環(huán)境與食品安全檢測中新型化學修飾電極的研究與應用.pdf

1、環(huán)境與食品安全快速檢測技術(shù)是國家實施環(huán)境保護和食品安全計劃重要的技術(shù)支撐，對于實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展、保障人民健康具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的環(huán)境、食品安全監(jiān)測方法通常采用離線分析方法，其缺點是分析速度慢、操作復雜且需要昂貴的儀器，不適宜進行現(xiàn)場快速監(jiān)測和在線分析，因此，研究用于環(huán)境和食品中有毒有害污染物的快速、準確、靈敏、方便的檢測新方法十分必要。
　　 近年來，化學修飾電極受到了人們的廣泛關(guān)注，化學修飾電極最突出的特點是可以賦予電

2、極新的、特定的功能?；瘜W修飾電極用于定量分析是一種把分離、富集和測定三者合而為一的理想體系，在提高選擇性和靈敏度方面有著獨特的優(yōu)越性，并極大的拓展了電分析化學的范圍。由于其具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低、能在復雜體系中進行在線連續(xù)監(jiān)測的特點，已在生物、醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、食品、醫(yī)藥及軍事醫(yī)學等領(lǐng)域顯示出廣闊的應用前景，引起了世界各國的極大關(guān)注。
　　 本論文致力于新型化學修飾電極的新原理、新方法的研究，通過待測電活性分子

3、與電極表面之間的催化過程的探討，制備選擇性好，靈敏度高，檢測限低和穩(wěn)定性好的化學與生物傳感器；同時，論文中將修飾電極用于硝基苯類化合物、大腸桿菌及蔬果中有機磷類農(nóng)藥的研究和測定，取得了較好的結(jié)果。文中通過以碳納米管、復合金屬納米粒子、二氧化硅分子印跡材料等多種材料作為反應平臺，以SEM，TEM等表征手段研究傳感器的表面形貌；通過在電極表面的功能化設(shè)計，以交流阻抗、電流．時間曲線、循環(huán)伏安等方法探討電活性物質(zhì)在修飾電極上的電化學性質(zhì)及催化

4、晌應機理，從而構(gòu)筑用于環(huán)境和食品安全檢測的有效的新型化學修飾電極。本論文將努力實現(xiàn)納米技術(shù)、分子印跡技術(shù)、化學傳感技術(shù)和環(huán)境科學、食品安全四者的有機結(jié)合。具體內(nèi)容如下：
　　 本部分內(nèi)容主要包括系統(tǒng)地介紹環(huán)境和食品衛(wèi)生中有毒有害污染物的危害與檢測技術(shù)的發(fā)展，化學修飾電極概述，用于構(gòu)筑化學修飾電極的材料以及化學修飾電極的應用。文中簡要介紹了化學修飾電極的原理和分類；在此基礎(chǔ)上，著重介紹了納米材料及分子印跡技術(shù)的發(fā)展、制備和在化學修

5、飾電極方面的相關(guān)應用；綜述了化學修飾電極在環(huán)境污染分析及食品安全檢測中的應用。最后闡述了本論文的目的和意義，指出論文的創(chuàng)新之處及主要研究內(nèi)容。
　　 2基于固定化辣根過氧化酶修飾電極的構(gòu)筑及其對痕量TNT的定量檢測（第二章）
　　 本章中，我們利用2,4，6．三硝基甲苯(TNT)在生物降解過程中需要過氧化氫參與的原理，結(jié)合MWCNTs/HRP/GCE安培型過氧化氫生物傳感器，通過對TNT降解過程中H202反應消耗量的研究

6、實現(xiàn)對痕量TNT的間接測定。電化學性質(zhì)研究表明，由于碳納米管具有良好的導電性能有效提高了辣根過氧化酶HRP在電極表面的覆蓋量，從而實現(xiàn)了H202在電極表面良好的電催化還原。實驗中，我們通過HRP固定量、過氧化氫的初始濃度以及pH值等的優(yōu)化開展了TNT降解動力學過程研究。最終在優(yōu)化條件下，通過對過氧化氫的消耗量與TNT的濃度的線性關(guān)系研究，得到TNT的檢測范圍為8.8 x10-9M到2.64 x10-7M，檢測限為3.0×10-9 M(S

7、/N=3)。該傳感器具有快捷、簡便、靈敏等優(yōu)點，為環(huán)境污染和痕量爆炸物的快速分析和監(jiān)測提供了一種新的方法。3 Pt納米粒子包裹的金納米孔膜修飾電極電催化性質(zhì)研究和應用（第三章）
　　 本文通過簡單的綠色無污染方法制備了鉑納米粒子包覆的金納米孔膜及其雙金屬納米復合膜修飾電極，并成功應用于對大腸桿菌的快速檢測。掃描電鏡和電子能譜表征結(jié)果顯示，該Au/Pt復合納米孔膜具有排列有序且有大的比表面積等優(yōu)點。論文中，以循環(huán)伏安法和計時電流法

8、對Au/Pt修飾電極的電化學行為進行了探討。實驗表明該修飾電極對大腸桿菌顯示良好的電催化活性，其響應電流在大腸桿菌濃度從2x101 cfu/ml到1×106 cfu/ml范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，在無需預富集的情況下，檢測限可達到10 cfu/ml（信噪比3:1）。該修飾電極靈敏度高，線性范圍寬，而且重現(xiàn)性好，有望應用于構(gòu)筑便攜式安培大腸桿菌傳感器，預計在食品科學、環(huán)境監(jiān)測和臨床醫(yī)學等方面具有良好的應用前景。
　　 3 Pt納米

9、粒子包裹的金納米孔膜修飾電極電催化性質(zhì)研究和應用（第三章）
　　 本文通過簡單的綠色無污染方法制備了鉑納米粒子包覆的金納米孔膜及其雙金屬納米復合膜修飾電極，并成功應用于對大腸桿菌的快速檢測。掃描電鏡和電子能譜表征結(jié)果顯示，該Au/Pt復合納米孔膜具有排列有序、比表面積大等優(yōu)點。論文中，以循環(huán)伏安法和計時電流法對Au/Pt修飾電極的電化學行為進行了探討。實驗表明該修飾電極對大腸桿菌顯示良好的電催化活性，其響應電流在大腸桿菌濃度從2

10、x101cfu/ml到1X106cfu/ml范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，在無需預富集的情況下，檢測限可達到10cfu/ml（信噪比3:1）。該修飾電極靈敏度高，線性范圍寬，而且重現(xiàn)性好，有望應用于構(gòu)筑便攜式大腸桿菌安培傳感器，預計在食品科學、環(huán)境監(jiān)測和臨床醫(yī)學等方面具有良好的應用前景。
　　 4用于對硫磷特異性檢出的聚乙烯亞胺/二氧化硅分子印跡材料的研制及其在農(nóng)藥殘留快速監(jiān)測中的應用（第四章）
　　 本章通過表面分子印跡技

11、術(shù)與化學傳感技術(shù)的有機結(jié)合，以農(nóng)藥對硫磷分子為模板分子，將功能大分子聚乙烯亞胺( PEI)偶合連接在硅膠微粒表面，制得了一種新型的用于對硫磷檢測的特異性傳感器。論文中對該分子印跡材料的吸附動力學與印跡因子等進行了研究，探討了分子印跡材料修飾膜傳感器的電化學行為。該傳感器響應電流與對硫磷在5.0x10-8到5.0x104mol/L濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測下限為1.0x10s mol/L(S/N=3);同時研究還發(fā)現(xiàn)，對一系列與對硫