基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法及系统技术方案

本申请公开了基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法及系统，其中方法步骤包括：制备金银八面体空心笼；利用制备的以所述金银八面体空心笼为基底的传感器与农药标准溶液混合，获取SERS光谱数据；基于所述定量模型，完成茶叶中福美双和吡蚜酮的检测。本申请借助八面体氧化亚铜模板，通过二次还原金、银离子以及酸溶解去除模板制备了Au

【技术实现步骤摘要】
基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法及系统


[0001]本申请涉及农药残留检测
，具体涉及基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法及系统。

技术介绍

[0002]茶叶中含有多种无机矿物质和有机化合物如咖啡碱、单宁、茶多酚、蛋白质、碳水化合物和多种维生素等，具有提神清心，清热解暑，消食化痰等药理功效。然而，在茶叶生产种植过程中会造成杀虫剂、杀菌剂等农药在茶叶表面及内部积累，消费者长期饮用含有农药的茶叶会引发各种器官慢性疾病，危害人体健康。因此，加强对茶叶中农药残留的检测与监控是保证茶产业质量安全、保障消费者身体健康的重要防线。在茶叶常见的农残中，福美双(四甲基秋兰姆二硫化物)和吡蚜酮对人体健康危害较严重，前者可能导致呼吸困难、抽搐和胎儿畸形等，后者已被归类为潜在的致癌物。为了保障消费者身体，世界各国已对茶叶中农药残留规定了最大残留限量标准。欧盟严格规定茶叶中福美双和吡蚜酮的最大残留限量分别为0.2mg/kg和0.1mg/kg。茶叶农残的常规检测技术主要包括气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱
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质谱联用法与高效液相色谱
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质谱联用法等。这些方法检测精度高、结果准确但存在以下劣势：(1)样品前处理步骤复杂且检测过程繁琐；(2)成本高、仪器设备昂贵，分析时间长；(3)需要专业操作人员才能完成分析检测。因此，迫切地需要一种快速、简便、准确的茶叶中农药残留检测方法。
[0003]申请内容
[0004]为解决上述背景中的技术问题，本申请结合深度学习模型的茶叶中农药残留快速检测方法研究，制备八面体空心结构的金银笼基底，成功制备了高性能高灵敏SERS传感器，实现对茶叶中福美双和吡蚜酮的快速现场化检测。
[0005]为实现上述目的，本申请提供了基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法，步骤包括：
[0006]S1.制备金银八面体空心笼，步骤包括：利用氧化亚铜作为八面体模板，在所述八面体模板表面还原银；然后添加低浓度酸溶解氧化亚铜得到银八面体空心笼，通过在所述银八面体空心笼表面还原金得到所述金银八面体空心笼传感器；
[0007]S2.利用制备的以所述金银八面体空心笼为基底的传感器与农药标准溶液混合获取SERS光谱数据，步骤包括：使用python第三方智能库的BaselineRemoval基线减法和Savitzky
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Golay smoothing平滑算法处理采集的所述SERS光谱数据，去除背景干扰和荧光噪声，然后基于Keras框架搭建一维卷积神经网络，建立定量模型；
[0008]S3.基于所述定量模型，完成茶叶中福美双和吡蚜酮的检测，步骤包括：使用所制备的所述金银八面体空心笼传感器将按国标法预处理的茶叶样本采集SERS数据，数据经基线减法和平滑预处理后输入到所述定量模型中，获取预测结果并计算加标回收率。
[0009]优选的，所述金银八面体空心笼的制备方法包括以下步骤：
[0010]步骤一、制备氧化亚铜八面体：使用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，二水合氯化铜作
为铜源，加入氢氧化钠使得液体环境为碱性，得到氢氧化铜沉淀；加入抗坏血酸作为还原剂得到氧化亚铜；使用纯净水洗涤三次离心干燥获取氧化亚铜粉末；
[0011]步骤二、基于所述氧化亚铜八面体，制备银八面体空心笼：使用所述氧化亚铜八面体为模板，添加柠檬酸钠，硼氢化钠以及硝酸银，在柠檬酸钠和硼氢化钠的交联作用和还原功能下，银层生长在氧化亚铜表面得到银氧化亚铜八面体；向所述银氧化亚铜八面体溶液中添加1％的乙酸溶液，继续搅拌两小时后洗涤离心得到所述银八面体空心笼；
[0012]步骤三、基于所述银八面体空心笼，制备所述金银八面体空心笼：添加柠檬酸钠和硼氢化钠作为稳定剂和还原剂，加入四氯金酸使金在银笼表面还原生长；使用乙醇水溶液多次洗涤、浓缩后获取所述金银八面体空心笼。
[0013]优选的，在所述步骤一中加入4.5g聚乙烯吡咯烷酮作为反应的稳定剂，添加的二水合氯化铜：氢氧化钠：聚乙烯吡咯烷酮的体积比为10：1：1；混合溶液老化3小时后，用乙醇水溶液洗涤3
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5次后经冷冻干燥4
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7h后得到红色氧化亚铜粉末；
[0014]所述二水合氯化铜的溶液浓度为0.01mol/L；
[0015]所述氢氧化钠的溶液浓度为2mol/L；
[0016]所述聚乙烯吡咯烷酮的溶液浓度为0.5
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0.7mol/L。
[0017]优选的，在所述步骤二中，取4.29mg氧化亚铜溶于乙醇溶液，添加C6H5Na3O7：NaBH4：AgNO3的体积比为1.2mL：1mL：1mL，还原时间为1
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1.5h，快速加入1.2mL、1％乙酸溶液，加入时间为2
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5s，室温下转速为600
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800rpm搅拌2
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3h，溶解内部氧化亚铜模板；
[0018]所述C6H5Na3O7的溶液浓度为30mmol/L；
[0019]所述NaBH4的溶液浓度为100mmol/L；
[0020]所述AgNO3的溶液浓度为10mmol/L。
[0021]优选的，所述步骤三中，添加C6H5Na3O7：NaBH4：HAuCl4的溶液的体积比为1.2mL：100μL：0.35mL，还原温度为28
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35℃，还原时间为30min，离心浓缩后在5
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10mL乙醇、4℃低温环境中存储备用；
[0022]所述C6H5Na3O7的溶液浓度为30mmol/L；
[0023]所述NaBH4的溶液浓度为100mmol/L；
[0024]所述HAuCl4的溶液浓度为5mmol/L；
[0025]所述的离心浓缩为原溶液的10
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20倍。
[0026]优选的，所述S2中，BaselineRemoval基线减法的最大迭代次数为15
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20，通过迭代更新拟合基线和原始光谱之间的平方和误差的权重值；Savitzky
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Golay smoothing平滑算法的窗口长度为7
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11，拟合次数为5
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7。
[0027]优选的，所述S2中，建立的所述定量模型的结构为4
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8层一维卷积层、2
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4层最大池化层、2
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4层扁平层以及1层全连接层；所述的一维卷积层参数维度为16
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64，卷积核为3；池化层池化的核大小为3
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5，扁平层将多维数据碾压扁平一维化过渡，全连接层输出1个特征。
[0028]优选的，所述S3中，福美双溶液和吡蚜酮溶液与所述金银八面体空心笼溶液的体积比为4μL：5μL，反应时间为5
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10min，所述福美双和所述吡蚜酮的标准溶液的浓度范围为0.01μg/mL
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备金银八面体空心笼，步骤包括：利用氧化亚铜作为八面体模板，在所述八面体模板表面还原银；然后添加低浓度酸溶解氧化亚铜得到银八面体空心笼，通过在所述银八面体空心笼表面还原金得到所述金银八面体空心笼传感器；S2.利用制备的以所述金银八面体空心笼为基底的传感器与农药标准溶液混合，获取SERS光谱数据，步骤包括：使用python第三方智能库的BaselineRemoval基线减法和Savitzky
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Golay smoothing平滑算法处理采集的所述SERS光谱数据，去除背景干扰和荧光噪声；基于处理后的所述SERS光谱数据，利用Keras框架搭建一维卷积神经网络，建立定量模型；S3.基于所述定量模型，完成茶叶中福美双和吡蚜酮的检测，步骤包括：使用所制备的所述金银八面体空心笼传感器将按国标法预处理的茶叶样本采集SERS数据，数据经基线减法和平滑预处理后输入到所述定量模型中，获取预测结果并计算加标回收率。2.根据权利要求1所述的基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法，其特征在于，所述金银八面体空心笼的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备氧化亚铜八面体：使用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，二水合氯化铜作为铜源，加入氢氧化钠使得液体环境为碱性，得到氢氧化铜沉淀；加入抗坏血酸作为还原剂得到氧化亚铜；使用纯净水洗涤三次离心干燥获取氧化亚铜粉末；步骤二、基于所述氧化亚铜八面体，制备银八面体空心笼：使用所述氧化亚铜八面体为模板，添加柠檬酸钠，硼氢化钠以及硝酸银，在柠檬酸钠和硼氢化钠的交联作用和还原功能下，银层生长在氧化亚铜表面得到银氧化亚铜八面体；向所述银氧化亚铜八面体溶液中添加1％的乙酸溶液，继续搅拌两小时后洗涤离心得到所述银八面体空心笼；步骤三、基于所述银八面体空心笼，制备所述金银八面体空心笼：添加柠檬酸钠和硼氢化钠作为稳定剂和还原剂，加入四氯金酸使金在银笼表面还原生长；使用乙醇水溶液多次洗涤、浓缩后获取所述金银八面体空心笼。3.根据权利要求2所述的基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法，其特征在于，在所述步骤一中加入4.5g聚乙烯吡咯烷酮作为反应的稳定剂，添加的二水合氯化铜：氢氧化钠：聚乙烯吡咯烷酮的体积比为10：1：1；混合溶液老化3小时后，用乙醇水溶液洗涤3
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5次后经冷冻干燥4
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7h后得到红色氧化亚铜粉末；所述二水合氯化铜的溶液浓度为0.01mol/L；所述氢氧化钠的溶液浓度为2mol/L；所述聚乙烯吡咯烷酮的溶液浓度为0.5
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0.7mol/L。4.根据权利要求2所述的基于SERS传感器的茶叶中农药残留的检测方法，其特征在于，在所述步骤二中，取4.29mg氧化亚铜溶于乙醇溶液，添加C6H5Na3O7：NaBH4：AgNO3的体积比为1.2mL：1mL：1mL，还原时间为1
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1.5h，加入1.2mL、1％乙酸溶液，加入时间为2
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5s，室温下转速为600
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800rpm搅拌2
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3h，溶解内部氧化亚铜模板；所述C6H5Na3O7的溶液浓度为30mmol/L；所述NaBH4的溶液浓度为100mmol...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欢欢，骆小凤，唐喆，陈全胜，耿文慧，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：