碳基复合材料电化学传感器的构建及对饮品中有害物的检测研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hn_hcg
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牛奶、茶饮和果汁作为日常生活中常见的饮品深受各个年龄段人群的喜爱。随着饮品市场不断扩大,饮品安全问题备受关注。目前牛奶中存在的主要问题为抗生素残留超标,茶饮和果汁主要是酚类物质超标,这都会对它们的品质产生的不良影响,并对环境和人体健康产生巨大危害。传统的检测方法成本高、操作复杂,有一定的局限性。在诸多新兴的检测技术中,电化学传感器因其操作简便、成本低和方便携带等优势在食品质量控制中受到了广泛的关注。根据待检饮品中有害物的特性,本文合成了磁性介孔碳、单原子铁催化剂和单原子铜催化剂三种具有良好性能的碳复合材料,基于它们开发了三种电化学传感器针对牛奶中的链霉素、茶饮中的二羟基苯酚以及果汁中的愈创木酚进行定量检测,并结合理论计算对其检测机理进行深入研究。(1)基于磁性介孔材料的无标记电化学适配体传感器用于链霉素的检测以磁性介孔材料(MMCM)作为固载材料,以无标记的链霉素适配体链(STP)作为识别元件构建电化学传感器,用于牛奶中链霉素(STR)的灵敏高效检测,其检测范围广,检测限为0.083 ng/m L(0.114 nmol/L)。实验研究表明,具有B-构型的STP链在加入STR后,影响了STP的碱基堆积和螺旋度,改变了适体的构型,从而影响了MMCM与STP的结合能力,引起差分脉冲伏安曲线(DPV)的电流变化。通过分子模拟和结合自由能计算结果表明,与卡那霉素、庆大霉素、土霉素相比,STP-STR复合体系具有更强的结合自由能,有利于STR的检测。(2)基于单原子铁催化剂的电化学传感器用于二羟基苯同分异构体的检测研究开发高灵敏度、可重复使用、稳定和抗干扰的单原子铁催化剂(Fe@NG),用于在复杂的条件下同时检测邻苯二酚(CC)、对苯二酚(HQ)和间苯二酚(RC),对于食品安全和环境监测具有重大意义。我们将原子铁嵌入氮掺杂石墨烯(NG)作为电极材料,固载到玻碳电极(GCE)上作为工作电极制备一种超稳定和高选择性的传感器,用于HQ、CC和RC的同时定量检测,检测范围宽,其超低检测限分别是0.155、0.049和2.785μmol/L。理论研究表明,HQ、CC和RC在孤立的Fe-N4位置上的氧化,产生不同反应势垒,导致DPV的峰位不同,从而实现高选择性检测。而Fe-N4位置上产生的势垒低于Fe2O3、石墨烯(G)、NG和Fe@G,因而能在前者的基础上产生更强的电化学响应,有利于水样中HQ、CC和RC的高灵敏度的检测。(3)基于单原子铜催化剂的电化学传感器用于愈创木酚的检测研究本章以单原子Cu嵌入氮掺杂的石墨烯(Cu-NG)作为催化材料,利用其优异的电化学性能,以果汁中的愈创木酚(GUA)为目标物,制备电化学传感器Cu@NG/GCE用于GUA的快速检测。该传感器在5-50000 pmol/L范围内检测线性良好且检测限低至1.2 pmol/L(S/N=3)。同时该传感器在检测GUA上还具有响应速度快、稳定性和抗干扰能力强等特点。通过三个品牌六种不同的果汁进行实际样品检测,证明该传感器具有优异的检测性能。因此,该传感器对实际样品中GUA的超灵敏检测有巨大的发展潜力和良好的应用价值。研究结果表明具有良好磁性的介孔材料和具有优异催化性能的单原子材料作为电极材料,具有提高导电率和维持电极稳定的作用。制备的传感器在检测牛奶、茶饮及水样和果汁中有害物,具有灵敏度高、检测限低等优点,为实际饮品中有害物的检测提供了新的检测方法。
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