CN106814060A - 一种快速检测饮料中百草枯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农药检测领域，提供了一种快速检测饮料中百草枯的方法，步骤包括：果汁、蔬菜汁等饮料的样品经过稀释处理，然后采用金纳米颗粒溶胶做基底，通过表面增强拉曼光谱检测样品中百草枯。该方法能够快速、有效地定性和定量检测样品中残留的百草枯，并且灵敏度高，检测极限低，只需要几分钟就能够有效检测出含量为0.1μg/mL的百草枯，而未经过稀释预处理的样品，只能检测出含量大于5μg/mL的百草枯。本技术方案实现了百草枯农药的实用、快速、高效、低成本检测。

Description

一种快速检测饮料中百草枯的方法
技术领域
本发明涉及一种百草枯的检测方法，尤其涉及一种快速检测饮料中百草枯的方法。
背景技术
随着科技的进步，农药在农业中的使用日益变得广泛。但农药在农产品中的残留给人身安全带来危害。农产品中残留的农药被食用后，在人体内部逐步积累，引起慢性中毒危害人身安全。
百草枯作为速效触杀型灭生性季胺盐类除草剂，具有高效的除草效果，广泛应用于果蔬庄稼作物种植过程中。目前全世界超过130个国家和地区大量使用含百草枯成份的农药。由于百草枯的化学分子结构稳定，不易降解，施用后很长时间存留在植物组织中。并且由于百草枯具有强水溶性，使得百草枯施用后能够残留在土壤水体中，随植物的蒸腾作用被运输到植物各个组织中，造成农产品的污染。由于百草枯对人和牲畜有较强的生理毒性且无特效解药，世界范围内每年均有百草枯急性或慢性致死案例发生。由于百草枯相比于同类农药具有更好的除草效果，终止百草枯在世界范围内的使用是不现实的，因而加强对农产品中百草枯的检测，对世界卫生安全具有重要的现实意义。
现有技术中百草枯的检测方法主要包括酶联免疫法(ELISA)、高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS/MS)、紫外分光光度法和生物传感器法等。主流的检测手段主要采用色谱-质谱手段对百草枯分子进行分离和识别，由于百草枯是一种强极性离子型化合物，能够对色谱柱和质谱离子源造成损害，缩短仪器寿命，提高检测成本。美国分析化学家协会(AOAC)现行推荐的百草枯检测方法需要对百草枯阳离子进行还原反应，衍生化后进行检测，提取步骤十分复杂，需要在硫酸中回流5h以上。由于色谱-质谱法检测前处理程序复杂、操作繁琐、耗时长、检测成本高，而酶联免疫法容易产生假阳性和假阴性结果，生物传感器法检测结果的准确性和稳定性还有待提高。所以现有技术所提供的检测百草枯的方法并不能实现对百草枯快速、廉价、准确和灵敏的检测。
拉曼光谱分析技术是基于印度科学家C.V.拉曼所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。表面增强拉曼光谱(Surface enhanced Raman spectroscopy，SERS)技术采用经特殊处理表面粗糙化的金属，通过把有机物吸附在粗糙金属表面，使得被分析物的拉曼散射信号增强105～1014，从而克服常规激光拉曼光谱技术灵敏度低的缺点。SERS检测技术为食品及复杂生物体系中痕量物质的快速、灵敏检测提供一种新的途径，被广泛应用于痕量有机分子的分析领域。现有技术中采用银纳米粒子溶胶利用SERS检测技术对百草枯分子进行检测，检测限可达到0.1mg/mL，但低于0.1mg/mL浓度的百草枯含量依然能通过积累效应对人体产生毒害。
饮料尤其是果汁、蔬菜汁中成分较复杂，会干扰拉曼光谱的检测基底，影响检测结果。因此需要对现有技术加以改进，提供一种能够快速、高效、准确的测定出饮料样品中痕量的百草枯的方法。
发明内容
本发明旨在提供一种利用表面增强拉曼光谱，快速检测饮料中百草枯的方法。
本发明技术方案为：一种快速检测饮料中百草枯的方法，步骤包括：
(1)将饮料样品用水稀释100～1000倍；
(2)用金纳米颗粒溶胶做基底，通过表面增强拉曼光谱检测稀释后的样品；
样品为果汁、蔬菜汁或者其混合物，尤其是苹果汁。果汁可以是原榨果汁、复原果汁、果蔬汁饮料、果汁饮料等。用水尤其是超纯水进行稀释。
所述样品中糖含量为80～200mg/mL，糖酸比为10～15：1。优选的，样品中糖含量为100～180mg/mL，糖酸比为11～14：1；更优选的，样品中糖含量为100～130mg/mL，糖酸比为12～13：1。样品中不含固体悬浮物。
优选的，样品的稀释倍数为450～800，更优选的，稀释倍数为450～600；最优为500倍。上述均为体积比。
优选的，稀释后的样品中，糖含量为80～2000μg/mL；更优选为120～1300μg/mL；更为优选的，为120～500μg/mL。
优选的，金纳米颗粒粒径为64±6nm。
所述金纳米颗粒溶胶的制备方法包括以下步骤：将氯金酸溶液加热至沸腾，加入柠檬酸三钠溶液后搅拌并保持沸腾10～25min，冷却后离心浓缩5～20倍，得到金纳米颗粒胶体。
所述氯金酸、柠檬酸三钠的质量比为1：0.5～1.5，优选为1：0.6～1；所述柠檬酸三钠的浓度为0.5wt％～1.5wt％，优选为0.8wt％～1.2wt％；所述氯金酸溶液的浓度为0.005wt％～0.015wt％，优选为0.009wt％～0.011wt％。
进一步，稀释后的样品用孔径为0.2～0.3μm的滤膜进行过滤后，与金纳米颗粒胶体混合，然后进行表面增强拉曼光谱的检测。更优选的，采用孔径为0.22μm的PVDF针式滤膜进行过滤。
进一步，所述表面增强拉曼光谱检测中采用的激光波长优选为780nm，扫描范围优选为550～2000cm-1。
进一步，在1645cm-1特征峰下，测定不同百草枯浓度的标准样品表面增强拉曼光谱强度，绘制标准曲线，采用标准曲线法定量检测待测样品中百草枯的浓度。
本发明的有益效果在于，提供了一种快速检测饮料中百草枯的方法，果汁、蔬菜汁等样品经过稀释预处理，然后采用金纳米颗粒胶体做基底，通过表面增强拉曼光谱检测样品中百草枯。在1645cm-1峰强度与百草枯浓度线性相关，从而可以对百草枯进行定量检测。该方法可减少糖、柠檬酸和果酸等有机酸对基底的影响，能够快速、有效地定性或定量检测样品中百草枯。
该方法能够快速、有效地定性和定量检测样品中残留的百草枯，并且灵敏度高，检测极限低，只需要几分钟就能够有效检测出含0.1μg/mL百草枯的样品，而未经过稀释预处理进行百草枯含量的检测极限为5μg/mL。因此本技术方案实现了百草枯农药的实用、快速、高效、低成本检测。
附图说明
图1为百草枯标准品的拉曼光谱；
图2为实施例1金纳米粒子TEM图；
图3为不同浓度百草枯标准水溶液SERS谱图；
图4为0.1μg/mL百草枯苹果汁不同稀释倍数下的SERS谱图；
图5为1μg/mL百草枯苹果汁不同稀释倍数下的SERS谱图；
图6为含有百草枯的苹果汁直接进行SERS检测的谱图；
图7为不同浓度的百草枯苹果汁溶液500倍稀释后进行SERS检测的谱图；图8为采用不同尺寸金纳米颗粒为基底的百草枯标准溶液SERS谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。实施例中所采用的苹果汁含糖量在12～13g/100mL之间，糖酸比在13～15：1范围内。
实施例1 金纳米颗粒溶胶的制备
将100mL浓度为0.01wt％的氯金酸倒入烧瓶中，放在恒温磁力搅拌器上，1100rpm剧烈搅拌并加热至溶液沸腾，然后加入0.7mL浓度为1wt％的柠檬酸三钠溶液，同时以1100rpm剧烈搅拌并保持沸腾15min，冰浴迅速结束反应。待溶液冷却后，取15mL制备的金纳米水溶胶，离心后弃除上层清液(约14mL)，取下层的金纳米颗粒溶胶，用作表面增强拉曼光谱的基底，用于后续的检测。
对所制备的金纳米颗粒溶胶进行检测，TEM结果如图2，所制备的金纳米颗粒平均粒径为64±6nm，尺寸均匀，分散度好。
实施例2 金纳米颗粒溶胶对百草枯标准溶液的检测
首先配制梯度浓度的百草枯标准水溶液(10μg/L、5μg/L、2μg/L、1μg/L、0.5μg/L、0.2μg/mL、0μg/mL)，采用孔径为0.22μm的PVDF针式滤膜进行过滤，然后取50μL置于1.5mL离心管中，加入等体积的金纳米颗粒溶胶(实施例1制备)混合，涡旋振荡10s；取5μL混合液液滴加至干净的硅片上，烘干后用显微拉曼光谱仪进行表面增强拉曼光谱测定。显微拉曼光谱仪功率为80mW，激光波长为780nm，采集的波谱范围为550～2000cm-1。
梯度浓度的百草枯标准溶液测试结果如图3所示，百草枯标准品的拉曼谱图如图1所示。根据图3分析可知，百草枯标准溶液的最低检出浓度为0.2μg/L，以金纳米粒子作为基底的SERS检测百草枯方法具有高灵敏性。
实施例3 苹果汁中百草枯含量的直接测定
苹果汁中加入百草枯母液，配制0～20μg/mL梯度浓度的含百草枯的苹果汁，采用孔径为0.22μm的PVDF针式滤膜进行过滤；取50μL置于1.5mL离心管中，与等体积金纳米颗粒胶体(实施例1制备)混合，涡旋振荡10s后，取5μL混合液滴在干净硅片上，烘干，采用显微拉曼光谱仪进行测定。显微拉曼光谱仪功率80mW，激光波长780nm，扫描范围550～2000cm-1。
所获得的SERS谱图如图6所示，可以看出采用直接混合法检测苹果汁中百草枯含量，最低检测浓度为5μg/mL。
实施例4 苹果汁样品进行稀释预处理
取含0.1μg/mL百草枯的苹果汁，用超纯水稀释定容，分别稀释10倍，100倍、300倍、500倍、800倍(体积)。稀释后的苹果汁用孔径为0.22μm的PVDF针式滤膜进行过滤后，取50μL分别置于1.5mL离心管中，与等体积金纳米颗粒溶胶(实施例1制备)混合，涡旋振荡10s后，取5μL混合液滴加到干净的硅片上，烘干，然后通过显微拉曼光谱仪进行测定。显微拉曼光谱仪功率为80mW，激光波长为780nm，采集的波谱范围为550-2000cm-1。所得检测谱图如图4所示。
取含1μg/mL百草枯的苹果汁，用超纯水稀释定容，分别稀释10倍，100倍、300倍、500倍、800倍(体积)。采用同样的操作方法进行处理和测定，所得检测谱图如图5所示。
根据图4和图5可以看出，不同稀释倍数下百草枯的SERS检测灵敏度变化很大，稀释100～800倍的情况下，都能够定性检测百草枯。
苹果汁中的百草枯含量为1μg/mL时，SERS特征峰(主要特征峰是1645cm-1的位置)随着稀释倍数的提高增强；苹果汁中的百草枯含量为0.1μg/mL时，稀释800倍后SERS特征峰(主要特征峰是1645cm-1的位置)比500倍低，因此在500倍的稀释条件下能够实现最高的响应灵敏度。
实施例5 稀释预处理后的苹果汁中百草枯含量的测定
将梯度浓度的百草枯苹果汁稀释500倍后进行SERS测试，获得稀释样品中百草枯的SERS谱图，如图7所示。在1645cm-1特征响应峰下，500倍的稀释条件能够实现对苹果汁中百草枯含量的准确检测。
在500倍稀释浓度下，表面增强拉曼光谱检测方法对苹果汁中百草枯的最低检出浓度为0.1μg/mL，空白样品中未检出百草枯。采用偏最小二乘法建立百草枯定量分析模型，R2为0.939，均方根误差为0.41，相对分析误差为4.02，表明该模型在百草枯浓度为0.1μg/mL到5μg/mL之间具有较好的预测能力，也说明采用该种方法可快速定量分析苹果汁中百草枯含量。
与百草枯标准水溶液的检测限相比(0.2μg/L)，苹果汁经过稀释处理后，百草枯的含量检测极限为0.1μg/mL，而未经过稀释处理的苹果汁，直接进行表面增强拉曼光谱检测的检测极限为5μg/mL。这是由于苹果汁中除了水之外的主要成分，诸如糖、氨基酸、有机酸、色素等有机分子会对表面增强拉曼光谱检测方法造成干扰。将苹果汁经过稀释处理后，其中糖、氨基酸、有机酸、色素浓度降低，对检测百草枯的干扰降低，灵敏度有了极大提高。将图7与图6相比，可以看出未经稀释处理的苹果汁所得到的测试谱图基线波动很大，杂峰较多；而经过稀释处理后，如图7所示，极限很平整，并且杂峰数量减少，有效提高了检测灵敏度。
由于蔬果汁成分来自于植物果皮细胞中液泡内部的细胞液，无论何种水果汁，其主要成分均为糖、氨基酸、有机酸、色素和水，而果汁样品经过稀释后，糖、氨基酸、有机酸、色素的浓度均有所降低，所带来的干扰也随之降低。因此本领域的普通技术人员有理由相信本具体实施方式所采用苹果汁得出的检测结论对多种果汁、蔬菜汁均具有普适性。
实施例6 金纳米颗粒尺寸对百草枯检测灵敏度的影响
按实施例1的方法，通过改变柠檬酸三钠的用量，得到粒径大小不同的金纳米颗粒溶胶。分别取粒径23nm、49nm和102nm的金纳米颗粒溶胶，以及实施例1所制备的64±6nm金纳米颗粒溶胶，与等体积的百草枯标准水溶液混合，涡旋10s。取5μL检测混合液滴加至干净的硅片上，烘干后进行表面增强拉曼光谱测定。显微拉曼光谱仪功率为80mW，激光波长为780nm，采集的波谱范围为550～2000cm-1。
测试结果如图8所示，根据图8分析可知，当金纳米颗粒尺寸处于64±6nm时，所测得的表面增强拉曼光谱的特征峰强度最大，因此采用粒径处于64±6nm的金纳米颗粒胶体进行百草枯的检测最为灵敏。
需要指出的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项目技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)将饮料样品稀释100～1000倍；
(2)用金纳米颗粒溶胶做基底，通过表面增强拉曼光谱检测稀释后的饮料样品；
所述的饮料样品为果汁、蔬菜汁或者其混合物。
2.根据权利要求1所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述饮料样品中的糖含量为80～200mg/mL，糖酸比为10～15：1，且不含固体悬浮物。
3.根据权利要求1所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述饮料样品中的糖含量为100～180mg/mL，糖酸比为11～14：1，且不含固体悬浮物。
4.根据权利要求1～4任一项所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，饮料样品稀释450～800倍。
5.根据权利要求1～4任一项所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，饮料样品稀释450～600倍。
6.根据权利要求1所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，稀释后的饮料样品中，糖含量为80～2000μg/mL。
7.根据权利要求1～4任一项所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述金纳米颗粒直径为64±6nm。
8.根据权利要求1或7所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述金纳米颗粒胶体的制备方法包括以下步骤：将氯金酸溶液加热至沸腾，加入柠檬酸三钠溶液后搅拌并保持沸腾10～25min；所述氯金酸、柠檬酸三钠的质量比为1：0.5～1.5；所述柠檬酸三钠的浓度为0.5wt％～1.5wt％；所述氯金酸的浓度为0.005wt％～0.015wt％。
9.如权利要求1或7所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述金纳米颗粒胶体的制备方法包括以下步骤：将氯金酸溶液加热至沸腾，加入柠檬酸三钠溶液后搅拌并保持沸腾10～15min；所述氯金酸、柠檬酸的质量比为1：0.6～1.0；所述柠檬酸三钠的浓度为0.8wt％～1.2wt％；所述氯金酸的浓度为0.009wt％～0.011wt％。
10.根据权利要求1所述的快速检测饮料中百草枯的方法，其特征在于，所述表面增强拉曼光谱检测中采用的激光波长为780nm，扫描范围为550～2000cm-1。
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