基于分子印迹修饰电极的四环素选择性检测方法和仪器研究

【摘要】：四环素类抗生素作为兽药和饲料添加剂被大量的应用于畜牧和水产养殖业,导致其在水体中的残留和污染越来越严重,引起人们的极大关注。因此,必须严格控制其在各个行业中的非法使用,同时严密监管抗生素的滥用情况。常用的四环素检测方法主要有色谱法、光谱法、微生物法以及免疫法等。然而,这些方法普遍存在一些缺点,比如仪器体积庞大、操作比较复杂、价格较贵等。因此,研发具有快速、灵敏的分析检测方法是非常必要的。电化学分析法是依据被测定物质在溶液中电化学性质的变化测定目标物,具有设备价格低、灵敏度高等优点,但是该方法的选择性较低。分子印迹技术(molecularly imprinted technique, MIT)是最近几十年发展起来的一项新技术。根据该技术制备的分子印迹聚合物(]molecularly imprinted polymer, MIP)可以提供与模板分子在空间上完全匹配的结合位点,并且含有能与模板分子特异结合的功能基团,可以选择性的结合目标物分子。本研究尝试将分子印迹技术与电化学技术联合使用,期望实现快速、灵敏、高选择性的检测水体中四环素的目的。围绕以上内容所开展的工作主要包括以下几个方面： (1)采用电化学沉积法在钨丝表面沉积具有微纳米结构的金微电极。实验结果表明,金微纳米颗粒均匀的分布在电极表面,电极对四环素表现出良好的催化氧化能力。将电极用于循环伏安法检测四环素的研究,检测四环素的线性呈两段,分别为为1-10 mg L-1，和10-100 mg L-1,检出限为0.09 mg L-1(S/N=3)。 (2)构建基于分子印迹技术的电化学传感器,以电沉积铂颗粒的钛片(Pt/Ti)为基体,分别使用光聚合和热聚合法制备分子印迹膜电极。通过SEM可以观察到分子印迹膜均匀的覆盖在基底表面；在铁氰化钾溶液中分子印迹膜电极的氧化-还原峰电流要高于非分子印迹膜电极,说明分子印迹膜中存在对四环素的特异识别-结合位点；FTIR表征说明分子印迹聚合物中形成了较强的共价键和氢键结合。光聚合的分子印迹电极检测盐酸四环素的线性范围为0.4到20 mg L-1,检出限为0.12 mg L-1(S/N=3)。电极对盐酸四环素的响应电流分别是相同浓度下氯霉素、盐酸金霉素和土霉素等三种具有代表性的抗生素的20.7、16.9和13.6倍。热聚合法制备的分子印迹电极检测四环素的线性范围为0.1至10 mg L-1,检出限为0.026mg L-1(S/N=3),对四环素的电流响应分别是相同浓度的盐酸金霉素和氯霉素的12.1和18.7倍。基于分子印迹技术的传感器在电化学法检测四环素时具有较高的选择性。 (3)以多壁碳纳米管(MWNTs)作为修饰材料,构建分子印迹电极。分别采用玻碳电极和Pt/Ti作为基体,热聚合法制备四环素分子印迹电极。通过SEM、TEM、FTIR、CV、EIS等手段对分子印迹电极进行形貌、结构和电化学性质的表征。玻碳电极作为基体时,对四环素检测的线性范围为0.1至40 mgL-1,检出限为0.04 mg L-1(S/N=3),电极对四环素的峰电流分别为土霉素、氯霉素和萘夫西林的4.1、6.3和6.4倍。Pt/Ti作为基体时,线性范围为0.01至50 mg L-1,其定量检测水中四环素的检出限为0.008 mg L-1(S/N=3),四环素的响应信号分别是相同浓度盐酸金霉素和氯霉素的9.2和16.7倍。MWNTs作为修饰材料显著增加了分子印迹聚合物中结合位点的数量,提高了基于分子印迹电极检测四环素的线性范围和检出限。 (4)研制了一种基于分子印迹技术的四环素检测仪。采用电流法检测,MWNTs为修饰材料的分子印迹电极作为工作电极。该检测仪检测四环素的线性范围为0.02至50mg L-1,对四环素的检出限为0.01 mg L-1。 本研究中,制备了新型的基于分子印迹技术的电化学传感器,用于水体中四环素检测的研究,具有较高选择性和灵敏度。通过纳米材料修饰进一步提高了电极对目标物的线性范围和检出限,扩大了电极的应用范围。研制的基于分子印迹电极的检测仪具有快速、灵敏、选择性高等特点,为四环素类抗生素的污染和残留检测提供了一种新方法。