CN109813686B

CN109813686B - 一种有机氮硫类农药的检测方法

Info

Publication number: CN109813686B
Application number: CN201711156851.5A
Authority: CN
Inventors: 冯亮; 陈淑琴
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2021-09-17
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: CN109813686A

Abstract

本发明涉及一种有机氮硫类农药的检测方法，本方法首先采用化学还原法制备得到一种荧光铜纳米片材料，该纳米材料在254nm紫外光激发下发射荧光；其次基于有机氮硫类农药可以淬灭该铜纳米材料的荧光，构建了一种荧光比色传感器，用于有机氮硫类农药的检测。本方法将十六烷基三甲基溴化铵与二水合氯化铜在水中混合，再经过还原反应，制备得到铜纳米片材料，制得的铜纳米片具有荧光性能优越、稳定性好且制备方法简单的优点；基于构建的荧光比色传感器的有机氮硫类农药检测方法，具有检测成本低、方法简便的优点，在实际样品的现场检测具有极大应用潜力。

Description

一种有机氮硫类农药的检测方法

技术领域

本发明属农药检测技术领域，具体涉及一种有机氮硫类农药的检测方法。

背景技术

世界人口一直处于不断增长的过程，使得人类对粮食的需求量也随之增多。化学农药作为增加农作物产量的一种重要工具，被人类广泛用于防治植物病虫害。农药的使用一方面提高了粮食产量，另一方面也给人类的生命安全及环境卫生带来了极大的隐患。近几年，随着生活质量的提高，农药残留检测也越来越受人们关注。

目前农药残留检测的主要方法有：色谱及其与质谱联用(包括气相色谱与气质联用，液相色谱与液质联用，超临界流体色谱，毛细管电泳)，免疫分析法，酶抑制法，生物传感器。其中，气相色谱是经典的农药检测方法，具有灵敏度高，分离效率高的优点，但热稳定性差以及沸点高的物质无法用气相色谱检测。液相色谱是另一种被广泛使用的农药检测方法，它具有检测灵敏度高、选择性好，适用于高沸点、热稳定性差农药的检测。虽然色谱方法具有灵敏度高、选择性好、准确度高的优点，但也存在仪器笨重不方便携带、需要专业人员操作、检测成本高等缺点。

近几年新兴的传感器检测方法，主要基于酶抑制法及免疫分析法。酶抑制法及免疫分析法灵敏度高、特异性强，相对于色谱法具有仪器简单、操作简便、检测费用低、可用于现场检测的优点。然而免疫分析方法只能针对一种农药检测，且前期开发难度大，需要投入大量时间及资金。酶抑制法的检测准确度以及灵敏度与酶的性能息息相关，如何维持酶的活性是关键问题。目前市面上可以购买到的农药残留检测比色卡主要基于酶抑制法及免疫分析法，且一般只针对有机磷和氨基甲酸酯类农药的测定，针对威百亩、棉隆、福美双等有机氮硫类农药的传感比色卡在市面上仍少见。

发明内容

针对以上存在的问题，我们提出一种有机氮硫类农药的检测方法，前期采用化学还原法制备得到一种荧光铜纳米片材料，后期基于有机氮硫类农药可以淬灭该铜纳米材料的荧光，构建一种荧光比色传感器，用于检测威百亩、棉隆、福美双等有机氮硫类农药的检测。制得的铜纳米片具有荧光性能优越、稳定性好且制备方法简单的优点；基于构建的荧光比色传感器的有机氮硫类农药检测方法，具有检测成本低、方法简便的优点。

本发明一种有机氮硫类农药的检测方法，采用化学还原法制备得到一种荧光铜纳米片材料，基于制备的荧光铜纳米材料构建一种荧光比色传感器，用于有机氮硫类农药的检测。

一种有机氮硫类农药的检测方法，该方法包括前期荧光铜纳米片的制备、荧光比色传感器的构建，有机氮硫类农药的检测，具体步骤如下：

(1)前期荧光铜纳米片的制备：称取十六烷基三甲基溴化铵与二水合氯化铜于反应瓶，加入去离子水，搅拌溶解后，边搅拌边缓慢滴加硼氢化钠水溶液，滴加完后继续搅拌反应。十六烷基三甲基溴化铵在水中浓度为0.005～10mol/L；十六烷基三甲基溴化铵与二水合氯化铜的投料摩尔比例为0.1～10:1；十六烷基三甲基溴化铵与硼氢化钠的投料摩尔比例为0.1～20:1；搅拌速度为500～2500rpm，反应时间为2～6h，反应温度为0～40℃；

反应结束后离心去上清液，得到的固体用去离子水重悬，离心，重复水洗三次后真空干燥，得到荧光铜纳米片固体产物。离心转速为6000～15300g，时间为5分钟～1小时；每次水洗用去离子水体积为5-20ml；

(2)荧光比色传感器的构建：如图9所示，首先在word软件上设计所需圆形样品点及样品点外需蜡印处理的正方形的尺寸大小，取滤纸进行蜡印打印处理，打印好的滤纸在烘箱中烘干，室温冷却后裁剪。样品点半径为0.2～0.5cm，蜡印正方形边长为1～5cm；烘箱温度80～120℃，时间为8～20min；

接着将制备得到的荧光铜纳米片粉末分散于去离子水中，移取等量该溶液，将其分别点到蜡印处理后的滤纸上的两个样品点上，自然晾干，其中一个点作为实验组，另一个点作为对照组；将制备的滤纸置于254nm紫外光照下，采用照相机拍照，Adobe Photoshop软件提取两组点亮度差。

(3)线性方程的构建

将分散于水中的不同浓度的等体积有机氮硫类农药分别点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干；对照组点等体积的去离子水，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，用Adobe Photoshop软件提取平均亮度，计算实验组与对照组两组点荧光亮度差，以每个实验组与对照组亮度差作为纵坐标，有机氮硫类农药浓度为横坐标构建线性方程(y＝ax+b，y为亮度差，x为有机氮硫类农药浓度浓度，a、b为常数)。

(4)有机氮硫类农药的检测

在相同条件下将等体积分散于水中的农药待测样点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干。在254nm手持紫外灯照射下拍照，用Adobe Photoshop软件提取平均亮度，计算其与上述对照组亮度差，将亮度差(作为y值)带入上述构建的线性方程，计算待测样中有机氮硫类农药的浓度。

所述有机氮硫类农药为含有氮元素与硫元素的有机磷农药中的一种。

所述的有机氮硫类农药具体为：福美铁，福美锌，代森锌，甲基代森锌，代森锰锌，代森钠，代森联，代森铵，棉隆，福美双，威百亩。

本发明具有如下优点：

1、前期荧光铜纳米片制备方法简便、稳定性好、成本低。

2、基于构建的荧光比色传感器的有机氮硫类农药检测方法，以滤纸为载体，具有携带方便、成本低、稳定性好、操作简便的优点，在实际样的现场检测方面具有极大的应用潜力。

附图说明

图1为实施案例1荧光铜纳米片的透射电镜图；

图2为实施案例1及实施案例3铜纳米片在波长为254nm的激发光下的荧光光谱图，605nm左右的荧光峰为案例1荧光光谱，508nm左右的荧光峰为案例3荧光光谱；

图3为实施案例1滤纸上样品点及蜡印处理部分的设计图，中间圆圈为样品点，正方形除样品点外的区域为蜡印部分；

图4为实施案例1构建的荧光比色传感器对不同浓度威百亩的响应情况，图中数值为威百亩在水中的质量百分浓度；

图5为实施案例1铜纳米材料荧光强度变化与威百亩浓度的线性关系图；

图6为实施案例2构建的荧光比色传感器对不同种类农药的响应情况；

图7为实施案例3荧光铜纳米片的透射电镜图；

图8为实施案例3构建的荧光比色传感器对不同浓度威百亩的响应情况，图中数值为威百亩在水中的质量百分浓度；

图9为荧光比色传感器的构建方法示意图。

具体实施方法

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应将此理解为本发明仅局限于以下实施例，凡是基于本发明内容实现的技术，都应视为本发明的范围。

一种有机氮硫类农药的检测方法，是通过前期采用化学还原法制备得到一种荧光铜纳米片材料，后期基于有机氮硫类农药可以淬灭该铜纳米材料的荧光，构建一种荧光比色传感器，用于有机氮硫类农药的检测。

实施例1

称取91.09mg十六烷基三甲基溴化铵与170mg二水合氯化铜于反应瓶，加入去离子水8ml，搅拌溶解后，边搅拌边缓慢滴加溶解9.5mg硼氢化钠的2ml水溶液，滴加完后继续搅拌反应。搅拌速度为1000rpm，反应时间为2h，反应温度为25℃。反应结束后离心去上清液，得到的固体用8ml去离子水重悬洗涤，离心得沉淀，离心转速为6000g，时间为20分钟。重复水洗三次后真空干燥，得到荧光铜纳米片固体产物。电镜表征得到的荧光铜纳米片结构，如图1，明显可以观察到产物成片状结构。得到的铜纳米片在254nm光激发下发射橙色荧光，如图2右边峰，在605nm左右有荧光峰。

在word软件上设计所需圆形样品点及样品点外需蜡印处理的正方形的尺寸大小，如图3，样品点半径为0.35cm，蜡印正方形边长为1.2cm。取滤纸进行蜡印打印处理，打印好的滤纸在烘箱中烘干，室温冷却后裁剪；烘箱温度100℃，时间为10min。以水作分散剂，将制备得到的橙色荧光铜纳米片均匀分散成1mg/mL的悬浊液，分别各取2μL滴于样品点及对照组点，晾干。

将威百亩分散于水中制备成0.1％，0.08％，0.06％，0.05％，0.04％，0.02％，0.01％，0.005％，0.001％，0.0005％，0.0001％，0.00005％，0.00001％不同质量百分浓度的样品液。分别取2μL不同质量百分浓度的样品液点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干；对照组点等体积的去离子水，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，如图4，随着威百亩浓度增加可以明显观察到荧光减弱。用Adobe Photoshop软件提取平均亮度，计算对照组与实验组荧光亮度差。如图5，以亮度差值作为纵坐标，威百亩浓度为横坐标进行线性拟合。威百亩浓度在0.00001％～0.001％范围内，二者具有良好的线性关系，线性方程为y＝34118x+7.5049(式中y代表荧光亮度差，x为威百亩的百分浓度/％)，相关系数(R2)为0.9916。

将威百亩分散于水中制备成质量百分浓度为0.0008％的样品液，在相同条件下，取2μL样品液点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干。在254nm手持紫外灯照射下拍照，用Adobe Photoshop软件提取平均亮度，计算其与对照组荧光亮度差(差值为35.62)。将该差值带入上述方程，计算得到农药浓度为0.00082％，可见所述的荧光比色传感器可以用于威百亩的检测。

实施例2

称取91.09mg十六烷基三甲基溴化铵与85mg二水合氯化铜于反应瓶，加入去离子水8ml，搅拌溶解后，边搅拌边缓慢滴加溶解9.5mg硼氢化钠的2ml水溶液，滴加完后继续搅拌反应。搅拌速度为1000rpm，反应时间为2h，反应温度为25℃。反应结束后离心去上清液，得到的固体用8ml去离子水重悬洗涤，离心得沉淀，离心转速为6000g，时间为20分钟。重复水洗三次后真空干燥，得到荧光铜纳米片固体产物。得到的铜纳米片在254nm光激发下发射橙色荧光。

在word软件上设计所需圆形样品点及样品点外需蜡印处理的正方形的尺寸大小，样品点半径为0.35cm，蜡印正方形边长为1.2cm。取滤纸进行蜡印打印处理，打印好的滤纸在烘箱中烘干，室温冷却后裁剪；烘箱温度100℃，时间为10min。以水作分散剂，将制备得到的橙色荧光铜纳米片均匀分散成1mg/mL的悬浊液，分别各取2μL滴于样品点及对照组点，晾干。

分别称取威百亩、棉隆、福美双、代森联、代森钠、草甘膦、乙烯利、乙酰甲胺磷、甲基对硫磷、甲氰菊酯、溴氰菊酯、啶虫脒、百菌清、灭除威、甲硫威、杀虫单分散于去离子水中制备成质量百分浓度为0.1％的样品液。分别取2μL点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干；对照组点等体积的去离子水，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，用AdobePhotoshop软件提取平均亮度，计算对照组与实验组荧光亮度差。如图6，有机氮硫类农药包括：威百亩、棉隆、福美双、代森联、代森钠可以明显降低铜纳米片的荧光亮度；而其他类有机农药包括：草甘膦、乙烯利、乙酰甲胺磷、甲基对硫磷、甲氰菊酯、溴氰菊酯、啶虫脒、百菌清、灭除威、甲硫威、杀虫单则对铜纳米片的荧光亮度影响不明显，可见所构建的有机氮硫类农药的检测方法具有较好的选择性。

实施例3

称取364.3mg十六烷基三甲基溴化铵与42.5mg二水合氯化铜于反应瓶，加入去离子水8ml，搅拌溶解后，边搅拌边缓慢滴加溶解9.5mg硼氢化钠的2ml水溶液，滴加完后继续搅拌反应。搅拌速度为1000rpm，反应时间为2h，反应温度为25℃。反应结束后离心去上清液，得到的固体用8ml去离子水重悬洗涤，离心得沉淀，离心转速为6000g，时间为20分钟。重复水洗三次后真空干燥，得到荧光铜纳米片固体产物。电镜表征得到的荧光铜纳米片结构，如图7，明显可以观察到产物成片状结构。得到的铜纳米片在254nm光激发下发射黄色荧光，如图2左边峰，，在508nm左右有荧光峰。

在word软件上设计所需圆形样品点及样品点外需蜡印处理的正方形的尺寸大小，样品点半径为0.35cm，蜡印正方形边长为1.2cm。取滤纸进行蜡印打印处理，打印好的滤纸在烘箱中烘干，室温冷却后裁剪；烘箱温度100℃，时间为10min。以水作分散剂，将制备得到的黄色荧光铜纳米片均匀分散成1mg/mL的悬浊液，分别各取2μL滴于样品点及对照组点，晾干。

称取威百亩分散于去离子水中分别制备成质量百分浓度为0.1％、0.05％、0.01％、0.005％的样品液，分别取2μL点到已点有荧光铜纳米片的四个实验组样品点上，晾干；在一个对照组点点上等体积的去离子水，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，如图8，可以明显观察到随着威百亩浓度增加，铜纳米片的荧光亮度降低。

Claims

1.一种有机氮硫类农药的检测方法，其特征在于：采用化学还原法制备得到一种荧光铜纳米片材料，基于有机氮硫类农药可以淬灭该铜纳米片材料的荧光，构建一种荧光比色传感器，用于有机氮硫类农药的检测；

该方法包括前期荧光铜纳米片的制备、荧光比色传感器的构建，有机氮硫类农药的检测，具体步骤如下：

（1）前期荧光铜纳米片的制备：称取十六烷基三甲基溴化铵与二水合氯化铜于反应瓶，加入去离子水，搅拌溶解后，边搅拌边缓慢滴加硼氢化钠水溶液，滴加完后继续搅拌反应；反应结束后离心去上清液，得到的固体用去离子水重悬，离心，重复水洗三次后真空干燥，得到荧光铜纳米片固体产物；

（2）荧光比色传感器的构建：在word软件上设计所需圆形样品点及样品点外需蜡印处理的正方形的尺寸大小，取滤纸进行蜡印打印处理，打印好的滤纸在烘箱中烘干，室温冷却后裁剪；样品点半径为0.2～0.5 cm，蜡印正方形边长为1～5cm；烘箱温度80～120℃，时间为8～20 min；

接着将步骤（1）制备得到的荧光铜纳米片粉末分散于去离子水中，移取等量该溶液，将其分别点到蜡印处理后的滤纸上的两个样品点上，自然晾干，其中一个点作为实验组，另一个点作为对照组；将制备的滤纸置于254nm紫外光照下，采用照相机拍照，Adobe Photoshop软件提取两组点亮度差；

(3) 线性方程的构建：将分散于水中的不同浓度的等体积有机氮硫类农药分别点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干；对照组点等体积的去离子水，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，用Adobe Photoshop软件提取平均亮度，计算实验组与对照组两组点荧光亮度差，以每个实验组与对照组亮度差作为纵坐标，有机氮硫类农药浓度为横坐标构建线性方程y=ax+b，y为亮度差，x为有机氮硫类农药浓度，a、b为常数；

（4）有机氮硫类农药的检测：在相同条件下将等体积分散于水中的农药待测样点到已点有荧光铜纳米片的实验组样品点上，晾干；在254nm手持紫外灯照射下拍照，用AdobePhotoshop软件提取平均亮度，计算其与上述对照组亮度差，将亮度差作为y值；代入构建的线性方程y=ax+b，计算待测样中有机氮硫类农药的浓度。

2.根据权利要求1所述有机氮硫类农药的检测方法，其特征在于步骤（1）中十六烷基三甲基溴化铵在水中浓度为0.005～10 mol/L；十六烷基三甲基溴化铵与二水合氯化铜的投料摩尔比例为0.1～10:1；十六烷基三甲基溴化铵与硼氢化钠的投料摩尔比例为0.1～20:1；搅拌速度为500～2500 rpm，反应时间为2～6 h，反应温度为0~40 ℃。

3.根据权利要求1所述有机氮硫类农药的检测方法，其特征在于：所述有机氮硫类农药为含有氮元素与硫元素的有机磷农药中的一种。

4.根据权利要求3所述有机氮硫类农药的检测方法，其特征在于：所述的有机氮硫类农药具体为：福美铁、福美锌、代森锌、甲基代森锌、代森锰锌、代森钠、代森联、代森铵、棉隆、福美双或威百亩。