基于普鲁士蓝复合纳米材料的电位型H2O2传感器及有机磷农药的检测

摘要

过氧化氢(H2O2)被广泛应用于生活和生产实际，但过量使用H2O2对生态环境和人体健康都会造成严重危害。检测H2O2常用方法主要是仪器分析法，但是这些方法难以实现对H2O2的快速检测。生物传感器性能优良，利用生物传感器检测H2O2成为近年来的热点课题。同时，H2O2生物传感器也可以进一步应用于农药残留的快速检测。有机磷农药虽然对保产保收具有重要作用，但食品中农药残留量超标将导致癌症患病率不断上升。因此，建立一种快速、准确的农药残留检测方法对环境保护和食品安全皆具有非常重要的现实意义。基于酶活性抑制的有机磷农药生物传感器受到越来越广泛的关注。但是，酶的价格昂贵、易失活、不稳定，所以近年来类酶催化剂的研究备受瞩目。
　　本文主要研究利用纳米金、普鲁士蓝包覆金(PB@Au)制备一种简单、无酶新型H2O2传感器，并利用所制备的H2O2传感器对对硫磷和氧化乐果进行了痕量分析。结果表明，所得到的传感器制备简单，能够实现对农残的快速检测，具有广阔的应用前景。论文工作主要由以下三部分组成:
　　1.基于两种磁性纳米粒子和辣根过氧化物酶协同催化作用的H2O2传感器
　　用纳米金包覆磁性普鲁士蓝核壳结构纳米粒子(Au@PB MNPs)、金包覆磁性四氧化三铁纳米粒子(Au@Fe3O4MNPs)和辣根过氧化物酶(HRP)依次修饰到磁性炭糊电极(MCPE)表面，制备了一种电位型H2O2传感器。并将传感器应用于检测雨水中的H2O2。结果表明，制备的感器选择性和稳定性能良好，具有潜在的应用价值。
　　2.基于复合材料和PB@Au修饰金盘电极的H2O2传感器
　　用GNPs—MWCNTs—CS和PB@Au修饰GE制备了一种新型H2O2传感器。利用GNPs，MWCNTs，CS协同作用及PB@Au的类酶性质，催化H2O2氧化邻苯二胺(OPD)，从而实现对痕量H2O2的快速检测，并研究了OPD的作用。实验结果表明，该传感器性能优良，稳定性和一致性好，实现了在无酶情况下对痕量H2O2的检测。
　　3.有机磷农药残留的检测
　　用GE/GNPs—MWCNTs— CS/PB@Au传感器检测ALP催化3—IP水解产生的H2O2。由于有机磷农药对ALP催化活性的抑制作用，对对硫磷及氧化乐果两种农药进行了痕量分析，检测下限可达10-6 mol/L，响应时间分别为50 s和70 s。实际样品检测结果为每kg小白菜中对硫磷残留量为0.21 mg，每kg小白菜中氧化乐果残留量为8.5mg，回收率在70～90％之间。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 生物传感器

1．1．1 生物传感器简介

1．1．2 H2O2生物传感器

1．2 农药残留的检测

1．2．1 农药残留的危害

1．2．2 农药残留的检测

1．3 纳米材料在传感器中的应用

1．3．1 纳米材料及性质

1．3．2 纳米金

1．3．3 磁性纳米Fe3O4

1．3．4 纳米普鲁士蓝

1．3．5 碳纳米材料

1．4 壳聚糖在传感器中的应用

1．4．1 壳聚糖简介

1．4．2 碳纳米管／壳聚糖复合材料的制备方法

1．5 本论文工作的内容及意义

2 基于两种磁性纳米粒子和辣根过氧化物酶协同催化作用的H2O2传感器

2．1 实验部分

2．1．1 仪器与试剂

2．1．2 磁性炭糊的制备

2．1．3 四种磁性纳米粒子的制备

2．1．4 传感器的制备

2．1．5 H2O2的检测

2．1．6 修饰电极的表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 HRP催化H2O2氧化OPD反应原理

2．2．2 磁性纳米粒子的表征

2．2．3 含有邻苯二胺体系中传感器对H2O2的响应

2．2．4 不含邻苯二胺体系中传感器对H2O2的响应性能

2．2．5 传感器的选择性

2．2．6 雨水中H2O2的检测

2．3 小结

3 基于复合材料和PB@Au修饰金盘电极的H2O2传感器

3．1 实验部分

3．1．1 实验仪器与试剂

3．1．2 金盘电极的处理

3．1．3 氧化铟锡透明导电玻璃电极的处理

3．1．4 玻炭电极的处理

3．1．5 纳米金—多壁碳纳米管—壳聚糖复合材料的制备

3．1．6 传感器的制备

3．1．7 H2O2的检测

3．1．8 修饰电极的表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 PB@Au催化H2O2氧化OPD的反应原理

3．2．2 纳米金—多壁碳纳米管—壳聚糖复合材料和PB@Au的表征

3．2．3 不同修饰电极的表征

3．2．4 含邻苯二胺体系中传感器对H2O2的响应性能

3．2．5 传感器的性能

3．2．6 不含邻苯二胺体系中传感器对H2O2的响应性能

3．2．7 传感器的选择性

3．3 小结

4 有机磷农药残留的检测

4．1 实验部分

4．1．1 实验原理

4．1．2 仪器与试剂

4．1．3 有机磷农药的检测

4．1．4 催化动力学光度法

4．2 结果与讨论

4．2．1 最大吸收波长的选择

4．2．2 ALP用量选择

4．2．2 3—IP用量选择

4．2．3 农药对传感器抑制的最佳时间

4．2．4 传感器对对硫磷的检测

4．2．5 传感器对氧化乐果的检测

4．2．6 传感器检测白菜中的农药残留

4．3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢