表面增强拉曼光谱法快速检测番茄中1-萘乙酸残留

1、 研究背景

番茄种植广泛，1-萘乙酸（NAA）常被用于提高产量，但其不易降解，过量残留可能损伤人体黏膜、上呼吸道、眼睛和皮肤。传统检测方法如紫外分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法等虽可测定NAA，但多依赖大型仪器，难以满足现场快速筛查需求。表面增强拉曼光谱（SERS）具有无标记、高效、设备简单、成本较低等优势，尤其适合便携式、实时检测，因此研究者尝试将其用于番茄中NAA残留的快速分析。

2、研究方法

（1） 方案构成

本研究以银纳米粒子溶胶（AgNPs）为活性基底、NaCl为聚沉剂，建立番茄中1-萘乙酸的SERS检测方法，并系统优化混合顺序、AgNPs用量、NaCl用量、待测物用量和混合时间等条件。最终确定的最佳流程为：先将100 μL 1 mol·L⁻¹ NaCl溶液与150 μL样品溶液混合，再加入450 μL AgNPs溶液，用超纯水定容至1 mL，室温静置12 min后测定；选择833 cm⁻¹处散射峰面积作为定量依据。

（2） 仪器构成

由上海如海光电科技有限公司提供的RMS3000共焦拉曼光谱仪

图1 仪器图片

（3） 原理

拉曼光谱（Raman spectra）是一种散射光谱，能够反映分子的振动和转动信息，通过对这些光谱图进行分析可以准确获得被测物质的分子结构，当我们对样品进行测试时可以根据对应的拉曼谱图进行识别。

3、研究内容

3.1 1⁃萘乙酸的拉曼光谱

1⁃萘乙酸的拉曼光谱如图2（a）所示。833 cm⁻¹为1⁃取代萘的伸缩振动，1 079 cm-1为苯环的骨架呼吸，且833 cm⁻¹比1 079 cm⁻¹的峰面积线性更好，因此，选用833 cm-1的峰面积作为定量数据

3.2 实验条件的优化

3.2.1 混合顺序的影响

当特定波长的光照射到粗糙的金属（如金、银、铜）纳米结构表面时，会激发金属导带 电子产生集体振荡，这种现象称为局域表面等离子体共振，这是拉曼信号增强的主要原因。不同混合顺序的 SERS检测结果如图 2（b）所示，先将 NaCl溶液和 1⁃萘乙酸混合，然后再加入AgNPs溶液，833 cm⁻¹拉曼谱图峰面积较高，因此选择该混合顺序为实验方法。此时，NaCl为聚沉剂，在体系中将C⁃AgNPs溶液聚沉，进而形成共振“热点”，可能有效地包裹1⁃萘乙酸，增强其拉曼散射信号。

3.2.2 C⁃AgNPs溶液的影响

根据步骤 2.3.1确定的实验条件，精确移取聚沉剂 NaCl溶液 300 μL于离心管中，加入40 mg·L⁻¹的1⁃萘乙酸标准溶液200 μL，再加入不同体积（50、100、150、200、250、300、350、400、450、500 μL）的 AgNPs溶液，混合均匀后，静置 10 min。然后，将混合液用超纯水稀释至1 mL，测量其SERS强度，结果如图2（c）所示。当AgNPs溶液的体积为450 μL时，在833 cm⁻¹处的峰面积达到最大值，说明AgNPs溶液的用量对1⁃萘乙酸的拉曼散射信号影响较大。因此，选择450 μL作为 AgNPs溶液的最佳体积。

3.2.3 NaCl溶液的影响

为了确定最佳的NaCl用量，分别向离心管中加入不同量的聚沉剂NaCl（50、100、150、 200、250、300 μL）溶液。随后，向每个试管中再加入 200 μL 的 40 mg·L⁻¹ 1⁃萘乙酸溶液和450 μL的AgNPs溶液。经过10 min静置后，用超纯水稀释至最终体积为1 mL的溶液，并记录其 SERS 强度，结果如图 2（d）所示。随着 NaCl用量的增加，SERS 强度发生变化。当NaCl的用量为100 μL时，在833 cm⁻¹处观察到峰面积最大。基于此，选择100 μL作为后续实验的最佳NaCl用量。

3.2.4 1⁃萘乙酸的影响

探究1⁃萘乙酸标准溶液体积对SERS信号的影响，具体步骤如下：向100 μL 1 mol·L⁻¹NaCl溶液中分别加入不同体积（50、100、150、200、250 μL）的浓度为40 mg·L⁻¹ 1⁃萘乙酸标准溶液，再加入 450 μL AgNPs 溶液，待其反应 10 min 并经超纯水定容至 1 mL 后，进行SERS检测，结果如图 2（e）所示。研究发现，SERS强度随标准溶液体积的增加先升后降，且在150 μL时出现峰值，故选定150 μL作为1⁃萘乙酸的最佳加入体积。

2.3.5 混合时间的影响

按照步骤2.3.1~2.3.4确定的最佳实验条件，考察混合时间对SERS强度的影响。由实验数据可知，体系在混合初期信号不稳定，10 min后趋于稳定，结果如图 2（f）所示。银纳米粒子能够有效增强1⁃萘乙酸的拉曼散射信号，主要是由于两者之间有一恰当空间距离，混合初期，聚沉的银纳米粒子和1⁃萘乙酸体系未达到平衡，两者处于吸附和脱吸附的进程之中，拉曼信号极不稳定，10 min后，银纳米粒子对1⁃萘乙酸分子的吸附达到稳定，进而产生稳定的SERS信号。因此，本实验最终选择12 min作为混合时间。

图2 (a)1⁃萘乙酸的SERS谱图，(b)~(f)分别为混合顺序、AgNPs溶液用量、NaCl溶液用量、1⁃萘乙酸溶液用量、混合时间对SERS强度的影响

3.3 1⁃萘乙酸的SERS测定

3.3.1 标准曲线和精密度实验

配制不同浓度的1⁃萘乙酸标准溶液，依照最佳条件，分别测定其SERS强度，绘制标准 曲线，如图 3所示。1⁃萘乙酸标准溶液 SERS强度在浓度为 1.0～2.0 mg·L⁻¹范围内呈线性 关系，I SERS=69 725.669 85C-33 753.636 4，R2 =0.969 51。为验证方法的稳定性，进行精密度实验。取浓度分别为 1.2、1.5、1.8 mg·L⁻¹的对照品溶液，平行测定 11 次，得到 RSD 在1.5%范围之内，说明体系的稳定性较好。

图3 1⁃萘乙酸的标准曲线

3.3.2 番茄样品的分析

将X1至X4号番茄分别榨汁并过滤，所得滤液收集于100 mL烧杯中。随后，准确移取10 mL番茄汁，经过5 min离心及5 min静置后，取上清液作为待测样品溶液。SERS体系的制备按以下比例进行：依次加入 100 μL浓度为 1 mol·L⁻¹的 NaCl溶液、150 μL上述样品溶液以及450 μL AgNPs溶液，混合均匀后以超纯水定容至总体积1 mL。该体系在室温静置 12 min，以确保反应充分，随后进行 SERS检测，样品 X2检出 0.008 8 mg·kg⁻¹ ，其余样品均未检出。

3、研究结论

本研究成功建立了一种基于SERS的快速检测方法，用于测定番茄中1⁃萘乙酸的残留量。通过系统优化混合顺序、银纳米粒子与NaCl用量、待测物溶液体积及混合时间等关键

实验参数，确定了最佳检测条件。在优化体系下，该方法在1.0～2.0 mg·L⁻¹浓度范围内呈

现良好线性关系，并表现出较高的精密度与准确度。该方法为农产品中1⁃萘乙酸残留的现场筛查与实时监测提供了新的技术途径，在农产品质量安全控制中具有良好的应用前景。未来，可进一步拓展该方法，将其用于多种植物生长调节剂的同时检测，并推动其在便携式拉曼设备上的实际应用。