基于新型纳米复合材料的食品安全电化学传感器研究

发布时间：2017-11-07 04:38

  本文关键词：基于新型纳米复合材料的食品安全电化学传感器研究

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【摘要】：民以食为天,食以安为先。食品安全一直是关乎社会民生的大问题。因此,发展一种快速、灵敏的方法用于食品中有害物质的检测十分必要。电化学传感器具有灵敏度高、稳定性好、操作简便、设备简单等优点。本论文利用新型纳米复合材料的优异性能,制备出四种性能优异的电化学传感器,重点研究了它们在食品安全检测方面的应用。具体工作如下：1、利用简单的水热合成和沉淀法制备了纳米花、纳米棒、纳米管、纳米片、纳米线和微球状的MnO_2催化剂。通过进一步的研磨,将这些不同形貌的MnO_2与氧化石墨烯(GO)分别复合在一起,由于GO表面大量的亲水含氧基团,该复合物可稳定分散于水中,溶解度很高。通过各种手段对所制备的MnO_2-GO复合材料的形貌、结构和电化学性能进行表征,并将其首次作为同时测定愈创木酚和香兰素的传感材料,发现该复合材料的电化学性质与其形貌密切相关,而纳米花状的MnO_2由于其高的纯度、良好的结晶度和独特的多孔结构,更有利于电子的转移,所以结合GO后表现出增强的电催化活性和相对高的测定灵敏度。2、受MnO_2形貌电化学理论的启发,发现当Mn的价态发生改变后,其在三维结构方面有更多新颖的变化。接下来,选择合适的锰源和合成方法,成功合成了球形、立方体形、椭圆形和哑铃形的空心Mn2O3。将其与GO复合后极大地改善了Mn2O3的水分散性和稳定性。运用多种方法例如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)对复合物进行表征,并将Mn2O3-GO作为传感器敏感材料用于食品防腐剂邻苯基苯酚和对羟基苯甲酸丁酯的同时测定,结果表明复合材料的电化学性能不仅与Mn2O3的形貌有关,还与其空心结构紧密相关。其中,椭圆形的Mn2O3粒径较小、比表面积较大,因而具有更强的电催化活性。基于此,构建了新型的电化学传感器,测定邻苯基苯酚和对羟基苯甲酸丁酯的线性范围分别为0.05～40μmol/L和0.05～40μmol/L,检出限分别为16.3 nmol/L 和18.8nmol/L。另外,该传感器可用于多种食物样品的分析,加标回收实验结果令人满意。3、近年来,具有核壳结构的功能化纳米材料受到了广泛的关注。利用简单的水热反应制备了核壳型的Ag@碳微球,并系统研究了Ag源浓度对所得球体尺寸和稳定性的影响。SEM和TEM结果表明,当Ag源浓度从001mol/L增大到0.1mol/L时,Ag@碳的尺寸从130 nm逐渐增加至2 gm,而且Ag内核的直径和碳壳的厚度同时增加。通过XRD谱图确定了Ag内核的面心立方结构,同时,电化学交流阻抗(EIS)数据表明Ag@碳的导电性会随其尺寸的变化而规律性改变。因此用一系列不同尺寸的Ag@碳催化剂制备成电化学传感器用于双酚A (BPA)的检测。结果表明,直径约为220 nm的Ag@碳是检测BPA非常有效和稳定的传感材料,在传感器领域表现出良好的应用前景。4、作为一类独特的核壳型材料,yolk-shell型纳米粒子具有纳米反应器特征,能提供一个独特的反应环境,实现底物和活性位的局部高浓度富集,提高传感材料的整体效率。在本工作中,利用简单可行的途径合成yolk-shell结构的CuO@SiO_2微球,将其作为敏感材料制备成电化学传感器研究了瘦肉精富马酸福莫特罗(FF)的电化学行为。循环伏安和方波伏安实验表明FF可以在CuO@SiO_2修饰玻碳电极表面发生快速的电催化氧化,进而实现了对FF的高灵敏检测。在优化条件下,FF的氧化峰电流与其浓度在0.03-10 μmol/L范围内成良好的线性关系,检出限低达5.0nmol/L (S/N= 3),展示出优良的分析性能。最终,将所构建的电化学传感器用于复杂食物样品中FF的选择性检测。
【学位授予单位】：信阳师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.1;TS207.3

【参考文献】

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本文编号：1150898