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《江苏大学》 2017年
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基于纳米材料比色法与微流控的农药检测技术研究

左志强  
【摘要】:由于微流控芯片尺寸小、样品少、检测信号微弱且极易受外界环境干扰,农药检测检出限高、灵敏度低。因此,本文从纳米材料和芯片结构2大方面,建立了纳米材料比色法,利用Comsol微混合仿真和对比试验设计验证了高效的微流控芯片结构,研究开发了低检出限、高灵敏度实用方便的农药检测方法和技术,对于保障食品安全具有重要意义。主要的研究内容和结论如下:(1)建立了基于铁酸铜/石墨烯量子点(CuFe_2O_4/GQDs)比色法。采用一步水热法制备了CuFe_2O_4/GQDs纳米材料,并对其进行表征验证和性能测试。试验结果表明,与CuFe_2O_4、GQDs单体相比,CuFe_2O_4/GQDs具有较高的催化活性。通过动力学研究发现,CuFe_2O_4/GQDs较天然的辣根过氧化物酶(HRP)对反应底物H_2O_2和TMB有更好的亲和力。此外,对微量的中间产物H_2O_2进行检测验证,建立了吸光度和H_2O_2浓度之间的线性方程为A=0.04449+0.000786783CH_2O_2(C:m M),R2为0.98977,检出限为6.7×10-4 M。(2)研究微流控芯片几何结构分别与微混合及反应效率的关系。在局部微混合几何结构方面:基于微流体拉伸、压缩、折叠、分流等思想,设计了3大类微混合结构,通过Comsol微混合仿真对比验证得出基于矩形内肋复合圆形循环分合型(“矩形-圆形”)结构混合效果最佳。最佳内肋长度L为550mm,圆形直径d1为400mm,与其它2类最佳的矩形内肋型和圆形循环分合型微混合机构相比,混合效果分别提高了17.12%和39.48%;在整体芯片几何结构方面:设计了基于不同反应策略的2种整体芯片结构,对比试验得出,“伞型”结构比“鱼鳞型”结构检测耗时缩减17.65%,而后者比前者反应效率提高20.93%。综合考虑,采用“矩形-圆形”微混合结构设计的“鱼鳞型”微流控芯片。(3)对构建的微流控农药检测平台进行试验分析。优化了主要的试验条件参数。综合考察该试验平台的农药检测线性度、灵敏度、检出限及选择性等指标。最后,对实际样品进行实用性测试。试验结果显示,吸光度值与毒死蜱农药浓度在2.0×10-8~6.0×10-7 M内呈现良好的线性关系。线性方程为A=0.61822-0.000855261CChlorpyrifos(C:nM),R2为0.99758,最低检出极限为1.01×10-8M,灵敏度为855.261 a.u.·mM-1,该方法具有良好的选择性。此外,对农药在番茄、梨和河水实际样品的加标回收率范围在91.2%~115%之间,实用性能较好,可用于实际样品检测。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O657.3;TQ450.263

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【参考文献】
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