新型纳米传感器的制备及其在农药检测中的应用研究

发布时间：2018-03-29 18:42

本文选题：纳米传感器　切入点：农药　出处：《吉林大学》2017年博士论文

【摘要】：随着我国农业快速发展,保障农副产品质量的同时保证一定产量成为我国农业发展的重要权衡点。农药作为预防、消灭或控制各种病菌、害虫、杂草及有害生物的一类药物,在农业生产中为确保产量而被广泛应用。与此同时,农药的不当使用和农药残留问题已在全球范围内造成环境污染和公共卫生安全问题,并存在食品安全隐患,甚至威胁人类的生命安全。因此农药的残留问题引起了人们的高度重视。农药的传统检测技术包括酶抑制法、色谱法和免疫分析检测法,这些方法在实际样品检测中容易受到精密仪器设备的限制,使得检测费用昂贵、检测时间较长、检测步骤繁多,而且容易受其他成分的干扰,因而限制了方法的实际应用。因此,设计并建立分析快速、操作简单且使用成本低廉的农药检测新方法,对于保障人类生命健康、环境农副产品安全和公共卫生安全具有十分迫切的实际需求。光学纳米传感器以其优异的光学性能和出色的灵敏度,在农药检测应用方面备受研究者关注。针对有机磷类农药在实际农业生产中存在多方面安全隐患的实际现状,本文基于该类农药的特殊结构和化学特性,结合纳米传感器的众多优点,设计了系列新型纳米探针,用于快速灵敏检测环境样品和农业样品中的多种有机磷类农药,从而为农药残留现场检测分析提供新技术和新思路,也为我国农副产品的快速、安全发展及国际化走向提供一定的技术平台,更为保障人类生命安全和生活质量奠定良好基础。本文的主要研究内容如下:1、我们以半胱胺修饰的碲化镉量子点为荧光探针构建了一种新颖且选择性好的有机磷类农药传感器。三磷酸腺苷具有较高密度的负电荷和腺苷基团,可有效吸附于量子点表面,进而促进量子点荧光强度进一步增强;而酸性磷酸酶具有催化三磷酸腺苷水解的作用,从而体系荧光得以恢复。当体系内存在有机磷类农药时,酸性磷酸酶的活性又会被抑制,导致体系荧光信号再次增强,据此可以实现甲基对硫磷的灵敏检测,检测范围是0.001-5.0μg m L-1,检出限为0.5 ng m L-1。该传感器相比于传统的检测方法,同时具备较低的检测限和较宽的检测范围,为环境和农产品中甲基对硫磷的特异检测提供了新方法。2、我们针对有机磷化合物的水解产物设计了近红外荧光探针用于检测甲基对硫磷。铅离子可有效猝灭铜铟硫量子点的荧光,甲基对硫磷被有机磷水解酶催化水解为硫代二甲氧基磷酸,其水解产物可通过配位效应与铅离子有效结合,使得铜铟硫量子点的荧光恢复,根据体系荧光“猝灭-恢复”的原理实现甲基对硫磷的快速灵敏检测。该传感器对甲基对硫磷的检测范围是0.1-38.0μmol L-1,检出限为0.06μmol L-1。该传感器与传统有机磷检测方法相比,不仅具备较低的检出限,而且无需昂贵试剂,检测成本低廉。该传感器的建立为环境和农产品中甲对硫磷的残留检测提供理论依据和技术支持。3、根据有机磷类农药可抑制胰蛋白酶活性的特性,结合金纳米粒子对比率荧光探针的内滤作用,我们设计并成功合成了双发射量子点比率荧光探针,用于农产品中有机磷类农药的快速特异检测。金纳米粒子通过内滤作用可猝灭比率探针的绿色荧光,而其内部红色荧光并不受影响;当向体系内加入鱼精蛋白后,由于鱼精蛋白可以诱导金纳米粒子团聚,使其荧光内滤作用变弱,导致体系荧光信号发生变化;而胰蛋白酶的引入能够催化水解鱼精蛋白,从而破坏鱼精蛋白和金纳米粒子之间的聚合作用,使得体系荧光内滤作用增强。有机磷类农药作为胰蛋白酶的抑制剂,可抑制其活性,阻止鱼精蛋白水解,进而引起体系荧光信号变化,最终实现水、牛奶和稻米等实际样品中有机磷类农药残留的灵敏检测。该传感器对甲基对硫磷的检测范围是0.04-400 ng m L-1,检出限为0.018 ng m L-1。4、利用酪氨酸酶的催化特异性,以荧光金纳米簇为荧光信号,建立了灵敏检测有机磷类农药的新方法。酪氨酸酶催化多巴胺生成多巴胺色素,多巴胺色素通过电子转移作用可猝灭金纳米簇的荧光。当体系内存在有机磷类农药时,酪氨酸酶的活性受到抑制,从而引起体系荧光变化,实现对有机磷类农药的灵敏检测。此传感器检测对氧磷的检出限达到0.1 ng m L-1。此外,我们应用荧光金簇组装了便于操作的农药纸基传感器,实现不同含量对氧磷农药的可视化检测。此方法的建立不仅满足农药的快速灵敏检测,还可以实现农药的可视化监测,从而为有机磷类农药的快速、便捷且有效检测提供新的技术手段。5、为实现快速检测并筛查环境和农产品中的有机磷类农药,我们应用具有类酶催化特性的Mn O2纳米片,组装简易的纸基传感器。Mn O2纳米片具有类氧化酶特性可催化四甲基联苯胺形成其氧化态,并在试纸上显现蓝色。乙酰胆碱脂酶可有效水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱,从而引发Mn O2纳米片的分解,使其失去氧化能力。有机磷类农药可有效抑制乙酰胆碱酯酶的酶活性,进而阻止Mn O2纳米片分解,从而引起试纸颜色发生变化,通过此方法即可实现对有机磷类农药的可视化检测。本文设计建立了系列检测有机磷类农药的光学传感器,并对这些传感器的性能进行系统性评价,从而实现有机磷类农药的快速、灵敏的检测,以及在实际环境和农业样品中的检测应用。
[Abstract]:In order to ensure the safety of agricultural products and the safety of public health , it is very urgent to design and set up new nano - probes for the detection of pesticide residues . This paper designs a near - infrared fluorescence probe for the detection of methyl - p - sulfur by the hydrolysis of organic phosphorus compounds . The detection range of methyl - to - sulfur is 0.1 - 38.0 渭mol / L - 1 , and the detection limit is 0.06渭mol / L - 1 . The detection limit of the sensor is 0 . 1 - 38.0 渭mol / L - 1 , and the detection limit is 0 . 06渭mol / L - 1 . In order to realize the rapid detection and screening of organophosphorus pesticides in environment and agricultural products , we apply Mn O 2 nano sheets with the catalytic properties of enzymes and assemble a simple paper base sensor . The Mn O 2 nano sheets have the characteristics of the like oxidase to catalyze the formation of the oxidized state of tetramethyldiphenylamines , and to show blue color on the test paper . The organophosphorus pesticide can effectively hydrolyze the thiocholine to produce thiocholine , thus causing the color change of the test paper . The design of the organophosphorus pesticide can effectively inhibit the enzymatic activity of the acetylcholinesterase , and then the performance of these sensors is systematically evaluated , thus the detection and application of the organophosphorus pesticide in the practical environment and the agricultural sample can be realized .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ450.263;O657.3

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