苹果农药残留的激光检测
时间：2021-02-06 08:01:12 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：利用微型激光器诱导荧光探测技术，对喷洒不同浓度农药的苹果进行了光谱采集，建立了多种浓度农药的荧光光谱数据。发现对应超过国家农药残留标准的荧光光谱的次峰与未超标准的光谱之间存在较大差异，表明利用光谱技术无损检测苹果表面农药残留的可行性。同时，通过对不同浓度农药残留对应光谱的数据分析，拟合出果实表面农药残留度的判定的经验公式。
关键词：反射光谱 无损检测 苹果 农药残留
中图分类号：O657.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0116-02
农药残留是农药使用后残存在生物体、食品（农副产品）和环境中的农药原体、有毒代谢物、降解物和杂质的总称。农药残留具有一定的毒性，是一种重要的化学危害，对人类健康构成直接或潜在的威胁。农药残留的检测和监控技术研究已成为我国进出口贸易和国民经济可持续发展的一个重要保证[1]，虽然对水果农药残留的检测已经有了许多成熟可行的方法，但这些方法大都存在着耗时长、速度慢、检测费用高的问题，而且是破坏性的检测[2-3]。文章以常见农药为研究对象，采用激光诱导荧光光谱开展对苹果实表面农药残留度的无损检测探究性研究，用微型激光照射苹果表面，采集其漫反射光谱，并通过光谱分析软件对光谱进行分析处理，给出苹果表面农药残留度的判定的理论依据。
1 测量原理及方法
当光源照到果实上，部分的光被表面反射，部分颜色的光进入果实内部，而进入果实内部的光一部分会被果实吸收，另一部分则被反射回表面，被果实吸收的光有一部分可能转变成另一种形式的射线，类似荧光等。所谓激光诱导荧光，即介质受到激光激发后，先由基态跃迁到激发态，然后处于激发态上的分子通过弛豫再下降到基态的过程中，以光量子的形式释放出它所吸收的能量，这就是荧光。
根据国家农药残留标准0.5 mg/kg，设置残留标准上下浓度中不同的浓度梯度，通过对比测量出符合农药残留標准以及高于农药残留标准的光谱图，并进行分析和数据处理，给出水果表面农药残留度的判定。
2 实验与结果
2.1 实验系统
实验系统（如图1），系统主要由激光光源、光纤探头、载物台、光谱仪、计算机几部分组成。该检测系统采用微型激光器作为荧光激发光源，波长为532 nm，与其他激发光源相比，具有体积小、能耗低的特点。荧光信号的采集通过耦合式光纤探头实现激发光入射光纤与荧光接收光纤分布在同一个光纤探头中，在样品和探头之间加入黑色塑胶环，使得探头与不同果实表面保持相同的检测距离和角度，同时对局部探测表面起到密封作用，减小周围光线对探测光谱的影响。系统中采用美国Ocean Optics公司生产的HR-4000系列高分辨率微型光纤光谱仪，通过串行接口与计算机相连接，配合光谱分析软件Spectra-Suite构成完整的光谱分析系统。
2.2 样品准备及测量步骤
（1）从超市购买一批苹果，挑出没有损伤和缺陷，成熟度相同，表面的粗糙程度、大小和形状尽量一致的共40个苹果，作为实验用样品，并事先用无毒去农药洗剂洗净，用吸水纸擦干，放置通风处静置两个小时，自然风干。
（2）用自来水将可溶性多菌灵（剂型为粉末，含量为25%），按照体积比配制成不同浓度的农药溶液待用。将配制好的农药溶液均匀地喷施在苹果表面。
（3）在实验室条件下风干12 h后，连接好实验仪器，关掉实验室日光灯，拉上遮光窗帘，避免其他光源对实验的影响。打开Spectra-Suite软件。用反射探头照射观察并收集反射光谱。用反射探头照射水果时，选取水果半径最大的赤道处。采集数据测定苹果表面的农药残留。
2.3 实验结果及分析
采用405 nm紫光和532 nm绿光微型激光器，照射无农药苹果和喷洒过农药的苹果表面，观察记录其漫反射谱的变化情况，发现以紫光照射的漫反射光谱基本无变化；而绿光照射苹果时，其漫反射谱中呈现主峰和次峰，且次峰的峰值波长和对应光强随喷洒的农药浓度的变化而呈现明显变化（见图2），故后续实验采用绿光微型激光器作为激光光源。绿光波长为532 nm，属于可见光范围，而反射出来的光波长在810 nm左右，属于远红外光范围。
其次，取相同品种的3个苹果作为检测样品，研究人员发现同一农药浓度下水果的光谱图形几乎重合，由于同种水果的表皮物质结构、组成相同，而且颜色大都相同，粗糙程度一般一致，所以用同一光源照射同一品种的水果表皮，其主峰和次峰光谱图像几乎相同，吸收和反射光的情况可视为一致，可以认为同一浓度下水果的光谱图是一样的。取绿光照射各农药浓度光谱出现频率最集中的数据记录（见表1）并用orign软件绘制曲线（见图2）。
图3表明，低于国家农药残留标准0.5 mg/kg时，随农药浓度的变化，漫反射谱次峰处的光强随之变化；值得注意的是，在国家农药残留标准0.5 mg/kg处，变化曲线变化较为平缓；一旦超过国家农药残留标准0.5 mg/kg时，则峰值处光强随农药浓度变化的斜率增大，其拟合曲线公式为：
ya.u.）
式中x为多菌灵的浓度，y为峰值波长所对应的相对光强。
图4表明，当苹果表面的农残低于国家农药残留标准0.5 mg/kg时，次峰处的波长随农药浓度的增加而略有蓝移，当超过农残标准时，其波长呈红移的趋势，其次峰对应波长z的拟合公式为：
z（nm）
3 结语
通过激光诱导获取苹果表面的漫反射光谱，分析苹果在同种农药的不同浓度浸泡下产生的不同漫反射光谱，总结光谱规律，可以制作和参考一些标准的光谱，通过比较检测光谱与标准光谱的不同之处，以及用实验拟合出的公式计算，达到判别在水果上是什么农药残留，残留的量是多少。
参考文献
[1]孙旭东，郝勇，刘燕德.表面增强拉曼光谱法检测农药残留的研究进展[J].食品安全质量检测学报，2012，3（5）：421-426.
[2]陈蕊，张骏，李晓龙.蔬菜表面农药残留可见-近红外光谱探测与分类识别研究[J].光谱学与光谱分析，2012，32（5）：1230-1233.
[3]王川，刘勇，潘可亮，等.光谱法检测农药残留量的研究进展[J].四川化工，2010，13（6）：13-16.
