JHM：用于可视化检测农作物中农药残留的多功能表面增强拉曼散射成像技术

近年来，由于农业实践中大量使用农药，确保食品安全已成为一个重要的问题。而传统的分析技术难以实现对低浓度混合农药的准确测量。因此，对于水果和蔬菜中农药的检测，迫切需要一种超高灵敏度、非破坏性、直观、通用且便携的检测方法。表面增强拉曼散射技术具有超高的灵敏度以及能够提供高保真光谱数据的能力，已成为一种极具前景的分析仪器，但该项技术在果蔬分析中的应用范围受到了限制。

基于此，哈尔滨医科大学李洋教授团队开发了一种可喷洒的多功能均匀分散的表面增强拉曼散射（SERS）基底，利用SERS成像策略在不同背景上获取各种农药残留的高质量信号，探索了SERS在农药残留检测中的潜力,该成果发表在高水平期刊Journal of Hazardous Materials上。

图1 利用表面增强拉曼光谱（SERS）监测果皮农药残留的示意图。

如图A所示，向0.35 mol/l且以1650转/分的速度搅拌8分钟的硼氢化钠中加入0.0389 mol/l的硝酸银溶液，继续离心分离得到银纳米颗粒。再依此加入氯化钙溶液和甲醇溶液，获得底物Ag@BOCMNPs。当加入钙离子时，银纳米粒子靠得更近，有助于形成“热点”，如图B所示。这些“热点”显著增强了农药分子的拉曼信号。图C的拉曼信号和图D的拉曼成像表明增强基底对农药检测具有显著的增强效果。

图2 农药施用方法普适性验证及分布特性分析。

图2A展示了SERS的检测示意图，且通过SERS技术，该团队在苹果皮上获取了多种残留农药，各种农药的特征峰清晰可见，如图2B所示。通过测量不同时间段的20组任意拉曼增强光谱，该团队发现SERS光谱中784 cm⁻¹ 处特征拉曼位移强度的相对标准偏差非常小，具有良好的重现性。结果表明，该技术能够高灵敏度地轻松测定苹果中农药的最大残留量。接下来，该团队对其他水果和蔬菜果皮进行了噻苯咪唑和福美双的检测，其检测结果如图2C和图2D所示。以上实验证明了Ag@BOCMNPs适用于检测各种水果和蔬菜皮上的农药，具有普适性。表面增强拉曼散射（SERS）成像技术结合了拉曼光谱与数字成像技术，通过将每个像素点对应的拉曼光谱信息转化为可视化图像（如图2E所示），实现了农药分布的直观呈现。对这些图像进行VCA（图2F）和ED（图2G）分析，分析结果表明VCA能够有效从复杂背景中提取目标农药的光谱特征，消除干扰信号，准确反映农药在果皮上的真实分布情况。通过颜色梯度（红色表示高相似度，蓝色表示低相似度）直观呈现农药分布。相比之下，ED仅能通过比对标准光谱确认农药是否存在，无法量化分布信息。因此，VCA在单种农药分布分析中具有更高的准确性和适用性。

总之，本研究中提出的新型Ag@BOCMNPs增强基底在通过表面增强拉曼散射（SERS）技术检测农作物中的农药方面表现出了巨大的潜力。这种可喷洒的多功能增强基地能够对多种水果和蔬菜中的农药进行单一或混合检测，即可用于定量分析，也可用于定性分析，展示了该项技术的适用性、稳定性、多功能性及高灵敏度。同时，该团队首次利用SERS成像技术，获得了清晰直观的图像。检测结果的可视化表明，SERS技术在农药检测应用方面取得了重大的进展。此外，该团队还进一步开展了农药向农作物内部渗透的检测和可视化探索。总体而言，Ag@BOCMNPs增强基底和SERS成像的成功实施为农业领域农药监测和食品质量控制的改进开辟了新的可能性。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138020