SERS detection of pesticides using screen-printed electrodes

Význam tématu

Rychlá a citlivá detekce pesticidů představuje zásadní krok v ochraně životního prostředí a zajištění bezpečnosti potravin. Konvenční metody často vyžadují složité předúpravy, dlouhou dobu analýzy nebo drahé přístroje. Využití elektrochemického zesílení Ramanova signálu (EC-SERS) na jednoduchých, přenosných platformách nabízí praktické řešení pro on-site kontroly v zemědělství, potravinářském průmyslu a environmentálním monitoringu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem příspěvku bylo vyvinout a ověřit metodiku EC-SERS pro detekci dvou běžných pesticidů – thiramu a imidaclopridu – s využitím zlacených screen-printed elektrod (SPE) jako SERS substrátů. Klíčovým prvkem je prekoncentrační krok při odpařování vzorku na SPE a následná elektrochemická aktivace pro tvorbu nanostruktur, které významně zesilují Ramanův signál. Studie klade důraz na jednoduchost manipulace, rychlost analýzy a dosažení detekčních limitů pod maximálními reziduálními limity stanovenými EU.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinuje tři hlavní kroky:

• Prekoncentrace vzorku: nanesení 60 µl vzorku na SPE, zahřátí na 34 °C a odpaření na 25 µl během 15 min za současného zvýšení koncentrace HCl z 0,1 mol/L na 0,24 mol/L.
• Elektrochemická aktivace: potenciálový sken od +0,70 V do +1,40 V a zpět na −0,20 V (0,05 V/s) v prostředí se vzorkem a 0,24 mol/L HCl, během něhož vznikají zlaté nanostruktury zesilující Ramanův signál.
• SERS měření: kontinuální záznam Ramanových spekter s excitací 785 nm laserem a detekcí charakteristických pásů pesticidů.

Použitá instrumentace

• SPELEC RAMAN přístroj s 785 nm laserem
• Ramanová sonda RAMANPROBE
• Spektroelectrochemická buňka pro SPE (RAMANCELL)
• Zlaté screen-printed elektrody 220BT
• DropView SPELEC software pro synchronizaci optických a elektrochemických dat

Hlavní výsledky a diskuse

Thiram byl detekován na pásu 1380 cm⁻¹ s limitem detekce 12 µg/L, přičemž s polynomiálním odebíráním pozadí byla prokázána schopnost měření až při 2,4 µg/L. Imidacloprid vykázal nejintenzivnější pás při 1107 cm⁻¹ s limitem detekce 25 µg/L. Analýza thiramu ve vodě z vodovodu prokázala spolehlivou detekci na 3 µg/L a 20 µg/L, zatímco koncentrace 1 µg/L byla pod hranicí citlivosti metody. Naměřené detekční limity jsou výrazně pod úrovní maximálních reziduí stanovených EU (0,1 mg/L pro thiram, 0,05–10 mg/L pro imidacloprid).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda EC-SERS nabízí:

• Rychlou a jednoduchou přípravu vzorku bez složitých předúprav.
• Vysokou citlivost v rozsahu jednotek až desítek µg/L.
• Přenosnost díky použití screen-printed elektrod a kompaktního Raman přístroje.
• Možnost on-site měření v polních podmínkách nebo v provozních laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj může zahrnovat:

• Rozšíření metodiky na širší spektrum pesticidů a organických znečišťujících látek.
• Integraci microfluidických systémů pro automatizovanou přípravu a kontinuální monitoring.
• Pokročilou datovou analýzu a strojové učení pro zlepšení selektivity a kvantifikace.
• Využití v oblasti bezpečnosti potravin, environmentálního monitoringu a průmyslové QA/QC.

Závěr

Studie demonstrovala, že elektrochemicky aktivované zlaté SPE v kombinaci s Ramanovou spektroskopií umožňuje rychlou a citlivou detekci thiramu a imidaclopridu v nízkých µg/L koncentracích. Přidaná hodnota prekoncentračního kroku a přenositelnost platformy otevírají nové možnosti pro on-site aplikace v environmentální a potravinářské analytice.

Reference

• European Commission. EU Pesticides Database. Accessed 2025-06-26.