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English| 發(fā)布日期：2023-07-28 |
全球范圍內(nèi)，約60%以上的人口是以大米為主食，但大米在種植過程中易受到各種各樣害蟲和疾病的影響，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。為提高作物產(chǎn)量，農(nóng)藥在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著不可替代的作用。然而，伴隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)藥的濫用現(xiàn)象越來越多，造成的農(nóng)藥殘留超標問題日益嚴重，對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的危害。世界各國相繼出臺了農(nóng)殘限量標準，我國在國家標準GB2763-2019和行業(yè)標準NY/T419-2014規(guī)定了稻米中毒死蜱、多菌靈和禾草丹的最大殘留限量分別為0.1 mg/L、2mg/L和0.2mg/L。本文以毒死蜱、多菌靈和禾草丹農(nóng)藥為研究對象，開展基于SERS 技術(shù)的大米中農(nóng)藥快速判別研究，測試原理如圖4.1。
本研究利用上海如海光電RFS1000便攜式拉曼光譜儀進行毒死蜱、多菌靈和禾草丹SERS光譜采集（每組農(nóng)藥各60個），3種農(nóng)藥測試結(jié)果如圖4.2所示（每個農(nóng)藥隨機選擇了超標和未超標兩類代表性的SERS光譜）。由圖可知，每種農(nóng)藥的超標樣本和未超標樣本SERS光譜存在重疊、相似峰以及基線漂移等現(xiàn)象，在大多數(shù)情況下無法直接通過肉眼直接判斷農(nóng)藥含量是否超標，因此有必要在收集大量樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過模式識別算法來實現(xiàn)基于SERS技術(shù)的大米中農(nóng)藥快速判別目的。
本研究利用LDA、KNN和PLSDA模型對超標和未超標的毒死蜱、多菌靈和禾草丹農(nóng)藥樣本進行定性判別，各個模型由于不同的運算原理對所收集的所有光譜產(chǎn)生了不同的預(yù)測結(jié)果，表4.1統(tǒng)計了三種模型的判別結(jié)果，結(jié)果顯示，LDA和KNN定性模型均能對毒死蜱和多菌靈農(nóng)藥樣本實現(xiàn)100%的識別率。KNN算法是基于最近樣本所屬類別而進行分類的，對每個待分類的樣本都要計算它到全部點的距離，因此計算復(fù)雜度高，LDA算法是以標簽，類別衡量差異性的有監(jiān)督降維方式，其目的更明確，更能反映樣本間的差異。因此，本研究選擇LDA算法作為毒死蜱和多菌靈農(nóng)藥樣本的定性模型。禾草丹農(nóng)藥樣本的分類結(jié)果可知PLSDA模型的預(yù)測集識別率結(jié)果明顯好于另外兩種模型結(jié)果，預(yù)測集識別率達到96.54%。因此，本研究選擇PLSDA定性模型作為禾草丹農(nóng)藥樣本的分類模型。
本研究利用構(gòu)建的判別模型對實際大米樣本中三種農(nóng)藥是否超標進行定性判別。將超標（100、10 μg/mL）和未超標（0.01 μg/mL）毒死蜱農(nóng)藥、超標（100、10 μg/mL）和未超標（1μg/mL）多菌靈農(nóng)藥、超標（100、10 μg/mL）和未超標（0.1μg/mL）禾草丹農(nóng)藥加入到大米樣本中，分別用SERS和HPLC法進行檢測。標簽“1”代表超標樣品，“2”代表未超標樣品，將判別模型的預(yù)測結(jié)果與 HPLC測量結(jié)果對比，確定預(yù)測的準確性。最終判別結(jié)果如表4.2所示，模型預(yù)測標簽結(jié)果與HPLC結(jié)果相同，結(jié)果表明本章建立的定性模型對大米中毒死蜱、多菌靈和禾草丹農(nóng)藥正確判別率均達到100%，本研究建立的分類識別模型在實際大米樣品農(nóng)藥檢測中具有較高的預(yù)測準確性。
[1]江瀾. 基于表面增強拉曼光譜技術(shù)的大米中農(nóng)藥殘留快速檢測方法研究[D]. 江蘇大學, 2021.
便攜式拉曼光譜儀IRS1000是一款具備專業(yè)水平的制冷型便攜式拉曼光譜檢測系統(tǒng)。主要包括：核心器部件（785nm穩(wěn)光譜激光器、785nm 拉曼探頭和基于C-T架構(gòu)的光纖光譜數(shù)據(jù)采集模塊）、操作控制系統(tǒng)（具備WIFI、USB等通訊功能）、拉曼光譜采集分析軟件和以及多樣化的采集部件。
該產(chǎn)品是專為拉曼現(xiàn)場快速檢測、鑒定而設(shè)計。配合專業(yè)拉曼分析軟件，通過不同附件裝置，能快速對各類原材料進行有效篩選。便攜式拉曼光譜儀廣泛應(yīng)用于食品安全、國防安全、珠寶鑒定、醫(yī)藥等需對原材料快速篩選、現(xiàn)場快速檢測及物質(zhì)分析鑒定等行業(yè)。
◆ 高穩(wěn)定性，光譜響應(yīng)穩(wěn)定性<2%@2hrs；
◆ 高分辨率，分辨率最佳可達4cm-1；
◆ 配置功能強大的Uspectral Plus和智檢E+兩款光譜儀分析軟件，具備豐富的數(shù)據(jù)處理能力；
◆ 內(nèi)置現(xiàn)場打印報告功能，現(xiàn)場查驗，攜帶方便；
◆ 配置大屏顯示，可顯示操作步驟，方便外出使用；
◆ 可適配光譜范圍在200cm-1～3000cm-1。
