表面增強拉曼光譜內標法測定亞胺硫磷農殘含量

劉江美，嚴麗萍，劉文涵，滕淵潔

(浙江工業大學 化學工程學院，綠色化學合成技術國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州 310032)

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表面增強拉曼光譜內標法測定亞胺硫磷農殘含量

劉江美，嚴麗萍，劉文涵*，滕淵潔*

(浙江工業大學 化學工程學院，綠色化學合成技術國家重點實驗室培育基地，浙江 杭州 310032)

采用檸檬酸鈉還原法制備了具有表面增強拉曼散射(SERS)活性的納米銀溶膠，進而利用亞胺硫磷(Phosmet)吸附于納米銀膠表面使其產生SERS光譜，并對Phosmet的含量進行了測定。選擇硫氰化鉀(KSCN)為內標物，通過不同濃度亞胺硫磷的拉曼特征峰(S—P伸縮振動503 cm-1)與內標物SCN-的特征峰(2 120 cm-1)峰高的相對強度比，建立線性回歸方程。結果表明：Phosmet的線性范圍為5.0×10-7～1.2×10-5mol·L-1，相關系數為0.997 8；按7次空白實驗所對應響應值IR的3倍標準偏差，計算得檢出限為2.82×10-7mol·L-1；回收率為88.7%～110.2%，相對標準偏差(RSD)不大于8.0%。方法測定簡單、操作方便、內標物干擾小，可應用于其他農殘的分析測定。

表面增強拉曼光譜；亞胺硫磷；內標法；銀溶膠

有機磷農藥亞胺硫磷(C11H12NO4PS2，Phosmet)是一種中等毒性非內吸性廣譜殺蜻劑和殺蟲劑，被廣泛用于蔬菜、棉花、水稻、林木等多種作物[1-2]。其殘效期較長，是代替對硫磷、久效磷、甲胺磷、敵百蟲等高毒農藥的理想藥劑，但過多使用會對環境以及人體造成一定的危害[3-4]。因此建立高效、快速、簡便的亞胺硫磷農殘檢測方法具有一定的實際應用價值。

目前檢測亞胺硫磷的方法主要有：氣相色譜法(GC)[5]、氣相色譜-質譜法(GC-MS)[6]、液相色譜法(LC)[7]、薄層色譜光度法[8]以及酶聯免疫快速檢測[9]等。相比而言，拉曼光譜法無需考慮待測物在紫外可見光區域是否存在吸收，同時也可避免樣品進樣時帶來的誤差。目前鮮見采用表面增強拉曼散射(SERS)測定農殘分子含量的報道，因此通過SERS內標法研究溶液中亞胺硫磷農殘含量對環境、食品和水體中的農殘檢測具有重要意義[10-12]。

本文以納米銀溶膠為拉曼活性基底，研究了亞胺硫磷在納米銀膠表面的SERS光譜，并以硫氰化鉀為內標物，通過S—P伸縮振動峰(503 cm-1)與SCN-的特征峰(2 120 cm-1)峰高的相對強度對亞胺硫磷濃度進行分析，測定了模擬樣品中的亞胺硫磷含量，驗證了方法的可行性。本方法測定簡便、綠色直接、內標物干擾小，可進一步推廣應用于其他農殘分子的定量分析檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LabRAM HR UV 800激光顯微拉曼光譜儀(法國Jobin Yvon公司)；激發光源：632.81 nm，He-Ne激光器，共焦孔徑300 μm，光柵刻線數600 lines·mm-1，物鏡：50倍長焦距鏡頭。

亞胺硫磷(分析標準品，Aladdin試劑公司)。AgNO3、檸檬酸三鈉、氯化鈉均為分析純及以上純度。實驗用水為18.3 MΩ·cm超純水，由HUMAN UP 900型超純水儀制得。

1.2 納米銀溶膠的制備

采用Lee-Meisel法合成：稱取0.045 g硝酸銀溶于250 mL水中配成溶液，取3 mL檸檬酸三鈉(1%)于量筒中。量取上述所配的硝酸銀溶液100 mL于250 mL四口燒瓶中，加熱至微沸，磁力攪拌的同時冷凝回流。將量取的3 mL檸檬酸三鈉溶液倒入恒壓分液漏斗，逐滴緩慢加入燒瓶中，保持溶液沸騰狀態下繼續加熱10 min，得到灰綠色的銀溶膠。自然冷卻至室溫，置于棕色細口瓶中避光保存。

1.3 激光拉曼光譜(NRS)及SERS測定

取少量亞胺硫磷固體標樣置于激光顯微拉曼光譜儀的物鏡視野下，調焦后進行常規拉曼光譜測試。掃描范圍為200～3 200 cm-1，光譜采集時間10 s，積分2次平均。用超純水配制濃度為5.0×10-5mol·L-1的亞胺硫磷溶液和80 mmol·L-1的氯化鈉溶液。各取100 μL氯化鈉溶液、亞胺硫磷溶液和納米銀溶膠于樣品池中混勻吸附后，進行SERS測試，掃描范圍200～3 200 cm-1，光譜采集時間60 s，積分2次平均。

圖1 銀溶膠(a)和亞胺硫磷固體的NRS(b)及5.0×10-5 mol·L-1亞胺硫磷-銀溶膠的SERS(c)Fig.1 Raman spectra of silver colloid(a) and phosmet(b) and SERS spectrum of 5.0×10-5 mol·L-1phosmet and silver colloid(c)

2 結果與討論

2.1 亞胺硫磷的NRS及SERS光譜

圖2 亞胺硫磷與內標物的表面增強拉曼光譜Fig.2 SERS spectra of phosmet and internal standard substancea:KSCN；b:phosmet；c:KSCN and phosmet

5.0×10-5mol·L-1的亞胺硫磷溶液無拉曼信號，但亞胺硫磷溶液與納米銀溶膠混合后顏色由灰綠色變成褐色，說明分子與銀溶膠基底發生了作用。圖1為銀溶膠(曲線a)和亞胺硫磷(曲線b)的NRS以及亞胺硫磷與納米銀膠作用后(曲線c)的SERS。通過密度泛函理論計算獲得亞胺硫磷分子在B3LYP/6-311G(d)水平基組上的拉曼特征峰歸屬，其中d表示在計算過程中對重原子加上極化基組，結合實際拉曼測定可以看出：在亞胺硫磷分子與納米銀溶膠的相互作用中，有5個拉曼特征峰得到明顯增強，分別是CH3面內彎曲振動(398 cm-1)、S—P伸縮振動(501 cm-1)、C—S伸縮振動(603 cm-1)、C—O不對稱伸縮振動(1 016 cm-1)以及CH3不對稱伸縮振動特征峰(2 940 cm-1)，同時出現了幾個新的拉曼特征峰，分別為O—P—O(779 cm-1)、CH2面內彎曲振動(809 cm-1)、N雜環對稱伸縮振動(1 313 cm-1)和CH2扭轉振動(1 454 cm-1)。從以上分析可知，在亞胺硫磷與銀膠作用過程中，分子S端靠近Ag表面，形成化學吸附，由于溶液中Cl-的干擾使得S—Ag鍵不能被很好地識別，但與S原子有關的拉曼信號峰均得到明顯增強：S—P伸縮振動特征峰(503 cm-1)和C—S伸縮振動特征峰(616 cm-1)。

2.2 內標物與定量峰的選擇

在定量檢測中，光源、背景噪音等因素會對拉曼響應帶來不可預知的影響[13-15]。因此，通過直接測定不同濃度下的峰強度進行定量分析會存在較大誤差，需加入合適的內標物以消除影響。對于水溶液體系，常用的內標物為硝酸根離子(1 050 cm-1)和高氯酸根離子(930 cm-1)。實驗發現，KSCN僅在2 040～2 160 cm-1處有一較強的拉曼光譜峰，且對亞胺硫磷在200～2 000 cm-1范圍內的特征譜帶干擾較小(如圖2所示)。因此可選用KSCN作為測定亞胺硫磷的內標物，以消除測定中的不確定影響。

經過拉曼譜圖(圖2)的對比分析，最后選擇亞胺硫磷分子內具有強拉曼信號的S—P伸縮振動峰(503 cm-1)作為亞胺硫磷的測定峰，以標準物質SCN-的特征峰(2 120 cm-1)作為內標參比峰，兩者峰高的比值作為相對強度與亞胺硫磷的濃度繪制標準工作曲線。

2.3 工作曲線與線性范圍

對含1.0×10-4mol/L KSCN的不同濃度的亞胺硫磷標準溶液進行測定，發現其S—P伸縮振動峰的強度隨亞胺硫磷濃度的增加而增大，而KSCN的峰強度則相對減小，推測是由于亞胺硫磷和SCN-在納米銀溶膠表面形成競爭吸附所致。將亞胺硫磷S—P伸縮振動特征峰(503 cm-1)的峰強(Is)與KSCN在2 120 cm-1處特征峰強(Ik)的比值作為相對強度(IR=Is/Ik)，相應峰強數據由Labspec軟件讀出。研究發現，SERS光譜特征峰的相對強度IR與亞胺硫磷濃度在5.0×10-7～1.2×10-5mol/L范圍內呈良好的線性關系，其線性方程為IR=0.138 5c(×10-7mol/L)-0.313 0，相關系數(r)為0.997 8。按7次空白實驗所對應響應值IR的3倍標準偏差，求得其檢出限為2.82×10-7mol/L。

圖3 自來水(a)和以自來水為溶劑的5.0×10-7 mol·L-1亞胺硫磷(b)的SERS光譜Fig.3 SERS spectra of tapwater(a) and phosmet with tapwater as the solvent(b)

2.4 模擬樣品的測定

2.5 模擬SERS檢測方法的精密度與準確度

為驗證本實驗的可靠性，對上述3份模擬樣品進行加標回收實驗，3份100 mL樣品溶液中均加入1.428×10-4g亞胺硫磷標準品，結果見表1。測得自來水中亞胺硫磷的回收率為88.7%～110.2%，RSD不大于8.0%，說明該方法的精密度和準確度較高。

表1 亞胺硫磷的加標回收實驗數據

Table 1 The experimental data of phosmet in the test of recovery

Samplec/(μmol·L-1)Added(×10-4g)Found(μmol/L)Found(×10-4g)Recovery(%)RSD(%，n=5)10142814087，13963，14547，14602，144691297，1258，1442，1460，1418908，887，1010，1023，993585014289053，9854，9739，9106，98241286，1540，1504，1303，1531901，1079，1053，912，1072801014285771，5489，5958，5555，56551514，1424，1573，1445，14771060，998，1102，1012，103437

3 結 論

以硫氰化鉀作為內標物，通過表面增強拉曼光譜內標法對亞胺硫磷溶液進行分析，其相對SERS峰強度與亞胺硫磷濃度在5.0×10-7～1.2×10-5mol/L范圍具有良好的線性關系，檢出限為2.82×10-7mol/L。對模擬樣品中亞胺硫磷的含量進行測定，回收率為88.7%～110.2%，RSD不大于8.0%。本方法測定簡單、操作方便、內標物干擾小，可推廣并應用于其他農殘分子的定性定量分析。

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Quantitative Determination of Phosmet Pesticide Residue by Surface-enhanced Raman Scattering with Internal Standard Method

LIU Jiang-mei，YAN Li-ping，LIU Wen-han*，TENG Yuan-jie*

(State Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry-Synthesis Technology，College of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China)

A novel surface-enhanced Raman scattering(SERS) method was established for the quantitative determination of trace phosmet via potassium thiocyanate(KSCN) serving as an internal standard.The silver colloid with high SERS activity，a kind of SERS substrate，was prepared by sodium citrate reduction.The enhanced Raman signal of phosmet on silver colloid was proved through comparing the normal Raman spectra of silver colloid and phosmet with SERS spectrum of trace phosmet.The concentrations of phosmet could be determined with the corresponding SERS spectra produced by adsorption of phosmet on nano silver colloid surface，while KSCN was selected as the internal standard.The strongest SERS signal of phosmet appeared at 503 cm-1,and was assigned to the S—P stretching vibration，so it was considered as quantitative peak.The range linear of 5.0×10-7-1.2×10-5mol·L-1was obtained for concentrations of phosmet divided by ratio of S—P stretching vibration at 503 cm-1and SCN-characteristic peak at 2 120 cm-1.The linear correlation coefficient(r) was 0.997 8,and the detection limit(S/N=3) was 2.82×10-7mol·L-1.Furthermore，the proposed method was applied in the detection of simulated water sample，with recoveries of 88.7%-110.2% and relative standard deviations(RSD) not more than 8.0%.The interference experiments were also considered by the detection of some inorganic ions and the background SERS signal of simulated water sample.With the advantages of simplicity，easy operation and no interference of internal standard substance，the proposed method could be extended to the determination of other pesticide molecules.

surface-enhanced Raman scattering；phosmet；internal standard method；silver colloid

2015-10-11；

2015-11-13

浙江省公益性技術應用研究(分析測試)計劃項目(2015C37068)；浙江省科技計劃重大科技專項(2013C1152)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.05.019

O657.3;F767.2

A

1004-4957(2016)05-0605-04

*通訊作者：劉文涵，碩士，教授，研究方向：儀器分析、光譜電化學分析，Tel:0571-88320487，E-mail:LiuWH@zjut.edu.cn 滕淵潔，博士，講師，研究方向：光譜電化學分析、生物傳感器，Tel:0571-88320487，E-mail:yuanjieteng@zjut.edu.cn