表面增强拉曼光谱内标法测定亚胺硫磷农残含量

刘江美，严丽萍，刘文涵，滕渊洁

(浙江工业大学 化学工程学院，绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江 杭州 310032)



表面增强拉曼光谱内标法测定亚胺硫磷农残含量

刘江美，严丽萍，刘文涵*，滕渊洁*

(浙江工业大学 化学工程学院，绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江 杭州 310032)

采用柠檬酸钠还原法制备了具有表面增强拉曼散射(SERS)活性的纳米银溶胶，进而利用亚胺硫磷(Phosmet)吸附于纳米银胶表面使其产生SERS光谱，并对Phosmet的含量进行了测定。选择硫氰化钾(KSCN)为内标物，通过不同浓度亚胺硫磷的拉曼特征峰(S—P伸缩振动503 cm-1)与内标物SCN-的特征峰(2 120 cm-1)峰高的相对强度比，建立线性回归方程。结果表明：Phosmet的线性范围为5.0×10-7～1.2×10-5mol·L-1，相关系数为0.997 8；按7次空白实验所对应响应值IR的3倍标准偏差，计算得检出限为2.82×10-7mol·L-1；回收率为88.7%～110.2%，相对标准偏差(RSD)不大于8.0%。方法测定简单、操作方便、内标物干扰小，可应用于其他农残的分析测定。

表面增强拉曼光谱；亚胺硫磷；内标法；银溶胶

有机磷农药亚胺硫磷(C11H12NO4PS2，Phosmet)是一种中等毒性非内吸性广谱杀蜻剂和杀虫剂，被广泛用于蔬菜、棉花、水稻、林木等多种作物[1-2]。其残效期较长，是代替对硫磷、久效磷、甲胺磷、敌百虫等高毒农药的理想药剂，但过多使用会对环境以及人体造成一定的危害[3-4]。因此建立高效、快速、简便的亚胺硫磷农残检测方法具有一定的实际应用价值。

目前检测亚胺硫磷的方法主要有：气相色谱法(GC)[5]、气相色谱-质谱法(GC-MS)[6]、液相色谱法(LC)[7]、薄层色谱光度法[8]以及酶联免疫快速检测[9]等。相比而言，拉曼光谱法无需考虑待测物在紫外可见光区域是否存在吸收，同时也可避免样品进样时带来的误差。目前鲜见采用表面增强拉曼散射(SERS)测定农残分子含量的报道，因此通过SERS内标法研究溶液中亚胺硫磷农残含量对环境、食品和水体中的农残检测具有重要意义[10-12]。

本文以纳米银溶胶为拉曼活性基底，研究了亚胺硫磷在纳米银胶表面的SERS光谱，并以硫氰化钾为内标物，通过S—P伸缩振动峰(503 cm-1)与SCN-的特征峰(2 120 cm-1)峰高的相对强度对亚胺硫磷浓度进行分析，测定了模拟样品中的亚胺硫磷含量，验证了方法的可行性。本方法测定简便、绿色直接、内标物干扰小，可进一步推广应用于其他农残分子的定量分析检测。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LabRAM HR UV 800激光显微拉曼光谱仪(法国Jobin Yvon公司)；激发光源：632.81 nm，He-Ne激光器，共焦孔径300 μm，光栅刻线数600 lines·mm-1，物镜：50倍长焦距镜头。

亚胺硫磷(分析标准品，Aladdin试剂公司)。AgNO3、柠檬酸三钠、氯化钠均为分析纯及以上纯度。实验用水为18.3 MΩ·cm超纯水，由HUMAN UP 900型超纯水仪制得。

1.2 纳米银溶胶的制备

采用Lee-Meisel法合成：称取0.045 g硝酸银溶于250 mL水中配成溶液，取3 mL柠檬酸三钠(1%)于量筒中。量取上述所配的硝酸银溶液100 mL于250 mL四口烧瓶中，加热至微沸，磁力搅拌的同时冷凝回流。将量取的3 mL柠檬酸三钠溶液倒入恒压分液漏斗，逐滴缓慢加入烧瓶中，保持溶液沸腾状态下继续加热10 min，得到灰绿色的银溶胶。自然冷却至室温，置于棕色细口瓶中避光保存。

1.3 激光拉曼光谱(NRS)及SERS测定

取少量亚胺硫磷固体标样置于激光显微拉曼光谱仪的物镜视野下，调焦后进行常规拉曼光谱测试。扫描范围为200～3 200 cm-1，光谱采集时间10 s，积分2次平均。用超纯水配制浓度为5.0×10-5mol·L-1的亚胺硫磷溶液和80 mmol·L-1的氯化钠溶液。各取100 μL氯化钠溶液、亚胺硫磷溶液和纳米银溶胶于样品池中混匀吸附后，进行SERS测试，扫描范围200～3 200 cm-1，光谱采集时间60 s，积分2次平均。

图1 银溶胶(a)和亚胺硫磷固体的NRS(b)及5.0×10-5 mol·L-1亚胺硫磷-银溶胶的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 结果与讨论

2.1 亚胺硫磷的NRS及SERS光谱

图2 亚胺硫磷与内标物的表面增强拉曼光谱Fig.2 SERS spectra of phosmet and internal standard substancea:KSCN；b:phosmet；c:KSCN and phosmet

5.0×10-5mol·L-1的亚胺硫磷溶液无拉曼信号，但亚胺硫磷溶液与纳米银溶胶混合后颜色由灰绿色变成褐色，说明分子与银溶胶基底发生了作用。图1为银溶胶(曲线a)和亚胺硫磷(曲线b)的NRS以及亚胺硫磷与纳米银胶作用后(曲线c)的SERS。通过密度泛函理论计算获得亚胺硫磷分子在B3LYP/6-311G(d)水平基组上的拉曼特征峰归属，其中d表示在计算过程中对重原子加上极化基组，结合实际拉曼测定可以看出：在亚胺硫磷分子与纳米银溶胶的相互作用中，有5个拉曼特征峰得到明显增强，分别是CH3面内弯曲振动(398 cm-1)、S—P伸缩振动(501 cm-1)、C—S伸缩振动(603 cm-1)、C—O不对称伸缩振动(1 016 cm-1)以及CH3不对称伸缩振动特征峰(2 940 cm-1)，同时出现了几个新的拉曼特征峰，分别为O—P—O(779 cm-1)、CH2面内弯曲振动(809 cm-1)、N杂环对称伸缩振动(1 313 cm-1)和CH2扭转振动(1 454 cm-1)。从以上分析可知，在亚胺硫磷与银胶作用过程中，分子S端靠近Ag表面，形成化学吸附，由于溶液中Cl-的干扰使得S—Ag键不能被很好地识别，但与S原子有关的拉曼信号峰均得到明显增强：S—P伸缩振动特征峰(503 cm-1)和C—S伸缩振动特征峰(616 cm-1)。

2.2 内标物与定量峰的选择

在定量检测中，光源、背景噪音等因素会对拉曼响应带来不可预知的影响[13-15]。因此，通过直接测定不同浓度下的峰强度进行定量分析会存在较大误差，需加入合适的内标物以消除影响。对于水溶液体系，常用的内标物为硝酸根离子(1 050 cm-1)和高氯酸根离子(930 cm-1)。实验发现，KSCN仅在2 040～2 160 cm-1处有一较强的拉曼光谱峰，且对亚胺硫磷在200～2 000 cm-1范围内的特征谱带干扰较小(如图2所示)。因此可选用KSCN作为测定亚胺硫磷的内标物，以消除测定中的不确定影响。

经过拉曼谱图(图2)的对比分析，最后选择亚胺硫磷分子内具有强拉曼信号的S—P伸缩振动峰(503 cm-1)作为亚胺硫磷的测定峰，以标准物质SCN-的特征峰(2 120 cm-1)作为内标参比峰，两者峰高的比值作为相对强度与亚胺硫磷的浓度绘制标准工作曲线。

2.3 工作曲线与线性范围

对含1.0×10-4mol/L KSCN的不同浓度的亚胺硫磷标准溶液进行测定，发现其S—P伸缩振动峰的强度随亚胺硫磷浓度的增加而增大，而KSCN的峰强度则相对减小，推测是由于亚胺硫磷和SCN-在纳米银溶胶表面形成竞争吸附所致。将亚胺硫磷S—P伸缩振动特征峰(503 cm-1)的峰强(Is)与KSCN在2 120 cm-1处特征峰强(Ik)的比值作为相对强度(IR=Is/Ik)，相应峰强数据由Labspec软件读出。研究发现，SERS光谱特征峰的相对强度IR与亚胺硫磷浓度在5.0×10-7～1.2×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，其线性方程为IR=0.138 5c(×10-7mol/L)-0.313 0，相关系数(r)为0.997 8。按7次空白实验所对应响应值IR的3倍标准偏差，求得其检出限为2.82×10-7mol/L。

图3 自来水(a)和以自来水为溶剂的5.0×10-7 mol·L-1亚胺硫磷(b)的SERS光谱Fig.3 SERS spectra of tapwater(a) and phosmet with tapwater as the solvent(b)

2.4 模拟样品的测定

2.5 模拟SERS检测方法的精密度与准确度

为验证本实验的可靠性，对上述3份模拟样品进行加标回收实验，3份100 mL样品溶液中均加入1.428×10-4g亚胺硫磷标准品，结果见表1。测得自来水中亚胺硫磷的回收率为88.7%～110.2%，RSD不大于8.0%，说明该方法的精密度和准确度较高。

表1 亚胺硫磷的加标回收实验数据

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 结 论

以硫氰化钾作为内标物，通过表面增强拉曼光谱内标法对亚胺硫磷溶液进行分析，其相对SERS峰强度与亚胺硫磷浓度在5.0×10-7～1.2×10-5mol/L范围具有良好的线性关系，检出限为2.82×10-7mol/L。对模拟样品中亚胺硫磷的含量进行测定，回收率为88.7%～110.2%，RSD不大于8.0%。本方法测定简单、操作方便、内标物干扰小，可推广并应用于其他农残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

浙江省公益性技术应用研究(分析测试)计划项目(2015C37068)；浙江省科技计划重大科技专项(2013C1152)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.05.019

O657.3;F767.2

A

1004-4957(2016)05-0605-04

*通讯作者：刘文涵，硕士，教授，研究方向：仪器分析、光谱电化学分析，Tel:0571-88320487，E-mail:LiuWH@zjut.edu.cn 滕渊洁，博士，讲师，研究方向：光谱电化学分析、生物传感器，Tel:0571-88320487，E-mail:yuanjieteng@zjut.edu.cn