[发明专利]一种基于便携式差分拉曼技术快速鉴别真假农药的方法

说明书

本发明涉及一种基于便携式差分拉曼技术快速鉴别真假农药的方法，采用便携式差分拉曼系统，使用两种波长光源对样品进行检测，首先采集具有稳定微小波长差的双光源拉曼光谱仪检测到的两张市售农药拉曼光谱图数据，通过将两张拉曼光谱进行差分，并针对由于差分产生的拉曼特征信号进行特殊算法滤波，分离差分信号和基线偏差，得到消除了荧光等干扰的农药样品差分特征；最后，通过与农药标准样品谱图特征峰进行比对，可实现市售农药成分真假的鉴别。本发明采用双光源激发的差分技术，消除样品背景干扰，并通过对差分谱图进行特征滤波实现，准确提取样品更多细节拉曼特征。并针对这些差分拉曼特征建立市售农药的特征数据库和分类鉴别。由于使用了差分技术，大大提高了检测的准确性和灵敏度，实现了针对市售农药检测的便携拉曼系统，无需任何前处理过程即可完成，操作简单、检测速度快、准确度高，对农药质量安全的控制具有重大意义。

技术领域

本发明属于物质的分析检测领域，特别是产品质量安全快速检测技术领域。

背景技术

近几年,随着社会经济的迅速发展,人们对农产品的要求越来越高,为了提高农产品的产值，农业生产中经常使用高毒农药。但是农药自身具有很大的毒性,所以农药的使用不仅会给土壤带来危害，还会给人类的健康埋下安全隐患。为了降低高毒农药危害，我国政府加大了对高毒农药使用的管理力度，部分农药政府已禁止使用，但部分厂家追求利润和效果，会在农药中添加标识上未标明的高毒农药或掺杂“隐性”成分，根据现行《农药管理条例》规定，擅自加入其他农药成分将被认定为假农药。

目前，农药隐性成分的鉴定一般采用大型仪器实现，常见的有气相色谱法、液相色谱法、质谱法、红外光谱法等。这些方法虽然准确度、灵敏度较高，但检测时间长、检测成本高，需要较为复杂的前处理过程，只有专业实验技术人员可以操作，无法实现大量样本的筛查，无法满足政府监管部门对假农药的打假需求。

近年来，拉曼光谱技术在食品安全、生物医药、分子结构研究、生物化学、考古及文物鉴定、公安与法学样品分析、反恐技术等各行各业得到广泛应用，被称为“分子指纹”的拉曼光谱技术因其无损、便捷、速度快、稳定性高的优良特性，在光学快检领域受到大力推崇。但是，在拉曼光谱检测技术拥有众多优点的同时，其缺陷也暴露出来，信号弱和易受干扰可以说是目前限制拉曼技术应用的最大瓶颈。特别是在拉曼光谱应用领域不断扩展的现在，越来越多的物质或是因为条件限制无法获取高信噪比的拉曼光谱，或是因为自身强荧光掩盖了原本就很弱的拉曼信号，导致应用受限。市售农药具有很高荧光效应，常规拉曼光谱中荧光信号掩盖了农药成本的拉曼信号，因此很难对其进行成分鉴定。

位移差分拉曼光谱（SERDS），这种技术基于在两个有轻微偏移的激发波长中收集两张不同的光谱，由于分子所发射的光（荧光或磷光）只能从某一多重态中的最低态激发，因此对于激发光的微小偏移并不影响背景（样品受激发射光谱），同时，噪声与环境干扰光也同样与光源入射波长无关。而拉曼光谱作为散射光谱特征峰出现的位置与激发光源频谱位置有固定关系，当激发光频率移动时拉曼特征峰会跟着移动。根据这一原理，使用两种波长光源对样品照射时，获取的两张光谱中，受激发射光谱和噪声背景分量是一致的，而拉曼光谱部分则会存在与光源波长差对应的平移。理想情况下对两张谱图进行差分处理，所获得的差分谱中，受激发射谱和噪声背景会完全抵消，剩下的是拉曼光谱与自身平移光谱的差分图像，因此可消除物质荧光和环境光影响。但实际情况中，首先两个光源无法同时测量，因此需采用分时键控的方式，这会导致两次获取光谱中的噪声背景部分必然有差异。其次，物质的受激发射光谱与入射光源能量相关，而散射光谱能量同样遵循瑞利定理与入射光波长的四次方成反比，这导致两张原始光谱中的受激发射谱和散射谱分量都会有差异。最后，入射光的波长差对差分还原算法至关重要，便携式设备中如何控制光源台间差并设计较高容错性的还原算法也是技术可产品化的关键。而两种波长光源的输出能量差，则在计算差分谱时引入了对齐误差，也需要通过一系列优质算法消除。因此自上世纪90年代提出差分拉曼方法后，该技术一直无法形成成熟产品，特别是小型化便携式产品。