農(nóng)藥殘留和重金屬離子檢測用新型氮雜石墨烯基電化學(xué)傳感器的研究.pdf

1、發(fā)展快速、靈敏、高效、準(zhǔn)確的食品安全檢測方法是國家實(shí)施食品安全計(jì)劃的重要技術(shù)支撐，對于實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和保障人民健康具有重要意義。電化學(xué)傳感器因其成本低廉、儀器操作簡單、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為了食品安全監(jiān)測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中，發(fā)展新型的功能納米材料，構(gòu)建性能優(yōu)異的電化學(xué)傳感功能界面是開發(fā)高性能電化學(xué)傳感器的關(guān)鍵步驟。本文以設(shè)計(jì)制備的多種性能優(yōu)異的氮雜石墨烯基納米材料為傳感功能界面，結(jié)合電化學(xué)阻抗(EIS)、電化學(xué)發(fā)光(ECL)和

2、光電化學(xué)(PEC)傳感技術(shù)，建立了幾種檢測農(nóng)藥殘留和重金屬離子的電化學(xué)傳感方法，主要研究內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計(jì)制備了比表面積大、導(dǎo)電性能好的氮雜石墨烯/Ag納米功能材料(NGR/Ag)，利用納米Ag與啶蟲脒適配體中-SH基團(tuán)共價(jià)鍵合，構(gòu)建了啶蟲脒電化學(xué)傳感功能界面，并優(yōu)化了適配體固載量、共價(jià)鍵合反應(yīng)時(shí)間等傳感界面性能影響參數(shù)，基于該傳感界面電化學(xué)阻抗值選擇性隨啶蟲脒濃度增加而增大的原理，建立了靈敏、快速檢測啶蟲脒的電化學(xué)阻抗適配

3、體傳感方法。在適配體濃度為8μmol L-1，適配體結(jié)合時(shí)間為10h，啶蟲脒與傳感器溫育時(shí)間為35 min等優(yōu)化條件下，所研制的電化學(xué)阻抗適配體傳感器對啶蟲脒響應(yīng)的線性范圍為1×10-13～5×10-9mol L-1，檢出限為3.3×10-14mol L-1(S/N=3)。該傳感器具有良好的選擇性和重現(xiàn)性，能夠用于食品實(shí)際樣中的啶蟲脒檢測。
　　2、采用簡便的一鍋溶劑熱法將氮雜石墨烯量子點(diǎn)(NGQDs)負(fù)載在光電化學(xué)活性材料MoS

4、2納米片上，制備了電荷轉(zhuǎn)移效率高、光生載流子壽命長、光電化學(xué)性能優(yōu)異的NGQDs/MoS2納米復(fù)合材料。利用NGQDs與啶蟲脒適配體分子間的π-π共軛作用，構(gòu)建了啶蟲脒電化學(xué)傳感功能界面，基于啶蟲脒選擇性降低該傳感界面光電流值的原理，建立了靈敏、快速檢測啶蟲脒的光電化學(xué)適配體傳感新方法。在適配體濃度為2μmol L-1，啶蟲脒與傳感器溫育時(shí)間為40min的條件下，所構(gòu)建的光電化學(xué)適配體傳感器對啶蟲脒響應(yīng)的線性范圍為0.05pmol L-

5、1～1nmol L-1，檢出限可以達(dá)到16.7fmol L-1(S/N=3)。該傳感器具有優(yōu)異的選擇性和重現(xiàn)性，能夠用于食品實(shí)際樣中的啶蟲脒檢測，為食品中啶蟲脒農(nóng)藥殘留的分析檢測領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供了一種新的方法。
　　3、通過簡便的一步熱處理法成功制備了電化學(xué)發(fā)光性能優(yōu)異，電子轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)的NGR/ZnO納米功能材料，進(jìn)一步調(diào)控納米功能材料中氮元素的含量，構(gòu)建了電化學(xué)發(fā)光傳感功能界面，基于五氯苯酚(PCP)對NGR/ZnO納米功能材

6、料ECL信號猝滅的機(jī)理，建立了靈敏、快速檢測PCP的電化學(xué)發(fā)光傳感方法。在共反應(yīng)劑K2S2O8濃度為0.05mol L-1，掃速為200mV s-1，溶液pH=7.0等優(yōu)化條件下，所構(gòu)建的ECL傳感器信號強(qiáng)度的變化值與PCP濃度的對數(shù)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，其線性范圍為0.5pmol L-1～61.1nmol L-1，在信噪比為3時(shí)，檢出限可以達(dá)到0.16pmol L-1。此外，該傳感器還具有簡單快捷、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，能夠重復(fù)使用，為NG

7、R基納米功能材料在農(nóng)殘分析檢測領(lǐng)域提供了新的方法和路徑。
　　4、首先采用水熱切割的方法合成了光學(xué)性能優(yōu)異的NGQDs，進(jìn)一步耦合具有電子轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)的氧化石墨烯(GO)，制備了電化學(xué)發(fā)光性能優(yōu)異的NGQDs/GO納米功能材料，并以此構(gòu)建了電化學(xué)發(fā)光傳感功能界面，基于PCP對NGQDs/GO納米功能材料ECL信號猝滅的機(jī)理，構(gòu)建了靈敏、快速檢測PCP的電化學(xué)發(fā)光傳感新方法。在溶液pH=8.0，共反應(yīng)劑K2S2O8濃度為100mmol

8、 L-1的條件下，所構(gòu)建的ECL傳感器對PCP響應(yīng)的線性范圍為0.1pg mL-1～10ngmL-1，檢出限可以達(dá)到0.03pg mL-1(S/N=3)。此外，該ECL傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對河水進(jìn)行實(shí)際樣檢測，其回收率結(jié)果說明所構(gòu)建的ECL傳感器可以用于實(shí)際樣的檢測。
　　5、耦合具有高效的電荷轉(zhuǎn)移能力的NGR和表面等離子體效應(yīng)的Ag納米粒子，采用簡便的一鍋溶劑熱法成功地制備了能夠在可見光條件下

9、驅(qū)動(dòng)的，具有電荷分離能力強(qiáng)和光電化學(xué)性能優(yōu)異的NGR/Ag-TiO2納米功能材料，進(jìn)一步調(diào)控納米功能材料的介面組成，利用NGR與Pb2+適配體分子間的π-π共軛作用，構(gòu)建了鉛離子光電化學(xué)傳感功能界面，基于Pb2+選擇性增強(qiáng)該傳感界面光電流值的原理，建立了靈敏、快速檢測Pb2+的光電化學(xué)適配體傳感新方法。在適配體濃度為1μmol L-1，Pb2+與傳感器溫育時(shí)間為40min等優(yōu)化條件下，所構(gòu)建的光電化學(xué)適配體傳感器的線性檢測范圍為1pmo

10、l L-1～5nmol L-1，檢出限可以達(dá)到0.3pmol L-1，S/N=3)，優(yōu)異的選擇性和重現(xiàn)性，能夠用于實(shí)際水樣中Pb2+的靈敏檢測。
　　6、以簡便的水浴法制備了具有ECL信號強(qiáng)度高、穩(wěn)定性能好的NGR/AgBr納米功能材料，并以此構(gòu)建了電化學(xué)發(fā)光傳感功能界面，基于Pb2+對NGR/AgBr納米功能材料ECL信號猝滅的機(jī)理，構(gòu)建了靈敏、快速檢測Pb2+的新型電化學(xué)發(fā)光傳感方法。在共反應(yīng)劑K2S2O8濃度為0.07mol