直接针对市售乙酰甲胺磷农药进行表面增强拉曼光谱研究的论文较少。

本文以市售的乙酰甲胺磷农药为研究对象，用课题组自制的银胶基底，对市售乙酰甲胺磷农药及其在空气中的挥发物进行表面增强拉曼光谱研究，探讨一种检测市售乙酰甲
胺磷农药快速有效的方法。

图1乙酰甲胺磷分子结构Fig.1A molecular structure of Acephate
1
实验部分
1.1
仪器与试剂
DXR 激光共焦显微拉曼光谱
仪（DXR Raman Microscope,美国Thermo Fisher ）,激发波长为780nm ；毛细玻璃管（华西医科大学仪器厂，直径1mm ）；台式离心机（TGL-13G,上海安亭科学仪器厂）。

乙酰甲胺磷农药溶液（40%，广州市益农生化
收稿日期：2019－11－11
基金项目：国家自然科学基金项目（NO:11364001）；省教育厅基金项目（NO:2015Z187）。

作者简介：杨永安（1973－），男，楚雄师范学院物理与电子科学学院副教授，主要从事光谱学及应用研究。

E-mail:***************.cn *通讯作者：司民真（1962－），女，博士，楚雄师范学院物理与电子科学学院二级教授，主要从事光谱学研究。

E-mail:******************.cn
第35卷第3期2020年5月
Vol.35No.3
May ，2020
楚雄师范学院学报（自然科学）
JOURNAL OF CHUXIONG NORMAL UNIVERSITY （NATURAL SCIENCE ）
033
有限公司）；硝酸银（AgNO3，含量不少于99.8%）；去离子水（18.25MΩ·cm）。

1.2银胶的制备银胶采用恒温法制备[12]:配制硝酸银水溶液250ml，浓度为10-3mol/L，配制柠檬酸三钠水溶液7.5ml，浓度为１%，将二者混合充分搅拌均匀后放入80℃的恒温水浴中180min，此时溶液变为灰绿色，就制成了实验所用的纳米银胶粒子。

对银胶进行紫外－可见吸收光谱表征，如图2所示,其紫外-可见吸收光谱吸收峰值为426nm,半高宽也比较窄，说明我们用恒温法所制备的银胶尺寸是比较均匀的。

将制备好的银胶用离心机进行浓缩（浓缩比为10：1），然后把银胶在超声波清洗仪中超声10min使银纳米粒子充分分散开，在冰箱冷藏室中保存待用。

1.3银膜基底的制备取制备好的银胶溶液滴在经过处理的载玻片上，等银胶溶液自然干燥后，
得到银膜基底备用。

图2银胶的紫外-可见吸收光谱
Fig.2UV-Vis absorption spectrum of the prepared Ag colloid
1.4毛细玻璃管-银胶基底的制备用陶瓷片把毛细玻璃管（简称毛细管）切成3cm长度的小段，用去离子水、酒精、丙酮和去离子水依次超声清洗，每次超声10min。

把清洗好的毛细管充分干燥后分别进行羟基化和硅烷化处理，把经过处理的毛细管吸入浓缩的银溶胶，静置30min，然后用大量的去离子水冲洗毛细管的内壁，把管内多余的银胶冲掉，再用氮气把内壁吹干，就制成了试验所用的毛细玻璃管-银胶基底。

图3是毛细玻璃管-银胶基底内壁的扫描电镜照片。

从图中可看出，银纳米粒子很好地吸附在了毛细管的内壁上，其在内壁上的分布是比较均匀的。

对图3进行粒径统计可知，大部分银纳米球的粒径分布在35～75nm之间（平均粒径为56nm）。

组装的银纳米粒子分布均匀，密度较高，表面具有很大的粗糙度，说明成功地制备成了毛细玻璃管-
银胶基底。

图3毛细管SERS基底内壁扫描电镜照片Fig.3SEM image of inner surface of Capillary substrate
1.5乙酰甲胺磷农药样品的制备市售乙酰甲胺磷农药样品的制备：将300ul的乙酰甲胺磷农药分别用去离子水依次稀释，制备成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6mol/L溶液备用。

用取样器取10ul塑料小瓶中稀释好的乙酰甲胺磷农药溶液分别滴在载玻片的银膜基底上，做好标记。

把制备好的样品放入拉曼光谱仪中进行信号检测。

市售乙酰甲胺磷农药挥发物样品的制备：将300ul的乙酰甲胺磷农药分别用去离子水依次稀释，制备成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6mol/L溶液备用。

再把稀释好的乙酰甲胺磷农药溶液放入密闭的玻璃小瓶中，做好标记。

然后将毛细玻璃管-银胶基底通过瓶塞插入封闭的玻璃瓶中，使乙酰甲胺磷农药挥发物吸附在毛细玻璃管-银胶基底上。

把制备好的样品放入拉曼光谱仪中进行信号检测。

1.6光谱采集把制备好的乙酰甲胺磷农药样品放入显微拉曼光谱仪中测试SERS光谱信号。

物镜放大倍数为10倍，叠加次数为10次，曝光时间为10秒，激光功率设定为2毫瓦。

每个浓度样品分别采集5个SERS光谱信号，取平均值用于表面增强拉曼光谱研究。

2结果与讨论
2.1乙酰甲胺磷农药液体在银膜上的表面增强拉曼光谱分析图4是市场上销售的乙酰甲胺磷
楚雄师范学院学报2020年第3期034
物理
农药原液在银膜上的表面增强拉曼光谱，图中在686cm-1、954cm-1、1001cm-1、1063cm-1、1307cm-1处出现了明显的特征峰。

现根据文献[1]对其进行归属：686cm-1是由P-O-C振动形成的，1001cm-1和1035cm-1是由空气中芳香族污染物形成的，1307cm-1是由C-C振动形成的。

686cm-1和1307 cm-1是乙酰甲胺磷农药的特征峰，可以作为判断
甲胺磷农药存在的依据。

图4乙酰甲胺磷农药原液表面增强拉曼光谱
Fig.4SERS spectrum of Acephate pesticide
图5是不同浓度的乙酰甲胺磷农药在银膜上的表面增强拉曼光谱，图中A、Ｂ、Ｃ分别对应的是浓度为10-4、10-5、10-6mol·L-1乙酰甲胺磷农药的SERS光谱。

从图中可以看出在低浓度时，乙酰甲胺磷农药的SERS光谱特征峰有一定的移动。

686cm-1的特征峰移动到678cm-1处，1307cm-1的特征峰移动到1304cm-1处。

随着乙酰甲胺磷农药浓度的降低特征峰的强度在减小。

当乙酰甲胺磷农药稀释到浓度为10-6mol·L-1时光谱图中仍然能看到明显乙酰甲胺磷农药的特征吸收峰，说明本试验方法检测乙酰甲胺磷农药的浓度可到10-6 mol·L-1，结果表明本实验方法可以作为检测市售
乙酰甲胺磷农药残留的一种快速有效方法。

图5乙酰甲胺磷农药不同浓度水溶液的SERS光谱Fig.5SERSspectraofAcephatepesticidefrom10-4to10-6mol/L 2.2乙酰甲胺磷农药挥发物在毛细玻璃管-银胶基底上的表面增强拉曼光谱分析图6为乙酰甲胺磷农药的挥发物在毛细玻璃管-银胶基底上的SERS光谱，A、B分别表示浓度为10-5和10-6mol/L 的乙酰甲胺磷农药挥发物的SERS光谱。

由图6可知，乙酰甲胺磷农药挥发物的特征峰分别出现在671cm-1和1031cm-1处,与乙酰甲胺磷农药原液的SERS光谱特征峰相比，峰的位置有一定的移
动。

图6乙酰甲胺磷农药不同浓度溶液挥发物的SERS光谱Fig.6SERS spectra of volatiles of Acephate pesticide at dif-ferent concentrations detected by Capillary substrate
通过分析可知[2]，这两个峰是乙酰甲胺磷农药的特征峰，峰移动的原因是由于乙酰甲胺磷农药在液态下和气态下与基底上银纳米粒子结合存在一定的差别所致。

图6表明利用课题组所制备的毛细玻璃管-银胶基底，成功地得到了市售乙酰甲胺磷农药溶液挥发物的SERS光谱。

随着乙酰甲胺磷农药溶液的浓度降低，其挥发物的表面增强拉曼光谱特征峰逐渐减弱。

从图6中可知，当乙酰甲胺磷农药溶液的浓度到10-6 mol/L时，依然有其挥发物的表面增强拉曼光谱的特征峰存在，说明本实验方法可以检测乙酰甲胺磷农药挥发物的浓度到10-6mol/L，实验结果表明，本实验方法可以作为检测市售乙酰甲胺磷农药溶液挥发物快速有效的方法。

3结论
利用所制备的银胶基底，对市售农药乙酰甲胺磷溶液及其挥发物进行了表面增强拉曼光谱检测，得到了市售农药乙酰甲胺磷溶液及其挥发物的表面增强拉曼光谱。

通过对市售农药乙酰甲胺磷的表面增强拉曼光谱分析，在686cm-1，1307
杨永安，李伦，张德清，等市售乙酰甲胺磷农药的SERS光谱检测
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物理
cm-1处出现明显的特征峰，可作为市售乙酰甲胺磷农药检测的依据。

通过对市售乙酰甲胺磷农药不同浓度水溶液的表面增强拉曼光谱的分析，在浓度为10-6mol·L-1时仍可以检测到清晰的表面增强拉曼光谱信号，说明本实验方法检测市售农药乙酰甲胺磷浓度可到10-6mol·L-1。

通过对市售乙酰甲胺磷农药水溶液挥发物的表面增强拉曼光谱分析，在671cm-1和1301cm-1处出现明显的特征峰。

通过对不同浓度市售乙酰甲胺磷农药挥发物的表面增强拉曼光谱分析，在浓度为10-6mol/L 时仍可检测到清晰的表面增强拉曼光谱信号，说明本实验方法可检测市售乙酰甲胺磷农药挥发物的浓度到10-6mol/L。

实验结果表明，本实验方法可以作为检测市售乙酰甲胺磷农药及其挥发物的一种快速有效的方法。

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（下转第53页）
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物理
生命科学
Analysis of Leaf Pigment Content and Photosynthetic Characteristics
of Five Grape Varieties
XU Chengdong &ZHANG Wei
（School of Chenmistry and Life Sciences,Chuxiong Normal University,Chuxiong,Yunnan Province 675000）
Abstract ：In our study,the photosynthesis characteristics (photosynthetic rate,transpiration rate,stoma-tal conductance and intercellular CO 2concentration)and leaf pigment (chlorophyll and anthocyanin)content of five grape varieties were analyzed.The leaf pigment was extracted by extraction method and then com-bined.The leaf pigment content was determined by UV-5500-ultraviolet-visible spectrophotometer,and the photosynthetic characteristics were measured using an LI-6400XT photosynthetic apparatus.SPSS16.0soft-ware was used to analyze the correlation,photosynthetic characteristics and photosynthesis rate of each grape variety studied.The results showed that the photosynthesis rate was positively correlated with the intercellular CO 2concentration,and the stomatal conductance was significantly positively correlated with the photosynthet-ic rate and intercellular CO 2concentration.The photosynthetic rate was positively correlated with the total amount of chlorophyll but not significant.Xiahei and Sunshine Rose have higher net photosynthetic rate,sto-matal conductance and chlorophyll content,and are among the five varieties suitable for local planting in Chuxiong.
Key words ：grape;photosynthetic characteristics;chlorophyll;anthocyanin;correlation
（责任编辑：邱
璐）
Detection of Acephate Pesticide Using Surface-enhanced Raman
Spectroscopy (SERS)
YANG Yongan 1,2,LI Lun 1,2,ZHANG Deqing 1,2&SI Minzhen 1,2
（1.Key Molecular Spectroscopy Laboratory of Universities of Yunnan Province,Chuxiong Normal University,Chuxiong,Yunnan Province 675000；2.Institute of Spectroscopy Technology Application,Chuxiong Normal University,Chuxiong,Yunnan Province 675000）
Abstract ：In this work,surface-enhanced Raman scattering method based on silver nanoparticles was used to simultaneously detect Acephate pesticide and its volatiles.Acephate pesticide tests at different concen-trations indicated that the limit of detection for Acephate pesticide was as low as 1×10−6M.Results of detec-tion for volatiles of Acephate pesticide at different concentrations using SERS method revealed that the limit of detection was 1×10−6M.Therefore,the finding of this study could offer a promising SERS platform for si-multaneous detection of Acephate pesticide and its volatiles.
Key words ：surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS);Acephate pesticide;characteristic wave-number;substrate
（责任编辑：邱
璐）
（上接第36页）
徐成东，张薇五个葡萄品种叶色素含量与光合特性分析
053。