蜜蜂在授粉作物中起至关重要的作用。随着蜜蜂死亡率的增加，学者们正研究使用光谱技术监测潜在有害杀虫剂的浓度水平。吡虫啉是与蜜蜂死亡有关的杀虫剂之一，本文分析了表面增强拉曼光谱（SERS）测量吡虫啉的痕量水平的有效性。
背 景
蜜蜂是全球生态系统的重要组成部分，每年为欧盟和美国的农业经济贡献近250亿美元的价值。美国许多种植者依靠租用的蜂箱种植。美国EPA认为，吡虫啉是商业蜜蜂群的主要“杀手”。吡虫啉广泛用于农业，草皮管理和家庭保护应用中的害虫控制。根据美国EPA研究，吡虫啉痕量浓度大于25ppb可能对蜜蜂有害。
新烟碱类分子吡虫啉的球形模型
SERS技术和痕量农药检测
在SERS中，分析物会在分析前吸附在三维金表面上，从而产生等离子体共振效应，提高拉曼信号强度。来自海洋光学的SERS芯片将非常微弱的拉曼信号放大了多个数量级，从而能够检测到痕量水平的样品（如杀菌剂和农药）。
凭借先前使用SERS来测定低浓度其他杀虫剂的成功经验，我们预想对吡虫啉会具有相似的结果。
实 验 条 件
使用QEPro-Raman光谱仪，配置了包括拉曼激光器，拉曼探针和样品支架，使用785nm作为拉曼激发波长进行测量。我们分别在1000ppm，100ppm，10ppm，和1ppm的丙酮中加入吡虫啉，每个添加10µL，并让基底完全干燥。对于溶液的制备，丙酮是比水更好的选择。
实 验 结 果
测试时的激光功率设置为15mW，积分时间设置为3s（图1）。金基底对吡虫啉浓度>4pg的效果最佳，这主要是因为金基底具有更强的背景信号，因此较低的浓度测量具有挑战性。
图1. SERS 基板显著增加拉曼信号强度
我们测得的最低吡虫啉浓度为4pg，转换为0.4ppb。这完全在美国EPA报告的对蜜蜂种群有害的25ppb浓度范围内。
本实验通过计算分析物的体积、浓度、SERS 基板的面积和激光光斑的大小提供更准确的分析。光斑大小从25μm到 158μm。同样，我们假设沉积和干燥后分析物的覆盖范围均匀。 总 结拉曼光谱是一种可实现快速，无损分析的技术，SERS基底具有高灵敏度，可检测痕量样品（如杀虫剂）。海洋光学模块化拉曼光谱仪和SERS基底已经证明对包括福美双，马拉硫磷，亚胺硫磷，毒死蜱和三硫磷在内的农药具有良好的测量结果。正如我们的测试所示，SERS基底是痕量水平检测的可行选择。而且，与市场上许多现有的SERS产品不同，Ocean Insight SERS基板易于使用，价格合理并且可大量生产，具有很高的可重复性，可以在实验室或现场进行常规部署。