基于香豆素/量子点荧光传感体系的构建及对草甘膦和多菌灵的分析检测

摘要

在现代农业生产中，农药被广泛用于防治农作物的病虫害，极大地提高了粮食产量，带来了巨大的经济效益。然而，长期使用或滥用农药造成农作物中农药残留超标，给人类健康构成了严重的威胁。针对农药残留，常用的检测方法是以传统的大型仪器检测法为主，虽然这些方法可以提供灵敏可靠的检测结果，但是存在仪器庞大、设备价格昂贵、样品前处理过程复杂、检测过程耗时、仪器需要专业的技术人员操作等缺陷，这些都限制了其在实际检测中的应用范围，不适合进行现场的实时快速检测。近年来，荧光光谱分析法因具有操作简单、响应速度快、灵敏度高、成本低廉、准确可靠等优点而在农药残留检测中广泛应用。　　本研究以香豆素、硅量子点、碳量子点为荧光材料，以金属离子（Cu2+）、金纳米颗粒（Au NPs）为敏感材料构建了三个荧光传感检测体系，并采用TEM、XPS、XRD、FT-IR、UV-Vis等手段对所合成的材料进行表征。通过荧光分光光度计、荧光寿命测试仪等仪器对所构建的荧光传感体系的检测机理进行系统性的研究，成功实现了对草甘膦、多菌灵的简单、快速检测。具体的研究内容如下：　　① 通过一步缩合反应合成了香豆素衍生物（CND），基于CND和Cu2+之间的相互作用构建了 CND/Cu2+荧光传感体系来实现对草甘膦的定量分析检测，并对Cu2+的浓度、pH、温度、反应时间等条件进行了探究。在最佳实验条件下，所构建的荧光传感体系在 0.02-1.50 μg/mL 的草甘膦浓度范围内呈现良好的线性关系（R2=0.99），理论检出限为 18.30 ng/mL（S/N=3）。对该荧光传感体系的检测性能进行了探讨，发现该荧光传感体系在草甘膦的检测过程中表现出了较好的稳定性和重现性（RSD＜5%），对常见的潜在干扰农药具有较好的抗干扰能力。此外，在实际样品的加标回收实验中也取得了令人较为满意的回收率（91.31%-105.28%）。这些结果均表明所构建的CND/Cu2+荧光传感体系具有一定的实际应用前景。　　② 通过高温瞬时反应合成了硅量子点（SiQDs），基于 SiQDs 和 Cu2+之间的相互作用构建了 SiQDs/Cu2+荧光传感体系来实现对草甘膦的高灵敏性检测，并对实验条件如pH、温度、反应时间进行优化。在最优检测条件下，该荧光传感体系对草甘膦实现了从0.03 μg/mL到12.00 μg/mL宽的浓度范围的检测，检测限低至7.80 ng/mL（S/N=3）。在草甘膦的检测过程中，SiQDs/Cu2+荧光传感体系展示了较强的抗干扰能力与良好的稳定性和重现性；对实际样品的加标回收实验也取得了较好的检测结果。与CND/Cu2+荧光传感体系相比较，该荧光传感体系对草甘膦的检测表现出更加优异的稳定性、更宽的检测范围和更高的灵敏度。　　③ 通过一步水热法合成了氮磷掺杂的碳量子点（N,P-CQDs）。基于N,P-CQDs与金纳米颗粒（Au NPs）之间的荧光共振能量转移（FRET）作用构建了N,P-CQDs/Au NPs荧光传感体系用于对多菌灵的检测，并优化了Au NPs的浓度、pH和反应时间。在优化条件下，N,P-CQDs/Au NPs荧光传感体系对多菌灵检测的线性范围为0.001-0.03μg/mL（R2=0.99），理论检出限低至0.45 ng/mL（S/N=3）。该荧光传感体系对常见的金属离子、农药、氨基酸等物质具有较强的抗干扰能力。此外，该传感体系表现出优异的稳定性和重现性（RSD＜5%），且在实际样品苹果和白菜的加标检测中取得了良好的回收率（83.79%-115.31%），这为多菌灵的检测提供了一种新的思路。

目录

中英文缩略词

1 绪 论

1.1 农药及其危害

1.2 农药残留的检测方法

1.2.1 色谱检测技术

1.2.2 酶抑制法

1.2.3 电化学法

1.2.4 免疫分析技术

1.2.5 光谱检测法

1.3 香豆素

1.3.1 香豆素的概述

1.3.2 香豆素在生物分析方面的应用

1.4 量子点

1.4.1 量子点的概述

1.4.2 量子点在生物分析方面的应用

1.5.1研究意义与目的

1.5.2 主要研究内容

2 CND/Cu2+荧光传感体系的构建及对草甘膦的检测

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂及仪器设备

2.2.2 香豆素衍生物的合成及表征

2.2.3 CND对铜离子的选择性

2.2.4 CND/Cu2+传感体系对草甘膦的检测

2.2.5 CND/Cu2+传感体系对草甘膦检测的选择性

2.2.6 CND/Cu2+传感体系对草甘膦的实际样本检测

2.3 结果与讨论

2.3.1 香豆素衍生物的合成与表征

2.3.2 CND/Cu2+传感体系对草甘膦的检测机理

2.3.3 CND对铜离子的选择性

2.3.4 CND/Cu2+传感体系检测条件的优化

2.3.5 CND/Cu2+传感体系对草甘膦的检测

2.3.6 CND/Cu2+传感体系对草甘膦检测的选择性

2.3.7 CND/Cu2+传感体系的稳定性与重现性

2.3.8 CND/Cu2+传感体系对实际样本中草甘膦的检测

2.4 本章小结

3 SiQDs/Cu2+荧光传感体系的构建及对草甘膦的检测

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1 实验试剂及仪器设备

3.2.3 SiQDs的合成及表征

3.2.4 SiQDs的荧光量子产率的测定

3.2.5 SiQDs对铜离子的检测

3.2.6 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦的检测

3.2.7 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦检测的选择性

3.2.8 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦的实际样本检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 SiQDs的合成及表征

3.3.2 SiQDs对铜离子的检测机理

3.3.3 SiQDs对铜离子检测的条件优化

3.3.4 SiQDs对铜离子的检测

3.3.5 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦检测的机理

3.3.6 SiQDs/Cu2+传感体系检测条件的优化

3.3.7 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦的检测

3.3.8 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦检测的选择性

3.3.9 SiQDs/Cu2+传感体系的稳定性与重现性

3.3.10 SiQDs/Cu2+传感体系对草甘膦的实际样本检测

3.4 本章小结

4N,P-CQDs/Au NPs荧光传感体系的构建及对多菌灵的检测

4.1引言

4.2 实验部分

4.2.1实验试剂及仪器设备

4.2.2 N,P-CQDs的合成及表征

4.2.3 柠檬酸稳定的AuNPs的合成

4.2.4 N,P-CQDs的量子产率的测定

4.2.5N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵的检测

4.2.6 N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵检测的选择性

4.2.7N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵的实际样本检测

4.3 实验结果与讨论

4.3.1N,P-CQDs和Au NPs的合成及表征

4.3.2N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵检测的机理

4.3.3N,P-CQDs/Au NPs传感体系检测条件的优化

4.3.4N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵的检测

4.3.5N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵检测的选择性

4.3.6N,P-CQDs/Au NPs传感体系的稳定性与重现性

4.3.7N,P-CQDs/Au NPs传感体系对多菌灵的实际样本检测

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间研究成果

B．作者在攻读硕士学位期间申请发明的专利

C．学位论文数据集

致谢