環(huán)境與食品安全檢測(cè)中新型化學(xué)修飾電極的研究與應(yīng)用.pdf

1、環(huán)境與食品安全快速檢測(cè)技術(shù)是國(guó)家實(shí)施環(huán)境保護(hù)和食品安全計(jì)劃重要的技術(shù)支撐，對(duì)于實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(cè)方法通常采用離線分析方法，其缺點(diǎn)是分析速度慢、操作復(fù)雜且需要昂貴的儀器，不適宜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)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(zhǔn)確、靈敏、方便的檢測(cè)新方法十分必要。
　　 近年來(lái)，化學(xué)修飾電極受到了人們的廣泛關(guān)注，化學(xué)修飾電極最突出的特點(diǎn)是可以賦予電

2、極新的、特定的功能。化學(xué)修飾電極用于定量分析是一種把分離、富集和測(cè)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(dú)特的優(yōu)越性，并極大的拓展了電分析化學(xué)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(fù)雜體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，已在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品、醫(yī)藥及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景，引起了世界各國(guó)的極大關(guān)注。
　　 本論文致力于新型化學(xué)修飾電極的新原理、新方法的研究，通過(guò)待測(cè)電活性分子

3、與電極表面之間的催化過(guò)程的探討，制備選擇性好，靈敏度高，檢測(cè)限低和穩(wěn)定性好的化學(xué)與生物傳感器；同時(shí)，論文中將修飾電極用于硝基苯類(lèi)化合物、大腸桿菌及蔬果中有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥的研究和測(cè)定，取得了較好的結(jié)果。文中通過(guò)以碳納米管、復(fù)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(yīng)平臺(tái)，以SEM，TEM等表征手段研究傳感器的表面形貌；通過(guò)在電極表面的功能化設(shè)計(jì)，以交流阻抗、電流．時(shí)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(xué)性質(zhì)及催化

4、晌應(yīng)機(jī)理，從而構(gòu)筑用于環(huán)境和食品安全檢測(cè)的有效的新型化學(xué)修飾電極。本論文將努力實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)、分子印跡技術(shù)、化學(xué)傳感技術(shù)和環(huán)境科學(xué)、食品安全四者的有機(jī)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(cè)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)修飾電極概述，用于構(gòu)筑化學(xué)修飾電極的材料以及化學(xué)修飾電極的應(yīng)用。文中簡(jiǎn)要介紹了化學(xué)修飾電極的原理和分類(lèi)；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(xué)修

5、飾電極方面的相關(guān)應(yīng)用；綜述了化學(xué)修飾電極在環(huán)境污染分析及食品安全檢測(cè)中的應(yīng)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?jī)?nèi)容。
　　 2基于固定化辣根過(guò)氧化酶修飾電極的構(gòu)筑及其對(duì)痕量TNT的定量檢測(cè)（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(guò)程中需要過(guò)氧化氫參與的原理，結(jié)合MWCNTs/HRP/GCE安培型過(guò)氧化氫生物傳感器，通過(guò)對(duì)TNT降解過(guò)程中H202反應(yīng)消耗量的研究

6、實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量TNT的間接測(cè)定。電化學(xué)性質(zhì)研究表明，由于碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能有效提高了辣根過(guò)氧化酶HRP在電極表面的覆蓋量，從而實(shí)現(xiàn)了H202在電極表面良好的電催化還原。實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)HRP固定量、過(guò)氧化氫的初始濃度以及pH值等的優(yōu)化開(kāi)展了TNT降解動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究。最終在優(yōu)化條件下，通過(guò)對(duì)過(guò)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(cè)范圍為8.8 x10-9M到2.64 x10-7M，檢測(cè)限為3.0×10-9 M(S

7、/N=3)。該傳感器具有快捷、簡(jiǎn)便、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，為環(huán)境污染和痕量爆炸物的快速分析和監(jiān)測(cè)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(yīng)用（第三章）
　　 本文通過(guò)簡(jiǎn)單的綠色無(wú)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(fù)合膜修飾電極，并成功應(yīng)用于對(duì)大腸桿菌的快速檢測(cè)。掃描電鏡和電子能譜表征結(jié)果顯示，該Au/Pt復(fù)合納米孔膜具有排列有序且有大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)。論文中，以循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法

8、對(duì)Au/Pt修飾電極的電化學(xué)行為進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)表明該修飾電極對(duì)大腸桿菌顯示良好的電催化活性，其響應(yīng)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(wú)需預(yù)富集的情況下，檢測(cè)限可達(dá)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(yīng)用于構(gòu)筑便攜式安培大腸桿菌傳感器，預(yù)計(jì)在食品科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和臨床醫(yī)學(xué)等方面具有良好的應(yīng)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(yīng)用（第三章）
　　 本文通過(guò)簡(jiǎn)單的綠色無(wú)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(fù)合膜修飾電極，并成功應(yīng)用于對(duì)大腸桿菌的快速檢測(cè)。掃描電鏡和電子能譜表征結(jié)果顯示，該Au/Pt復(fù)合納米孔膜具有排列有序、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。論文中，以循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法對(duì)Au/Pt修飾電極的電化學(xué)行為進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)表明該修飾電極對(duì)大腸桿菌顯示良好的電催化活性，其響應(yīng)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(wú)需預(yù)富集的情況下，檢測(cè)限可達(dá)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(yīng)用于構(gòu)筑便攜式大腸桿菌安培傳感器，預(yù)計(jì)在食品科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和臨床醫(yī)學(xué)等方面具有良好的應(yīng)用前景。
　　 4用于對(duì)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(cè)中的應(yīng)用（第四章）
　　 本章通過(guò)表面分子印跡技

11、術(shù)與化學(xué)傳感技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，以農(nóng)藥對(duì)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(duì)硫磷檢測(cè)的特異性傳感器。論文中對(duì)該分子印跡材料的吸附動(dòng)力學(xué)與印跡因子等進(jìn)行了研究，探討了分子印跡材料修飾膜傳感器的電化學(xué)行為。該傳感器響應(yīng)電流與對(duì)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(cè)下限為1.0x10s mol/L(S/N=3);同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，對(duì)一系列與對(duì)硫