基于超低频拉曼光谱的有机磷农药的研究

有机磷农药的P=O、P=S基团具有极高拉曼活性,故利用拉曼光谱检测有机磷农药残留是一种十分高效且无损的手段。然而,当前常用的表面增强拉曼光谱因缺乏标准化基底和预处理技术,使其难以应用于高精度定量农药残留检测。新型超低频拉曼光谱能够有效探测对浓度更为敏感的低频拉曼峰(0～500 cm^-1)。因此,本文研究了两种具有代表性的有机磷类农药毒死蜱和敌百虫在不同浓度下的低频拉曼峰频率与强度变化,并对每一低频振动模进行精准指认。此外,我们通过建立两类农药浓度与振动频率和强度的依赖关系,可实现对浓度的指认。超低频拉曼技术在毒死蜱和敌百虫检测中可测得的最低限分别为0.012 mg/kg和0.25 mg/kg,能够基本满足国标要求,为食品农药检测提供了一种初步的、新的实验思路。     

基于密度泛函理论的左旋延胡索乙素的红外、拉曼光谱研究

研究了左旋延胡索乙素的红外光谱(IR)、固体常规拉曼光谱(NRS)以及以新型Ag/Cu纳米材料为基底的表面增强拉曼光谱(SERS)。以密度泛函理论(DFT),B3LYP/6-311+G(d,p)基组对其红外光谱和拉曼光谱进行了计算,给出了对应的光谱振动图,并利用Gauss view 5.0可视化软件对其峰位进行了全面归属。左旋延胡索乙素在3 300～2 500和1 800～600 cm-1波数范围内有明显的红外和拉曼峰,在左旋延胡索乙素的SERS中,Ag/Cu纳米基底利用SnCl₂和PVP作为结构导向剂,采用循环浸泡的方法,最终生成分散较好的银纳米颗粒,实现了很好的增强效应,分子获得了信号较强的选择性增强散射峰,其中1 500～1 400和1 000～700 cm-1波数范围内的增强效应最明显,经分析,该分子的亚甲基与银纳米表面吸附,苯环与银衬底夹角接近90°。左旋延胡索乙素的红外、拉曼光谱的理论计算和实验结果基本一致,存在一定差异的原因可能是因为分子之间的作用力等因素。可视化软件直观形象展示出了该分子的结构特征和分子基团振动情况,对其振动峰位的归属提供了重要的依据。左旋延胡索乙素是一种重要的中药试剂,包含于多种养心安神类药物当中,该研究为左旋延胡索乙素的快速、特征、痕量监测提供了依据,也为中枢抑制性镇痛药物的生物作用研究提供了重要参考。     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

噻菌灵农药的表面增强拉曼光谱分析

利用表面增强拉曼光谱技术(SERS)分析噻菌灵农药的拉曼特征峰。采用微波法制备银溶胶表面增强基底,利用激光显微共焦拉曼光谱仪分别采集514.5和785 nm激发波长下的噻菌灵农药拉曼光谱,解析不同激发波长下的拉曼特征峰并进行比较。结果表明：不同激发波长下噻菌灵的拉曼峰强度和拉曼频移差异较大,514.5 nm激发波长下的782和1 012 cm-1最强,是C—H变形振动较强特征峰,而785 nm激发波长下的1 284,1 450和1 592 cm-1最强,是环振动和CN伸缩振动较强特征峰。对比分析各个激发波长下噻菌灵的SERS谱图,找到了噻菌灵农药的5个较强特征拉曼峰：782,1 012,1 284,1 450和1 592 cm-1。这些特征峰可作为食品及农产品中噻菌灵农药残留定性定量判别的依据。     

苯并咪唑类的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪采集了三种苯并咪唑类农药(多菌灵、噻菌灵和苯菌灵)的拉曼光谱。应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d, p)基组对三种苯并咪唑类农药分子进行结构优化和拉曼光谱振动频率计算。结果表明,理论计算得到的振动频率值与实验测得值吻合较好。对三种苯并咪唑类农药分子在200～3 500 cm-1范围内的振动模式进行归属,找到了苯并咪唑类分子的3个特征峰,分别位于1 015, 1 265 cm-1和1 595 cm-1附近;对比分析三种农药拉曼光谱的差异性,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果可为苯并咪唑类农药的拉曼光谱分析提供理论依据,将促进食品和农产品中苯并咪唑类农药残留的快速检测研究。     

氨基酸在银胶溶液中的表面增强拉曼效应

文章报道了通过制备合适的银胶盐纳米溶液 ,得到的甘氨酸、缬氨酸和赖氨酸在银胶溶液中的表面增强拉曼光谱。低波数 2 38cm-1谱带的出现 ,表明氨基酸分子已与银表面产生明显吸附。在所得SERS图谱中 ,表征C—C基团的 90 0～ 930cm-1谱带、表征NH2 基团的 110 0cm-1左右谱带和表征COO-基团的14 0 0cm-1附近的谱带振动都得到显著加强 ,其原因主要是通过羧基基团及氨基基团与银粒子表面产生吸附 ,增强机制属于化学增强 ,为短程效应。本实验中 ,当银胶溶液 pH值降低时 ,对拉曼散射的增强效果影响不大。     

蜂蜜中乐果农药残留的表面增强拉曼光谱定量分析

应用表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术,结合线性回归算法,开展蜂蜜乐果中农药残留快速定量分析方法研究。含乐果农药残留的益母草蜂蜜样品30个作为被测对象,划分成建模集(20个)和预测集(10个)。采用具有规则倒四角锥体结构的Klarite基底作为增强基底,提高特征拉曼位移峰的相对强度。通过含乐果农药残留蜂蜜样品的SERS光谱与乐果标准品的常规拉曼光谱间的对比分析,找到了蜂蜜中乐果农药残留对应的四个特征拉曼位移峰867,1 065,1 317和1 453 cm-1。采用线性回归方法,建立了蜂蜜中乐果农药残留对应的四个特征拉曼位移峰强与乐果浓度间的线性回归模型。10个未参与建模的预测集样品,评价了模型的预测能力。经比较,采用867 cm-1处特征拉曼位移峰强建立的线性回归模型预测结果最优,模型预测相关系数为0.984,预测均方根误差为0.663 ppm。检测限达到2 ppm,接近我国农药残留最大限量标准的检测限。实验结果表明采用表面增强拉曼光谱技术结合线性回归算法实现蜂蜜中乐果农药残留的快速定量分析是可行的。可为其他农产品的农药残留快速定量分析提供参考依据。     

氨基甲酸酯类农药的密度泛函理论计算及拉曼光谱研究

为了获得氨基甲酸酯类农药分子的分子结构振动信息,应用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP杂化泛函和6-31G(d,p)基组对三种氨基甲酸酯类农药(西维因、克百威和涕灭威)分子进行了几何结构优化和频率计算,利用拉曼光谱仪采集了这三种氨基甲酸酯类农药的实验拉曼光谱,并将理论方法计算的拉曼光谱和实验拉曼光谱进行比较。结果表明,理论方法计算的结果与实验值具有很好的匹配性。对三种氨基甲酸酯类农药分子在400～3 200 cm-1范围内的振动频率进行了全面地归属,找到了氨基甲酸酯类农药分子的四个特征峰,分别位于874,1 014,1 162和1 716 cm-1附近。对比分析三种农药实验拉曼光谱的差异,找到三种农药分子各自不同的特征峰。研究结果为氨基甲酸酯类农药的检测分析提供了理论基础,将应用于农产品中氨基甲酸酯类农药残留的鉴别。     

三种致病性细菌的SERS光谱研究

用便携式拉曼光谱仪获得了金黄色葡萄球菌、变形杆菌、大肠杆菌在微波法制备的纳米银溶胶上的表面增强拉曼光谱。金黄色葡萄球菌在725,1 330,1 450 cm-1有明显的拉曼振动峰,变形杆菌在650,725,950,1 325,1 463 cm-1有明显的拉曼振动峰,大肠杆菌在650,950,1 125,1 242,1 320,1 457 cm-1有明显的拉曼振动峰,对各个峰进行了初步归属。三种细菌的拉曼振动峰的位置和强度区别明显,因此SERS技术可以用于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和变形杆菌的快速鉴别。     

基于微波法制备纳米银胶的三种病菌的SERS光谱初步研究

使用激发光为785 nm的便携式拉曼光谱仪分别对赤星病菌、谷镰刀病菌和香蕉炭疽悬浮液进行了普通拉曼光谱和表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测。实验结果显示,微波法制备的纳米银胶对三种植物病菌均具有较好的增强效果,同时获得了三种病菌信噪比较好的SERS光谱。从整体上看,三种菌谱峰峰强分布具有一定的相似性,如在481 cm-1处均为最强谱峰,500～1 000 cm-1谱峰较弱和1 000～1 600 cm-1谱峰较强。但三者在谱峰的分布和峰形上仍有明显不同,因此通过比较三种病菌的不同SERS谱峰可对其进行快速区分和鉴别。     

脐橙表皮两种混合农药残留的表面增强拉曼光谱定量检测

针对水果生产中的农药残留问题,利用表面增强拉曼光谱技术(SERS),把害虫防治使用较多的有机磷农药亚胺硫磷与毒死蜱作为研究对象,探索性研究了将金胶用作增强基底检测以脐橙为载体的混合农药残留快速检测。采集混合农药样品的SERS光谱,通过对比农药的特征峰可以对混合农药进行定性分析。同时利用化学计量学方法,建立混合农药的定量数学模型,并通过对比不同的预处理方法和建模波段对混合农药样品拉曼光谱的处理结果,选择出最优预处理方法与算法的组合。在拉曼光谱范围200～2 300 cm-1内,利用PLS算法处理经一阶微分预处理后的光谱数据,建立的脐橙表皮混合农药残留回归模型效果较好,预测相关系数(R_p)为0.912,预测均方根误差(RMSEP)为3.601 mg·L-1。经过波段筛选后并对光谱处理结果对比,发现光谱在200～620,830～1 040及1 250～2 300 cm-1范围内,利用PLS算法处理经一阶微分预处理后的光谱数据,建立的回归模型效果较好,R_p为0.909,RMSEP为3.338 mg·L-1。研究表明使用SERS技术,可以对脐橙表皮上残留的混合农药进行定性与定量的分析。     

SERS技术用于苹果表面有机磷农药残留的检测

传统农药残留检测方法比较繁琐、耗时、破坏样品,快速、无损、实时在线是农残检测的发展方向。本文利用表面增强拉曼光谱技术,以苹果为载体,有机磷农药甲拌磷和倍硫磷为研究对象,初步探讨了苹果表面甲拌磷和倍硫磷农药的快速无损检测方法。结果表明,运用表面增强拉曼光谱技术,可使两种有机磷农药的特征频率较易识别,并选取甲拌磷的728 cm-1和倍硫磷的1 512 cm-1 处的拉曼信号作为定量分析目标峰,采用内标法建立甲拌磷、倍硫磷的线性回归模型,可以作为定量分析甲拌磷、倍硫磷的参考依据。     

Spectroscopic Analysis of Organophosphorus Pesticides Using Colorimetric Reactions

The UV-Vis and infrared (IR) absorption spectra of organophosphorus (OP) pesticides have been studied. A correlation in spectra was developed to optimize the OP pesticides in the environments. The spectroscopic (UV-Vis and IR) spectrum of OP pesticides like methyl parathion, malathion and parathion has been interpreted in detail. A complete calculation of the normal frequencies and absolute intensities of UV-Vis and IR absorption bands are interpreted with the help of corresponding experimental data. In the colorimetric reactions, the bands appear at 2 077, 1 637, 1 455, 1 015, 655 cm-1 for malathion; 2 081, 1 639, 1 316, 1 015, 794, 683 cm-1 for parathion; 2 078, 1 632, 1 032, 794 cm-1 for methyl parathion were used for quantitative or qualitative analysis. All these IR spectra were acquired by averaging 100 scans at a resolution of 4 cm-1. It is determined experimentally in the region 200～450 nm for UV-Vis absorption bands and in the region 400～4 000 cm-1 for IR absorption bands. It is concluded that the mainly optically active groups (P—OH, CO, PO, C—O—C, P—O—C, PS, —OH) present in pesticides which are responsible in change in significant data for quantitative and qualitative analysis. The various optical properties like wavelength, band energy, wave number, and frequency, also are calculated.     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

环丙沙星与氨茶碱作用的拉曼光谱研究

利用密度泛函理论(density function theory,DFT)的B3LYP/6-31G(d,p)基组计算环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的拉曼峰,与实验拉曼峰相比,吻合度较高。并对其拉曼峰进行了全面的归属。环丙沙星溶液的表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)与常规拉曼实验结果显示,以金纳米粒子为基底,对环丙沙星的拉曼峰有较好的增强效果。探究了结合时间对氨茶碱与环丙沙星混合物的影响,结果表明随着时间的延迟,两者之间的作用力加强,环丙沙星的部分拉曼峰消失。氨茶碱的加入,影响了环丙沙星的分子结构,使得环丙沙星拉曼信号减弱,多处拉曼峰发生改变,主要是1184 cm-1处的吡嗪环、1252 cm-1的C—F、1627 cm-1处的C C以及1458 cm-1处O—C—O的振动频率发生了变化;氨茶碱含量的增加,对环丙沙星结构的影响更为严重,其中800~1200 cm-1处的拉曼峰消失,当氨茶碱的量超过22.5 mg·L-1时,除1384 cm-1处有微弱信号出现外,几乎无其他峰出现。表面增强拉曼光谱作为一种常用的分析工具,具有分析时间短,灵敏度高等优点。实验利用SERS技术,考察氨茶碱与环丙沙星之间的相互作用,为其药理研究提供了参考。