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基于纳米材料构建新型光/电化学传感器用于检测食品中重金属离子及农药残留的研究认领

被引量： 6

作者：

徐小云

学位授予单位：

齐鲁工业大学

摘要：

近年来我国食品行业快速发展,随之而来的食品安全问题也逐渐凸显出来。与传统检测方法相比,光/电化学传感器由于其具有小型化、操作简单、灵敏度高和响应速度快等优点,在食品安全检测领域展示出了巨大的应用前景。同时,具有优良、独特性能的纳米材料在生物医学、机械工业、传感等领域发挥了重要作用。纳米材料与光/电化学传感器之间的结合,赋予了传感器更优异的检测性能。本论文从传感材料的开发和信号传导策略的构建两个角度出发,选取重金属离子和农药为检测对象,以建立高灵敏光/电化学传感器为研究目标。具体研究内容以及结果如下:1.基于糠醛/还原氧化石墨烯纳米复合材料的新型电化学传感器的构建及其对重金属离子的检测通过一步式高压辅助水热法,成功合成了糠醛/还原氧化石墨烯(FF/RGO)纳米复合材料。该合成方法具有绿色、便捷以及高效等特点。RGO不仅可以作为糠醛负载的骨架,同时也能提高复合材料的电导率。基于亲水基团(-COOH、-OH和-CHO)与金属阳离子之间的相互作用,具有大比表面积和丰富含氧官能团的FF/RGO可以为重金属离子的吸附提供更多的结合位点。在最佳条件下,所开发的传感器对四种重金属离子(Cd2+、Pb2+、Cu2+和Hg2+)的单独和同时检测都表现出了良好的电化学响应。对四种重金属离子同时检测的检测限分别为2ng/m L、12 ng/m L、3 ng/m L和20 ng/m L。此外,该方法成功用于卷心菜和河水样品中重金属离子的检测,回收率为93.3%-106.0%,结果与原子吸收光谱法具有良好的一致性。2.基于聚噻吩衍生物薄膜的新型光电化学传感器的构建及其对毒死蜱的检测首先合成了功能单体2,5-二噻吩-2-基噻唑并[5,4-d]噻唑(S2TTz),然后通过电化学聚合法在玻碳电极表面制备了具有优异光电化学性能的聚噻吩衍生物薄膜(PS2TTz)。利用扫描电镜、核磁共振氢谱和紫外可见光谱等对合成薄膜的形貌和结构进行了表征分析,并研究了电聚合参数(扫描速率、扫描圈数)和光电化学反应中的施加电位对聚合物光电性能的影响。针对该传感器光电流会随着毒死蜱的加入而逐渐降低的现象,利用X射线光电子能谱和电化学阻抗谱对传感过程的可能机理进行了探讨,发现毒死蜱与PS2TTz之间的相互作用会对电极表面的电子转移产生阻碍作用。基于此,开发了一种用于毒死蜱检测的信号减弱型光电化学传感平台。在最佳条件下,该方法对毒死蜱的检测范围为1μg/L-218.92μg/L,检出限为0.36μg/L。此外,在实际卷心菜样品检测中也获得了令人满意的回收率(100.33%-110.40%)。3.基于氮掺杂碳材料的光催化辅助电化学传感器的构建及其对毒死蜱的检测以淀粉、三聚氰胺、硫酸锰和硫酸镍为原料,通过直接热解法,合成了具有光催化性能的氮掺杂碳材料(M-NCM)。热解过程中镍和锰的引入对提高氮掺杂碳材料比表面积和改善形貌结构有显著作用。基于甲醇和毒死蜱对M-NCM价带上空穴(h+)的竞争捕获,借助铂纳米粒子(Pt NPs)对甲醇的电催化性能,构建了一种用于毒死蜱间接定量检测的光催化辅助电化学传感器。在最佳条件下,Pt NPs/GCE对甲醇的电化学响应电流与毒死蜱浓度成正比。在1μg/L-200μg/L的线性范围内,对毒死蜱检出限为0.62μg/L。此外,该传感器可用于蔬菜样品中毒死蜱的检测,获得了较高的回收率。

摘要译文

关键词：

电化学传感器; 光电化学传感器; 纳米材料; 重金属离子; 农药残留

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

轻工技术与工程

导师：

方奕珊

中图分类号：

TP212[发送器（变换器）、传感器⑨];TS207.5[食品污染度的测定]

学科分类号：

080402[测试计量技术及仪器];080403[科学仪器技术与工程];081101[控制理论与控制工程];081102[检测技术与自动化装置];0822[轻工技术与工程];083201[食品科学]

D O I：

10.27278/d.cnki.gsdqc.2022.000158