【摘 要】
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农药残留导致了严重的食品安全和生态环境问题。目前,我国农药残留检测主要以仪器法为主。虽然该类方法可实现农药残留的高通量检测并且具有较好的灵敏度、准确度和选择性,但是该类方法的操作步骤较繁杂,且需要昂贵的仪器设备和专业的技术人员,这在一定程度上限制了它们在现场检测中的应用。因此,发展用户友好、检测速度快以及灵敏度高的农药残留现场检测分析方法变得十分重要。金纳米棒(gold nanorods,Au N
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农药残留导致了严重的食品安全和生态环境问题。目前,我国农药残留检测主要以仪器法为主。虽然该类方法可实现农药残留的高通量检测并且具有较好的灵敏度、准确度和选择性,但是该类方法的操作步骤较繁杂,且需要昂贵的仪器设备和专业的技术人员,这在一定程度上限制了它们在现场检测中的应用。因此,发展用户友好、检测速度快以及灵敏度高的农药残留现场检测分析方法变得十分重要。金纳米棒(gold nanorods,Au NRs)作为一种典型的等离子体贵金属纳米材料,其微小的长径比变化将会导致其纵向局域表面等离子体共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)吸收峰发生显著的移动并伴随有彩虹般的溶液颜色变化。因此,Au NRs被广泛地用于构建各类具有高视觉分辨率的多色比色法中。金纳米颗粒(gold nanoparticles,Au NPs)作为另外一种典型的等离子体贵金属纳米材料,具有与距离相关的光学特性,这种特性不仅使其成为理想的显色材料,同样使其成为优异的光热转换材料。具体表现为分散和团聚状态的Au NPs呈现不同的颜色以及被一定波长的激光辐照后具有不同的温度变化。基于该特性,利用Au NPs构建检测方法时,不仅可以通过观察溶液颜色的变化实现目标物的可视化半定量检测,还可以通过溶液中Au NPs的光热转换实现目标物的便携式定量检测。基于以上研究背景,本论文利用Au NRs和Au NPs两种贵金属纳米材料,分别与酶抑制法和适配体识别技术相结合,构建新型检测方法用于有机磷农药(organophosphorus pesticides,OPs)中对氧磷和多菌灵(carbendazim,CBZ)的快速检测分析。具体开展了以下研究工作:(1)基于金纳米棒的对氧磷农药残留多色比色检测在本工作中,我们将乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase,ACh E)和纳米酶相结合,开发了一种基于级联催化信号放大策略的多色比色法用于对氧磷的可视化和快速检测。我们选择二氧化锰(Mn O2)纳米片作为本方法中所使用的纳米酶,它出色的类氧化酶活性使Mn O2-TMB-H+蚀刻体系能对Au NRs进行有效蚀刻,进而引起检测溶液的颜色发生显著变化。ACh E可将乙酰胆碱(acetylthiocholine,ATCh)催化水解为硫代乙酰胆碱(thiocholine,TCh)。TCh具有较强的还原能力,可引发Mn O2纳米片的降解,使其失去类氧化酶活性。对氧磷作为ACh E的抑制剂,可以阻碍TCh的产生,从而阻止Mn O2纳米片的降解,进而引起Au NRs被Mn O2-TMB-H+蚀刻体系有效蚀刻。随着对氧磷浓度的增加,我们可以观察到溶液颜色呈现彩虹般颜色变化。因此,通过监测检测溶液的颜色变化可以实现对氧磷的可视化半定量分析,通过记录Au NRs的纵向LSPR吸收峰的变化可以实现对氧磷的定量检测。在最优条件下,该方法对对氧磷的检出限为11 ng/ml(11×10-3mg/kg)。同时,该方法用于实际样品基质中的对氧磷检测时,检测结果较好。(2)基于金纳米颗粒的多菌灵农药残留便携式检测由于传统的比色分析法用于农药残留检测时,肉眼只能实现定性或半定量分析,定量分析仍然需要使用分光光度计或酶标仪等大型仪器设备,从而限制了其在现场分析中的应用。在本工作中,我们利用Au NPs的光热转换效应,结合适配体识别技术,构建了一种便携式检测新方法,用于CBZ的定量检测。检测原理如下:CBZ适配体可以保护Au NPs在一定盐浓度的溶液中不发生团聚,此时溶液呈红色,其LSPR吸收峰位于520 nm。因此,当用长波长的激光(650 nm)辐照溶液后,溶液的温度几乎不发生变化。当CBZ存在时,CBZ与CBZ适配体之间发生特异性结合,阻碍了其对Au NPs的保护作用,导致Au NPs团聚。Au NPs的LSPR吸收峰发生红移并伴随溶液颜色发生显著变化(红色变为紫色/蓝色)。此时,用650 nm的激光辐照溶液后,溶液的温度得到显著升高,并且温度的变化值与CBZ浓度显著相关。因此,通过监测溶液颜色的变化可以实现CBZ的可视化半定量分析,通过记录溶液温度的变化可以实现CBZ的便携式定量检测。在最优条件下,该方法对CBZ的检出限为17 ng/ml(17×10-3 mg/kg)。同时,该方法用于实际样品基质中的多菌灵检测时,检测结果较好。
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