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新型有机/无机复合材料电化学传感器在有机农药检测中的应用

姚媛媛  
【摘要】:健康和食品安全问题是目前社会普遍关心的重要问题。农药的不规范管理和使用,严重威胁食品和农业生态环境安全,对人类的健康存在潜在的危害,农药残留问题越来越引起人们高度的关注和重视。农药种类多样使得农药残留的分析比较复杂,检测任务非常艰巨。因此,开发快速、方便、高效和实用的农药残留分析方法已成为当前研究热点,并且对保护生态环境和实施食品安全战略具有重要的理论和实际意义。与传统检测方法相比,电化学传感器具有省时、廉价、制备简单、操作简便、灵敏度高、选择性好、能够实现微型化和在线检测等优点,在农药残留检测上引起了广泛地关注。如何进一步构建性能优越的农药电化学传感器是研究人员近年来努力的方向。本论文采用各种新型有机/无机复合材料,制备了一系列新颖有机农药电化学传感器,成功应用于不同类型农药的电化学检测,对其稳定性、选择性、灵敏度等性能进行考察,确定其检测机理,并将构建的新型有机/无机电化学传感器应用于实际样品中农药残留的痕量分析。具体内容如下: (1)利用具有良好超分子识别能力和富集能力的p-环糊精(p-CD)与具有良好电催化性能的羧基功能化单壁碳纳米管(f-SWCNT),成功制备了一种快速、灵敏、抗干扰能力强且无酶的有机磷农药电化学传感器。此修饰电极对有机磷农药甲基对硫磷(MP)具有良好的电催化活性,在0.002-0.02μg mL-1和0.02-17.5μg mL-1MP底物范围内展现出良好的线性,电流响应时间快(80s),检测限低(0.4ng mL-1)。同时,该修饰电极具有良好的重现性、稳定性和选择性,并成功应用于蔬菜如洋葱、莴苣、油菜和菠菜中MP残留的痕量分析。该电化学传感器的构建为农业环境中MP的痕量分析提供了一种有效的途径。 (2)利用新型碳纳米材料(单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管(MWCNT)和电化学还原氧化石墨烯(ER-GO))良好的导电性与大比表面积特性,通过滴涂法构建了三种简易的碳纳米材料修饰电极,成功用于有机氯农药氯硝柳胺(NA)的电化学检测,提出一种可能作用于电化学检测NA的工作机理。三种碳纳米材料修饰电极相互对比,ER-GO修饰电极具有最低的峰电位,最高的灵敏性,最好的重复性、再现性和峰形以及更快的峰电流响应时间,其检测范围为0.020-23.1μM,检测限最低达到6.6nM (S/N=3),并且成功的应用于NA药品的实际样品分析,为农业中的NA的痕量分析提供一个良好的平台。 (3)在研究(2)的基础上,引入价格低廉、吸附性强、比表面积大,具有纤维状晶体结构的凹凸棒石(ATP),与水溶性好、表面活性高的羧基化石墨烯(GR-COOH)复合,制备了一种新型的简便、快速、灵敏的有机氯农药NA电化学传感器。复合膜具有纤维状结构,有利于电化学检测,该复合修饰电极价格更加低廉,对NA的具有更好的催化活性,具有良好的重现性、稳定性和选择性。线性范围在0.02-1.0μM和1.0-5.0μM,检测限为4.6nM (S/N=3),该电化学传感器成功应用于实际样品稻田水中NA以及NA药片的痕量分析。 (4)采用一步电化学聚合法,在水溶液中构建了三种简易、环境友好型的电化学修饰电极:聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)及其衍生物羟基功能化PEDOT (PEDTM)和羧基功能化PEDOT (PC4-EDOT-COOH)修饰电极。对氨基甲酸酯类农药多菌灵(MBC)在三种修饰电极上的电化学行为进行研究,提出修饰材料的功能基团对检测对象具有识别作用,通过量化计算初步确定了MBC检测机理。不同基团功能化的PEDOT与MBC作用程度不同,由于羧基的吸电子效应,使得PC4-EDOT-COOH具有更强的电子亲和力。相对裸玻碳电极(GCE)、PEDOT/GCE和EDTM/GCE, PC4-EDOT-COOH/GCE更易与MBC作用,在电化学检测时表现出更好的催化性能和较低的检测限3.5nM (S/N=3)。而且PC4-EDOT-COOH修饰电极成功的应用于稻田水和商业橙汁中MBC痕量检测。


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